轻松教你设计无线充电插座

要接上难以拔出的吸尘器电线，并插上厚重的交流电源插头，真令人烦扰，有时可能会非常危险。而使用无线电动工具和园艺工具在过去只不过是一个奢侈的梦想，但随着锂离子电池变得越来越流行、更廉价，这个梦想终于得以成真！

使用锂离子、锂聚合物或磷酸铁锂(LiFePO4)化学物的明显优势是，它们与传统电池相比，在容积（按照电池大小所能获得的电量）和重量（按照电源重量所能获得的电量）的能量密度方面都表现良好。因此，即使没有笨重的大型铅酸电池，您也可获得较高的电量。如果您想让电动工具或园艺工具依靠锂电池运行，则是一个理想的选择。然而，这些化学物并不完美，会出现欠压(UV)、过压(OV)、过热和过电流(OC)等安全问题。而这些问题都会加速电池性能退化，并可能导致出现热耗散和系统故障。

随着锂离子电池组的使用人数越来越多，以及这些化学物质的使用范围越来越广，电池组本身的大小在不断增长，这就要求具有更高的电量。许多正在生产的电池也是如此。随着普及范围不断扩大，人们开始有了更多的安全顾虑（上面提到的那些顾虑）。越来越多的安全问题迫使设计师在设计电池组时，要考虑采用更精密的保护、监控和平衡电路，同时兼顾空间和热限制。

鉴于此电池组的快速发展和市场不断扩大，TI Design –10节电池组的监视、平衡与保护参考设计，为电池组提供了一个经测试的硬件平台用于电池监视、平衡、保护和计量。此电池组使用10节串联锂电池和磷酸锂铁电池。其应用包括但不限于电动工具、园艺工具、机器人和立式吸尘器，甚至是无人机！

此设计包括：

一个用于监视电池电压、电池组以及电流和温度的模拟前端（AFE）。AFE具有全面的保护功能，包括防紫外线、防过压、防短路和防过流。同时也可以驱动电池平衡电路。

一个微控制器（MCU），作为电池管理控制器，可配置AFE的参数，执行气体计量算法和电池平衡方案、处理故障，并与电池组外部系统通信。

充电或放电过程中发生故障时，由AFE控制的保护场效应晶体管（FET）断开电路。

图1：TIDA-00449系统框图

电池组配置

10S3P (30-42V, 12.6Ah)

最大持续放电电流

50A

最大充电电流

10A

防紫外线

2.75V/电池

防过压

4.3V/电池

防过流

200A, 40ms

短路保护

300A, 200µs

平衡电流

150mA

表1：参考设计规格

设计电池供电的电动工具时，需确保您的电池组具有正确的监视、平衡和保护需求，防止错误充电或放电。借助设计指南及该参考设计，我们添加了分步解释，涵盖组件选择、原理图和布局设计，以及包括热测量的测试结果。从今天开始，查看哪些电动工具可采用无线设计！