L'utilisation de la technologie PassThru aide à prolonger la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie

Méthodes pour prolonger la durée de vie de la batterie et améliorer les performances du système de stockage d'énergie

Les batteries sont des composants cruciaux des systèmes de stockage d'énergie. Prolonger la durée de vie des batteries signifie des performances système améliorées, un temps de fonctionnement prolongé et des coûts réduits. Généralement, il existe trois moyens de prolonger la durée de vie des batteries : améliorer la technologie des batteries, concevoir de meilleurs appareils et fournir des systèmes innovants de gestion de l'énergie.

Améliorer la technologie des batteries implique de sélectionner des batteries adaptées à des applications spécifiques et de concevoir des systèmes de gestion de batteries appropriés pour contrôler la charge, réguler la température et minimiser la consommation d'énergie. Concevoir de meilleurs dispositifs nécessite de prendre en compte des composants matériels efficaces et des micrologiciels robustes, qui sont essentiels pour équilibrer les indicateurs de fonctionnalité et de durée de vie. Pour optimiser intelligemment l'énergie, les derniers systèmes de gestion de l'énergie peuvent être utilisés. Ces systèmes utilisent des algorithmes basés sur l'IA, des structures de topologie novatrices et des méthodes de contrôle de convertisseur efficaces, telles que le mode PassThru et le mode d'économie d'énergie.

En outre, l'utilisation de dispositifs de stockage d'énergie tels que les supercondensateurs en complément des batteries peut bénéficier à divers scénarios d'application. Les supercondensateurs offrent des avantages tels que le soutien pour une charge et une décharge rapides lors de courts pics de puissance, une durée de vie plus longue et une efficacité globale du système accrue. Par exemple, les supercondensateurs sont particulièrement adaptés au stockage rapide d'énergie et à l'alimentation de secours. Ils peuvent résister à des conditions de température extrêmes. Lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec des batteries, comme dans les véhicules électriques, les supercondensateurs contribuent à améliorer les performances et à prolonger la durée de vie des batteries. De plus, les supercondensateurs sont plus respectueux de l'environnement.

Une différence clé entre les supercondensateurs et les batteries est qu'à la même tension nominale, une batterie lithium-polymère de 6 cellules de 0,1Ah présente les caractéristiques d'une source de tension, offrant une tension plus stable tout au long de l'utilisation. En revanche, lorsque le courant circule d'un supercondensateur de 2F vers la charge, la tension diminue de manière linéaire. La caractéristique de décharge linéaire des supercondensateurs nécessite un système plus efficace pour convertir leur énergie. Dans ce scénario, il est plus adapté d'utiliser une fonction de convertisseur abaisseur-élévateur, car ce convertisseur peut ajuster et réguler de manière appropriée la stabilité de la tension de sortie, que la tension d'entrée soit inférieure ou supérieure à la tension de sortie définie.

Le mode PassThru est un moyen important d'atteindre l'optimisation de l'efficacité

La technologie PassThru est une caractéristique fondamentale des dispositifs d'alimentation à entrée large. Comparée aux systèmes utilisant des méthodes de contrôle conventionnelles (contrôleur abaisseur-élévateur standard), elle peut améliorer l'efficacité et prolonger la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie. Le terme « pass-through » fait référence à la transmission directe de l'entrée dans une fenêtre de tension prédéfinie vers la sortie, comme si un fil en court-circuit était présent. La technologie PassThru agit comme un réseau entre la source d'énergie (par exemple, un supercondensateur) et la charge, garantissant une régulation de tension dans des plages acceptables spécifiées. Elle fournit un chemin direct de la source d'énergie à la charge pour garantir que l'appareil fonctionne aussi efficacement que possible. Le mode PassThru est un moyen important pour assurer une efficacité optimisée des dispositifs alimentés par des supercondensateurs, car il réduit les cycles de charge/décharge des supercondensateurs et améliore les performances CEM ainsi que les performances globales de l'appareil.

Dans un convertisseur abaisseur-élévateur à quatre interrupteurs, le mode PassThru offre un chemin direct entre la source d'alimentation et la charge de sortie en fonction des paramètres de fenêtre spécifiés. L'entrée est directement transmise à la sortie, éliminant les pertes de commutation et améliorant ainsi l'efficacité dans la fenêtre PassThru spécifiée. De plus, cela améliore la compatibilité électromagnétique puisqu'il n'y a pas de fréquence de commutation en mode PassThru. Le mode PassThru dans les convertisseurs abaisseur-élévateur offre une flexibilité en permettant différentes tensions de sortie pour la sortie abaisseur par rapport à la sortie élévateur. Cela contraste avec les CI abaisseur-élévateur typiques qui ne fournissent qu'une seule tension de sortie nominale. Cette fonctionnalité protège également la charge lorsque la tension d'entrée présente un comportement anormal.

Le contrôle en mode PassThru améliore l'efficacité opérationnelle du système

Le mode PassThru est un mode de fonctionnement du LT8210, qui est le seul contrôleur IC buck-boost sur le marché doté de cette capacité. En prenant comme exemple la carte de démonstration DC2814A-A, cette carte utilise le LT8210 avec une plage de tension d'entrée de 4 V à 40 V, un courant de charge maximal de 3 A et une tension de sortie de 8 V à 16 V. Lorsqu'il fonctionne en mode PassThru, l'efficacité peut être améliorée jusqu'à 5 % sous des charges plus lourdes par rapport au fonctionnement buck-boost, et jusqu'à 17 % sous des charges plus légères (comme une charge de courant de 10 %). Ainsi, le mode PassThru permet des améliorations significatives des performances dans des conditions de fonctionnement à charge légère.

Il est important de noter que, bien que le mode PassThru du LT8210 permette une tension de sortie différente de la tension de sortie du mode abaisseur, il existe toujours une zone de conversion abaisseur-élévateur lorsque la tension d'entrée est proche de la valeur configurée pour la tension de sortie. La raison de cette zone de conversion abaisseur-élévateur dans le LT8210 est qu'il existe un chevauchement entre les régions de commande de régulation du courant de l'inductance en mode abaisseur et en mode élévateur.

Pour évaluer l'efficacité d'application du mode PassThru, un convertisseur abaisseur-élévateur à quatre interrupteurs est utilisé comme pré-régulateur pour le convertisseur point de charge, également utilisé comme pilote de moteur. Bien que la source d'alimentation soit un supercondensateur de 24 V, le moteur à courant continu nécessite une tension d'entrée de 9 V et un courant d'entrée de 0,3 A. Le convertisseur abaisseur-élévateur fonctionnera en mode PassThru, ou en tant que contrôleur abaisseur-élévateur à quatre interrupteurs conventionnel fonctionnant en mode de conduction continue (CCM). Notez que le contrôle abaisseur-élévateur conventionnel ne dispose pas du mode PassThru ; il ne propose que les opérations abaisseur, élévateur et abaisseur-élévateur.

Le système utilisant le mode PassThru règle sa tension de sortie boost à 12V et sa tension de sortie buck à 27V. De cette manière, la tension de démarrage du supercondensateur peut être dans la limite de la bande passante. Par conséquent, le système passera par le mode PassThru de la tension de 24V à 12V du supercondensateur. Pendant cette période, l'efficacité atteint 99,9 %. Comparé au système avec méthode de contrôle conventionnelle, le mode PassThru améliore l'efficacité de 22 % à 27 %.

Certaines des principales raisons de l'efficacité supérieure des systèmes contrôlés par le mode PassThru incluent l'élimination de l'opération buck, assurant que la tension de la batterie reste dans la bande passante recommandée, et sa conception pour fonctionner sous des charges légères, en mettant l'accent sur la réduction des pertes de commutation. La technologie PassThru est un moyen essentiel pour optimiser les performances des dispositifs alimentés par des supercondensateurs. Comparé aux systèmes conventionnels contrôlés par l'opération buck-boost en CCM (Mode de Conduction Continue), l'adoption du contrôleur buck-boost synchrone LT8210 avec le mode PassThru peut améliorer de manière significative l'efficacité des dispositifs alimentés par des supercondensateurs.

Prend en charge les contrôleurs DC/DC synchrones à 4 commutateurs buck-boost

ADI a introduit le LT8210, un contrôleur DC/DC buck-boost synchrone à 4 commutateurs de 100V VIN et VOUT avec capacité de passage direct. Il fonctionne en modes PassThru, continu forcé, saut d'impulsions et Burst®. En mode PassThru, lorsque la tension d'entrée se situe dans la fenêtre programmable par l'utilisateur, l'entrée est directement transmise à la sortie. Le mode PassThru élimine les pertes de commutation et les EMI, tout en maximisant l'efficacité. Pour des tensions d'entrée au-dessus ou en dessous de la fenêtre de passage direct, la boucle de régulation buck ou boost maintient respectivement la sortie aux valeurs maximales ou minimales définies.

Le pilote GATEVCC du LT8210 est régulé à 10,6 V pour permettre l'utilisation de MOSFETs de niveau standard et peut être alimenté via la broche EXTVCC pour améliorer l'efficacité. Le régulateur GATEVCC dispose d'une protection contre le retour de courant, qui maintient la régulation en cas de baisses de tension d'entrée. En ajoutant un MOSFET à canal N unique, une protection facultative contre l'inversion de l'entrée jusqu'à -40 V peut être obtenue. Le LT8210 inclut également un amplificateur de détection de courant de précision, permettant une surveillance et une limitation précises du courant moyen de sortie ou d'entrée.

Le LT8210 offre des modes de fonctionnement PassThru ou CCM à sortie fixe sélectionnables par pin, DCM, Burst®, et une fenêtre PassThru non commutante programmable. Il dispose d'un mode PassThru avec une consommation de courant IQ de 18μA et une efficacité de 99,9%, une plage VIN de 2,8V à 100V (4,5V au démarrage), une plage VOUT de 1V à 100V, une protection contre l'inversion de polarité d'entrée jusqu'à -40V, une précision de la tension de sortie de ±1,25% (-40°C à 125°C), une surveillance de courant précise à ±3%, et une régulation de courant précise à ±5%. Il prend en charge des pilotes de porte MOSFET quad N-channel de 10V, et le LDO EXTVCC peut être alimenté à partir de VOUT/rails d'alimentation externes. Il possède une limitation de courant de l'inductance cycle par cycle de ±20%, sans bruit de rafraîchissement du MOSFET supérieur en modes abaisseur ou élévateur, une fréquence fixe/verrouillable en phase de 80kHz à 400kHz, adaptée à la modulation de fréquence spectre étalé à faible EMI (SSFM). Il inclut une surveillance de la tension de sortie correcte/des surintensités et est disponible dans les boîtiers TSSOP à 38 broches et QFN à 40 broches (6mm x 6mm). Le LT8210 peut être utilisé dans les systèmes automobiles, industriels, de télécommunications, avioniques, les systèmes start-stop automobiles, les applications d'appel d'urgence, et les applications conformes aux normes ISO 7637, ISO 16750, MIL-1275, DO-160.

LT8210 propose également plusieurs kits d'évaluation, y compris la carte de démonstration DC2814A-B, qui est un convertisseur DC/DC abaisseur-élévateur synchrone à haute tension et haute efficacité avec une plage de tension d'entrée de 9V à 80V, capable de fournir un courant de charge maximal de 2,5A, et offrant une plage de tension de sortie de 24V à 34V. Un autre circuit de démonstration, le DC2814A-C, dispose d'une plage de tension d'entrée de 26V à 80V, fournissant un courant de charge maximal de 2A, avec une plage de tension de sortie de 36V à 56V. De plus, le circuit de démonstration DC2814A-A possède une plage de tension d'entrée de 8V à 80V, pouvant descendre jusqu'à 3,5V après le démarrage de l'appareil, offrant un courant de charge maximal de 3A, et présentant une plage de tension de sortie de 8V à 16V.

Ces cartes de démonstration intègrent toutes le contrôleur LT8210EUJ, utilisant une architecture en mode courant à fréquence constante permettant une fréquence verrouillable en phase allant jusqu'à 400 kHz, tandis que des boucles de rétroaction de courant d'entrée ou de sortie optionnelles offrent un support pour la recharge de batteries et d'autres applications. De plus, ADI propose LTspice®, un logiciel de simulation puissant et efficace gratuit, une capture de schéma, et un visualiseur de formes d'onde, améliorant les capacités et les modèles pour optimiser la simulation des circuits analogiques.

Conclusion

Le LT8210, un contrôleur DC/DC buck-boost synchrone à 4 interrupteurs introduit par ADI, fonctionne en modes PassThru, continu forcé, saut d'impulsions et Burst®, optimisant de manière significative l'efficacité des dispositifs alimentés par supercondensateurs. Ce contrôleur DC/DC buck-boost, qui prend en charge la technologie PassThru, améliorera l'efficacité des batteries et prolongera la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie, ce qui en fait un compagnon idéal pour des applications telles que les systèmes électroniques automobiles, industriels, télécoms et aérospatiaux.