2 充電擴(kuò)展塢設(shè)計和板載充電設(shè)計的比較

電池充電有兩種設(shè)計：充電擴(kuò)展塢或板載充電。充電擴(kuò)展塢可與移動清掃機(jī)器人主體分開，無需擔(dān)心尺寸、重量和散熱問題。充電擴(kuò)展塢的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案是具有恒定電流 (CC) 和恒定電壓 (CV) 調(diào)節(jié)功能的隔離式交流/直流轉(zhuǎn)換器，如圖 2-1 所示。將微控制器 (MCU) 用作中央電源轉(zhuǎn)換控制的單級方法的成本相對較低。主要缺點(diǎn)是充電精度低，并且電池電壓檢測點(diǎn)離擴(kuò)展塢中的電池充電系統(tǒng)較遠(yuǎn)。人們越來越擔(dān)心由 MCU 控制的電池充電精度較低，并且電池壽命可能受到影響 [1]。由 MCU 控制的系統(tǒng)的另一個缺點(diǎn)是具有幾百 kHz 的開關(guān)頻率，而且提供的設(shè)計尺寸并不理想。第三，主要充電電流的接觸點(diǎn)會增加阻抗并產(chǎn)生氧化效應(yīng)。氧化后，電池可能因此無法充滿電，并且滿電狀態(tài)電池的使用時間也會縮短。

制造商旨在通過具有高可靠性、滿足長期需求的設(shè)計來打造自身品牌形象。電池充電的精度、設(shè)計的尺寸和電池壽命是電池充電面臨的主要挑戰(zhàn)。圖 2-2 所示的板載設(shè)計可以提供具有固有高充電精度的充電功能、更小的設(shè)計尺寸、更高的運(yùn)行效率以及通用 USB 充電設(shè)計的靈活性等。

充電精度與電池容量的最佳利用率和電池壽命有關(guān)。TI 電池充電器廣泛用于掃地機(jī)器人應(yīng)用，可在整個溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) ±0.5% 的精度。例如，在 0^oC 至 85^oC 的結(jié)溫范圍內(nèi)，降壓/升壓充電器 BQ25730 電池電壓精度規(guī)格 V_{BAT_REG_ACC} 為 ± 0.5% [2]。

使用工作頻率高達(dá) 750KHz 及以上的專用充電器可減小充電設(shè)計尺寸，并且強(qiáng)大的驅(qū)動器電路可實(shí)現(xiàn)出色的效率。工作頻率可達(dá)到 MCU 工作頻率的 5 倍或更高。借助適用于 MOSFET 的專用柵極驅(qū)動器電路可提高性能，從而實(shí)現(xiàn)更小的尺寸和更好的熱性能。板載電池充電設(shè)計還具有靈活性優(yōu)勢，可更大限度地提高輸入源利用率，并降低潛在的總 BOM 成本。板載開關(guān)充電器可采用交流/直流適配器或標(biāo)準(zhǔn)化的 USB 適配器作為輸入源。