在6月26日,充電頭網舉辦了2024電動工具新技術線上研討會,旨在深入了解各大晶片企業對電動工具領域的最新技術和解決方案,參會者們通過在線平台聚集一堂,共同探討未來電動工具發展的關鍵技術趨勢。
在本次研討會中,寶礫微市場副總監肖詳富為我們講述了寶礫微針對可攜式電動工具推出的多項DC-DC解決方案。
首先,簡單介紹一下寶礫微公司。目前,在電動工具領域,寶礫微於2015年開始設計和研發DC-DC相關產品,總部設在深圳,並在成都、武漢和蘇州設有辦事處和研發中心。
目前,寶礫微主要從事DC-DC的開發設計,涵蓋降壓、升壓和升降壓DC-DC,特別是中高壓大電流的DC-DC開發設計。
此外,寶礫微還有其他產品,如ACDC和數模混合相關產品。目前產品大致分為五大類:
1、DC-DC相關產品線。
2、電動工具和移動電源領域的數模混合SOC。
3、BMS產品,包括儲能、電動汽車和新能源領域的BMS產品。
4、AC-DC控制器產品,包括同步整流和協議等產品。
5、汽車電子產品,目前正在進行汽車Q1版相關產品的認證。
本文的重點是電動工具相關的一些應用,主要是升降壓帶PD協議的部分,接下里將展示寶礫微在電動工具Type-C PD快充SOC解決方案方面的情況。
目前市面上的電動工具常規配有專門的適配器,例如5串電池配21V的充電器,根據不同的電路參數和功率匹配單獨的充電器。這種應用方式已經使用多年,但其缺點是每個電動工具都需要單獨配備一個專用的充電器。
隨著充電技術逐步向USB-C口快充方向發展。現有功率較小的兩串或三串電動工具有配備A口或者C口的充電器,但基本上僅用於單向或小電流充電。現在,電動工具的發展方向逐步向USB-C口,即Type-C PD,包括30W到100W,甚至140W的充電方向轉變。
寶礫微的最後一個方向就是Type-C PD快充的應用,尤其是雙向PD的應用。
目前市面上關於Type-C PD應用大致有三種方式:
第一種方式是結合快充協議和升降壓的DC-DC來實現PD快充。這種方式成本較高,特別是雙向快充協議的部分,價格較高,電路設計也複雜,軟體開發需要大量投入。
第二種方式是市面上常見的通用SOC方案,外圍簡單但成本較高,靈活性較差。
寶礫微採用的是右上角的第三種方式,即結合自研的SOC和市面上常見、簡單且便宜的MCU來設計整體方案。這種方案相對於第二種方式,優勢在於引入了MCU,可以實現一些通用SOC無法實現的定製化、可編程功能。從成本角度看,一個SOC加上一個MCU的成本比通用SOC要低。此外,更容易進行PD認證,靈活性高,能夠較簡單地實現軟體功能編輯,這是一個具有特色的方案。
在升降壓SOC方面,寶礫微目前主推的產品系列包括PL93056、PL94056和LYF62001系列。在電動工具應用中,主要關注以下幾款產品:
PL93056:針對2-4串電池應用,推薦功率如兩串30W、三串四串45W等應用。
PL94056:適用於4-6串電池應用,特別適合常規的五串電動工具,推薦功率低於65W的應用。
LYF62001:對於功率需求更大的情況,如100W甚至140W,推薦使用寶礫微的LYF62001。除了外置功率管外,它的功能與PL93056、PL94056基本類似,可以完全滿足各種協議和參數需求。
這三款產品就是寶礫微在電動工具領域主推的產品。接下來簡要介紹一下它們的特點。
首先是LYF62001,這款晶片支持Type-C PD和QC應用。在Type-C埠上,最大支持功率可達140W,並且採用外置功率管,可以根據不同功率需求選擇匹配的功率管,考慮到成本和尺寸體積的因素。對於QC應用,只做放電部分,而在充放電雙向概念下,使用Type-C來實現全面的功能。LYF62001支持從1-6串電池規格,最大電流可達20A。
其次是與I²C通信相關的通信模式,適用於不同的應用場景,包括A+C應用。另外,這款晶片可以適配不同類型的電池,如磷酸鐵鋰和三元電池,從3V-4.5V的電池規格,都能有效實現充放電功能,包括恆壓、恆流、涓流以及充電截止功能。
總體而言,LYF62001在SOC應用中,根據應用和客戶反饋,性價比和性能都非常優秀。然而,在一些案例中,客戶可能不需要如此大的功率輸出,比如只需40W或60W。這時如果採用外置功率管,會增加成本和尺寸。因此,寶礫微推出了完全內置功率管和快充協議方案,即PL93056和PL94056,為客戶提供更靈活的選擇。
這整套方案中,可以看到原理圖的公共部分基本相同。在外圍方面,將MCU與62001進行匹配,通過I²C通信實現整體功能。設計的效率可以達到最高97%的轉換效率。針對不同功率段,比如五串100W,可以實現更高的效率,但這取決於所選擇的功率管和電感管理的規格。總體而言,這種方案外圍簡單、效率高且溫升低,設計靈活性也很好。
關於PL93056和PL94056,這兩款產品是完全兼容的,即完全的Pin to Pin設計。它們的外圍引腳完全相同,唯一區別在於支持的電池串數不同。在硬體上,只需根據軟體設計來區分是支持三串、四串還是五串電池,這意味著無論是三串還是五串,都可以共用相同的PCB設計。如果選擇PL94056,完全可以兼容PL93056,因此非常靈活。
這兩款產品之所以能支持不同電池串數的核心原因在於內部的功率管。例如,PL94056具有40V的耐壓,可以輸出30V,適用於五串電池的典型工作電壓。而PL93056具有30V的耐壓,適用於低於24V的工作電壓。因此,建議在四串及以下電池應用中使用PL93056,在5-6串電池應用中考慮使用PL94056。除了功率段的不同外,它們實現快充功能的方式基本相似。
這個方案相對於LYF62001來說,由於功率管被內置,使得整體設計更簡單、更簡化,而且內置功率管的內阻只有十mΩ,因此效率也相對較高。
上圖展示了一個實際電動工具板的例子,支持五串電池雙向45W的方案,該方案已實現量產,這款方案靜態功耗可以控制在100μA以內,這是相對較低的。
在上圖測試數據中,展示了在升壓、降壓和升降壓模式下的波形情況。寶礫微在這些模式下具備完整的控制能力,包括試管聯動,這是某些競爭對手採用其他控制方式無法做到的。特別是在升降壓狀態下,這些方案表現出色。
同時上圖展示了一些測試結果,包括溫度和EMI效果。該溫度的最高溫可以控制在85℃左右。在EMI方面,升降壓部分一直表現良好,無需增加額外的共模電感或其他特殊方式,即可實現優秀的EMI效果。
總體而言,寶礫微的SOC主要針對電動工具的C口雙向充放電需求,無論是多大功率、多少串電池,寶礫微都有相應的產品來滿足。
除了SOC外,在電動工具領域,寶礫微還有其他產品,比如常見的升降壓PL5500和PL5501系列,它們可以單獨用於充電應用。
PL94053是在PL5501基礎上內置了兩個功率管,外部只需匹配兩個,適用於功率較小的場景。
在電動工具領域,特別是針對一些大功率需求,比如提到的16串及更高電池串數的園林工具,寶礫微提供了適用於100V的降壓控制器。這些控制器在市場上已經得到廣泛應用和客戶認可,是相對成熟的解決方案。
產品線涵蓋了多種適用於不同功率和電壓需求的控制器,例如PL59011、LYF5805、PL59201和PL3900系列。特別是PL3900系列可以處理更大功率的需求,輸出電流可達40A,並且支持適時安排的輸出功率調整。這些控制器晶片能夠根據客戶不同的需求進行靈活匹配,從40V到100V不等的輸入電壓範圍內提供降壓功能,滿足各種電動工具系統中的電壓管理需求。
舉例來說,像PL59201和PL59011這樣的控制器,能夠實現100V輸入和20A之內的輸出,具備高效的驅動電流,適用於需要較大功率輸出的場合。
而PL3900系列則是一種多相同步降壓控制器,可以同時支持升壓和降壓功能,並且可以並聯使用,使得電流輸出能夠達到40A甚至更大。
此外,針對小電流應用,比如PL89021,能夠提供100V輸入和1A輸出的控制器,其最大特點是超低靜態電流,可以做到10μA,適合於需要極低功耗的應用,特別是在多串電池的BMS(電池管理系統)中應用廣泛。
綜上所述,寶礫微產品線在電動工具領域非常全面,能夠滿足市場上大部分電動工具的電壓管理和功率需求,包括高功率園林工具的特殊需求。
在電動工具領域,除了滿足低功耗需求外,寶礫微還提供了多種產品來應對不同電流和電壓管理的挑戰。
首先是針對大一些電流需求的產品,比如PL89021和LYF89023系列。PL89021是同步的降壓控制器,適合需要低靜態電流的應用,而LYF89023則是異步的,適合需要更大電流輸出的場合。
此外,PL8805X系列針對60V輸入提供了高達5A的輸出能力,適合需要較高電流的應用,比如需要5V5A或12V5A輸出的情況。
針對常規的二十幾V輸入,需要降壓以供電子充電和電機驅動等應用,寶礫微推出了PL56002系列。這款控制器支持雙路限流,並帶有CC(恆流)和CV(恆壓)功能,特別適用於電動工具中的電池充電和其他大電流應用。
在40V耐壓方面,寶礫微有PL8205和PL832系列等產品,覆蓋了不同的應用場景和需求。這些控制器能夠處理各種輸入電壓範圍,為電動工具的電壓管理提供了靈活的解決方案。
除了降壓之外,寶礫微還有多款升壓產品,特別適合一些可攜式、小功率的電動工具。例如,PL30502系列可以提供高達15A的輸出,而PL32001系列則能夠處理更大的電流輸出需求。此外,PL5700和PL34051等控制器也是寶礫微在升壓領域的主力產品,能夠穩定可靠地應對大電流應用的需求。
首先,PL3050X系列產品具備輸出短路保護功能,而市面上許多其他升壓晶片卻不具備此功能。此外,這款產品能夠實現高達20V的電壓輸出,並採用了特殊的封裝形式,有利於散熱和提高效率。
PL32001系列是基於PL30502的基礎上進行了拓展。跟市面上主流競品對比,具備更高的耐壓和更小的內阻。轉換效率方面,可以達到高達97%的水平,特別適用於小功率電動工具等應用,如使用兩串電池升壓給電機供電。
另外,PL5700系列能夠處理更大功率的需求,因為採用了外置功率管,在某些應用中輸入電壓最高可達32V。
本文詳細介紹了寶礫微在電動工具領域的DC-DC解決方案,特別是其在Type-C PD快充SOC方面,擁有成熟的產品和方案,憑藉著其高效、靈活且成本效益良好的產品系列,為電動工具的充電和電壓管理提供了多樣化的選擇。從PL93056、PL94056到LYF62001等系列產品,無論是對於兩串還是多串電池應用,寶礫微都能提供適合的解決方案。
總結來說,寶礫微的產品方案在效率和可靠性上都有很好的表現,可為客戶提供多樣化的選擇。