Firma Maxim specjalizuje się w produkcji wysokiej jakości układów analogowych i mieszanych – analogowo-cyfrowych. Jednym z najnowszych opracowań tej firmy, szczególnie interesującym dla konstruktorów urządzeń zasilanych z baterii, są jednoukładowe monitory baterii zasilających składających się z maksymalnie 16 ogniw Li-Ion lub LFP (LiFePO₄), spełniające także rolę inteligentnych balanserów. To wszystko mieści się w układach MAX14920 i MAX14921.

Układy MAX14920 oraz MAX14921 to kompletne, jednoukładowe systemy akwizycji napięć na stosach (szeregowo połączonych) ogniw Li-Ion, tworzących baterie zasilające urządzenia mobilne. Układy MAX14920 są konstrukcyjnie przystosowane do obsługi baterii składających się od 3 do 12 ogniw Li-Ion, układy MAX14921 do obsługi baterii składających się od 3 do 16 takich ogniw.

Napięcia na wszystkich ogniwach baterii są próbkowane w tym samym czasie, dzięki czemu aplikacja użytkownika jest w stanie precyzyjnie oszacować bieżący stan całego źródła zasilającego. Poglądowy schemat blokowy prezentowanych układów pokazano na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat blokowy układów MAX14920 i MAX14921

Układy MAX14920 i MAX14921 wyposażono w system diagnostyczny wykrywający zbyt niskie oraz zbyt wysokie napięcie każdego z ogniw, a także ich odłączenie oraz zwarcie. Układy wyposażono także w półprzewodnikowy bezpiecznik termiczny, zapobiegający uszkodzeniu struktury układu wynikającego ze zbyt wysokiej temperatury otoczenia. Bezpiecznik termiczny ma własne wyjście alarmowe, można je wykorzystać na przykład do zgłaszania przerwań lub – wprost – do uruchamiania systemu wymuszonego chłodzenia (wentylator lub ogniwa Peltiera). Maksymalne dopuszczalne napięcie względem linii GND na wyprowadzeniach wejść analogowych wykorzystywanych do pomiaru napięć na poszczególnych ogniwach może wynosić do +65 V, jest ono standaryzowane do zakresu wyjściowego +0,3…+4,7 V (przy zasilaniu toru analogowego napięciem +5 V z budowanego stabilizator LDO lub źródła zewnętrznego), co znacznie upraszcza dokonanie pomiaru napięć na poszczególnych ogniwach. Mierzone napięcie (z wybranego kanału pomiarowego) jest podawane poprzez bufor analogowy na wyjście układu, gdzie może zostać skonwertowane do postaci cyfrowej za pomocą zewnętrznego przetwornika A/C. Bufor analogowy ma wyjście, które można przełączać w stan wysokiej impedancji, w związku z czym możliwe jest wykonywanie pomiarów wielu pakietów za pomocą kilku układów MAX1492x dołączonych do wspólnego toru konwersji A/C.

Na rysunku 2 pokazano budowę toru próbkująco-pamiętającego mierzone napięcie w jednym z kanałów. Kondensator przechowujący próbkę napięcia jest dołączany do układu MAX1492x z zewnątrz, po jednym dla każdego ogniwa monitorowanej baterii.

Rys. 2. Schemat układu próbkująco-pamiętającego zastosowanego w każdym kanale pomiarowym układów MAX1492x

Prezentowane układy wyposażono także w trzy uniwersalne wejścia analogowe, przystosowane do zasilania napięciami z zakresu 0…+5 V (przy zasilaniu toru analogowego napięciem o wartości 5 V), które można wykorzystać do własnych pomiarów (np. temperatury pakietów akumulatorów) w tym samym torze pomiarowym, który służy do pomiaru napięć na ogniwach. Na rysunku 3 pokazano możliwe konfiguracje tej części toru sygnałowego.

Rys. 3. Możliwe konfiguracje wejść analogowych T1…T3 i wyjścia analogowego w układach MAX14920 i MAX14921

Kolejną, niezwykle przydatną w praktyce funkcją, realizowaną przez prezentowane układy jest możliwość kontrolowanego rozładowywania – niezależnie od siebie! – poszczególnych ogniw (ich balansowania). Wymaga to zastosowania zewnętrznych tranzystorów MOSFET z kanałem n, po jednym dla każdego ogniwa. Sposób ich dołączenia do układu sterującego i akumulatorów pokazano na rysunku 4. W pokazanej konfiguracji prąd rozładowujący zależy od rezystancji rezystorów R_BAL, w których może się wydzielać podczas rozładowywania ogniwa duża moc.

Rys. 4. Schemat połączeń (dla jednego kanału przypisanego do pojedynczego ogniwa) toru balansowania w układach MAX14920 i MAX14921 – dla każdego ogniwa baterii potrzebny jest jeden tranzystor MOSFET oraz rezystor R_BAL