Один полевой МОП-транзистор, предустановка или подстроечный резистор и резистор 470 Ом мощностью 1/4 Вт — это все, что вам нужно для создания простой и безопасной схемы зарядного устройства.

Перед подключением выхода к литий-ионному аккумулятору убедитесь в нескольких вещах.

1) Поскольку в приведенной выше конструкции не предусмотрена регулировка температуры, входной ток должен быть ограничен до уровня, который не вызывает значительного нагрева элемента.

2) Отрегулируйте предустановку, чтобы получить ровно 4,1 В на зарядных клеммах, к которым должен быть подключен аккумулятор. Отличный способ исправить это — подключить прецизионный стабилитрон вместо предустановленного и заменить резистор 470 Ом на резистор 1 кОм.

Для тока обычно достаточно постоянного входного тока около 0,5C, что составляет 50% от значения мАч элемента.

Добавление контроллера тока

Если источник входного сигнала не контролируется током, в этом случае мы можем быстро модернизировать приведенную выше схему с помощью простого каскада управления током BJT, как показано ниже:

Преимущество Li-Ion Battery

Основным преимуществом Li-Ion элементов является их способность быстро и эффективно заряжаться. Однако литий-ионные аккумуляторы имеют плохую репутацию из-за того, что они слишком чувствительны к неблагоприятным воздействиям, таким как высокое напряжение, большой ток и, что наиболее важно, условия перезарядки.

При зарядке в любом из вышеперечисленных условий аккумулятор может стать слишком горячим, а если условия сохраняются, это может привести к утечке жидкости из аккумулятора или даже к взрыву, что в конечном итоге приведет к необратимому повреждению аккумулятора.

При любых неблагоприятных условиях зарядки первое, что происходит с элементом, — это повышение его температуры, и в предлагаемой концепции схемы мы используем эту характеристику устройства для реализации необходимых операций безопасности, когда элементу никогда не разрешается достигать высокой температуры. температуры, сохраняя параметры в соответствии с требуемыми характеристиками ячейки.

2) Использование LM317 в качестве микросхемы контроллера

В этом блоге мы наткнулись на множество схем зарядных устройств с использованием микросхем LM317 и LM338, которые являются наиболее универсальными и наиболее подходящими устройствами для обсуждаемых операций.

Здесь мы также используем микросхему LM317, хотя это устройство используется только для создания необходимого регулируемого напряжения и тока для подключенного литий-ионного элемента.

Фактическая функция обнаружения выполняется парой NPN-транзисторов, расположенных таким образом, что они вступают в физический контакт с заряжаемой ячейкой.

Глядя на приведенную схему, мы получаем три типа защит одновременно:

При подаче питания на установку, IC 317 ограничивает и генерирует выходное напряжение, равное 3,9 В, на подключенную литий-ионную батарею. .

1. Резистор на 640 Ом гарантирует, что это напряжение никогда не превысит предела полного заряда.
2. Два транзистора NPN, подключенные в стандартном режиме Дарлингтона к контакту ADJ микросхемы, контролируют температуру ячейки.
3. Эти транзисторы также работают как ограничитель тока, предотвращая ситуацию перегрузки по току для литий-ионного элемента.

Мы знаем, что если вывод ADJ IC 317 заземлен, ситуация полностью отключает от него выходное напряжение.

Это означает, что проводимость транзисторов вызовет короткое замыкание контакта ADJ на землю, что приведет к отключению выхода на батарею.

Имея в руках описанную выше функцию, пара Дарлингтомов выполняет несколько интересных функций безопасности.

Резистор 0,8, подключенный к его базе и земле, ограничивает максимальный ток примерно до 500 мА. Если ток стремится превысить этот предел, напряжение на резисторе 0,8 Ом становится достаточным для активации транзисторов, которые «заглушают» выходной сигнал IC и препятствует дальнейшему увеличению тока. Это, в свою очередь, помогает уберечь аккумулятор от нежелательного тока.

Использование определения температуры в качестве параметра

Однако основная функция безопасности, выполняемая транзисторами, заключается в обнаружении повышения температуры литий-ионной батареи.

Транзисторы, как и все полупроводниковые устройства, имеют тенденцию проводить ток более пропорционально повышению температуры окружающей среды или их тела.

Как уже говорилось, эти транзисторы должны располагаться в тесном физическом контакте с батареей.

Теперь предположим, что в случае, если температура элемента начнет повышаться, транзисторы отреагируют на это и начнут проводить ток, проводимость мгновенно заставит вывод ADJ микросхемы подвергаться большему воздействию потенциала земли, что приведет к снижению выходного напряжения.

При снижении зарядного напряжения  нагревание подключенной литий-ионной батареи также уменьшится. Результатом является управляемая зарядка элемента, гарантирующая, что элемент никогда не выйдет из строя, и поддерживает безопасный профиль зарядки.

Приведенная выше схема работает по принципу температурной компенсации, но не включает функцию автоматического отключения при перезарядке, поэтому максимальное зарядное напряжение фиксируется на уровне 4,1 В.

Без температурной компенсации

Если вы хотите избежать проблем с контролем температуры, вы можете просто игнорировать пару Дарлингтона BC547 и использовать вместо нее один BC547.

Теперь это будет работать только как источник питания с управлением по току/напряжению для литий-ионного элемента. Вот требуемый измененный дизайн.

Поскольку здесь не используется контроль температуры, убедитесь, что значение Rc правильно рассчитано для скорости 0,5 °C. Для этого можно использовать следующую формулу:

Rc = 0,7 / 50% от значения Ah

Предположим, что значение Ah напечатано как 2800 mAh. Тогда приведенную выше формулу можно решить следующим образом:

Rc = 0,7 / 1400 мА = 0,7 / 1,4 = 0,5 Ом

Мощность будет равна 0,7 x 1,4 = 0,98, или просто 1 ватт.

Аналогично, убедитесь, что предустановка 4k7 настроена точно на 4,1 В на выходных клеммах.

После внесения вышеперечисленных настроек вы можете безопасно заряжать предполагаемый литий-ионный аккумулятор, не беспокоясь о каких-либо неблагоприятных ситуациях.

Так как при напряжении 4,1 В мы не можем считать аккумулятор полностью заряженным.

Чтобы устранить вышеуказанный недостаток, функция автоматического отключения становится более удобной, чем описанная выше концепция.

В этом блоге я обсуждал множество схем автоматического зарядного устройства на операционных усилителях, любая из них может быть применена для предлагаемой конструкции, но, поскольку мы заинтересованы в том, чтобы конструкция была дешевой и простой, можно попробовать альтернативную идею, показанную ниже. .

Использование SCR для отключения

Если вас интересует только автоматическое отключение без контроля температуры, вы можете попробовать описанную ниже конструкцию на основе SCR. SCR используется через ADJ и землю IC для операции фиксации. Затвор настроен на выход таким образом, что, когда потенциал достигает примерно 4,2 В, SCR срабатывает и фиксируется, отключая питание батареи на постоянной основе.

Порог можно отрегулировать следующим образом:

Первоначально установите предустановку 1K на уровень земли (крайний справа), подайте внешний источник напряжения 4,3 В на выходные клеммы.
Теперь медленно изменяйте предустановку, пока не сработает SCR (светодиод загорится).

Устанавливает схему автоматического отключения.

Как настроить описанную выше цепь

Сначала держите центральный ползунок предустановки в соприкосновении с заземляющей шиной цепи.

Теперь, не подключая питание переключателя батареи, проверьте выходное напряжение, которое, естественно, будет показывать полный уровень заряда, установленный резистором 700 Ом.

Затем очень умело и осторожно регулируйте предустановку до тех пор, пока SCR просто не сработает, отключив выходное напряжение до нуля.

Вот и все, теперь можно считать, что схема настроена.

Подключите разряженную батарею, включите питание и проверьте реакцию, предположительно SCR не сработает, пока не будет достигнут установленный порог, и отключится, как только батарея достигнет установленного порога полного заряда.

3) Схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов с использованием микросхемы IC 555

Вторая простая схема объясняет простую, но точную схему автоматического зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов с использованием повсеместно распространенной микросхемы IC 555.

Зарядка литий-ионной батареи может быть критической

Как мы все знаем, литий-ионную батарею необходимо заряжать в контролируемых условиях, если ее зарядка обычными средствами может привести к повреждению или даже взрыву батареи.

Обычно литий-ионные аккумуляторы не любят перезарядки своих элементов. Как только элементы достигают верхнего порога, зарядное напряжение должно быть отключено.

Следующая схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов очень эффективно соответствует вышеуказанным условиям, так что подключенному аккумулятору никогда не разрешается превышать предел перезарядки.

Когда IC 555 используется в качестве компаратора, его контакты № 2 и № 6 становятся эффективными измерительными входами для определения нижнего и верхнего пределов порогового напряжения в зависимости от настройки соответствующих предустановок.

Контакт № 2 отслеживает пороговый уровень низкого напряжения и переключает выход на высокий логический уровень, если уровень падает ниже установленного предела.

И наоборот, контакт № 6 контролирует верхний порог напряжения и возвращает выходной сигнал в низкий уровень при обнаружении уровня напряжения выше установленного верхнего предела обнаружения.

Как правило, верхнее отключение и нижнее включение должны быть установлены с помощью соответствующих предустановок, удовлетворяющих стандартным спецификациям микросхемы, а также подключенной батареи.

Предустановка для контакта №2 должна быть установлена ​​таким образом, чтобы нижний предел соответствовал 1/3 от Vcc, и аналогичная предустановка, связанная с контактом №6, должна быть установлена ​​таким образом, чтобы верхний предел отсечки соответствовал 2/3 от Vcc , в соответствии со стандартными правилами IC 555.

Как это работает

Все функционирование предлагаемой схемы зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов с использованием IC 555 происходит, как описано в следующем обсуждении:

Предположим, что к выходу показанной ниже схемы подключена полностью разряженная литий-ионная батарея (около 3,4 В).

Предполагая, что нижний порог установлен где-то выше уровня 3,4 В, контакт № 2 немедленно определяет ситуацию с низким напряжением и устанавливает высокий уровень на выходе № 3.

Высокий уровень на контакте №3 активирует транзистор, который включает входное питание на подключенную батарею.

Аккумулятор постепенно начинает заряжаться.

Как только батарея достигает полного заряда (при 4,2 В), при условии, что верхний порог отсечки на контакте № 6 установлен на уровне около 4,2 В, уровень измеряется на контакте № 6, что немедленно возвращает выходной сигнал к низкому уровню.

Низкий уровень на выходе мгновенно отключает транзистор, что означает, что зарядный вход теперь заблокирован или отключен от батареи.

Включение транзисторного каскада также позволяет заряжать литий-ионные аккумуляторы с большим током.

Трансформатор должен быть выбран с напряжением, не превышающим 6 В, и номинальным током 1/5 от номинального тока батареи.

Принципиальная схема

Если вы чувствуете, что приведенная выше конструкция слишком сложна, вы можете попробовать следующую конструкцию, которая выглядит намного проще:

Как настроить цепь

Подсоедините полностью заряженную батарею к показанным точкам и отрегулируйте предустановку таким образом, чтобы реле просто деактивировалось из положения N/C в положение N/O. … сделайте это без подключения зарядки Вход постоянного тока в цепь.

Как только это будет сделано, вы можете считать, что схема настроена и может использоваться для автоматического отключения питания батареи при полной зарядке.

Во время фактической зарядки убедитесь, что входной зарядный ток всегда ниже, чем номинальная мощность аккумулятора в Ач, то есть, если предположить, что аккумуляторная батарея равна 9 Ач00 мАч, вход не должен превышать 500 мА.

Батарея должна быть удалена, как только реле выключится, чтобы предотвратить саморазряд батареи через предустановку 1K.

IC1 = IC555

Все резисторы 1/4 Вт CFR

IC 555 Распиновка

Заключение

перебор.

Объясняется простой, но эффективный и безопасный способ зарядки литий-ионного аккумулятора в этом посте , и эта схема может быть применима ко всем типам батарей, поскольку она прекрасно заботится о двух важнейших параметрах: постоянном токе и автоматическом отключении при полной зарядке. Предполагается, что постоянное напряжение доступно от источника зарядки.

4) Зарядка многих литий-ионных аккумуляторов

В статье описана простая схема, которую можно использовать для быстрой зарядки не менее 25 литий-ионных аккумуляторов, соединенных параллельно, от одного источника напряжения, такого как батарея на 12 В или аккумуляторная батарея. Солнечная панель 12В.

Идея была предложена одним из активных подписчиков этого блога, давайте послушаем:

Совместная зарядка многих литий-ионных аккумуляторов

Можете ли вы помочь мне разработать схему для зарядки 25 литий-ионных аккумуляторов (3,7 В- 800 мА каждый) одновременно. Мой источник питания от батареи 12v-50AH. Также дайте мне знать, сколько ампер 12-вольтовой батареи будет потребляться с этой установкой в ​​​​час … заранее спасибо.

Дизайн

Когда дело доходит до зарядки, литий-ионные элементы требуют более строгих параметров по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

Это становится особенно важным, поскольку литий-ионные элементы имеют тенденцию выделять значительное количество тепла в процессе зарядки, и если это выделение тепла выходит из-под контроля, это может привести к серьезному повреждению элемента или даже к возможному взрыву.

Однако у литий-ионных аккумуляторов есть один положительный момент: их можно заряжать при полной скорости 1C, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, которые не допускают заряда со скоростью выше C/5.

Вышеупомянутое преимущество позволяет литий-ионным элементам заряжаться в 10 раз быстрее, чем свинцово-кислотным аналогам.

Как обсуждалось выше, поскольку управление теплом становится критическим вопросом, если этот параметр надлежащим образом контролируется, остальные вещи становятся довольно простыми.

Это означает, что мы можем заряжать литий-ионные элементы на полной скорости 1C, не беспокоясь ни о чем, пока у нас есть что-то, что контролирует выделение тепла этими элементами и инициирует необходимые корректирующие меры.

Я попытался реализовать это, подключив отдельную схему измерения тепла, которая контролирует тепло от элементов и регулирует зарядный ток в случае, если тепло начинает отклоняться от безопасного уровня.

Контроль температуры при скорости 1°C имеет решающее значение

На первой схеме ниже показана точная схема датчика температуры с использованием микросхемы LM324. Здесь использовались три его операционных усилителя.

Диод D1 представляет собой 1N4148, который здесь эффективно действует как датчик температуры. Напряжение на этом диоде падает на 2 мВ с каждым градусом повышения температуры.

Это изменение напряжения на D1 побуждает A2 изменить свою выходную логику, что, в свою очередь, инициирует постепенное увеличение выходного напряжения A3 соответственно.

Выход A3 подключен к светодиоду оптопары. В соответствии с настройкой P1 выход A4 имеет тенденцию к увеличению в ответ на тепло от элемента, пока в конечном итоге не загорится подключенный светодиод и не откроется внутренний транзистор оптопары.

Когда это происходит, оптотранзистор подает 12 В на схему LM338 для инициирования необходимых корректирующих действий.

На второй схеме показан простой регулируемый блок питания на микросхеме LM338. Потенциометр 2k2 настроен так, чтобы на подключенных литий-ионных элементах вырабатывалось ровно 4,5 В.

Предыдущая схема IC741 является схемой отключения при перегрузке, которая отслеживает заряд элементов и отключает питание, когда напряжение превышает 4,2 В.

BC547 слева рядом с ICLM338 введен для применения соответствующих корректирующих действий, когда ячейки начинают нагреваться.

В случае, если элементы начинают перегреваться, питание от оптопары датчика температуры попадает на транзистор LM338 (BC547), транзистор проводит и мгновенно отключает выход LM338, пока температура не упадет до нормальных значений, этот процесс продолжается до тех пор, пока элементы не будут полностью заряжены, когда IC 741 активирует и навсегда отключит элементы от источника.

Все 25 ячеек могут быть подключены к этой цепи параллельно, каждая положительная линия должна включать отдельный диод и резистор 5 Ом мощностью 1 Вт для равномерного распределения заряда.

Весь блок элементов должен быть закреплен на общей алюминиевой платформе, чтобы тепло равномерно рассеивалось по алюминиевой пластине.

D1 должны быть соответствующим образом приклеены к этой алюминиевой пластине, чтобы датчик D1 оптимально воспринимал рассеянное тепло.

Автоматическое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов и схема управления.

Заключение

• Основными критериями, которые необходимо соблюдать для любой батареи, являются: зарядка при подходящей температуре и отключение питания, как только она достигает полного заряда. Это основная вещь, которой вы должны следовать независимо от типа батареи. Вы можете контролировать это вручную или сделать это автоматически, в обоих случаях ваша батарея будет заряжаться безопасно и прослужит дольше.
• Ток зарядки/разрядки влияет на температуру батареи. Если она слишком высока по сравнению с температурой окружающей среды, ваша батарея будет сильно страдать в долгосрочной перспективе.
• Второй важный фактор – никогда не позволять аккумулятору сильно разряжаться. Продолжайте восстанавливать полный уровень заряда или продолжайте пополнять его, когда это возможно. Это гарантирует, что батарея никогда не достигнет нижнего уровня разрядки.
• Если вам сложно контролировать это вручную, вы можете использовать автоматическую схему, как описано на этой странице.

Остались сомнения? Пожалуйста, дайте им возможность написать в поле для комментариев ниже.0001

Скачать PDF

Abstract

Существует три метода зарядки Li+ аккумуляторов: импульсный, линейный и импульсный. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Импульсная зарядка сводит к минимуму рассеивание мощности в широком диапазоне напряжений адаптера переменного тока, но занимает больше места на плате и усложняет процесс по сравнению с линейной и импульсной зарядкой. Линейные зарядные устройства имеют небольшие размеры и отлично подходят для оборудования, чувствительного к шуму, но рассеиваемая мощность высока. Импульсные зарядные устройства компактны и эффективны, но требуют адаптера переменного тока с ограничением по току. Выберите метод зарядки на основе приоритетов стоимости, пространства и эффективности.

Зарядка Li+ аккумуляторов в мобильных телефонах и карманных компьютерах требует балансировки. С одной стороны, большой ток необходим для быстрой замены энергии, потребляемой аккумулятором при передаче голоса или данных. С другой стороны, зарядное устройство должно быть небольшим, чтобы соответствовать постоянно уменьшающимся форм-факторам мобильного телефона и КПК. Знание типов доступных зарядных устройств и компромиссов между ними позволяет разработчику выбрать правильное зарядное устройство для конкретного приложения.

Требования к зарядным устройствам для Li+ аккумуляторов

Зарядное устройство для Li+ аккумуляторов должно ограничивать зарядный ток и максимальное напряжение аккумулятора. Разработчики должны проконсультироваться с производителем батареи, чтобы определить, что требуется для безопасной зарядки конкретной батареи. Другие функции часто добавляются для увеличения срока службы батарей или работы зарядного устройства. К ним относятся снижение зарядного тока для переразряженных элементов, обнаружение неисправных элементов, контроль напряжения батареи и/или замер уровня топлива, ограничение входного тока, отключение зарядного устройства после завершения зарядки, автоматический перезапуск зарядки после частичной разрядки, индикация состояния заряда и внешнее зарядное устройство включает/отключает управление.

Эти функции могут быть реализованы в самом зарядном устройстве, в ASIC или дискретной схеме или, возможно, в программном обеспечении микроконтроллера. Разработчики схем решают, какие функции включить и как их реализовать, исходя из конкретного приложения и допустимого уровня стоимости или сложности.

Типы зарядных устройств Li+

Зарядные устройства для аккумуляторов Li+ бывают трех типов: импульсные, линейные и импульсные. Основное различие между этими топологиями заключается в том, что они предлагают компромисс между размером и стоимостью и производительностью.

Импульсные зарядные устройства имеют тенденцию быть больше и сложнее и требуют большого пассивного выходного LC-фильтра; дополнительное пространство на плате повышает эффективность.

Линейные и импульсные зарядные устройства занимают мало места на плате и требуют минимум внешних компонентов. Хотя линейному зарядному устройству может не потребоваться много места на плате для размещения ИС и ее внешних компонентов, ему может потребоваться дополнительная площадь платы для рассеивания тепла, выделяемого проходным транзистором зарядного устройства. Импульсные зарядные устройства не создают этой проблемы. Однако для них требуется адаптер переменного тока с ограничением по току, который обычно стоит дороже.

Импульсные зарядные устройства

На рис. 1 показана схема типичной схемы зарядного устройства Li+ с импульсным режимом. Он использует контроллер зарядного устройства MAX1737 Li+ с двумя n-канальными полевыми МОП-транзисторами для понижения напряжения адаптера переменного тока до напряжения аккумулятора. Рассеиваемая мощность этой схемы остается ниже примерно 1 Вт во всем диапазоне напряжений батареи и в широком диапазоне напряжений адаптера переменного тока. Эту схему можно легко масштабировать, чтобы можно было заряжать до четырех последовательных элементов током до 4 А.

Рис. 1. Зарядное устройство MAX1737 Switch Mode Li+.

Импульсные зарядные устройства имеют стабильно низкое рассеивание мощности при широком диапазоне входного напряжения и напряжения батареи, что является несомненным преимуществом перед линейными зарядными устройствами. Импульсные зарядные устройства также имеют преимущество перед импульсными зарядными устройствами: они хорошо работают в широком диапазоне входного напряжения, что позволяет использовать меньший и более дешевый сетевой адаптер переменного тока, чем при использовании импульсного зарядного устройства. Основными недостатками этого типа зарядного устройства являются его размер и сложность. Контроллер вместе с его внешними переключателями и LC-фильтром занимает больше места на плате, чем другие типы зарядных устройств. К другим недостаткам относятся электромагнитные помехи и электрические помехи, вызванные переключением зарядного устройства, и излучение, вызванное катушкой индуктивности выходного фильтра. Однако фиксированная частота переключения контроллера позволяет легко фильтровать электрические помехи, но необходимо соблюдать осторожность при компоновке схемы и выборе компонентов, чтобы предотвратить проблемы с помехами.

Схема зарядного устройства, показанная на рисунке 1, включает в себя множество других функций, которые увеличивают срок службы батареи и работу системы. Например, контроллер цепи зарядного устройства позволяет ограничить ток, протекающий в цепь. Когда этот ток достигает предела, контроллер автоматически уменьшает ток зарядки аккумулятора, ограничивая ток, который может протекать на вход схемы. Поскольку зарядное устройство ограничивает входной ток, для питания цепи можно использовать меньший и, как правило, более дешевый сетевой адаптер переменного тока.

Зарядное устройство включает в себя конечный автомат, который выключает зарядное устройство после завершения зарядки и автоматически перезапускает зарядку, когда часть заряда разрядилась в аккумуляторе. Функции безопасности включают щадящую предварительную зарядку сильно разряженных аккумуляторов при пониженном токе и возможность обнаружения неисправных аккумуляторов. Кроме того, индикаторы заряда и состояния могут напрямую управлять светодиодами или связываться с микроконтроллером.

Линейные зарядные устройства

Одним из способов минимизировать размер и сложность зарядного устройства является использование линейного зарядного устройства. В линейном зарядном устройстве используется проходной транзистор (обычно полевой МОП-транзистор, но иногда и биполярный транзистор), чтобы понизить напряжение адаптера переменного тока до напряжения батареи. Количество внешних компонентов намного меньше: для линейных зарядных устройств требуются входные и выходные обходные конденсаторы, а иногда требуется внешний проходной транзистор и резисторы для установки пределов напряжения и тока.

Главный недостаток линейного зарядного устройства — рассеиваемая мощность. Зарядное устройство просто снижает напряжение адаптера переменного тока до напряжения аккумулятора. Рассеиваемая мощность проходного элемента равна напряжению адаптера минус напряжение аккумулятора, умноженное на зарядный ток. В случае зарядного устройства на 1 А, регулируемого напряжения адаптера переменного тока 5 В ± 10 % и напряжения аккумулятора, которое варьируется от 4,2 В до 2,5 В, рассеиваемая мощность может составлять от 0,3 Вт до 3,0 Вт.

На рис. 2 показано типичное линейное зарядное устройство Li+. В этой схеме используется MAX189.8 и внешний полевой МОП-транзистор с p-каналом для понижения напряжения адаптера переменного тока до напряжения батареи. Этот тип зарядного устройства намного проще, чем импульсный, в основном потому, что пассивный LC-фильтр не требуется. Он рассеивает наибольшую мощность, когда напряжение батареи минимально, поскольку в этом состоянии разница между фиксированным входным напряжением и напряжением батареи наибольшая. MAX1898 включает в себя функцию (называемую состоянием предварительной квалификации ), которая снижает зарядный ток для любого напряжения батареи менее 2,5 В. Таким образом, наихудшее рассеивание мощности происходит, когда напряжение батареи немного выше номинального порога предварительной квалификации 2,5 В, а входное напряжение максимально. Для входа 5 В ± 10% максимальное входное напряжение составляет 5,5 В. Учет допусков, MAX189Минимальное напряжение предварительной квалификации для 8 составляет 2,375 В. Таким образом, рассеиваемая мощность проходного транзистора в наихудшем случае составляет 3,125 Вт на ампер зарядного тока. При высоких зарядных токах (около 1 А) большое рассеивание мощности может привести к чрезмерному нагреву небольшого мобильного телефона или КПК, что может ухудшить его работу. К сожалению, уменьшение зарядного тока для устранения проблем с рассеянием мощности увеличивает время зарядки. Выбор между дополнительным нагревом и дополнительным временем зарядки может быть трудным, в зависимости от приложения.

Рис. 2. Линейное зарядное устройство MAX1898 Li+.

Даже с учетом проблемы рассеивания мощности, связанной с линейной зарядкой, это все равно может быть лучшим выбором для беспроводных устройств. Поскольку нет действия переключения и не требуются катушки индуктивности, линейные зарядные устройства имеют более низкие кондуктивные и излучаемые помехи, чем зарядные устройства других типов. Этот уменьшенный шум может сделать линейное зарядное устройство подходящим решением для чувствительных к шуму беспроводных устройств.

МАКС1898 включает в себя: индикатор зарядки, который может напрямую управлять светодиодом или микроконтроллером, цепь пониженного напряжения батареи, которая снижает зарядный ток для переразряженных батарей, таймер для отключения зарядного устройства после завершения зарядки и регулируемый порог перезапуска для автоматического возобновления зарядки. если батарея разряжена. Вывод ISET одновременно устанавливает зарядный ток и указывает его уровень, пока зарядное устройство регулирует напряжение. Напряжение на выводе ISET можно контролировать с помощью АЦП или компаратора, чтобы определить, когда ток зарядки батареи упал до достаточно низкого уровня; либо этот уровень, либо встроенный таймер можно использовать для прекращения зарядки. Контроллер также включает в себя выходной контакт, который указывает состояние зарядки (/CHG\), и комбинированный входной и выходной контакт (EN/OK), который одновременно указывает на наличие входного напряжения и включает зарядное устройство.

Импульсные зарядные устройства

Третий тип зарядного устройства Li+, импульсное зарядное устройство, имеет некоторые преимущества как импульсных, так и линейных зарядных устройств. Как и импульсное зарядное устройство, импульсное зарядное устройство работает эффективно. Когда напряжение батареи, которую она заряжает, низкое, ее проходной транзистор остается включенным и проводит входной ток источника непосредственно к батарее. Когда напряжение батареи достигает напряжения регулирования батареи, зарядное устройство пульсирует входной ток для достижения желаемого зарядного тока, тем самым регулируя напряжение батареи на желаемом пределе напряжения. Поскольку транзистор не работает в своей линейной области во время этой части цикла заряда, а действует как переключатель, и рассеиваемая мощность намного ниже, чем у линейного зарядного устройства. Поскольку для импульсного зарядного устройства не требуется выходной LC-фильтр, оно меньше, чем импульсное зарядное устройство.

На рис. 3 показано импульсное зарядное устройство MAX1736 Li+. Он конкурирует с линейным зарядным устройством по простоте и небольшому количеству внешних компонентов. Благодаря более низкой рассеиваемой мощности компромисс между временем зарядки и рассеиваемой мощностью не нужно рассматривать, как в случае с линейным зарядным устройством.

Рис. 3. Зарядное устройство Li+ с импульсным режимом.

Однако импульсное зарядное устройство не лишено особых требований. Во-первых, источник входного напряжения, который питает зарядное устройство, должен быть ограничен по току. Текущий предел должен быть достаточно точным; настенные кубы с таким уровнем точности не так широко доступны, как те, у которых нет точного ограничения тока. Они также дороже. Однако в некоторых случаях ограничение тока адаптера переменного тока указывается достаточно точно, чтобы гарантировать, что сбой в питаемом им устройстве не создаст угрозы безопасности. Если по этой или другим причинам требуется точное ограничение входного тока, то при его использовании для зарядки не возникает никаких дополнительных затрат.

MAX1736 автоматически заряжает аккумулятор низким током 6 мА, когда напряжение аккумулятора ниже 2,5 В, чтобы предотвратить его повреждение в состоянии переразряда. Однако контроллер не прекращает зарядку автоматически. В большинстве случаев он прекращает зарядку после того, как зарядный ток падает ниже некоторого порога, обычно 10% от предела зарядного тока. Чтобы настроить этот режим завершения заряда, вывод GATE MAX1736 используется для прямого управления входом микроконтроллера. Измеряя скважность напряжения на выводе GATE, микропроцессор определяет средний ток. Для случая 10 %, когда рабочий цикл на выводе GATE падает ниже 10 %, микроконтроллер прекращает зарядку. Микроконтроллер также может отключить MAX1736, управляя контактом EN. Когда источник входного сигнала отсутствует или контакт EN имеет низкий уровень, потребление батареи уменьшается до 2 мкА, чтобы зарядное устройство не разрядило батарею после завершения зарядки.

Заключение

Импульсные зарядные устройства рассеивают небольшую мощность при широком диапазоне входных и зарядных напряжений и токов, но отличаются большей стоимостью и сложностью, чем другие типы. Линейные зарядные устройства меньше по размеру и менее сложны, чем импульсные устройства, но в большинстве случаев они рассеивают больше энергии. Импульсные зарядные устройства рассеивают значительно меньше энергии и занимают небольшую площадь платы, но требуют более дорогих адаптеров переменного тока, которые ограничивают потребляемый от них ток.