Кратко опишите аккумуляторную технологию современных портативных электронных устройств.

Предисловие

Сегодняшняя технология портативных электронных резервных аккумуляторов включает в себя алгоритмы определения мощности, алгоритмы зарядки аккумуляторов и технологию зарядки аккумуляторов. Как мы все знаем, химическая реакция аккумуляторной батареи имеет четыре программы: никель-кадмий, никель-водород, литий-ионный и литиевый полимер. Как портативное электронное устройство, хотя эти четыре программы для аккумуляторов имеют свои собственные характеристики, они относятся к плотности энергии и безопасности. Развитие и практика показывают, что преимущества литий-ионных аккумуляторов и литий-полимерных аккумуляторов стали идеальными для небольших долговечных устройств, таких как ноутбуки и PMP на жестких дисках. Для инженеров по портативному электронному оборудованию первостепенное значение имеют правильный выбор и применение аккумуляторной технологии в портативном электронном оборудовании. В этой статье мы обсудим это и проанализируем примеры применения.

1. Алгоритм зарядки аккумулятора для непрерывной зарядки, быстрой зарядки и стабильной зарядки.

В зависимости от требований к энергии конечного приложения аккумуляторная батарея может содержать до четырех литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторных элементов в различных конфигурациях с основным адаптером питания: прямым адаптером, интерфейсом USB или автомобильным зарядным устройством. Эти аккумуляторные блоки имеют одинаковые характеристики зарядки независимо от количества ячеек, конфигурации ячеек или типа адаптера питания. Таким образом, их алгоритмы зарядки такие же. Лучшие алгоритмы зарядки литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов можно разделить на три фазы: непрерывная зарядка, быстрая зарядка и стабильная зарядка.

Капельная зарядка. Используется для зарядки глубоко разряженных элементов. Когда напряжение элемента ниже примерно 2,8 вольт, он заряжается постоянным током 0,1 градуса Цельсия.

быстрая зарядка. Когда напряжение элемента превышает порог непрерывной зарядки, зарядный ток увеличивается для быстрой зарядки. Ток быстрой зарядки должен быть менее 1,0 градуса Цельсия.

Стабильное напряжение. Во время процесса быстрой зарядки, когда напряжение элемента достигает 4,2 В, начинается фаза установившегося напряжения. В это время зарядка может быть прервана минимальным зарядным током, таймером или их комбинацией. Зарядку можно прервать, когда минимальный ток ниже 0,07 градуса Цельсия. Таймер использует предустановленный таймер для запуска прерывания.

Усовершенствованные зарядные устройства обычно имеют дополнительные функции безопасности. Например, если температура элемента превышает заданное окно, обычно от 0 ° C до 45 ° C, зарядка будет приостановлена. В дополнение к некоторым устройствам очень низкого уровня, текущие решения для зарядки литий-ионных / литий-полимерных аккумуляторов интегрированы или имеют внешние компоненты для зарядки в соответствии с характеристиками зарядки, а не только для лучшей зарядки. Это также для безопасности.

2. программа зарядки литий-ионных / полимерных аккумуляторов

Схема зарядки литий-ионных / полимерных аккумуляторов различается для разного количества ячеек, конфигураций ячеек и типов мощности. В настоящее время существует три основных варианта зарядки: линейные, понижающие (понижающие) переключатели и SEPIC (повышающие и понижающие) переключатели.

2.1 линейная схема

Когда входное напряжение зарядного устройства больше, чем напряжение холостого хода после полностью заряженных ячеек плюс достаточный запас, лучше всего использовать линейную схему, особенно если ток быстрой зарядки 1,0 градус Цельсия не намного больше единицы. Например, у MP3-плеера обычно всего одна батарея, а емкость составляет от 700 до 1500 мАч. Напряжение холостого хода при полной зарядке составляет 4,2 В. Питание MP3-плеера обычно осуществляется от адаптера переменного / постоянного тока или интерфейса USB, а на выходе - обычные 5 В; В настоящее время зарядное устройство с линейным решением является самым простым и эффективным решением. На рисунке 2 показана линейная схема зарядки литий-ионных / полимерных аккумуляторов с той же базовой структурой, что и у линейного регулятора напряжения.

Пример применения линейного зарядного устройства - зарядное устройство Li + с двумя входами и интеллектуальный селектор мощности MAX8677A.MAX8677A - это линейное зарядное устройство с двумя входами, USB / AC, со встроенным SmartPowerSelector для питания от переносного одноэлементного аккумулятора Li +. Зарядное устройство объединяет все переключатели питания, необходимые для зарядки аккумулятора и внешнего источника питания, а также переключения нагрузок, устраняя необходимость во внешнем полевом МОП-транзисторе. MAX8677A идеально подходит для портативных устройств, таких как смартфоны, КПК, портативные мультимедийные плееры, устройства GPS-навигации, цифровые камеры и цифровые видеокамеры.

MAX8677A может работать от отдельного входа питания USB и адаптера переменного тока или от любого из двух входов. При подключении к внешнему источнику питания Smart Power Selector позволяет отключать систему от аккумулятора или может быть подключен к аккумулятору с глубоким разрядом. Smart Power Selector автоматически переключает аккумулятор на нагрузку системы и использует неиспользуемую секцию входного питания системы для зарядки аккумулятора, используя ограниченную входную мощность USB и адаптера. Все необходимые цепи измерения тока, включая встроенные силовые переключатели, интегрированы в кристалл. Предел входного постоянного тока можно регулировать до 2, в то время как входы постоянного тока и USB поддерживают режимы ожидания 100 мА, 500 мА и USB. Ток заряда можно регулировать до 1,5 для поддержки широкого диапазона емкости аккумулятора. Другие функции MAX8677A включают терморегуляцию, защиту от перенапряжения, состояние заряда и выход неисправности, мониторинг исправного питания, мониторинг термистора аккумулятора и таймер заряда. MAX8677A доступен в компактном, термически усиленном, 4 мм x 4 мм, 24-выводном корпусе TQFN, который рассчитан на работу в расширенном температурном диапазоне (от -40 до + 85 ° C).

2.2 Программа перехода на доллар США (доллар США)

Когда ток, заряженный при 1,0 градусах Цельсия, больше 1, или входное напряжение намного выше, чем напряжение полной разомкнутой цепи элемента, решение понижающего или понижающего энергопотребления является лучшим выбором. Например, в PMP на жестком диске обычно используется одноэлементный литий-ионный аккумулятор с напряжением разомкнутой цепи полного заполнения 4,2 В и емкостью от 1200 до 2400 мАч. Теперь PMP обычно заряжается с помощью автомобильного комплекта, и его выходное напряжение составляет от 9 до 16 В. Относительно высокая разница напряжений (минимум 4,8 В) между входным напряжением и напряжением батареи снижает эффективность линейной схемы. Эта неэффективность в сочетании с током быстрой зарядки 1 c, превышающим 1,2, может вызвать серьезные тепловые проблемы. Чтобы избежать этой ситуации, используется схема Баркера. На рисунке 3 представлена принципиальная схема зарядного устройства Баркера для литий-ионного / полимерного аккумулятора. Базовая конструкция точно такая же, как у понижающего (понижающего) импульсного стабилизатора напряжения.

2.3 Sepic (повышающая и понижающая) схема переключения

В некоторых устройствах, в которых последовательно используются три или даже четыре литий-ионных / полимерных элемента, входное напряжение зарядного устройства не всегда превышает напряжение аккумулятора. Например, в ноутбуке используется трехэлементный литий-ионный аккумулятор, который полностью заряжен от напряжения холостого хода. Это 12,6 В (4,2 В x 3) с емкостью от 1800 до 3600 мАч. Входная мощность - это либо адаптер переменного / постоянного тока с выходным напряжением 16 В, либо автомобильный комплект с выходным напряжением от 9 до 16 В. Очевидно, что ни линейная, ни баковая схема не могут заряжать этот аккумуляторный блок. Для этого требуется схема SEPIC, которая работает, когда выходное напряжение выше, чем напряжение батареи, а также когда выходное напряжение ниже, чем напряжение батареи.

3. алгоритм обнаружения электричества

Многие портативные устройства используют измерения напряжения для оценки оставшегося заряда батареи, но соотношение между напряжением батареи и остаточной мощностью зависит от мощности, температуры и старения батареи, что делает этот метод ошибочным. Ставка может составлять до 50%. Рыночный спрос на продукты с более длительным сроком службы продолжает расти, поэтому разработчикам систем нужны более точные решения. Использование топливомера для измерения уровня заряда аккумулятора или потребляемой мощности обеспечит более точную оценку заряда аккумулятора в широком диапазоне уровней мощности приложения.

3.1 Один из примеров применения алгоритма определения мощности, полнофункциональная конструкция портативного аккумуляторного блока с одной и двумя батареями.

Принцип обнаружения электричества. У лучшего указателя уровня топлива должно быть как минимум напряжение аккумуляторной батареи, температура и ток аккумуляторной батареи, метод измерения; микропроцессор 9; и набор проверенных алгоритмов определения мощности. Bq2650x и bq27x00 - это полнофункциональные датчики уровня топлива с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), который измеряет напряжение и температуру, и аналого-цифровым преобразователем, измеряющим ток и заряд. Эти датчики уровня топлива также имеют микропроцессор, который отвечает за выполнение алгоритмов обнаружения топлива Texas Instruments. Эти алгоритмы компенсируют саморазряд, старение, температуру и скорость разряда литий-ионных аккумуляторов. Микропроцессор, входящий в состав микросхемы, снижает вычислительную нагрузку на процессор главной системы. Указатель уровня топлива может предоставить такую информацию, как оставшийся уровень заряда батареи. Продукты серии Bq 27x00 также предоставляют оставшееся время работы (RunTimetoEmpty). Хост может запросить датчик уровня топлива в любое время, а затем сообщить пользователю информацию о батарее с помощью индикатора свинца или экранного дисплея. Датчик уровня топлива прост в использовании, а системный процессор должен быть настроен только с 12-канальным коммуникационным драйвером HDQ.

Описание схемы аккумуляторной батареи. На рисунке 4 (а) показана типичная прикладная схема аккумуляторного блока с функцией идентификации IC. В зависимости от используемой ИС измерителя мощности аккумуляторная батарея должна иметь не менее трех-четырех внешних клемм. Контакты VCC и bat подключаются к напряжению батареи для подачи питания на C и измерения напряжения батареи. Чувствительный резистор с низким сопротивлением подключается к заземлению батареи, чтобы позволить входам SRP и SRN с высоким импедансом измерителя уровня топлива контролировать напряжение на чувствительном резисторе. Ток, протекающий через резистор считывания, можно использовать для определения величины заряда, который батарея заряжает или разряжает. Когда разработчик решает определить значение сопротивления, необходимо учитывать, что напряжение на резисторе не должно превышать 100 мВ. Слишком низкое значение сопротивления может вызвать ошибку при малом токе. Компоновка платы должна гарантировать, что соединения от SRP и SRN к измерительному резистору находятся как можно ближе к клеммам измерительного резистора, другими словами, они должны быть подключены в градусах Кельвина.

Для вывода HDQ требуется внешний подтягивающий резистор, который должен быть на хосте или главном приложении, чтобы датчик мог переходить в спящий режим, когда аккумуляторная батарея отсоединена от портативного устройства. Рекомендуется использовать сопротивление резистора 10 кОм.

Идентификация аккумуляторной батареи. Проблема недорогих контрафактных аккумуляторов становится все более серьезной. Эти батареи могут не содержать схему защиты, требуемую производителем оригинального оборудования. Следовательно, оригинальный аккумуляторный блок может включать в себя схему идентификации, показанную на Рисунке 4 (а). Когда батарея должна быть аутентифицирована, хост отправляет значение запроса (запрос) на батарейный блок, содержащий IC (bq26150, который действует как проверка циклическим избыточным кодом (CRC). CRC, содержащийся в батарейном блоке, будет основываться на этом значения запроса и внутри IC. Полином CRC построен для вычисления значения CRC. CRC основан на команде запроса на основе хоста и тайно определенном полиноме CRC в IC. Хост также сравнивает вычисление значения CRC с аккумулятор, чтобы определить, прошла ли аутентификация. При идентификации bq26150 выдаст инструкцию, чтобы убедиться, что линия передачи данных между хостом и датчиком уровня топлива в норме. Когда соединение батареи прерывается или восстанавливается, весь процесс аутентификации будет повторяться.

3.2 Пример нового типа интегральной схемы, которая может быть применена к различным счетчикам General Electric

Многие производители сегодня предлагают широкий спектр ИС для измерителей уровня топлива, из которых пользователи могут выбрать правильные функциональные устройства для оптимизации соотношения цены и качества своей продукции. Эта разделенная архитектура, использующая датчик уровня топлива для хранения измеренных параметров батареи, позволяет пользователю настраивать алгоритм датчика уровня топлива в хосте. Это исключает стоимость встроенного процессора в аккумуляторную батарею. Это типичный анализ микросхемы DS2762 на примере Dallas Semiconductor. Новый тип интегральной схемы отдельного топливомера, структура которой показана на Рисунке 5 (а).

Особенности приложения DS2762

DS2762 - это одноэлементный датчик уровня заряда литиевой батареи и схема защиты, интегрированная в крошечный корпус с откидной крышкой размером 2,46 мм x 2,74 мм. Благодаря встроенным высокоточным резисторам для определения мощности это устройство очень компактно. Его небольшой размер и беспрецедентно высокая степень интеграции идеально подходят для аккумуляторов мобильных телефонов и других аналогичных портативных продуктов, таких как КПК. Интегральная схема защиты непрерывно контролирует аккумулятор на предмет перенапряжения, пониженного напряжения и перегрузки по току (во время зарядки или разрядки). В отличие от ИС независимой защиты, DS2762 позволяет хост-процессору отслеживать / управлять состоянием проводимости полевого транзистора, так что управление мощностью системы может быть достигнуто через схему защиты DS2762. DS2762 также может заряжать глубоко разряженную батарею при напряжении менее 3 В, предусмотрен путь зарядки с восстановлением тока.

DS2762 точно контролирует ток, напряжение и температуру батареи с динамическим диапазоном и разрешением, чтобы соответствовать стандартам тестирования любого популярного продукта мобильной связи. Измеренный ток объединяет внутреннюю временную базу для измерения электроэнергии. Точность указателя уровня топлива повышается за счет непрерывной автоматической коррекции смещения в реальном времени. Встроенный чувствительный резистор устраняет изменения сопротивления из-за производственного процесса и температуры, дополнительно повышая точность указателя уровня топлива. Важные данные хранятся в 32 байтах, блокируемый eepm; 16 байт SRAM используются для хранения динамических данных. Вся связь с DS2762 осуществляется через однолинейный многоузловой интерфейс связи, что сводит к минимуму связь между аккумуляторной батареей и хостом. Его основными особенностями являются протектор одноэлементной литиевой батареи; высокоточное измерение тока (учет электроэнергии), напряжения и температуры; дополнительный встроенный сенсорный резистор 25 мОм, каждый DS2762 настраивается индивидуально; Аккумулятор 0 В возобновляет зарядку; 32 байта EEPM с блокировкой, 16-байтовая SRAM, 64-битная микросхема;

Однолинейный, многоузловой, цифровой интерфейс связи; поддержка управления питанием группы с несколькими батареями и реализация управления мощностью системы путем защиты полевых транзисторов; в спящем режиме ток питания всего 2 (максимум), а рабочий ток 90 (максимум); Корпус флип-чипа 2,46 мм x 2,74 мм или 16-выводной корпус SSOP, как со считывающими резисторами, так и без них; комплекс с оценочной платой.

4. Вывод

Применение технологии портативных электронных аккумуляторов является основой для выбора литий-ионных аккумуляторов и литий-полимерных аккумуляторов и их зарядных устройств. Как выбрать правильный, также зависит от конкретных требований портативного электронного оборудования.

Страница содержит содержимое машинного перевода.