يأخذك لمعرفة USB

كمصدر للطاقة للمنتجات الإلكترونية المنخفضة - الطاقة (معظمها من المنتجات التي تعمل بالبطارية) ، يوفر USB المزيد والمزيد من فرص التطبيق ، كما يوفر USB في كل مكان المزيد من الفرص والتحديات الأكبر لتصميم الشاحن. تقدم هذه المقالة العلاقة البسيطة بين شاحن البطارية ومصدر طاقة USB ، وتوضيح خصائص حافلة الطاقة USB والتقنيات ذات الصلة ، وطرق الشحن ، وطرق شحن الإنهاء في بطاريات NIMH و LI+، وتوفر مثالًا كاملاً على بطارية NIMH الذكية التي تتقدم عبر ميناء USB.

منفذ الناقل التسلسلي العالمي (USB) هو منفذ بيانات ثنائي الاتجاه مع الطاقة والأرض. يمكن لـ USB توصيل جميع أنواع الأجهزة الطرفية ، بما في ذلك محركات الأقراص الخارجية وأجهزة التخزين ولوحات المفاتيح والفئران والواجهات اللاسلكية والكاميرات والكاميرات ومشغلات MP3 والأجهزة الإلكترونية التي لا حصر لها. يتم تشغيل العديد من هذه الأجهزة بالبطاريات ، بعضها يأتي مع بني - في البطاريات. لتصميم شحن البطارية ، يجلب USB المستخدم على نطاق واسع الفرص والتحديات. تشرح هذه المقالة كيفية توزيع شاحن بطارية بسيط مع مصدر طاقة USB. تغطي المقالة خصائص ناقل الطاقة USB ، بما في ذلك الجهد والقيود الحالية وتيار الزيادة والموصلات وتوصيل الكابلات. كما يقدم بطارية هيدروجين النيكل (NIMH) وتكنولوجيا بطارية الليثيوم ، وطرق الشحن ، وتكنولوجيا إنهاء الشحن. يتم توفير دائرة مثال كاملة لتحقيق شحن ذكي لبطاريات NIMH من خلال منافذ USB ، ويتم توفير بيانات الشحن.

ميزات USB

يمكن لحافلة USB توفير الطاقة للأجهزة الإلكترونية المنخفضة - يتم عزل مصدر طاقة الحافلة عن شبكة الطاقة ولديه استقرار جيد. ومع ذلك ، فإن التيار المتاح محدود ، وهناك مشكلات محتملة للتشغيل البيني بين الحمل والمضيف أو مصدر الطاقة.

متطلبات شحن البطارية

1 、 ليثيوم خلية واحدة - أيون وليثيوم - بطاريات البوليمر

في الوقت الحاضر ، عندما يتم شحن بطاريات الليثيوم إلى أقصى قدرتها على التصنيف ، فإن جهدها عادة ما يكون بين 4.1 فولت و 4.2 فولت. يتراوح نطاق بطاريات السعة الأحدث والأكبر حاليًا في السوق بين 4.3 فولت و 4.4 فولت. الليثيوم المنشورية النموذجية - أيون (LI+) وبطاريات البوليمر الليثيوم (LI Poly) لها قدرات تتراوح من 600 مللي أمبير في الساعة إلى 1400 مللي أمبير في الساعة.

بالنسبة لبطاريات Li+و Li Poly ، فإن منحنى الشحن المفضل هو البدء من الشحن الحالي المستمر والمتابعة حتى يصل جهد البطارية إلى الجهد المقنن. ثم ، يقوم الشاحن بضبط الجهد في كلا طرفي البطارية. تشكل هاتان الطريقتان التعديلان طريقة شحن التيار الثابت (CC) وطريقة شحن الجهد الثابت (CV). لذلك ، يشار إلى هذا النوع من الشاحن عادة على أنه شاحن CCCV. بعد أن يدخل شاحن CCCV في وضع السيرة الذاتية ، يبدأ تيار الشحن للبطارية في الانخفاض. إذا تم استخدام معدل شحن نموذجي من 0.5C إلى 1.5C للشحن ، فسيتحول الشاحن من وضع CC إلى وضع CV عندما تصل البطارية إلى 80 ٪ إلى 90 ٪ من طاقتها الكاملة. بمجرد أن يدخل الشاحن وضع شحن السيرة الذاتية ، فإنه يراقب التيار البطارية ؛ عندما يصل التيار إلى الحد الأدنى من العتبة (بضعة ملليامات أو عشرات الملليامات) ، ينتهي الشاحن الشحن. يظهر منحنى الشحن النموذجي لبطاريات الليثيوم في الشكل.

من مؤشر إسقاط جهد USB ، يمكن ملاحظة أن جهد منفذ الطاقة المنخفض في أسفل المجرى لمركز Port Power لا يحتوي على هامش كافٍ ، مما يجعل من الصعب شحن البطارية إلى 4.2 فولت. يمكن أن تعيق كمية صغيرة من المقاومة الإضافية على مسار الشحن الشحن الطبيعي. يجب شحن بطاريات Li+و Li بولي في درجات حرارة مناسبة.

عادة ما تتراوح درجة حرارة الشحن القصوى الموصى بها من قبل الشركة المصنعة بين 45 درجة مئوية و+55 درجة مئوية ، ويمكن زيادة درجة حرارة التصريف القصوى المسموح بها بحوالي 10 درجات مئوية. المواد المستخدمة في هذه البطاريات لها خصائص كيميائية نشطة للغاية ، وإذا تجاوزت درجة حرارة البطارية 70 درجة مئوية ، فسيحدث الاحتراق. يجب أن تحتوي أجهزة شحن بطارية الليثيوم على دائرة إغلاق حرارية تراقب درجة حرارة البطارية. إذا تجاوزت درجة حرارة البطارية أقصى درجة حرارة الشحن الموصى بها للشركة المصنعة ، فسيتم إنهاء الشحن.

2 、 بطاريات الهيدروجين النيكل (NIMH)

بطاريات NIMH أثقل من بطاريات الليثيوم ولها كثافة طاقة أقل. لطالما كانت بطاريات NIMH أرخص من بطاريات الليثيوم ، ولكن في الآونة الأخيرة كان الفرق بين الاثنين يضيق. بطاريات NIMH لها أبعاد قياسية ويمكنها استبدال بطاريات القلويات مباشرة في معظم التطبيقات. الجهد الاسمي لكل بطارية هو 1.2 فولت ، والذي سيصل إلى 1.5 فولت عند الشحن بالكامل.

عادة ما يتم استخدام مصدر تيار ثابت لشحن بطاريات NIMH. عندما يصل إلى حالة مشحونة بالكامل ، يحدث تفاعل كيميائي طارد للحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة البطارية وانخفاض في جهد طرف البطارية. يمكن أن يكتشف معدل ارتفاع درجة الحرارة أو تغيير الجهد السلبي للبطارية ويتم استخدامه لإنهاء الشحن. وتسمى طرق إنهاء الشحن هذه DT/DT و - Δ V. عندما يكون معدل الشحن منخفضًا جدًا ، DT/DT و - Δ V ليست واضحة للغاية ويصعب اكتشافها بدقة. عندما تبدأ البطارية في إدخال حالة شحن مفرط ، DT/DT و - Δ تبدأ استجابة V في الظهور. إذا استمرت في الشحن في هذا الوقت ، فسوف يلحق الضرر بالبطارية.

يكون الكشف عن الإنهاء أسهل بكثير عندما يكون معدل الشحن أكبر من C/3 مما كان عليه عندما يكون معدل الشحن أقل. معدل ارتفاع درجة الحرارة حوالي 1 درجة مئوية/دقيقة - Δ استجابة V هي أيضًا أكثر وضوحًا من معدلات الشحن المنخفضة. بعد اكتمال الشحن السريع ، يوصى بشحن البطارية في تيار أقل لفترة من الوقت لشحن البطارية بالكامل (للتعويض عن الشحن). بعد الانتهاء من مرحلة الشحن التكميلية ، يتم استخدام تيار شحن C/20 أو C/30 للتعويض عن تأثير التفريغ الذاتي والحفاظ على البطارية في حالة مشحونة بالكامل. يوضح الشكل 3 منحنى جهد البطارية لبطارية NIMH (مشحونة جزئيًا مقدمًا) مشحونة بشاحن NIMH DS2712. في هذا الشكل ، يتم الحصول على بيانات المنحنى العلوي عندما يتدفق تيار الشحن إلى البطارية ، بينما يتم قياس بيانات المنحنى السفلي عند قطع التيار. في DS2712 ، يتم استخدام هذا الفرق الجهد للتمييز بين بطاريات NIMH والبطاريات القلوية. إذا تم اكتشاف بطارية قلوية ، فلن يتم شحنها DS2712.

ملخص

لشحن البطارية للأجهزة الإلكترونية للمستهلكين ، يعد منفذ USB مصدرًا اقتصاديًا وعمليًا للطاقة. للامتثال الكامل لمواصفات USB 2.0 ، يجب أن يكون الحمل المتصل بمنفذ USB قادرًا على التواصل في كلا الاتجاهين مع المضيف. يجب أن يتوافق الحمل أيضًا لمتطلبات إدارة الطاقة ، بما في ذلك وضع استهلاك الطاقة المنخفض ووسائل المضيف لتحديد وقت رسم التيارات الكبيرة من الميناء. على الرغم من أن الأنظمة المتوافقة جزئيًا يمكن أن تستوعب معظم مضيفي USB ، فقد تحدث نتائج غير متوقعة في بعض الأحيان. فقط مع فهم جيد لمتطلبات مواصفات USB وتوقعات التحميل يمكن تحقيق توازن جيد بين التوافق مع المواصفات وتعقيد الحمل.