Als Stromquelle für elektronische Produkte mit niedrigem Strom (hauptsächlich batteriebetriebene Produkte) bietet USB immer mehr Anwendungsmöglichkeiten, und der allgegenwärtige USB bietet auch mehr Möglichkeiten und größere Herausforderungen für das Design des Ladegeräts. In diesem Artikel wird die einfache Verbindung zwischen einem Batterieladegerät und einem USB -Netzteil eingeführt, die die Eigenschaften des USB -Strombusses und die damit verbundenen Technologien, Lademethoden und Kündigungslademethoden von NIMH- und Li+-Batterien erläutert.
Ein universeller Serienbussport (USB) ist ein bidirektionaler Datenanschluss mit Strom und Boden. USB kann alle Arten von peripheren Geräten anschließen, einschließlich externer Laufwerke, Speichergeräte, Tastaturen, Mäuse, drahtlosen Schnittstellen, Kameras und Kameras, MP3 -Player und unzähligen elektronischen Geräten. Viele dieser Geräte werden von Batterien angetrieben, von denen einige mit gebauten Batterien ausgebaut sind. Für das Batterieladungsdesign bietet der weit verbreitete USB sowohl Chancen als auch Herausforderungen. In diesem Artikel wird erläutert, wie ein einfaches Batterieladegerät mit einem USB -Netzteil angeschlossen werden kann. Der Artikel deckt die Eigenschaften des USB -Leistungsbusses ab, einschließlich Spannung, Strombeschränkung, Anstiegsstrom, Anschlüssen und Kabelverbindungsproblemen. Es führt auch die Nickel -Wasserstoffbatterie (NIMH) und die Lithiumbatterie -Technologie, die Lademethoden und die Lade -Terminierungstechnologie ein. Es wird eine vollständige Beispielschaltung bereitgestellt, um die intelligente Ladung von NIMH -Batterien über USB -Anschlüsse zu erreichen, und es werden Ladedaten bereitgestellt.
USB -Funktionen
Der USB -Bus kann Strom für niedrige elektronische Leistungsgeräte liefern. Die Bushaltempfänger ist aus dem Stromnetz isoliert und hat eine gute Stabilität. Der verfügbare Strom ist jedoch begrenzt und es gibt potenzielle Interoperabilitätsprobleme zwischen der Last und dem Host- oder Netzteil.
Anforderungen an die Batterieladung
1 、 Einzelzell -Lithium - Ion und Lithium - Polymerbatterien
Heutzutage liegt die Spannung in der Regel zwischen 4,1 V und 4,2 V. Der Spannungsbereich neuerer und größerer Kapazitätsbatterien, der sich derzeit auf dem Markt befindet, liegt zwischen 4,3 V und 4,4 V. Typische prismatische Lithium- (Li+)- und Lithiumpolymer -Batterien (li Poly) haben Kapazitäten von 600 mAh bis 1400 mAh.
Bei Li+und Li -Poly -Batterien soll die bevorzugte Ladekurve mit konstantem Stromladung beginnen und fortgesetzt werden, bis die Batteriespannung die Nennspannung erreicht. Anschließend passt das Ladegerät die Spannung an beiden Enden der Batterie ein. Diese beiden Anpassungsmethoden bilden das Lademethode des konstanten Stroms (CC) und konstanter Spannung (CV). Daher wird diese Art von Ladegerät allgemein als CCCV -Ladegerät bezeichnet. Nachdem das CCCV -Ladegerät den CV -Modus eingeleitet hat, nimmt der Ladestrom der Batterie ab. Wenn eine typische Laderate von 0,5 ° C bis 1,5 ° C für das Laden verwendet wird, wechselt das Ladegerät vom CC -Modus in den CV -Modus, wenn der Akku 80% bis 90% seiner vollen Kapazität erreicht. Sobald das Ladegerät in den CV -Lademodus eintritt, überwacht es den Batteriestrom; Wenn der Strom den Mindestschwellenwert (einige Milliamps oder zehn Milliamps) erreicht, endet das Ladegerät. Die typische Ladekurve von Lithiumbatterien ist in der Abbildung dargestellt.
Aus dem USB -Spannungsabfall -Indikator ist ersichtlich, dass die nachgeschaltete Niedrigpulverspannung des Port Power Hub keine ausreichende Marge hat, was es schwierig macht, die Batterie auf 4,2 V zu laden. Eine kleine Menge zusätzlicher Widerstand auf dem Ladeweg kann das normale Laden behindern. Li+und Li Poly -Batterien sollten bei angemessenen Temperaturen aufgeladen werden.
Die vom Hersteller empfohlene maximale Ladetemperatur liegt normalerweise zwischen+45 ° C und+55 ° C, und die maximal zulässige Entladungstemperatur kann um etwa 10 ° C erhöht werden. Die in diesen Batterien verwendeten Materialien haben sehr aktive chemische Eigenschaften, und wenn die Batterietemperatur+70 ° C überschreitet, tritt eine Verbrennung auf. Die Ladegeräte von Lithiumbatterien sollten eine thermische Abschaltschaltung haben, die die Batteriestemperatur überwacht. Wenn die Batterietemperatur die empfohlene maximale Ladetemperatur des Herstellers überschreitet, wird das Ladevorgang gekündigt.
2 、 Nickel -Wasserstoffbatterien (NIMH)
NIMH -Batterien sind schwerer als Lithiumbatterien und haben eine geringere Energiedichte. NIMH -Batterien waren schon immer billiger als Lithiumbatterien, aber in letzter Zeit hat sich die Preisunterschiede zwischen den beiden verengt. NIMH -Batterien haben Standardabmessungen und können in den meisten Anwendungen die alkalischen Batterien direkt ersetzen. Die Nennspannung jeder Batterie beträgt 1,2 V und erreicht 1,5 V, wenn sie vollständig aufgeladen ist.
Eine konstante Stromquelle wird normalerweise verwendet, um NIMH -Batterien zu laden. Wenn es einen voll geladenen Zustand erreicht, tritt eine exotherme chemische Reaktion auf, was zu einer Erhöhung der Batterietemperatur und einer Abnahme der Batterieklemmenspannung führt. Es kann die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs oder die negative Spannungsänderung der Batterie erfassen und zur Beendigung des Ladens verwendet werden. Diese Ladeverschlüsse werden DT/DT und - bezeichnet Δ V. Wenn die Laderate sehr niedrig ist, dt/dt und - Δ V ist nicht sehr offensichtlich und schwer genau nachzuweisen. Wenn die Batterie in einen Überladungszustand eingeht, dt/dt und - Δ Die V -Antwort zeigt sich. Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt weiterhin aufgeladen werden, wird der Akku beschädigt.
Die Beendigungserkennung ist viel einfacher, wenn die Laderate größer als C/3 ist als wenn die Ladequote niedriger ist. Die Temperaturanstiegsrate beträgt ungefähr 1 ° C/Minute - Δ Die V -Antwort ist auch ausgeprägter als bei niedrigen Laderaten. Nach Abschluss des schnellen Ladens wird empfohlen, die Batterie für einen Zeitraum von einem niedrigeren Strom zu laden, um den Akku vollständig zu laden (um das Laden auszugleichen). Nach Abschluss der ergänzenden Ladestufe wird ein Rinnsal -Ladestrom von C/20 oder C/30 verwendet, um den Selbstentladungseffekt auszugleichen und die Batterie in einem voll aufgeladenen Zustand aufrechtzuerhalten. Abbildung 3 zeigt die Batteriespannungskurve einer NIMH -Batterie (teilweise im Voraus aufgeladen), die mit einem DS2712 NIMH -Ladegerät geladen wird. In dieser Abbildung werden die Daten der oberen Kurve erhalten, wenn der Ladestrom in die Batterie fließt, während die Daten der unteren Kurve gemessen werden, wenn der Strom abgeschnitten wird. In DS2712 wird dieser Spannungsunterschied verwendet, um zwischen NIMH -Batterien und alkalischen Batterien zu unterscheiden. Wenn eine alkalische Batterie festgestellt wird, wird DS2712 nicht aufgeladen.
Zusammenfassung
Für die Batterieladung kleiner elektronischer Unterhaltungsgeräte ist ein USB -Anschluss eine wirtschaftliche und praktische Stromquelle. Um den USB 2.0 -Spezifikationen vollständig einzuhalten, muss die an den USB -Anschluss verbundene Last in der Lage sein, in beide Richtungen mit dem Host zu kommunizieren. Die Last muss auch den Anforderungen des Stromverwaltungsverwaltungsverbrauchs entsprechen, einschließlich niedriger Stromverbrauchsmodus und Mitteln für den Host, um zu bestimmen, wann große Ströme aus dem Port gezogen werden sollen. Obwohl teilweise kompatible Systeme die meisten USB -Hosts aufnehmen können, können manchmal unerwartete Ergebnisse auftreten. Nur mit einem guten Verständnis der USB -Spezifikationsanforderungen und der Lasterwartungen kann ein gutes Gleichgewicht zwischen Kompatibilität mit Spezifikationen und Lastkomplexität erreicht werden.
Postzeit: 2023 - 12 - 28 17:22:28
