En tant que source d'alimentation pour les produits électroniques à faible consommation (principalement des produits alimentés par batterie), l'USB offre de plus en plus d'opportunités d'application, et l'USB omniprésent offre également plus d'opportunités et de plus grands défis pour la conception de chargeurs. Cet article présente la connexion simple entre un chargeur de batterie et une alimentation USB, développe les caractéristiques du bus d'alimentation USB et les technologies associées, les méthodes de charge et les méthodes de charge de terminaison des batteries NiMH et Li+, et fournit un exemple complet de Batterie intelligente NiMH se chargeant via un port USB.
Un port USB (Universal Serial Bus) est un port de données bidirectionnel avec alimentation et mise à la terre. L'USB peut connecter tous les types de périphériques, notamment des disques externes, des périphériques de stockage, des claviers, des souris, des interfaces sans fil, des appareils photo et des caméras, des lecteurs MP3 et d'innombrables appareils électroniques. Beaucoup de ces appareils sont alimentés par des piles, dont certaines sont livrées avec des piles intégrées. Pour la conception du chargement des batteries, l’USB, largement utilisé, apporte à la fois des opportunités et des défis. Cet article explique comment interfacer un simple chargeur de batterie avec une alimentation USB. L'article couvre les caractéristiques du bus d'alimentation USB, notamment les problèmes de tension, de limitation de courant, de surintensité, de connecteurs et de connexion des câbles. Il présente également la technologie des batteries au nickel-hydrogène (NiMH) et des batteries au lithium, les méthodes de charge et la technologie de terminaison de charge. Un exemple de circuit complet est fourni pour réaliser une charge intelligente des batteries NiMH via les ports USB, et des données de charge sont fournies.
Fonctionnalités USB
Le bus USB peut alimenter des appareils électroniques de faible consommation. L'alimentation du bus est isolée du réseau électrique et présente une bonne stabilité. Cependant, le courant disponible est limité et il existe des problèmes potentiels d'interopérabilité entre la charge et l'hôte ou l'alimentation.
Exigences de charge de la batterie
1. Batteries monocellulaires lithium-ion et lithium-polymère
De nos jours, lorsque les batteries au lithium sont chargées à leur capacité nominale maximale, leur tension se situe généralement entre 4,1 V et 4,2 V. La plage de tension des batteries les plus récentes et de plus grande capacité actuellement sur le marché se situe entre 4,3 V et 4,4 V. Les batteries prismatiques typiques au lithium-ion (Li+) et au lithium polymère (Li Poly) ont des capacités allant de 600 mAh à 1 400 mAh.
Pour les batteries Li+ et Li Poly, la courbe de charge préférée consiste à commencer par une charge à courant constant et à continuer jusqu'à ce que la tension de la batterie atteigne la tension nominale. Ensuite, le chargeur ajuste la tension aux deux extrémités de la batterie. Ces deux méthodes de réglage constituent la méthode de charge à courant constant (CC) et à tension constante (CV). Par conséquent, ce type de chargeur est communément appelé chargeur CCCV. Une fois que le chargeur CCCV entre en mode CV, le courant de charge de la batterie commence à diminuer. Si un taux de charge typique de 0,5C à 1,5C est utilisé pour le chargement, le chargeur passera du mode CC au mode CV lorsque la batterie atteint 80 à 90 % de sa pleine capacité. Une fois que le chargeur passe en mode de charge CV, il surveille le courant de la batterie ; Lorsque le courant atteint le seuil minimum (quelques milliampères ou dizaines de milliampères), le chargeur termine la charge. La courbe de charge typique des batteries au lithium est illustrée sur la figure.
L'indicateur de chute de tension USB montre que la tension du port basse consommation en aval du hub d'alimentation du port n'a pas de marge suffisante, ce qui rend difficile la charge de la batterie à 4,2 V. Une petite quantité de résistance supplémentaire sur le chemin de charge peut gêner la charge normale. Les batteries Li+ et Li Poly doivent être chargées à des températures appropriées.
La température de charge maximale recommandée par le fabricant se situe généralement entre + 45 ° C et + 55 ° C, et la température de décharge maximale admissible peut être augmentée d'environ 10 ° C. Les matériaux utilisés dans ces batteries ont des propriétés chimiques très actives, et si la température de la batterie dépasse + 70 ° C, la combustion se produira. Les chargeurs de batterie au lithium doivent avoir un circuit d'arrêt thermique qui surveille la température de la batterie. Si la température de la batterie dépasse la température maximale de charge recommandée par le fabricant, la charge sera terminée.
2. Piles nickel-hydrogène (NiMH)
Les batteries NiMH sont plus lourdes que les batteries au lithium et ont une densité énergétique plus faible. Les batteries NiMH ont toujours été moins chères que les batteries au lithium, mais récemment, la différence de prix entre les deux s'est réduite. Les piles NiMH ont des dimensions standards et peuvent remplacer directement les piles alcalines dans la plupart des applications. La tension nominale de chaque batterie est de 1,2 V, qui atteindra 1,5 V une fois complètement chargée.
Une source de courant constante est généralement utilisée pour charger les batteries NIMH. Lorsqu'il atteint un état complètement chargé, une réaction chimique exothermique se produit, entraînant une augmentation de la température de la batterie et une diminution de la tension de la borne de la batterie. Il peut détecter le taux d'élévation de la température ou un changement de tension négatif de la batterie et être utilisé pour terminer la charge. Ces méthodes de terminaison de charge sont appelées DT / DT et - Δ V. Lorsque le taux de charge est très faible, dt / dt et - Δ V n'est pas très évident et difficile à détecter avec précision. Lorsque la batterie commence à entrer dans un état de surcharge, DT / DT et - Δ La réponse V commence à montrer. Si vous continuez à charger à ce moment, cela endommagera la batterie.
La détection de terminaison est beaucoup plus facile lorsque le taux de charge est supérieur à C / 3 que lorsque le taux de charge est inférieur. Le taux d'augmentation de la température est d'environ 1 ° C / minute - Δ La réponse V est également plus prononcée qu'à de faibles taux de charge. Une fois la charge rapide terminée, il est recommandé de charger la batterie à un courant inférieur pendant une période pour charger complètement la batterie (pour compenser la charge). Une fois l'achèvement de l'étape de charge supplémentaire, un courant de charge de filet de C / 20 ou C / 30 est utilisé pour compenser l'effet d'auto-décharge et maintenir la batterie dans un état entièrement chargé. La figure 3 montre la courbe de tension de la batterie d'une batterie NIMH (partiellement chargée à l'avance) chargée d'un chargeur NIMH DS2712. Dans cette figure, les données de la courbe supérieure sont obtenues lorsque le courant de charge se déroule dans la batterie, tandis que les données de la courbe inférieure sont mesurées lorsque le courant est coupé. Dans DS2712, cette différence de tension est utilisée pour distinguer les batteries NIMH et les batteries alcalines. Si une batterie alcaline est détectée, DS2712 ne le chargera pas.
résumé
Pour charger la batterie de petits appareils électroniques grand public, un port USB constitue une source d’alimentation économique et pratique. Pour être pleinement conforme aux spécifications USB 2.0, la charge connectée au port USB doit pouvoir communiquer dans les deux sens avec l'hôte. La charge doit également être conforme aux exigences de gestion de l'énergie, y compris le mode de faible consommation d'énergie et les moyens permettant à l'hôte de déterminer quand tirer des courants importants du port. Bien que les systèmes partiellement compatibles puissent prendre en charge la plupart des hôtes USB, des résultats inattendus peuvent parfois survenir. Ce n'est qu'avec une bonne compréhension des exigences des spécifications USB et des attentes en matière de charge qu'un bon équilibre peut être atteint entre la compatibilité avec les spécifications et la complexité de la charge.
Heure du poste: 2023 - 12 - 28 17:22:28
