En tant que source d'alimentation pour les produits électroniques à faible puissance (principalement des produits à 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 du chargeur. Cet article présente la connexion simple entre un chargeur de batterie et une alimentation USB, élabore sur les caractéristiques du bus d'alimentation USB et des technologies connexes, des méthodes de charge et des méthodes de charge de terminaison de batteries NIMH et Li +, et fournit un exemple complet de charge de batterie intelligente NIMH via un port USB.
Un port universel de bus série (USB) est un port de données bidirectionnel avec puissance et terre. L'USB peut connecter tous les types de périphériques, y compris des disques externes, des dispositifs de stockage, des claviers, des souris, des interfaces sans fil, des caméras et des appareils photo, des lecteurs MP3 et d'innombrables appareils électroniques. Beaucoup de ces appareils sont alimentés par des batteries, dont certaines sont livrées avec des batteries construites. Pour la conception de charge de batterie, l'USB largement utilisé offre 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, y compris la tension, la limitation du courant, le courant de surtension, les connecteurs et les problèmes de connexion par câble. Il introduit également la technologie de la batterie d'hydrogène nickel (NIMH) et la technologie de batterie au lithium, les méthodes de charge et la technologie de terminaison de charge. Un exemple complet est fourni pour obtenir une charge intelligente des batteries NIMH via des ports USB, et des données de charge sont fournies.
Fonctionnalités USB
Le bus USB peut fournir une alimentation pour les appareils électroniques à faible puissance. L'alimentation en bus est isolée du réseau électrique et a une bonne stabilité. Cependant, le courant disponible est limité et il existe des problèmes d'interopérabilité potentiels entre la charge et l'alimentation hôte ou électrique.
Exigences de charge de la batterie
1 、 Lithium à cellule unique - ion et lithium - Batteries en 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 gamme de tension des batteries plus récentes et plus importantes actuellement sur le marché se situe entre 4,3 V et 4,4 V. Les batteries typiques de lithium / li +) et de polymère au lithium (li poly) ont des capacités allant de 600 mAh à 1400mAh.
Pour les batteries Li + et Li Poly, la courbe de charge préférée est de commencer à partir de chargement de courant constant et de 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 d'ajustement constituent la méthode de chargement de courant constant (CC) et de tension constante (CV). Par conséquent, ce type de chargeur est communément appelé chargeur CCCV. Une fois que le chargeur CCCV est entré en mode CV, le courant de charge de la batterie commence à diminuer. Si un taux de charge typique de 0,5 ° C à 1,5 ° C est utilisé pour la charge, le chargeur passe du mode CC au mode CV lorsque la batterie atteint 80% à 90% de sa pleine capacité. Une fois que le chargeur est entré en mode de charge CV, il surveille le courant de batterie; Lorsque le courant atteint le seuil minimum (quelques milliampères ou dizaines de milliance), le chargeur termine la charge. La courbe de charge typique des batteries de lithium est illustrée à la figure.
À partir de l'indicateur de chute de tension USB, on peut voir que la tension du port à faible puissance en aval du centre 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 entraver 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 、 Batteries d'hydrogène nickel (NIMH)
Les batteries NIMH sont plus lourdes que les batteries au lithium et ont une densité d'énergie 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 rétréci. Les batteries NIMH ont des dimensions standard et peuvent remplacer directement les batteries alcalines dans la plupart des applications. La tension nominale de chaque batterie est de 1,2 V, qui atteindra 1,5 V lorsqu'elle est 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 la charge de batterie de petits appareils électroniques grand public, un port USB est une source d'alimentation économique et pratique. Pour se conformer pleinement aux spécifications USB 2.0, la charge connectée au port USB doit être capable de communiquer dans les deux sens avec l'hôte. La charge doit également se conformer aux exigences de gestion de l'alimentation, y compris le mode de consommation d'énergie faible et les moyens pour l'hôte de déterminer quand dessiner de gros courants du port. Bien que les systèmes partiellement compatibles puissent accueillir la plupart des hôtes USB, des résultats inattendus peuvent parfois se produire. Ce n'est qu'avec une bonne compréhension des exigences de spécification USB et des attentes de chargement que un bon équilibre peut être obtenue entre la compatibilité avec les spécifications et la complexité de charge.
Heure du poste: 2023 - 12 - 28 17:22:28
