低電力電子製品 (主にバッテリ駆動製品) の電源として、USB はますます多くのアプリケーションの機会を提供しており、ユビキタスな USB は充電器の設計にもより多くの機会と大きな課題をもたらしています。この記事では、充電器と USB 電源間の簡単な接続を紹介し、USB 電源バスの特性と関連技術、充電方法、NiMH および Li+ 電池の終端充電方法について詳しく説明し、完全な例を示します。 USB ポートを介して NiMH インテリジェント バッテリーを充電します。
ユニバーサル シリアル バス (USB) ポートは、電源とアースを備えた双方向データ ポートです。 USB は、外部ドライブ、ストレージ デバイス、キーボード、マウス、ワイヤレス インターフェイス、カメラとカメラ、MP3 プレーヤー、および無数の電子デバイスを含む、あらゆる種類の周辺デバイスを接続できます。これらのデバイスの多くはバッテリーで動作しており、バッテリーが内蔵されているものもあります。バッテリー充電設計において、広く使用されている USB は機会と課題の両方をもたらします。この記事では、シンプルなバッテリー充電器を USB 電源に接続する方法について説明します。この記事では、電圧、電流制限、サージ電流、コネクタ、ケーブル接続の問題など、USB 電源バスの特性について説明します。ニッケル水素電池（NiMH）やリチウム電池の技術、充電方法、充電終了技術についても紹介します。 USB ポートを介して NiMH バッテリのインテリジェントな充電を実現するための完全な回路例が提供され、充電データも提供されます。
USBの機能
USB バスは、低電力電子デバイスに電力を供給できます。バス電源は電力網から絶縁されており、安定性に優れています。ただし、利用できる電流は限られており、負荷とホストまたは電源の間に相互運用性の問題が発生する可能性があります。
バッテリーの充電要件
1、単セルリチウムイオン電池およびリチウムポリマー電池
現在、リチウム電池を最大定格容量まで充電すると、その電圧は通常 4.1V ～ 4.2V になります。現在市場にあるより新しく大容量のバッテリーの電圧範囲は 4.3V ～ 4.4V です。一般的な角柱型リチウムイオン (Li+) およびリチウムポリマー (Li Poly) バッテリーの容量は、600mAh ～ 1400mAh です。
Li+ および Li Poly バッテリーの場合、推奨される充電曲線は、定電流充電から開始し、バッテリー電圧が定格電圧に達するまで継続することです。次に、充電器はバッテリーの両端の電圧を調整します。これら 2 つの調整方法は、定電流 (CC) 充電方法と定電圧 (CV) 充電方法を構成します。したがって、このタイプの充電器は一般に CCCV 充電器と呼ばれます。 CCCV 充電器が CV モードに入ると、バッテリーの充電電流が減少し始めます。 0.5C ～ 1.5C の一般的な充電速度で充電した場合、バッテリーが全容量の 80% ～ 90% に達すると、充電器は CC モードから CV モードに切り替わります。充電器が CV 充電モードに入ると、バッテリー電流を監視します。電流が最小しきい値（数ミリアンペアまたは数十ミリアンペア）に達すると、充電器は充電を終了します。リチウム電池の典型的な充電曲線を図に示します。
USB 電圧降下インジケーターから、ポート電源ハブのダウンストリーム低電力ポート電圧には十分なマージンがなく、バッテリーを 4.2V に充電することが困難であることがわかります。充電経路に少量の抵抗が追加されると、通常の充電が妨げられる可能性があります。 Li+ および Li Poly バッテリーは、適切な温度で充電する必要があります。
メーカーが推奨する最大充電温度は通常+45°C〜+55°Cの間で、最大許容排出温度は約10°C上昇できます。これらのバッテリーで使用される材料は非常に活性な化学特性を持ち、バッテリー温度が+70°Cを超えると燃焼が発生します。リチウムバッテリー充電器には、バッテリー温度を監視するサーマルシャットダウン回路が必要です。バッテリーの温度がメーカーの推奨充電温度を超えた場合、充電は終了します。
2、ニッケル水素電池(NiMH)
ニッケル水素電池はリチウム電池よりも重く、エネルギー密度が低くなります。ニッケル水素電池は常にリチウム電池よりも安価でしたが、最近では両者の価格差が縮まりつつあります。ニッケル水素電池は標準的な寸法を持ち、ほとんどの用途でアルカリ電池を直接置き換えることができます。各バッテリーの公称電圧は 1.2V で、完全に充電すると 1.5V に達します。
通常、NIMHバッテリーを充電するために一定の電流源が使用されます。完全に荷電状態に達すると、発熱化学反応が発生し、バッテリー温度の上昇とバッテリー端子電圧の減少につながります。バッテリーの温度上昇速度または負の電圧変化を検出し、充電を終了するために使用できます。これらの充電終了方法は、dt/dtおよび-と呼ばれますΔV。充電率が非常に低い場合、dt/dtと- δVはあまり明白ではなく、正確に検出するのは困難ではありません。バッテリーが過充電状態に入り始めると、dt/dtと- δV応答が表示され始めます。この時点で充電を続けると、バッテリーが損傷します。
充電率がC/3よりも大きい場合、充電率が低い場合よりも、終了の検出ははるかに簡単です。温度上昇率は約1°C/分です- δV応答は、充電率が低いよりも顕著です。高速充電が完了した後、バッテリーを完全に充電するために（充電を補うため）、一定期間低電流でバッテリーを充電することをお勧めします。補足充電段階が完了した後、C/20またはC/30のトリクル充電電流を使用して、自己排出効果を補償し、完全に充電された状態でバッテリーを維持します。図3は、DS2712 NIMH充電器で充電されたNIMHバッテリー（事前に部分的に充電）のバッテリー電圧曲線を示しています。この図では、充電電流がバッテリーに流れ込んでいるときに上部曲線のデータが取得されますが、電流が切断されると下曲線のデータが測定されます。 DS2712では、この電圧の違いを使用して、NIMHバッテリーとアルカリ電池を区別しています。アルカリバッテリーが検出された場合、DS2712は充電しません。
まとめ
小型家庭用電子機器のバッテリー充電には、USB ポートが経済的で実用的な電源です。 USB 2.0 仕様に完全に準拠するには、USB ポートに接続された負荷がホストと双方向に通信できる必要があります。負荷は、低消費電力モードやホストがいつポートから大電流を引き出すかを決定する手段などの電源管理要件にも準拠する必要があります。部分的に互換性のあるシステムはほとんどの USB ホストに対応できますが、予期しない結果が発生する場合があります。 USB の仕様要件と負荷の予想をよく理解した場合にのみ、仕様との互換性と負荷の複雑さの間で適切なバランスを達成できます。
投稿時間：2023 - 12 - 28 17:22:28
