低電子電子製品（ほとんどがバッテリー駆動製品）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、ユビキタスUSBは充電器設計にさらに多くの機会とより大きな課題を提供します。この記事では、バッテリー充電器とUSB電源の間の簡単な接続を紹介し、USBパワーバスの特性と関連するテクノロジー、充電方法、NIMHおよびLI+バッテリーの終端充電方法について詳しく説明し、USBポートを介したNIMHインテリジェントバッテリーの完全な例を提供します。
ユニバーサルシリアルバス（USB）ポートは、電源とグラウンド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、無数の電子デバイスなど、あらゆる種類の周辺機器を接続できます。これらのデバイスの多くはバッテリーを搭載しており、その一部にはバッテリー内の構築が付属しています。バッテリー充電設計のために、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、USB電源を備えた単純なバッテリー充電器をインターフェイス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パワーバスの特性をカバーしています。また、ニッケル水素バッテリー（NIMH）およびリチウムバッテリー技術、充電方法、充電終了技術も導入します。 USBポートを介したNIMHバッテリーのインテリジェントな充電を実現するために、完全なサンプル回路が提供され、充電データが提供されます。
USB機能
USBバスは、低電子電子デバイスに電力を供給できます。バスの電源は電源グリッドから分離されており、安定性が良好です。ただし、利用可能な電流は制限されており、負荷とホストまたは電源の間に潜在的な相互運用性の問題があります。
バッテリー充電の要件
1、単一細胞リチウム-イオンおよびリチウム-ポリマー電池
今日、リチウム電池が最大定格容量に充電されると、通常、電圧は4.1V〜4.2Vです。現在市場に出回っている新しい容量のバッテリーの電圧範囲は、4.3V〜4.4Vです。典型的なプリズムリチウム-イオン（Li+）およびリチウムポリマー（Liポリ）バッテリーは、600mAhから1400mAhの範囲の容量を持っています。
Li+およびLi Polyバッテリーの場合、優先充電曲線は、一定の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。これらの2つの調整方法は、定電流（CC）と定電圧（CV）充電法を構成します。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の典型的な充電率が充電に使用される場合、充電器は、バッテリーがフル容量の80％から90％に達すると、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。電流が最小のしきい値（数ミリアンプまたは数十ミリアンプ）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電圧ドロップインジケーターから、ポートパワーハブの下流の低い-電源ポート電圧に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。充電経路での少量の追加抵抗は、通常の充電を妨げ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発な化学特性を持ち、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、ニッケル水素バッテリー（NIMH）
NIMHバッテリーはリチウムバッテリーよりも重く、エネルギー密度が低くなっています。 NIMHバッテリーは常にリチウムバッテリーよりも安価でしたが、最近では2つの価格差が狭くなっています。 NIMHバッテリーには標準寸法があり、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であり、完全に充電されると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
小規模な消費者電子機器のバッテリー充電のために、USBポートは経済的かつ実用的な電源です。 USB 2.0仕様に完全に準拠するために、USBポートに接続された負荷はホストと両方向に通信できる必要があります。また、負荷は、低消費電力モードやホストがポートから大きな電流を引き出すタイミングを決定するための手段など、電力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仕様の要件と負荷の期待を十分に理解してのみ、仕様との互換性と負荷の複雑さの間で十分なバランスをとることができます。
投稿時間：2023 - 12 - 28 17:22:28
