Como fonte de energia para produtos eletrônicos de baixo consumo (principalmente produtos alimentados por bateria), o USB oferece cada vez mais oportunidades de aplicação, e o onipresente USB também oferece mais oportunidades e maiores desafios para o design do carregador. Este artigo apresenta a conexão simples entre um carregador de bateria e uma fonte de alimentação USB, discorre sobre as características do barramento de alimentação USB e as tecnologias relacionadas, métodos de carregamento e métodos de carregamento de terminação de baterias NiMH e Li+ e fornece um exemplo completo de Bateria inteligente NiMH carregando através de uma porta USB.
Uma porta Universal Serial Bus (USB) é uma porta de dados bidirecional com alimentação e aterramento. O USB pode conectar todos os tipos de dispositivos periféricos, incluindo unidades externas, dispositivos de armazenamento, teclados, mouses, interfaces sem fio, câmeras e câmeras, MP3 players e inúmeros dispositivos eletrônicos. Muitos desses dispositivos são alimentados por baterias, algumas das quais vêm com baterias integradas. Para o projeto de carregamento de bateria, o USB amplamente utilizado traz oportunidades e desafios. Este artigo explica como conectar um carregador de bateria simples a uma fonte de alimentação USB. O artigo aborda as características do barramento de alimentação USB, incluindo tensão, limitação de corrente, surto de corrente, conectores e problemas de conexão de cabo. Ele também apresenta tecnologia de bateria de níquel-hidrogênio (NiMH) e bateria de lítio, métodos de carregamento e tecnologia de terminação de carregamento. Um exemplo de circuito completo é fornecido para obter carregamento inteligente de baterias NiMH por meio de portas USB e dados de carregamento são fornecidos.
Recursos USB
O barramento USB pode fornecer energia para dispositivos eletrônicos de baixa potência. A fonte de alimentação do barramento é isolada da rede elétrica e possui boa estabilidade. No entanto, a corrente disponível é limitada e existem potenciais problemas de interoperabilidade entre a carga e o host ou fonte de alimentação.
Requisitos de carregamento da bateria
1、Baterias de íon de lítio e polímero de lítio de célula única
Hoje em dia, quando as baterias de lítio são carregadas até sua capacidade nominal máxima, sua tensão geralmente fica entre 4,1V e 4,2V. A faixa de tensão das baterias mais novas e de maior capacidade atualmente no mercado está entre 4,3V e 4,4V. As baterias prismáticas típicas de íon de lítio (Li+) e polímero de lítio (Li Poly) têm capacidades que variam de 600mAh a 1400mAh.
Para baterias Li+ e Li Poly, a curva de carga preferida é começar com uma carga de corrente constante e continuar até que a tensão da bateria atinja a tensão nominal. Em seguida, o carregador ajusta a tensão nas duas extremidades da bateria. Esses dois métodos de ajuste constituem o método de carregamento de corrente constante (CC) e tensão constante (CV). Portanto, este tipo de carregador é comumente referido como carregador CCCV. Depois que o carregador CCCV entra no modo CV, a corrente de carga da bateria começa a diminuir. Se uma taxa de carregamento típica de 0,5C a 1,5C for usada para carregar, o carregador mudará do modo CC para o modo CV quando a bateria atingir 80% a 90% de sua capacidade total. Assim que o carregador entra no modo de carregamento CV, ele monitora a corrente da bateria; Quando a corrente atinge o limite mínimo (alguns miliamperes ou dezenas de miliamperes), o carregador encerra o carregamento. A curva de carga típica das baterias de lítio é mostrada na figura.
A partir do indicador de queda de tensão USB, pode-se observar que a tensão da porta de baixa potência a jusante do hub de alimentação da porta não tem margem suficiente, dificultando o carregamento da bateria até 4,2V. Uma pequena quantidade de resistência adicional no caminho de carregamento pode impedir o carregamento normal. As baterias Li+ e Li Poly devem ser carregadas em temperaturas apropriadas.
A temperatura máxima de carregamento recomendada pelo fabricante está geralmente entre+45 ° C e+55 ° C, e a temperatura máxima de descarga permitida pode ser aumentada em cerca de 10 ° C. Os materiais utilizados nessas baterias têm propriedades químicas muito ativas e ocorrerá. Os carregadores de bateria de lítio devem ter um circuito de desligamento térmico que monitora a temperatura da bateria. Se a temperatura da bateria exceder a temperatura máxima de carregamento recomendada pelo fabricante, o carregamento será encerrado.
2、Baterias de níquel-hidrogênio (NiMH)
As baterias NiMH são mais pesadas que as baterias de lítio e têm menor densidade de energia. As baterias NiMH sempre foram mais baratas que as baterias de lítio, mas recentemente a diferença de preço entre as duas tem diminuído. As baterias NiMH têm dimensões padrão e podem substituir diretamente as baterias alcalinas na maioria das aplicações. A tensão nominal de cada bateria é de 1,2V, que chegará a 1,5V quando totalmente carregada.
Uma fonte de corrente constante é geralmente usada para carregar baterias NIMH. Quando atinge um estado totalmente carregado, ocorre uma reação química exotérmica, levando a um aumento na temperatura da bateria e uma diminuição na tensão do terminal da bateria. Ele pode detectar a taxa de aumento da temperatura ou mudança de tensão negativa da bateria e ser usada para terminar o carregamento. Esses métodos de terminação de carregamento são chamados dt/dt e - Δ V. Quando a taxa de carregamento é muito baixa, dt/dt e - Δ V não é muito óbvio e difícil de detectar com precisão. Quando a bateria começa a entrar em um estado de sobrecarga, dt/dt e - Δ A resposta V começa a aparecer. Se você continuar carregando no momento, isso danificará a bateria.
A detecção de terminação é muito mais fácil quando a taxa de carregamento é maior que C/3 do que quando a taxa de carregamento é menor. A taxa de aumento da temperatura é de aproximadamente 1 ° C/minuto - Δ A resposta V também é mais pronunciada do que em baixas taxas de carregamento. Após a conclusão do carregamento rápido, recomenda -se carregar a bateria em uma corrente inferior por um período de tempo para carregar completamente a bateria (para compensar o carregamento). Após a conclusão do estágio de carregamento suplementar, uma corrente de carregamento de gota de C/20 ou C/30 é usada para compensar o efeito de auto -descarga e manter a bateria em um estado totalmente carregado. A Figura 3 mostra a curva de tensão da bateria de uma bateria NIMH (parcialmente carregada com antecedência) carregada com um carregador NIMH DS2712. Nesta figura, os dados da curva superior são obtidos quando a corrente de carregamento está fluindo para a bateria, enquanto os dados da curva inferior são medidos quando a corrente é cortada. No DS2712, essa diferença de tensão é usada para distinguir entre baterias NIMH e baterias alcalinas. Se uma bateria alcalina for detectada, o DS2712 não o cobrará.
resumo
Para carregar baterias de pequenos dispositivos eletrônicos de consumo, uma porta USB é uma fonte de energia econômica e prática. Para cumprir totalmente as especificações USB 2.0, a carga conectada à porta USB deve ser capaz de se comunicar em ambas as direções com o host. A carga também deve atender aos requisitos de gerenciamento de energia, incluindo o modo de baixo consumo de energia e meios para o host determinar quando extrair grandes correntes da porta. Embora sistemas parcialmente compatíveis possam acomodar a maioria dos hosts USB, às vezes podem ocorrer resultados inesperados. Somente com um bom entendimento dos requisitos de especificação USB e das expectativas de carga é que pode ser alcançado um bom equilíbrio entre compatibilidade com especificações e complexidade de carga.
Hora da postagem: 2023 - 12 - 28 17:22:28
