Como fonte de energia para produtos eletrônicos de baixa potência (principalmente produtos alimentados por bateria), o USB oferece mais e mais oportunidades de aplicativos, e o Ubiquitous 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, elabora as características do barramento elétrico USB e as tecnologias relacionadas, métodos de carregamento e métodos de carregamento de terminação das baterias NIMH e Li+e fornece um exemplo completo de carregamento de bateria inteligente NIMH por meio de uma porta USB.
Uma porta universal de barramento serial (USB) é uma porta de dados bidirecional com energia e terra. O USB pode conectar todos os tipos de dispositivos periféricos, incluindo unidades externas, dispositivos de armazenamento, teclados, ratos, interfaces sem fio, câmeras e câmeras, MP3 players e inúmeros dispositivos eletrônicos. Muitos desses dispositivos são alimentados por baterias, algumas das quais vêm com as baterias construídas. Para o design de carregamento da bateria, o USB amplamente usado traz oportunidades e desafios. Este artigo explica como interface um carregador de bateria simples com uma fonte de alimentação USB. O artigo abrange as características do barramento elétrico USB, incluindo tensão, limitação de corrente, corrente de surto, conectores e problemas de conexão a cabo. Ele também apresenta a bateria de hidrogênio de níquel (NIMH) e a tecnologia de bateria de lítio, métodos de carregamento e tecnologia de terminação de carregamento. Um circuito de exemplo completo é fornecido para obter carregamento inteligente de baterias NIMH através de portas USB, e os dados de carregamento são fornecidos.
Recursos USB
O barramento USB pode fornecer energia para dispositivos eletrônicos de baixa potência. A fonte de alimentação de ônibus é isolada da rede elétrica e tem boa estabilidade. No entanto, a corrente disponível é limitada e existem possíveis problemas de interoperabilidade entre a carga e o host ou a fonte de alimentação.
Requisitos de carregamento da bateria
1 、 Lítio de célula única - íon e lítio - baterias de polímero
Atualmente, quando as baterias de lítio são carregadas em sua capacidade nominal máxima, sua tensão geralmente está entre 4,1V e 4,2V. A faixa de tensão de baterias de capacidade mais nova e maior atualmente no mercado está entre 4,3V e 4,4V. As baterias típicas de lítio prismático (Li+) e polímero de lítio (Li Poly) têm capacidades que variam de 600mAh a 1400mAh.
Para as baterias Li+e Li Poly, a curva de carregamento preferida é começar com o carregamento 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, esse tipo de carregador é comumente referido como um carregador de CCCV. Depois que o carregador do CCCV entra no modo CV, a corrente de carregamento da bateria começa a diminuir. Se uma taxa de carregamento típica de 0,5 ° C a 1,5 ° C for usada para carregamento, o carregador mudará do modo CC para o modo CV quando a bateria atingir 80% a 90% de sua capacidade total. Uma vez que o carregador entra no modo de carregamento CV, ele monitora a corrente da bateria; Quando a corrente atinge o limite mínimo (alguns miliampes ou dezenas de miliampes), o carregador termina o carregamento. A curva de carregamento 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 baixa a jusante - 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 hidrogênio de níquel (NIMH)
As baterias NIMH são mais pesadas que as baterias de lítio e têm uma menor densidade de energia. As baterias NIMH sempre foram mais baratas que as baterias de lítio, mas recentemente a diferença de preço entre os dois tem se estreitando. 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 atingirá 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 carregamento de bateria de pequenos dispositivos eletrônicos de consumo, uma porta USB é uma fonte de energia econômica e prática. Para atender totalmente às 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 cumprir os requisitos de gerenciamento de energia, incluindo o modo de baixo consumo de energia e os meios para o host para determinar quando desenhar grandes correntes da porta. Embora sistemas parcialmente compatíveis possam acomodar a maioria dos hosts USB, às vezes pode ocorrer resultados inesperados. Somente com um bom entendimento dos requisitos de especificação USB e as expectativas de carga pode ser alcançado um bom equilíbrio entre a compatibilidade com as especificações e a complexidade da carga.
Hora da postagem: 2023 - 12 - 28 17:22:28
