В качестве источника питания для маломощных электронных продуктов (в основном продуктов с батарейным питанием) USB предоставляет все больше и больше возможностей применения, а повсеместное распространение USB также открывает больше возможностей и усложняет разработку зарядных устройств. В этой статье описывается простое соединение между зарядным устройством и источником питания USB, подробно описываются характеристики шины питания USB и связанных с ними технологий, методов зарядки и методов завершающей зарядки NiMH и Li+ аккумуляторов, а также приводится полный пример Интеллектуальная зарядка NiMH аккумулятора через порт USB.
Порт универсальной последовательной шины (USB) — это двунаправленный порт данных с питанием и землей. USB позволяет подключать все типы периферийных устройств, включая внешние накопители, устройства хранения данных, клавиатуры, мыши, беспроводные интерфейсы, камеры и фотоаппараты, MP3-плееры и бесчисленное множество электронных устройств. Многие из этих устройств питаются от батарей, некоторые из которых оснащены встроенными батареями. При проектировании зарядки аккумулятора широко используемый USB открывает как возможности, так и проблемы. В этой статье объясняется, как подключить простое зарядное устройство к источнику питания USB. В статье рассматриваются характеристики шины питания USB, включая напряжение, ограничение тока, импульсный ток, разъемы и проблемы с подключением кабеля. Он также представляет технологию никель-водородных батарей (NiMH) и литиевых батарей, методы зарядки и технологию прекращения зарядки. Приведен полный пример схемы для обеспечения интеллектуальной зарядки NiMH аккумуляторов через порты USB, а также данные о зарядке.
USB-функции
Шина USB может обеспечивать питание маломощных электронных устройств. Питание шины изолировано от электросети и имеет хорошую стабильность. Однако доступный ток ограничен, и существуют потенциальные проблемы совместимости между нагрузкой и хостом или источником питания.
Требования к зарядке аккумулятора
1. Одноэлементные литий-ионные и литий-полимерные батареи.
В настоящее время, когда литиевые батареи заряжаются до максимальной номинальной емкости, их напряжение обычно составляет от 4,1 В до 4,2 В. Диапазон напряжения новых аккумуляторов большей емкости, представленных в настоящее время на рынке, составляет от 4,3 В до 4,4 В. Типичные призматические литий-ионные (Li+) и литий-полимерные (Li Poly) аккумуляторы имеют емкость от 600 мАч до 1400 мАч.
Для аккумуляторов Li+ и Li Poly предпочтительная кривая зарядки начинается с зарядки постоянным током и продолжается до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет номинального напряжения. Затем зарядное устройство регулирует напряжение на обоих концах аккумулятора. Эти два метода регулировки представляют собой метод зарядки постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV). Поэтому этот тип зарядного устройства обычно называют зарядным устройством CCCV. После того, как зарядное устройство CCCV переходит в режим CV, зарядный ток аккумулятора начинает уменьшаться. Если для зарядки используется типичная скорость зарядки от 0,5C до 1,5C, зарядное устройство переключится из режима CC в режим CV, когда аккумулятор достигнет 80–90% своей полной емкости. Как только зарядное устройство переходит в режим зарядки CV, оно контролирует ток аккумулятора; Когда ток достигает минимального порога (несколько миллиампер или десятков миллиампер), зарядное устройство прекращает зарядку. Типичная кривая зарядки литиевых батарей показана на рисунке.
По индикатору падения напряжения USB видно, что выходное напряжение маломощного порта концентратора питания порта не имеет достаточного запаса, что затрудняет зарядку аккумулятора до 4,2 В. Небольшое дополнительное сопротивление на пути зарядки может помешать нормальной зарядке. Батареи Li+ и Li Poly следует заряжать при соответствующих температурах.
Максимальная температура зарядки, рекомендованная производителем, обычно составляет от+45 ° C до+55 ° C, и максимально допустимая температура сброса может быть увеличена примерно на 10 ° C. Материалы, используемые в этих батареях, обладают очень активными химическими свойствами, и если температура батареи превышает+70 ° C, сжигание будет. Зарядные устройства для лития аккумулятора должны иметь тепловую схему отключения, которая контролирует температуру батареи. Если температура батареи превышает рекомендуемую максимальную температуру зарядки производителя, зарядка будет прекращена.
2. Никель-водородные батареи (NiMH).
NiMH аккумуляторы тяжелее литиевых и имеют меньшую плотность энергии. NiMH-аккумуляторы всегда были дешевле литиевых, но в последнее время разница в цене между ними сокращается. NiMH-батареи имеют стандартные размеры и в большинстве случаев могут заменить щелочные батареи. Номинальное напряжение каждой батареи составляет 1,2 В, при полной зарядке оно достигнет 1,5 В.
Источник постоянного тока обычно используется для зарядки батарей NIMH. Когда он достигает полностью заряженного состояния, возникает экзотермическая химическая реакция, что приводит к повышению температуры батареи и уменьшению напряжения клеммы батареи. Он может обнаружить скорость повышения температуры или отрицательного изменения напряжения аккумулятора и использоваться для прекращения зарядки. Эти методы завершения зарядки называются DT/DT и - Δ V. Когда скорость зарядки очень низкая, DT/DT и - Δ V не очень очевидно и трудно точно обнаружить. Когда батарея начинает входить в состояние перезарядки, DT/DT и - Δ v -ответ начинает показывать. Если вы продолжите заряжаться в это время, это повредит батарею.
Обнаружение завершения намного проще, когда скорость зарядки больше, чем в C/3, чем когда скорость зарядки ниже. Скорость повышения температуры составляет приблизительно 1 ° C/минута - Δ Ответ V также более выражен, чем при низких показателях зарядки. После того, как быстрая зарядка была завершена, рекомендуется зарядить аккумулятор в более низком токе в течение определенного периода времени, чтобы полностью заряжать батарею (чтобы компенсировать зарядку). После завершения стадии дополнительной зарядки ток зарядки C/20 или C/30 используется для компенсации эффекта самостоятельного разряда и поддержания батареи в полностью заряженном состоянии. На рисунке 3 показана кривая напряжения батареи батареи NIMH (частично заряженная заранее), заряженная зарядным устройством DS2712 NIMH. На этом рисунке данные верхней кривой получаются, когда ток зарядки протекает в батарею, в то время как данные нижней кривой измеряются при отключении тока. В DS2712 эта разность напряжений используется для различения батарей NIMH и щелочных батарей. Если обнаружена щелочная батарея, DS2712 не будет заряжать его.
краткое содержание
Для зарядки аккумуляторов небольших бытовых электронных устройств порт USB является экономичным и практичным источником питания. Чтобы полностью соответствовать спецификациям USB 2.0, нагрузка, подключенная к порту USB, должна иметь возможность обмениваться данными с хостом в обоих направлениях. Нагрузка также должна соответствовать требованиям по управлению питанием, включая режим низкого энергопотребления и средства, позволяющие хосту определять, когда потреблять большие токи из порта. Хотя частично совместимые системы могут работать с большинством USB-хостов, иногда могут возникать неожиданные результаты. Только при хорошем понимании требований спецификации USB и ожидаемой нагрузки можно достичь хорошего баланса между совместимостью со спецификациями и сложностью нагрузки.
Время сообщения: 2023 - 12 - 28 17:22:28
