Metodo per implementare la porta USB sulla ricarica intelligente delle batterie al litio NIMH

Autore ：Iflowpower –Fornitore di centrali elettriche portatili

Panoramica La porta USB (Universal Serial Bus) è una porta dati a due vie con alimentazione e terra. L'USB può collegare tutti i tipi di periferiche, comprese unità esterne, dispositivi di archiviazione, tastiere, mouse, interfaccia wireless, fotocamera, fotocamera, lettore MP3 e un numero di dispositivi elettronici unici. Questi dispositivi hanno molti alimentati a batteria, alcuni con batterie integrate.

Per quanto riguarda il design della ricarica della batteria, l'ampia USB ha portato sia opportunità che sfide. In questo articolo viene descritto come interfacciare un semplice caricabatteria con l'alimentatore USB. L'articolo esamina le caratteristiche del bus di alimentazione USB, inclusi voltaggio, limite di corrente, sovracorrente, connettore e problema di connessione del cavo.

Allo stesso tempo, vengono introdotti la tecnologia delle batterie NiMH e agli ioni di litio, il metodo di carica e la tecnica di terminazione della carica. Viene fornito un circuito campione completo per realizzare la porta USB per caricare la batteria NIMH e vengono forniti i dati di ricarica. Funzione USB Il bus USB può fornire alimentazione per dispositivi elettronici a bassa potenza.

L'alimentazione del bus è isolata dalla rete e ha una buona stabilità. Tuttavia, esiste un numero limitato di corrente di corrente ed esiste una potenziale interoperabilità tra carico e host o alimentazione. La porta USB è composta da 90 ohm; schermatura differenziale bidirezionale doppino intrecciato, VBus (+ 5V alimentazione) e.

Questa linea 4 è schermata dallo scudo interno del foglio di alluminio e dallo scudo in linea di tessitura. L'ultimo standard di specifica USB è la versione 2.0, puoi ottenerlo gratuitamente dall'organizzazione USB.

Per raggiungere lo standard standard, è necessario implementare la comunicazione bidirezionale tra dispositivi e host tramite un controller funzionale. Normalmente il carico medio di 1 unità è 100 mA (massimo). Qualsiasi dispositivo consente una corrente massima di 5 unità.

La porta USB può essere divisa in due tipi di porte a bassa potenza e porte ad alta potenza e le porte a bassa potenza possono fornire 1 unità di corrente di carico, le porte ad alta potenza possono fornire fino a 5 unità di carico. Quando il dispositivo è appena collegato alla porta USB, il processo di enumerazione identifica il dispositivo e ne determina i requisiti di carico. Durante questo processo, solo il dispositivo può richiedere fino a 1 unità di carico dall'host.

Al termine del processo di enumerazione, se il software di gestione dell'alimentazione dell'host lo consente, il dispositivo ad alta potenza può acquisire più corrente. Alcuni sistemi host (inclusi hub USB a valle) forniscono la funzione di limitazione della corrente tramite fusibili o rilevatori di corrente attivi. Se il dispositivo USB non esegue il processo di enumerazione, la grande corrente (più di 1 unità di carico) viene assorbita dalla porta USB e la principale possibilità rileva lo stato di sovracorrente e chiude una o più porte USB utilizzate.

Molti dispositivi USB forniti in commercio, compresi i caricabatteria indipendenti, non dispongono di un controllore funzionale per gestire i processi di numerazione, ma le correnti dell'assorbito superano i 100mA. Questi dispositivi possono causare problemi in queste condizioni inadeguate. Ad esempio, se un dispositivo in cui viene inserita una corrente di 500 mA nell'hub USB alimentato dal bus e il corretto processo di enumerazione può causare il sovraccarico della porta dell'hub e della porta host.

Il sistema operativo host è più complicato quando si utilizza la gestione avanzata dell'alimentazione, in particolare i laptop, vuole sempre essere il più basso possibile. In alcune modalità di risparmio energetico, il computer invia un comando in sospeso al dispositivo USB, quindi si considera che il dispositivo sia entrato in modalità di risparmio energetico. Il dispositivo contiene un controller funzionale in grado di comunicare con l'host è sempre un approccio migliore, anche se si tratta di apparecchiature a bassa potenza.

Le specifiche USB 2.0 sono molto complete, la qualità dell'alimentatore, la struttura del connettore, il materiale del cavo, la caduta di tensione consentita e la sovracorrente, ecc. Le porte a corrente bassa e corrente di grandi dimensioni hanno indicatori di alimentazione diversi.

Questo è importante per determinare la caduta di tensione nel connettore tra l'host e il carico e la caduta di tensione e include la caduta di tensione sull'hub fornito da USB. Compreso un computer o un host, un host, un host, una grande porta di corrente, una corrente massima di 500mA. L'hub USB passivo alimentato da bus dispone di porte a bassa corrente.

La tabella 1 elenca la tolleranza di tensione consentita dai pin (alimentazione) della porta USB a corrente elevata e bassa corrente. Tabella 1.USB2.

0 Specifiche Power Quality Standard ParametroRequisitoDcVoltage, High-PowerPort * 4.75VTO5.25VDCVOLtage, Low-PowerPort * 4.

40VTO5.25VCorrente di riposo massima (bassa potenza, modalità sospensione) 500µCorrente massima di riposo (HighPower, Suspendmode) 2500µCapacità di ingresso massima consentita (lato carico) 10µFMminimumRequiredOutputPutcapacitance (Hostside) 120µVolare±20% massimo consentito in RushchargeIntoload50µC * Questi indicatori si applicano ai pin del connettore dell'host a monte o della porta hub. È necessario considerare la caduta IXR sul cavo e sul connettore.

Nell'host in conformità con la specifica USB 2.0, l'estremità a monte della porta ad alta potenza ha 120µF, bassa capacità ESR. La capacità di ingresso del dispositivo USB collegato è limitata a 10µF, all'interno della fase di connessione del carico iniziale, la carica massima ottenuta dall'host (o hub autoalimentato) può essere 50µC.

In questo modo, quando il nuovo dispositivo viene collegato alla porta USB, la tensione transitoria della porta a monte è inferiore a 0,5V. Se il carico deve essere più in ingresso quando il carico funziona correttamente, è necessario fornire il limitatore di sovracorrente per garantire che la corrente non superi i 100 mA durante la carica della capacità maggiore.

Quando la porta USB è alimentata da un alimentatore bus, l'Hub è collegato al dispositivo a bassa potenza e la tensione CC annegata sulla porta USB è mostrata nella Figura 1. Quando il carico ad alta potenza è collegato al bus, il la caduta di tensione supererà l'indicatore indicato nella Figura 1 e causerà il sovraccarico del bus. Figura 1.

La caduta di tensione dell'host sul carico a bassa potenza è maggiore, il che provoca il sovraccarico del bus quando la tensione CC consentita è indicata nella figura. La ricarica della batteria richiede una batteria a ioni di litio e polimeri di litio a cella singola La batteria agli ioni di litio di oggi viene caricata alla capacità massima nominale e la sua tensione è generalmente compresa tra 4,1 V e 4.

2V. Il mercato attuale vende batterie più grandi, aggiornate, con un intervallo di tensione compreso tra 4,3 V e 4.

4V. La capacità tipica della batteria prismatica agli ioni di litio (Li +) e ai polimeri di litio (li-poly) è compresa tra 600 mAh e 1400 mAh. Per le batterie li + e li-poly, la curva di carica preferita inizia con una carica a corrente costante, continua fino alla tensione della batteria per raggiungere la tensione nominale.

Il caricabatterie viene quindi regolato sulla tensione su entrambe le estremità della batteria. Questi due metodi di regolazione costituiscono un metodo di carica a corrente costante (CC) a tensione costante (CV). Pertanto, questo tipo di caricabatterie viene spesso chiamato caricabatterie CCCV.

Dopo che il caricabatterie CCCV è entrato in modalità CV, la corrente di carica della batteria inizia a diminuire. Se la velocità di carica tipica di 0,5 c a 1.

5c è carico, il caricabatterie viene convertito in modalità CV quando la batteria raggiunge dall'80% al 90% della sua piena capacità. Una volta che il caricabatterie entra in modalità di carica CV, la corrente della batteria viene monitorata; quando la corrente raggiunge la soglia minima (diversi milliampere o decine di milliampere), il caricabatterie interrompe la carica. Una tipica curva di carica di una batteria agli ioni di litio è mostrata nella Figura 2.

Figura 2. Curva tipica durante la ricarica utilizzando un caricabatterie CCCV, dall'indice di caduta di tensione USB mostrato nella Figura 1, la tensione della porta a bassa potenza a valle dell'hub di alimentazione della porta non ha un margine sufficiente, è difficile caricare la batteria A 4.2 V.

La piccola quantità di resistenza aggiuntiva presente sul percorso di ricarica ostacolerà la normale ricarica. Le batterie LI + e Li-Poly devono essere caricate a una temperatura adeguata. La temperatura di carica massima consigliata dal produttore è solitamente +45°C a +55°Tra C, la temperatura massima di scarico consentita può essere superiore a 10°Classe C a sinistra.

Queste batterie utilizzano materiali, le proprietà chimiche sono molto vivaci, se la temperatura della batteria supera i +70°C, si verificherà la combustione. Il caricabatteria agli ioni di litio dovrebbe avere un circuito di spegnimento termico che monitori la temperatura della batteria. Se la temperatura della batteria supera la temperatura di carica massima consigliata dal produttore, la carica viene interrotta.

Batteria NiMH (NIMH) La batteria NIMH è più importante delle batterie agli ioni di litio e anche la sua densità di energia è inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio. La batteria NIMH è stata economica rispetto alla batteria agli ioni di litio, ma la differenza di prezzo di entrambe di recente si sta riducendo. La batteria NIMH ha dimensioni standard, che possono sostituire le batterie alcaline nella maggior parte delle applicazioni.

La tensione nominale di ciascuna batteria è 1,2 V, che raggiungerà 1,5 V dopo che è completamente carica.

Di solito carica le batterie NIMH in fonti di corrente costante. Quando è completamente riempito, si verifica la reazione termochimica, provocando l'aumento della temperatura della batteria e l'abbassamento della tensione lato batteria. Viene rilevata la velocità di aumento della temperatura della batteria o la velocità di variazione della tensione negativa e la carica viene utilizzata per terminare.

Questi metodi di terminazione della carica sono chiamati rispettivamente DT / DT e -V. Quando la velocità di carica è molto bassa, DT / DT e -V non sono evidenti, è difficile rilevarli con precisione. Quando la batteria inizia ad entrare nello stato di sovraccarico, iniziano ad apparire le risposte DT / DT e -V.

A questo punto, se si continua a caricare, la batteria sarà danneggiata. Il rilevamento della terminazione è molto più semplice quando la velocità di carica è maggiore di C / 3. La velocità di aumento della temperatura è di circa 1°C/minuto, la risposta -V è più pronunciata rispetto alla bassa velocità di carica.

Al termine della ricarica rapida, si consiglia di impiegare meno tempo per caricare completamente le batterie (carica la carica) con una corrente inferiore. Dopo il completamento della fase di carica, l'effetto di autoscarica viene compensato dall'effetto di autoscarica utilizzando C / 20 o C / 30, in modo da mantenere la batteria in pieno stato. La figura 3 mostra una curva di tensione della batteria che carica la batteria NIMH (una parte dell'elettricità in anticipo) utilizzando un caricatore DS2712NIMH.

In questa figura, i dati della curva sopra sono ottenuti quando la corrente di carica è nella batteria e i dati della curva sottostante sono misurati al momento del taglio della corrente. In DS2712, la differenza di tensione viene utilizzata per distinguere le batterie NIMH e le batterie alcaline. Se viene rilevata una batteria alcalina, il DS2712 non la carica.

Figura 3. Caricare la batteria NIMH utilizzando il controller di carica DS2712.