NIMH литий батареяларын смарт зарядтауға USB портын енгізу әдісі

Авторы: Iflowpower – Портативті электр станциясының жеткізушісі

Шолу Әмбебап сериялық автобус (USB) порты қуат пен жерге қосылған екі жақты деректер порты болып табылады. USB сыртқы дискілерді, жад құрылғыларын, пернетақталарды, тінтуірді, сымсыз интерфейсті, камераны, камераны, MP3 ойнатқышты және бірегей электрондық құрылғыларды қоса алғанда, перифериялық құрылғылардың барлық түрлерін қоса алады. Бұл құрылғыларда көптеген батареялар бар, кейбіреулерінде кірістірілген батареялар бар.

Батареяны зарядтау дизайнына келетін болсақ, кең USB мүмкіндіктері мен қиындықтарын әкелді. Бұл мақалада қарапайым аккумулятор зарядтағышын USB қуат көзімен қалай интерфейстеу керектігі сипатталған. Мақалада USB қуат шинасының сипаттамалары, соның ішінде кернеу, ток шегі, асқын ток, қосқыш және кабельді қосу мәселесі қарастырылады.

Сонымен қатар, NiMH және литий-ионды батарея технологиясы, зарядтау әдісі және зарядтауды тоқтату техникасы енгізілген. NIMH батареясын зарядтау үшін USB портын іске асыру үшін толық үлгі схемасы берілген және зарядтау деректері берілген. USB мүмкіндігі USB шинасы төмен қуатты электрондық құрылғыларды қуатпен қамтамасыз ете алады.

Автобустың қуат көзі желіден оқшауланған және жақсы тұрақтылыққа ие. Дегенмен, токтың шектеулі саны бар және жүктеме мен хост немесе қуат арасында ықтимал өзара әрекеттесу мүмкіндігі бар. USB порты 90 Ом-нан тұрады; екі бағытты дифференциалды қалқан бұралған жұп, VBus (+ 5В қуат) және.

Бұл 4 сызық алюминий фольгасының ішкі қалқанымен және тоқу онлайн қалқанымен қорғалған. Ең соңғы USB спецификация стандарты 2.0 нұсқасы болып табылады, оны USB ұйымынан тегін алуға болады.

Стандартты стандартқа жету үшін функционалды контроллер арқылы құрылғылар мен хосттар арасында екі жақты байланысты жүзеге асыру керек. Әдетте орташа 1 бірлік жүктеме 100 мА (максималды) құрайды. Кез келген құрылғы максималды токтың 5 бірлік болуын қамтамасыз етеді.

USB портын төмен қуат порттары мен жоғары қуатты порттардың екі түріне бөлуге болады, ал төмен қуат порттары 1 бірлік жүктеме тогын қамтамасыз ете алады, жоғары қуатты порттар 5 бірлік жүктемеге дейін жеткізе алады. Құрылғы USB портына жаңа ғана қосылғанда, санау процесі құрылғыны анықтайды және оның жүктеме талаптарын анықтайды. Бұл процесс барысында тек құрылғыға хосттан 1 бірлікке дейін жүктеме алуға рұқсат етіледі.

Есептеу процесі аяқталғаннан кейін, егер хосттың қуатты басқару бағдарламалық құралы рұқсат етсе, жоғары қуатты құрылғы көбірек токты біле алады. Кейбір хост жүйелері (төменгі USB хабтарын қоса) сақтандырғыштар немесе белсенді ток детекторлары арқылы ток шектеу функциясын қамтамасыз етеді. Егер USB құрылғысы санау процесін қабылдамаса, үлкен ток (1 бірліктен көп жүктеме) USB портынан жұтылады және негізгі мүмкіндік шамадан тыс ток күйін анықтайды және пайдаланылатын бір немесе бірнеше USB порттарын жабады.

Нарықта жеткізілетін көптеген USB құрылғылары, соның ішінде тәуелсіз аккумуляторлық зарядтағыштар, санау процестерін өңдеуге арналған функционалды контроллер жоқ, бірақ сіңірілетін токтар 100 мА-дан асады. Бұл құрылғылар осы сәйкес емес жағдайларда ақаулық тудыруы мүмкін. Мысалы, шинаға қуат беретін USB хабына 500 мА ток енгізілген құрылғы және дұрыс санау процесі концентратор порты мен хост портының шамадан тыс жүктелуіне әкелуі мүмкін болса.

Жетілдірілген қуатты басқаруды, әсіресе ноутбуктерді пайдаланған кезде хост операциялық жүйесі күрделірек, ол әрқашан мүмкіндігінше төмен болғысы келеді. Кейбір қуатты үнемдеу режимдерінде компьютер USB құрылғысына күту пәрменін береді, содан кейін құрылғы төмен қуат режиміне өтті деп есептеледі. Құрылғыда хостпен байланыса алатын функционалды контроллері бар, тіпті ол төмен қуатты жабдық туралы болса да, әрқашан жақсы әдіс.

USB 2.0 спецификациясы өте жан-жақты, қуат көзінің сапасы, қосқыш құрылымы, кабель материалы, рұқсат етілген кернеудің төмендеуі және асқын кернеу және т.б. Төмен ток және үлкен ток порттары әртүрлі қуат көрсеткіштеріне ие.

Бұл хост пен жүктеме арасындағы қосқыштағы кернеудің төмендеуін және төмендеген кернеуді анықтау үшін маңызды және USB арқылы қамтамасыз етілген хабта төмендеген кернеуді қамтиды. Оның ішінде компьютер немесе хост, хост, хост, үлкен ток порты, максималды 500мА ток. Пассивті, автобуспен жұмыс істейтін USB хабында төмен ток порттары бар.

1-кестеде USB үлкен ток және төмен ток портының алдыңғы (қуат) түйреуіштері рұқсат ететін кернеуге төзімділік тізімі берілген. Кесте 1.USB2.

0 Техникалық сипаттамалар Қуат сапасы Стандартты ПараметрТалаптарDcVoltage, High-PowerPort * 4,75VTO5,25VDCVOLtage, Low-PowerPort * 4.

40VTO5,25VMmaximumQuiescentCurrent (төмен қуат, тоқтата тұру режимі) 500µМаксималды тыныш тоқ (жоғары қуат, тоқтата тұру режимі) 2500µЕң көп рұқсат етілген кіріс сыйымдылығы (жүктеу жағы) 10µFMinimumRequiredOutputPutcapacitance (хост тарап) 120µҰшу±RushchargeIntoload ішінде максималды рұқсат етілген 20%50µC * Бұл көрсеткіштер жоғары ағын хостының немесе концентратор портының қосқыш түйреуіштеріне қолданылады. Кабельдегі және қосқыштағы IXR төмендеуін ескеру қажет.

Хостта USB2.0 спецификациясына сәйкес жоғары қуатты порттың жоғарғы ағыны бар 120µF, төмен ESR сыйымдылығы. Жалғанған USB құрылғысының кіріс сыйымдылығымен шектелген 10µF, бастапқы жүктеу фазасында хосттан (немесе өздігінен жұмыс істейтін концентратордан) алынатын зарядтың максималды мөлшеріне рұқсат етіледі. 50µC.

Осылайша, жаңа құрылғы USB портына қосылған кезде, алдыңғы порттың өтпелі кернеуі 0,5 В-тан аз болады. Жүктеме дұрыс жұмыс істеп тұрған кезде жүктеме көбірек кіріс болуы керек болса, үлкен сыйымдылықты зарядтау кезінде ток 100 мА-дан аспауын қамтамасыз ету үшін ток кернеуінің шектегішін беру керек.

USB порты шиналық қуат көзінен қуат алған кезде, концентратор төмен қуатты құрылғыға қосылады және USB портындағы тұрақты кернеудің төмендеуі 1-суретте көрсетілген. Шинаға жоғары қуатты жүктеме қосылған кезде кернеудің төмендеуі 1-суретте көрсетілген көрсеткіштен асып түседі және шинаның шамадан тыс жүктелуін тудырады. 1-сурет.

Төмен қуат жүктемесіне хосттың кернеуінің төмендеуі үлкенірек, бұл суретте берілген рұқсат етілген тұрақты кернеу кезінде шинаның шамадан тыс жүктелуін тудырады. Батареяны зарядтау үшін бір ұялы литий-ионды және литий-полимерлі аккумулятор қажет. Бүгінгі литий-ионды батарея максималды номиналды сыйымдылыққа дейін зарядталған және оның кернеуі әдетте 4,1 В пен 4 аралығында болады.

2V. Ағымдағы нарық 4,3 В пен 4 арасындағы кернеу диапазоны бар жаңартылған, үлкенірек аккумуляторды сатады.

4V. Әдеттегі призматикалық литий иондары (Li +) және литий полимерлері (li-поли) батареясының сыйымдылығы 600-ден 1400 мАч-қа дейін. Li+ және li-poly батареялары үшін қолайлы зарядтау қисығы номиналды кернеуге жету үшін батарея кернеуіне үздіксіз тұрақты ток зарядтаудан басталады.

Содан кейін зарядтағыш батареяның екі жағындағы кернеуге реттеледі. Бұл екі реттеу әдісі тұрақты ток (CC) тұрақты кернеу (CV) зарядтау әдісін құрайды. Сондықтан зарядтағыштың бұл түрі жиі CCCV зарядтағыш деп аталады.

CCCV зарядтағыш CV режиміне өткеннен кейін батареяның зарядтау тогы төмендей бастайды. Әдеттегі зарядтау жылдамдығы 0,5c пен 1 ​​болса.

5c зарядталған, батарея толық сыйымдылығының 80% - 90% жеткенде зарядтағыш CV режиміне ауыстырылады. Зарядтағыш CV зарядтау режиміне кіргеннен кейін батарея тогы бақыланады; ток ең төменгі шекке жеткенде (бірнеше миллиампер немесе ондаған миллиампер), зарядтағыш зарядтауды тоқтатады. Литий-ионды аккумулятордың әдеттегі зарядтау қисығы 2-суретте көрсетілген.

2-сурет. CCCV зарядтағышын пайдаланып зарядтау кезіндегі әдеттегі қисық, 1-суретте көрсетілген USB кернеуінің төмендеуі индексінен, порт қуат көзі хабының төменгі ағынындағы төмен қуат портының кернеуі жеткілікті маржаға ие емес, аккумуляторды 4,2 В дейін зарядтау қиын.

Зарядтау жолында болатын қосымша қарсылықтың аз мөлшері қалыпты зарядтауға кедергі жасайды. LI + және Li-Poly батареяларын қолайлы температурада зарядтау керек. Өндіруші ұсынған ең жоғары зарядтау температурасы әдетте + болып табылады45°C - +55°C аралығында рұқсат етілген ең жоғары разряд температурасы одан жоғары болуы мүмкін 10°С сыныбы қалды.

Бұл батареялар материалдарды пайдаланады, химиялық қасиеттері өте жанды, егер батарея температурасы + асып кетсе70°C, жану пайда болады. Литий-ионды батарея зарядтағышында батарея температурасын бақылайтын термиялық өшіру тізбегі болуы керек. Батарея температурасы өндіруші ұсынған максималды зарядтау температурасынан асып кетсе, зарядтау тоқтатылады.

NiMH батареясы (NIMH) NIMH батареясы литий-ионды батареяларға қарағанда маңыздырақ және оның энергия тығыздығы да литий-ионды батареяларға қарағанда төмен. NIMH аккумуляторы литий-ионды аккумуляторға қарағанда арзан болды, бірақ екеуінің де баға айырмашылығы жақында азайып барады. NIMH батареясының стандартты өлшемі бар, ол көптеген қолданбаларда сілтілі батареяларды алмастыра алады.

Әрбір аккумулятордың номиналды кернеуі 1,2 В, ол толтырылғаннан кейін 1,5 В жетеді.

Әдетте NIMH батареяларын тұрақты ток көздерінде зарядтайды. Ол толығымен толтырылған кезде термохимиялық реакция орын алып, батарея температурасы көтеріледі және батарея жағындағы кернеу төмендейді. Батарея температурасының көтерілу жылдамдығы немесе кернеудің теріс өзгеру жылдамдығы анықталады және зарядтауды тоқтату үшін пайдаланылады.

Бұл зарядтауды тоқтату әдістері сәйкесінше DT / DT және -V деп аталады. Зарядтау жылдамдығы өте төмен болғанда, DT / DT және -V анық емес, дәл анықтау қиын. کله چې بیټرۍ د ډیر چارج حالت ته ننوځي، د DT / DT او -V غبرګونونه څرګندیدل پیل کوي.

په دې وخت کې، که تاسو چارج ته دوام ورکړئ، بیټرۍ به زیانمنه شي. کله چې د چارج کولو کچه د C / 3 څخه لوړه وي، د پای ته رسیدو کشف کول خورا اسانه دي. د تودوخې د لوړېدو کچه تقریبا ده 1°په C/ دقیقه کې، د -V غبرګون د ټیټ چارج نرخ په پرتله ډیر څرګند دی.

د چټک چارج له پای ته رسیدو وروسته، سپارښتنه کیږي چې لږ وخت ونیسئ ترڅو بیټرۍ په بشپړه توګه پوره شي (چارجونه چارج کیږي) د لږ جریان سره. د چارج کولو مرحلې له بشپړیدو وروسته، د ځان خارجولو اغیز د C / 20 یا C / 30 په کارولو سره د ځان خارجولو اغیزې لپاره جبران کیږي، ترڅو بیټرۍ په بشپړ حالت کې وساتل شي. شکل ۳ د بیټرۍ د ولټاژ منحني ښیي چې د DS2712NIMH چارجر په کارولو سره د NIMH بیټرۍ (د بریښنا یوه برخه مخکې له مخکې) چارج کوي.

په دې شکل کې، د پورته منحني معلومات هغه وخت ترلاسه کیږي کله چې د چارج کولو جریان په بیټرۍ کې وي، او د لاندې منحني معلومات د جریان د پرې کولو په وخت کې اندازه کیږي. په DS2712 کې، د ولټاژ توپیر د NIMH بیټرۍ او الکلین بیټرۍ توپیر لپاره کارول کیږي. که چیرې د الکلین بیټرۍ کشف شي، DS2712 یې چارج نه کوي.

انځور ۳. د DS2712 چارج کنټرولر په کارولو سره د NIMH بیټرۍ چارج کړئ.