Прост индикатор за разреждането на литиево-йонни батерии. Какво е контролер за зареждане на батерията. Контролер за зареждане на литиево-йонна батерия Защитна верига за 3 литиеви батерии

if (window.ab == true) (document.write ("
Немски четец на книги TOLINO SHINE на платформа Android, само за 3900 рубли.
Доставката в рамките на Русия е безплатна! "); }

Ето как изглежда платката за контрол на зареждането, взета от батерията на NOKIA BL-6Q и нейната електрическа верига.

Нека да видим как работи. Батерията се свързва с две контактни площадки, разположени отстрани на контролера (B- и B +). На печатната платка има две микросхеми - TPCS8210 и HY2110CB.

Задачата на контролера е да поддържа напрежението включено батерияв рамките на 4,3 - 2,4 волта, за да го предпазите от презареждане и преразреждане. В нормален режим на разреждане (или зареждане) микросхемата HY2110CB извежда напрежение към пиновете OD и OS високо нивокоето е малко по -малко от напрежението на акумулатора.

Това напрежение поддържа постоянно отворени полевите транзистори на чипа TPCS8210, чрез които батерията е свързана към товара (вашето устройство).

Когато батерията се разрежда, веднага щом напрежението на батерията стане по -малко от 2,4 волта, детекторът за свръхразреждане на микросхемата HY2110CB ще се задейства и напрежението вече няма да се извежда на изхода OD. Горният (според схемата) транзистор на микросхемата TPCS8210 ще се затвори и по този начин батерията ще бъде изключена от товара.

Когато зареждате батерията, веднага щом напрежението на батерията достигне 4,3 волта, детекторът за презареждане на микросхемата HY2110CB ще се задейства и напрежението ще престане да се извежда към OC изхода. Долният (според схемата) транзистор на микросхемата TPCS8210 ще се затвори и батерията също ще бъде изключена от товара.

Алтернативен метод на подмяна

Както можете да видите от диаграмата, никоя от микросхемите няма изход за предаване на информация за състоянието на батерията към вашето устройство. Изходът на контролера "K" е просто свързан чрез резистор с определена стойност към отрицателния извод на батерията. Следователно от контролера на батерията не се получава "секретна" информация. В някои модели контролери вместо постоянен резистор е инсталиран термистор за наблюдение на температурата на батерията.

По стойността на този резистор вашето устройство може да определи вида на батерията или да изключи, ако тази стойност не съответства на необходимите стойности.

Това означава, че за да замените такава батерия с батерия от друг производител, не е необходимо да сменяте контролера за зареждане, достатъчно е само да измерите резистора между клемите "-" и "K" и да свържете изхода "K" на устройството до минуса на батерията чрез външен резистор със същата мощност.

Документацията за микросхемата HY2110CB, използвана в контролера, може да бъде изтеглена, а за микросхемата TPCS8210 -.

Помислете например електронна книга LBOOK V5, как най -точно да направите аналог на батерията, използвайки познания за устройството на контролера на зареждането. Ние извършваме цялата работа в следната последователност:

• Намерете батерия от мобилен телефон, най -близо до родния по размер и капацитет. В нашия случай това е NOKIA BL-4U. (Вдясно на снимката)
• Отхапваме жицата от родната батерия по такъв начин, че останалата част на конектора е достатъчна за запояване на нова батерия, а останалата част на старата батерия е достатъчна за сваляне на проводниците и измерване с тестер.
• Взимаме всеки цифров тестер и на него задаваме режим на измерване на съпротивлението, границата на измерване е 200 Kom. Свързваме го към отрицателния извод и терминала на родния контролер на батерията. Измерваме съпротивлението.
• Изключваме устройството. Търсим резистора най -близо до номиналната стойност. В нашия случай това е 62 Kom.
• Запоявайте резистор между отрицателния извод на новата батерия и изходния проводник на контролера на конектора. (Жълт проводник на снимката).
• Запояваме клемите на конектора "+" и "-" съответно към положителните и отрицателните клеми на новата батерия. (Червени и черни проводници на снимката).

if (window.ab == true) (document.write ("

Първо трябва да вземете решение за терминологията.

Като такъв контролери за разреждане на заряда не съществуват... Това са глупости. Няма смисъл да се контролира изхвърлянето. Разрядният ток зависи от натоварването - колкото е необходимо, толкова ще отнеме. Единственото нещо, което трябва да се направи при разреждане, е да се следи напрежението на батерията, за да се предотврати преразреждането й. За това те се използват.

В същото време, отделни контролери зарежданене само съществуват, но са абсолютно необходими за осъществяването на процеса на зареждане на литиево-йонни батерии. Именно те задават необходимия ток, определят края на заряда, наблюдават температурата и т.н. Контролерът на таксите е съществена част от всеки.

Въз основа на моя опит мога да кажа, че контролерът за зареждане / разреждане всъщност е схема за защита на батерията от твърде дълбоко разреждане и обратно, от презареждане.

С други думи, когато говорим за контролер за зареждане / разреждане, идваотносно вградената защита почти във всички литиево-йонни батерии (PCB- или PCM-модули). Ето я:

И ето ги и тях:

Очевидно е, че защитните платки се предлагат в различни форм -фактори и се сглобяват с помощта на различни електронни компоненти. В тази статия ще разгледаме само опции за схеми за защита на литиево-йонни батерии (или, ако предпочитате, контролери за разреждане / зареждане).

Контролери за зареждане-разреждане

Тъй като това име е толкова добре вкоренено в обществото, ние също ще го използваме. Нека започнем с най -често срещания вариант на чипа DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такава защитна дъска за литиево-йонни батерии се намира във всяка втора батерия от мобилен телефон. За да стигнете до него, просто трябва да откъснете самозалепващото се с надписите, което е залепено върху батерията.

Самата микросхема DW01 е с шест крака, а два полеви транзистора са конструктивно направени в един случай под формата на 8-кратен възел.

Пин 1 и 3 са съответно управлението на ключовете за защита от разреждане (FET1) и презареждане (FET2). Прагови напрежения: 2,4 и 4,25 волта. Пин 2 - сензор, който измерва спада на напрежението върху полевите транзистори, поради което се прилага защита срещу свръхток. Контактното съпротивление на транзисторите действа като измервателен шунт, така че прагът на реакция има много голямо разпространение от продукт на продукт.

Цялата схема изглежда така:

Дясната микросхема с етикет 8205A е транзисторът с полеви ефекти, който играе ролята на ключове във веригата.

Серия S-8241

SEIKO разработи специализирани интегрални схеми за защита на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии от преразреждане / презареждане. Интегралните схеми от серията S-8241 се използват за защита на една кутия.

Ключовете за защита от претоварване и презареждане работят съответно при 2.3V и 4.35V. Защитата от свръхток се активира, когато напрежението на FET1-FET2 е 200 mV.

Серия AAT8660

LV51140T

Подобна схема на защита за литиеви едноклетъчни батерии със защита срещу преразреждане, презареждане, прекомерно зареждане и разрядни токове. Изпълнено с помощта на микросхема LV51140T.

Прагови напрежения: 2,5 и 4,25 волта. Вторият крак на микросхемата е входът на детектора за свръхток (пределни стойности: 0.2V при разреждане и -0.7V при зареждане). Пин 4 не се използва.

R5421N серия

Схематичното решение е подобно на предишните. В режим на работа микросхемата консумира около 3 μA, в режим на блокиране - около 0,3 μA (буква C в обозначението) и 1 μA (буква F в обозначението).

Серията R5421N съдържа няколко модификации, които се различават по величината на напрежението на реакция по време на презареждане. Подробности са дадени в таблицата:

SA57608

Друга версия на контролера за зареждане / разреждане, само на микросхемата SA57608.

Напреженията, при които микросхемата изключва банката от външни вериги, зависят от буквения индекс. Вижте таблицата за подробности:

SA57608 консумира доста голям ток в режим на заспиване - около 300 μA, което го отличава от горните аналози за по -лошо (там консумираните токове са от порядъка на фракции от микроампер).

LC05111CMT

И накрая, ние предлагаме интересно решениеот един от световните лидери в производството на електронни компоненти On Semiconductor - контролер за зареждане -разряд на микросхемата LC05111CMT.

Решението е интересно с това, че ключовите MOSFET са вградени в самата микросхема, така че от приставките са останали само няколко резистора и един кондензатор.

Контактното съпротивление на вградените транзистори е ~ 11 милиома (0.011 Ома). Максималният ток на зареждане / разреждане е 10А. Максималното напрежение между клеми S1 и S2 е 24 волта (това е важно при комбиниране на батерии в батерии).

Микросхемата се предлага в пакет WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.

Веригата, както се очаква, осигурява защита срещу презареждане / разреждане, свръхток в товара и презареждане.

Контролери за зареждане и защитни вериги - каква е разликата?

Важно е да се разбере, че защитният модул и контролерите за зареждане не са едно и също нещо. Да, техните функции се припокриват до известна степен, но би било грешка да наречем вградения в батерията защитен модул контролер за зареждане. Сега ще обясня разликата.

Най -важната роля на всеки контролер на зареждане е да реализира правилния профил на зареждане (обикновено CC / CV - постоянен ток / постоянно напрежение). Тоест контролерът на заряда трябва да може да ограничи зареждащия ток на дадено ниво, като по този начин контролира количеството енергия, „излято“ в батерията за единица време. Излишната енергия се отделя под формата на топлина, така че всеки контролер на зареждане се нагрява доста по време на работа.

Поради тази причина контролерите за зареждане никога не са вградени в батерията (за разлика от защитните карти). Контролерите са само част от правилното зарядно устройство и нищо повече.

В допълнение, нито една защитна платка (или защитен модул, наречете го както искате) не е в състояние да ограничи тока на зареждане. Таблото контролира само напрежението на самата банка и ако то надхвърли предварително определените граници, отваря изходните ключове, като по този начин изключва банката от външния свят. Между другото, защитата от късо съединение също работи по същия принцип - при късо съединение напрежението на брега рязко спада и се задейства защитната верига за дълбоко разреждане.

Объркване между схемите за защита литиеви батериии контролерите за зареждане възникнаха поради сходството на прага на реакция (~ 4.2V). Само в случай на защитния модул, кутията е напълно изключена от външните клеми, а в случай на контролера на заряда, тя преминава в режим на стабилизиране на напрежението и постепенно намаляване на зарядния ток.

Ако вземете някаква батерия от мобилен телефон, можете да откриете, че е малка печатна електронна платка... Това е така наречената схема за защита, или IC защита.

Поради естеството си, литиевите батерии изискват постоянно наблюдение. Нека разгледаме по -отблизо как работи защитната верига и от какви елементи се състои.

Обикновената схема на контролера за зареждане на литиевата батерия е малка платка, върху която е монтирана електронна схема от SMD компоненти. Схемата на контролера от 1 клетка ("банки") при 3.7V, като правило, се състои от две микросхеми. Едната микросхема е управляваща, а другата изпълнителна е съвкупност от два MOSFET транзистора.

Снимката показва платка за контрол на зареждането на батерията 3.7V.

Чипът с етикет DW01-P в малка опаковка е по същество „мозъкът“ на контролера. Тук типична схемавключване на тази микросхема. В диаграмата G1 е клетка от литиево-йонна или полимерна батерия. FET1, FET2 са MOSFET.

Гнездо, външен види предназначението на щифтовете на микросхемата DW01-P.

MOSFET-тата не са част от микросхемата DW01-P и са направени като отделна микросхема от 2 N-типа MOSFET транзистори. Обикновено се използва монтаж с етикет 8205 и пакетът може да бъде или 6-пинов (SOT-23-6), или 8-пинов (TSSOP-8). Монтажът може да бъде маркиран като TXY8205A, SSF8205, S8205A и др. Можете също да намерите възли с маркировка 8814 и подобни.

Ето разпечатката и състава на чипа S8205A в пакета TSSOP-8.

Два полеви транзистора се използват за отделно управление на разреждането и зареждането на клетката на батерията. За удобство те се правят в един калъф.

Транзисторът (FET1), който е свързан към OD извода ( Прекомерно разреждане) чип DW01 -P, контролира разреждането на батерията - свързва / изключва товара. И този (FET2), който е свързан към OC щифта ( Прекомерно зареждане) - свързва / изключва захранването ( зарядно устройство). По този начин чрез отваряне или затваряне на съответния транзистор е възможно например да се изключи товара (консуматора) или да се спре зареждането на клетката на батерията.

Нека разберем логиката на контролния чип и цялата защитна верига като цяло.

Защита от претоварване.

Както знаете, презареждането на литиева батерия над 4,2 - 4,3 V е изпълнено с прегряване и дори експлозия.

Ако напрежението в клетката достигне 4,2 - 4,3 V ( Защитно напрежение при презареждане – V OCP), след това управляващата микросхема затваря транзистора FET2, като по този начин предотвратява по -нататъшното зареждане на батерията. Батерията ще бъде изключена от източника на захранване, докато напрежението на клетката падне под 4 - 4.1V ( Напрежение за освобождаване на презареждане – V OCR) поради саморазреждане. Това е само ако няма зареждане, свързано към батерията, например, тя е премахната от мобилния телефон.

Ако батерията е свързана с товара, тогава транзисторът FET2 се отваря отново, когато напрежението в клетката падне под 4.2V.

Защита от претоварване.

Ако напрежението на батерията падне под 2,3 - 2,5 V ( Защитно напрежение при претоварване – V ODP), след това контролерът изключва MOSFET за разреждане на FET1 - той е свързан към DO извода.

Има много интересно състояние ... Докато напрежението на клетката на акумулатора надвиши 2,9 - 3,1 V ( Напрежение за освобождаване на свръхразряд – V ODR), товарът ще бъде напълно изключен. На терминалите на контролера ще има 0V. Тези, които не са запознати с логиката на защитната верига, могат да приемат това състояние на нещата за "смъртта" на батерията. Ето само малък пример.

Миниатюрна литиево-полимерна батерия 3.7V от MP3 плейър. Състав: контролен контролер - G2NK (серия S-8261), сглобяването на полеви транзистори - KC3J1.

Батерията се разрежда под 2.5V. Контролната верига го изключи от товара. На изхода на контролера е 0V.

Освен това, ако измерите напрежението върху клетката на батерията, след като изключите товара, то леко нараства и достига ниво от 2,7V.

За да може контролерът да свърже отново батерията към „ външен свят”, Тоест към товара, напрежението върху клетката на батерията трябва да бъде 2,9 - 3,1 V ( V ODR).

Това повдига много разумен въпрос.

Диаграмата показва, че изводните щифтове на транзисторите FET1, FET2 са свързани заедно и не са свързани никъде. Как протича токът през такава верига, когато се задейства защитата от свръхразреждане? Как да презаредим „банката“ на батерията, така че контролерът да включи отново разрядния транзистор - FET1?

Ако ровите из листа с данни за литиево-йонни / полимерни защитни чипове (включително DW01-P, G2NK), тогава можете да разберете, че след като се задейства защитата от дълбоко разреждане, веригата за откриване на заряд работи - Откриване на зарядно устройство... Тоест, когато зарядното устройство е свързано, веригата ще открие, че зарядното устройство е свързано и ще позволи процеса на зареждане.

Зареждането до 3.1V след дълбоко разреждане на литиевата клетка може да отнеме много дълго време - няколко часа.

За да възстановите литиево-йонната / полимерната батерия, можете да използвате специални устройства, например универсалното зарядно устройство Turnigy Accucell 6. Вече описах как да направите това тук.

По този метод успях да възстановя 3,7 V литиево-полимерна батерия от MP3 плейър. Зареждането от 2.7V до 4.2V отне 554 минути и 52 секунди, което е повече от 9 часа! Това е колко дълго може да продължи таксата за "възстановяване".

Освен всичко друго, функционалността на защитните микросхеми на литиевата батерия включва защита срещу свръхток ( Защита от свръхток) и късо съединение. Защитата от свръхток се задейства в случай на рязък спад на напрежението с определена сума. След това микросхемата ограничава тока на натоварване. В случай на късо съединение (SC) в товара, контролерът го изключва напълно, докато късото съединение не бъде елиминирано.

Схема на контролер на литиево-йонна батерия
Схема на контролер на литиево-йонна батерия Дизайн и принцип на действие на защитния контролер на литиево-йонна / полимерна батерия Ако вземете някаква батерия от мобилен телефон, можете да

Вероятно повечето радиолюбители през годините стартират кутия, която се сгъва „за по -късно“ литиеви батерииот преждевременно починал (удавен, паднал от балкона, изгризан от приятел) мобилни телефонии камери... Те лежат в кутия и чакат в крилата .. И часът не идва. Причината е проста - да се използва батерияв същото фенерче, което трябва да направите контролер за зареждане, и чиповете за зареждане в местния радио магазин по някаква причина не бяха доставени .. Да, проблемът.

И какво трябва да направи беден радиолюбител? Всичко е много просто - можете да се справите с "пасище", използвайки това, което е скрито от очите на обикновения потребител. А именно защитната дъска, която е внимателно скрита вътре във всяка литиев йонили литиево -полимерна батерия... Без него те нямат право да използват акумулатори v домакински уредипоради изключителната активност на лития. Ако разглобявате батерия на мобилен телефон, ще намерим такова просто устройство вътре:

Това е платка за защита на батерията... Тази платка има сравнителен чип на две нива и полеви транзистор... Когато напрежението спадне батерияпод 3v или се издига над 4.25v, този компаратор изключва транзистора и изолира батерияот външния свят, като по този начин предпазва от повреда.

Получих идеята да опитам да използвам тези свойства на защитната платка, за да контролирам процеса. зареждане на батерията на телефонаот стандарта USB портовекомпютър (който има ограничител на тока 500mA като бонус). Така че получаваме супата от брадвата. По -точно зареждане „от нищото“. Остава по някакъв начин да покаже на потребителя напредъка (и завършването) на процеса зареждане... По -долу е схемана този възел.

Работи много просто. При свързване към USB портв зареждането започва и свети Светодиод... Токът на зареждане е ограничен от порта на компютъра и резисторите на платката. При достигане на напрежението на батерия 4.25V, компараторът на защитната платка се задейства и прекъсва веригата на зареждане. Светодиодът ще се изключи. В първата опция за зареждане използвах бутон, за да стартирам процеса на зареждане. Но се оказа, че 100nF кондензатор е достатъчен за първоначалното отваряне на полевия транзистор. Веригата е много проста и започва да работи без настройка.
Файлът на дъската може да бъде изтеглен в раздела "Файлов каталог"

Ако, докато повтаряте този дизайн, имате въпроси или идеи за подобряването му, пишете ми онлайн техните мисли по този въпрос.

Как да зареждате литиево-йонна батерия без контролер
Как да зареждате литиево-йонна батерия без контролер Вероятно с годините повечето радиолюбители пускат кутия, в която литиевите батерии от

Ако се чудите как да заредите литиево-йонна батерия, значи сте попаднали на правилното място.

Съвременните мобилни устройства изискват автономен източник на захранване.

Нещо повече, това важи както за „високи технологии“ като смартфони и лаптопи, така и за повече прости устройствада речем, електрически бормашини или мултиметри.

Налични са много видове батерии. Но за преносима технологиянай-често използваните са Li-Ion.

Относителната лекота на производство и ниската цена доведоха до такова широко разпространение.

Това също беше улеснено от отличните характеристики, плюс ниско саморазреждане и голям резерв от цикли на зареждане-разреждане.

Важно!За по -голямо удобство повечето от тези батерии са оборудвани със специално устройство за наблюдение, което не позволява на заряда да премине критичните нива.

При критичен разряд тази верига просто спира да подава напрежение към устройството и по време на превишаване приемливо нивозарядът прекъсва входящия ток.

В същото време, след достигане на номиналните 100%, зареждането трябва да продължи още един и половина до два часа.

Това е необходимо, тъй като батерията действително ще бъде заредена 70-80%.

При зареждане от лаптоп или стационарен компютъртрябва да се има предвид, че USB портът не е в състояние да осигури достатъчно високо напрежение, следователно процесът ще отнеме повече време.

Редуването на пълни и частични (80–90%) цикли на зареждане ще удължи живота на вашето устройство.

Въпреки толкова умна архитектура и обща непретенциозност, спазването на някои правила за използване на батериите ще спомогне за удължаване на техния полезен живот.

За да не "страда" батерията на устройството, достатъчно е да се придържате към прости препоръки.

Правило 1. Не разреждайте напълно батерията

Имам литиево -йонни батериисъвременните дизайни нямат „ефекта на паметта“. Ето защо е по -добре да ги заредите преди да дойде моментът на пълно разреждане.

Някои производители измерват живота на батериите си по броя на циклите на зареждане от нула.

Продуктите с най -високо качество могат да издържат до 600 такива цикъла. Когато батерията е заредена с оставащи 10–20%, броят на циклите се увеличава до 1700.

Правило 2. Пълното освобождаване от отговорност все още трябва да се извършва веднъж на всеки три месеца.

При нестабилно и нередовно зареждане средните стойности на максималните и минималните такси в споменатия по -горе контролер се заблуждават.

Това води до факта, че устройството получава неправилна информация за размера на таксата.

Превантивното изхвърляне ще помогне да се предотврати това. Когато батерията е напълно разредена, минималната стойност на зареждане в управляващата верига (контролера) ще се нулира.

След това е необходимо да заредите батерията "до капацитет", като я поддържате свързана към мрежата в продължение на осем до дванадесет часа.

Това ще актуализира максималната стойност. След такъв цикъл работата на батерията ще бъде по -стабилна.

Правило 3. Неизползваната батерия трябва да се съхранява с малко количество заряд

Преди съхранение е по -добре да заредите батерията на 30–50% и да съхранявате при температура 15 0 C. При такива условия батерията може да се съхранява доста дълго време без особени повреди.

Напълно заредената батерия ще загуби значително количество от капацитета си по време на съхранение.

А тези, напълно изхвърлени след дълго съхранение, ще трябва да бъдат дадени само за рециклиране.

Правило 4. Зареждането трябва да се извършва само с оригинални устройства

Прави впечатление, че зарядното устройство е директно вградено в дизайна на мобилно устройство (телефон, таблет и т.н.).

В този случай външният адаптер действа като токоизправител и стабилизатор на напрежението.

Използването на "зареждане" на трети страни може да повлияе негативно на тяхното състояние.

Правило 5. Прегряването е вредно за литиево-йонните батерии

Високите температури имат изключително негативен ефект върху дизайна на батерията. Ниските също са разрушителни, но в много по -малка степен.

Това трябва да се има предвид при използване на литиево-йонни батерии.

Батерията трябва да бъде защитена от пряка слънчева светлина и да се използва далеч от източници на топлина.

Допустимият температурен диапазон е между -40 0 C и +50 0 C.

Правило 6. Зареждане на батериите с „жаба“

Използването на неодобрени зарядни устройства е опасно. По-специално, обикновените китайски „жаби“ често се запалват по време на зареждане.

Преди да използвате такова универсално зарядно устройство, проверете максималните стойности, посочени на опаковката.

Така че трябва да се обърне внимание на максималния капацитет.

Ако границата е по -малка от капацитета на батерията, тогава в най -добрия случай тя няма да се зареди напълно.

Когато батерията е свързана, съответният индикатор трябва да светне върху тялото на „жабата“.

Ако това не се случи, тогава зарядът е критично нисък или батерията не работи.

Когато зарядното устройство е свързано към мрежата, индикаторът за връзка трябва да светне.

Друг диод е отговорен за достигане на максималния заряд, който се активира при подходящи условия.

Съвети за използване на литиево-йонни батерии

Как да зареждате и поддържате литиево-йонна батерия: 6 прости правила

Как да зареждате и поддържате литиево-йонна батерия: 6 прости правила
Как да зареждате и поддържате литиево-йонна батерия: 6 прости правила Ако се интересувате как да зареждате литиево-йонна батерия, значи сте попаднали на правилното място. Съвременни мобилни устройства

Устройството и принципът на действие на защитния контролер Литиево-йонна / полимерна батерия

Ако вземете някаква батерия от мобилен телефон, ще откриете, че малка печатна платка е запоена към клемите на клетката на батерията. Това е така наречената схема за защита, илиIC защита... Поради своите характеристикилитиеви батерииизискват постоянно наблюдение. Нека разгледаме по -отблизо как работи защитната верига и от какви елементи се състои.

Обикновената схема на контролера за зареждане на литиевата батерия е малка платка, върху която е монтирана електронна схема от SMD компоненти. Схемата на контролера от 1 клетка ("банки") при 3.7V, като правило, се състои от две микросхеми. Едната микросхема е управляваща, а другата изпълнителна е съвкупност от два MOSFET транзистора.

Снимката показва платка за контрол на зареждането на батерията 3.7V.

Чипът с етикет DW01-P в малка опаковка по същество е "мозъкът" на контролера. Ето една типична схема за включване на тази микросхема. В диаграмата G1 е клетка от литиево-йонна или полимерна батерия. FET1, FET2 са MOSFET.

Разклонение, външен вид и разпределение на щифтове на микросхемата DW01-P.

MOSFET-тата не са част от микросхемата DW01-P и са направени като отделна микросхема от 2 N-типа MOSFET транзистори. Обикновено се използва монтаж с етикет 8205 и пакетът може да бъде или 6-пинов (SOT-23-6), или 8-пинов (TSSOP-8). Монтажът може да бъде маркиран като TXY8205A, SSF8205, S8205A и др. Можете също да намерите възли с маркировка 8814 и подобни.

Ето разпечатката и състава на чипа S8205A в пакета TSSOP-8.

Два полеви транзистора се използват за отделно управление на разреждането и зареждането на клетката на батерията. За удобство те се правят в един калъф.

Транзисторът (FET1), който е свързан към OD извода ( Прекомерно разреждане) чип DW01 -P, контролира разреждането на батерията - свързва / изключва товара. И този (FET2), който е свързан към OC щифта ( Прекомерно зареждане) - свързва / изключва захранването (зарядно устройство). По този начин чрез отваряне или затваряне на съответния транзистор е възможно например да се изключи товара (консуматора) или да се спре зареждането на клетката на батерията.

Нека да разгледаме логиката на контролния чип и цялата защитна верига като цяло.

Защита от претоварване.

Както знаете, презареждането на литиева батерия над 4,2 - 4,3 V е изпълнено с прегряване и дори експлозия.

Ако напрежението в клетката достигне 4,2 - 4,3 V ( Защитно напрежение при презареждане - V OCP), след това управляващата микросхема затваря транзистора FET2, като по този начин предотвратява по -нататъшното зареждане на батерията. Батерията ще бъде изключена от източника на захранване, докато напрежението на клетката падне под 4 - 4.1V ( Напрежение за освобождаване на презареждане - V OCR) поради саморазреждане. Това е само ако няма зареждане, свързано към батерията, например, тя е премахната от мобилния телефон.

Ако батерията е свързана с товара, тогава транзисторът FET2 се отваря отново, когато напрежението в клетката падне под 4.2V.

Защита от претоварване.

Ако напрежението на батерията падне под 2,3 - 2,5 V ( Защитно напрежение при претоварване- V ODP), след това контролерът изключва MOSFET за разреждане на FET1 - той е свързан към DO извода.

Има много интересно състояние ... Докато напрежението на клетката на акумулатора надвиши 2,9 - 3,1 V ( Напрежение за освобождаване на свръхразряд - V ODR), товарът ще бъде напълно изключен. На терминалите на контролера ще има 0V. Тези, които не са запознати с логиката на защитната верига, могат да приемат това състояние на нещата за "смъртта" на батерията. Ето само малък пример.

Миниатюрна литиево-полимерна батерия 3.7V от MP3 плейър. Състав: контролен контролер - G2NK (серия S-8261), сглобяването на полеви транзистори - KC3J1.

Батерията се разрежда под 2.5V. Контролната верига го изключи от товара. На изхода на контролера е 0V.

Освен това, ако измерите напрежението върху клетката на батерията, след като изключите товара, то леко нараства и достига ниво от 2,7V.

За да може контролерът да свърже отново батерията към „външния свят“, тоест към товара, напрежението върху клетката на батерията трябва да бъде 2,9 - 3,1 V ( V ODR).

Това повдига много разумен въпрос.

Диаграмата показва, че изводните щифтове на транзисторите FET1, FET2 са свързани заедно и не са свързани никъде. Как протича токът през такава верига, когато се задейства защитата от презареждане? Как да презаредим "банката" на батерията, така че контролерът да включи отново разрядния транзистор - FET1?

Ако ровите из листа с данни за литиево-йонни / полимерни защитни чипове (включително DW01-P,G2NK), тогава можете да разберете, че след като се задейства защитата от дълбоко разреждане, веригата за откриване на заряд работи - Откриване на зарядно устройство... Тоест, когато зарядното устройство е свързано, веригата ще открие, че зарядното устройство е свързано и ще позволи процеса на зареждане.

Зареждането до 3.1V след дълбоко разреждане на литиевата клетка може да отнеме много дълго време - няколко часа.

Специални инструменти като универсалното зарядно устройство Turnigy Accucell 6 могат да се използват за възстановяване на литиево-йонната / полимерната батерия. Можете да разберете как да направите това.

По този метод успях да възстановя 3,7 V литиево-полимерна батерия от MP3 плейър. Зареждането от 2.7V до 4.2V отне 554 минути и 52 секунди, което е повече от 9 часа ! Това е колко време може да продължи таксата за "възстановяване".

Освен всичко друго, функционалността на защитните чипове на литиевата батерия включва защита срещу свръхток ( Защита от свръхток) и късо съединение. Защитата от свръхток се задейства в случай на рязък спад на напрежението с определена сума. След това микросхемата ограничава тока на натоварване. В случай на късо съединение (SC) в товара, контролерът го изключва напълно, докато късото съединение не бъде елиминирано.

Полеви транзистор с изолирана порта

Днес сред достатъчен брой разновидности транзистори се разграничават два класа: п-н- преходни транзистори (биполярни) и транзистори с изолирана полупроводникова порта (поле). Друго име, което може да се намери при описване на полеви транзистори - MOS (метал - оксид - полупроводник) се дължи на факта, че силициевият оксид (SiO 2) се използва главно като диелектричен материал. Друго, доста често срещано име, е MIS (метал - диелектрик - полупроводник).

Малко обяснения. Често можете да чуете условията MOSFET, MOSFET, MOS транзистор... Този термин понякога е подвеждащ за новодошлите в електрониката.

Какво представлява този MOSFET?

MOSFET е съкращение за две английски фрази: Metal-Oxide-Semiconductor и Field-Effect-Transistors. Следователно MOSFET не е нищо повече от обикновен MOSFET.

Мисля, че сега е ясно, че термините MOSFET, MOSFET, MOS, MOS, MOS означават едно и също нещо, а именно транзистор с полев ефект с изолирана порта.

Струва си да си припомним, че съкращението J-FET (кръстовище) се използва заедно със съкращението MOSFET. J-FET транзисторите също са полеви транзистори, но такъв транзистор се управлява чрез използване управител p-nпреход. Тези транзистори, за разлика от MOSFET, имат малко по -различна структура.

Принципът на действие на полеви транзистор.

Същността на полевия транзистор е възможността за управление на тока, протичащ през него, с помощта на електрическо поле (напрежение). Това се сравнява благоприятно с биполярни транзистори, където голям изходен ток се управлява с помощта на малък входен ток.

Нека да разгледаме опростен модел на полеви транзистор с изолирана порта (виж фиг.). Тъй като MIS транзисторите се предлагат с различни видовепроводимост (n или p), тогава фигурата показва полеви транзистор с изолирана порта и канал от тип n.

Основата на MIS транзистора е:

Силиконов субстрат ... Основата може да бъде полупроводник от р-тип или от n-тип. Ако подложката е p-тип, тогава в полупроводника има по-положително заредени атоми във възлите на силициевата кристална решетка. Ако субстратът е от тип n, тогава в полупроводника най -често присъстват отрицателно заредени атоми и свободни електрони. И в двата случая образуването на полупроводник от тип p или n се постига чрез въвеждане на примеси.

Полупроводникови области n + ... Тези области са силно обогатени със свободни електрони (следователно "+"), което се постига чрез въвеждане на примес в полупроводника. Електродите за източник и източване са свързани към тези зони.

Диелектрик ... Той изолира задвижващия електрод от силициевата основа. Самият диелектрик е направен от силициев оксид (SiO 2). Електродът на затвора е свързан с повърхността на диелектрика - управляващия електрод.

Сега ще опишем накратко как всичко работи.

Ако се подаде положително напрежение между портата и източника ( + ) към терминала на портата, след това се формира напречно електрическо поле между терминала на металната порта и субстрата. Той от своя страна започва да привлича отрицателно заредени свободни електрони към приповърхностния слой на диелектрика, които са разпръснати в малко количество в силициевата подложка.

В резултат на това в приземния слой се натрупва достатъчно голям брой електрони и се образува т. Нар. Канал- зона на проводимост... На фигурата каналът е показан в синьо. Фактът, че каналът е от тип n, означава, че се състои от електрони. Както можете да видите, между клемите на източника и канализацията и всъщност техните области n + се образува един вид "мост", който провежда електрически ток.

Между източника и канализацията започва да тече ток. По този начин, поради външното управляващо напрежение, се контролира проводимостта на полевия транзистор. Ако премахнете управляващото напрежение от портата, тогава проводящият канал в приземния слой ще изчезне и транзисторът ще се затвори - той ще спре да пропуска ток. Трябва да се отбележи, че фигурата на опростения модел показва n-канален транзистор с полеви ефекти.Има и p-channel FETs.

Показаният модел е силно опростен. В действителност структурата на съвременния MOS транзистор е много по -сложна. Но въпреки това опростеният модел ясно и просто показва идеята, която е вложена в устройството на полевия транзистор с изолирана порта.

Освен всичко друго, полевите транзистори с изолирана порта са с изчерпан и обогатен тип. Фигурата показва само полеви транзистор от обогатен тип - в него каналът е "обогатен" с електрони. В изчерпания тип транзистор, електроните вече присъстват в областта на канала, така че транзисторът преминава ток без управляващо напрежение на портата. Характеристиките на токово напрежение на изчерпания и обогатен тип полеви транзистори се различават значително.

Можете да прочетете за разликата между обогатен и изчерпан тип MOSFET тук. Там също е показано как се означават MOSFETвърху схематични диаграми.

Лесно е да се види, че задвижващият електрод и субстратът, заедно с диелектрика между тях, образуват един вид електрически кондензатор. Плочите са метален проводник на вратата и областта на субстрата, а изолаторът между тези електроди е диелектрик от силициев оксид (SiO 2). Следователно, полевият транзистор има съществен параметър, който се нарича капацитет на затвора.

Транзисторите с полеви ефекти, за разлика от биполярните, имат по-малко присъщ шум ниски честоти... Поради това те се използват активно в технологията за усилване на звука. Така например, съвременните нискочестотни усилвателни микросхеми за CD / MP3 плейъри на автомобили включват MOSFET. На таблоавтомобилен приемник можете да намерите надпис „ Захранващ MOSFET”Или подобно. Така че производителят се хвали, като дава ясно да се разбере, че го е грижа не само за мощността, но и за качеството на звука.

Транзисторът с полеви ефекти, в сравнение с биполярните транзистори, има по-висок входен импеданс, който може да достигне 10 до 9-та степен на Ом или повече. Тази функция ви позволява да разглеждате тези устройства като потенциално контролирани или, с други думи, напрежение. За днес е така по най-добрия начинсъздаване на вериги с достатъчно ниска консумация на енергия в режим на статичен покой. Това условие е особено важно за веригите на статична памет с голям брой клетки с памет.

Ако говорим за ключовия режим на работа на транзисторите, тогава в този случай биполярното шоу по -добро представяне, тъй като спадът на напрежението в опциите на полето е много значителен, което намалява общата ефективност на цялата верига. Въпреки това, в резултат на развитието на технологиите за производство на полеви транзистори, беше възможно да се отървем от този проблем. Съвременните полеви транзистори имат ниско съпротивление на канала и работят добре при високи честоти.

В резултат на търсенията за подобряване на характеристиките на мощни полеви транзистори, хибрид електронно устройство - IGBT транзистор, който е хибрид на полеви ефект и биполярен транзистор.

IGBT транзистор

Биполярен транзистор с изолирана порта

В съвременната силова електроника така наречените IGBT са широко използвани. Това съкращение е заимствано от чужда терминология и означава Биполярен транзистор с изолирана порта, а по руски начин звучи като биполярен транзистор с изолирана порта. Следователно IGBT транзисторите се наричат ​​още IGBT. IGBT е електронно захранващо устройство, което се използва като мощно електронен ключинсталиран в източници на импулсизахранвания, инвертори и системи за управление на електрически задвижвания.

IGBT е доста умно устройство, което е хибрид на полеви транзистор и биполярен транзистор. Тази комбинация доведе до факта, че този тип транзистори наследиха положителните качества както на полевия транзистор, така и на биполярния.

Същността на IGBT транзистора е, че полевият транзистор задвижва мощен биполярен транзистор. В резултат на това превключването на мощен товар става възможно с ниска управляваща мощност, тъй като управляващият сигнал се подава към портата на полевия транзистор.

Вътрешната структура на IGBT е каскадна връзка от два електронни клавиши за въвежданекоито управляват терминала плюс. Фигурата по -долу показва опростена еквивалентна схема за IGBT.

Целият процес на работа с IGBT може да бъде представен на два етапа: веднага щом се приложи положително напрежение, между портата и източника се отваря полев транзистор, тоест между източника и канализацията се образува n-канал. В този случай движението на таксите започва да се случва от региона нкъм региона стр, което води до отваряне на биполярния транзистор, в резултат на което токът се втурва от излъчвателя към колектора.

Историята на появата на IGBT.

За първи път мощни полеви транзистори се появяват през 1973 г., а вече през 1979 г. е предложена композитна транзисторна верига, оборудвана с управляван биполярен транзистор, използващ транзистор с полев ефект с изолирана порта. По време на тестовете е установено, че когато биполярен транзистор се използва като превключвател, няма насищане на основния транзистор и това значително намалява забавянето в случай, че превключвателят е изключен.

Малко по -късно, през 1985 г., е представен биполярен транзистор с изолирана порта, чиято отличителна черта е плоска структура, а диапазонът на работното напрежение става по -голям. Така че при високи напрежения и големи токове загубите в отворено състояние са много малки. В този случай устройството има сходни характеристики на превключване и проводимост като биполярния транзистор, а управлението се осъществява чрез напрежение.

Първото поколение устройства имаше някои недостатъци: превключването беше бавно и те не се различаваха по надеждност. Второто поколение видя светлината през 90 -те години, а третото поколение се произвежда до днес: те са премахнали такива недостатъци, имат високо входно съпротивление, контролираната мощност е различна ниско ниво, а в включено състояние остатъчното напрежение също е ниско.

Вече IGBT транзистори се предлагат в магазините за електронни компоненти, които могат да превключват токове в диапазона от няколко десетки до стотици ампера ( I ke max ) и работното напрежение ( U ke max ) може да варира от няколкостотин до хиляда или повече волта.

IGBT символ на схематични диаграми.

Тъй като IGBT транзисторът има комбинирана структура на полеви ефект и биполярен транзистор, тогава неговите заключения бяха наречени порта - Z(затварящ електрод), излъчвател ( NS) и колектор ( ДА СЕ). По чужд начин изходът на затвора се обозначава с буквата G, излъчващ щифт - Eи изходът на колектора е ° С.

Фигурата показва схематичен символ за IGBT. Транзисторът може да бъде изобразен и с вграден бърз диод. Също така, IGBT транзистор може да бъде изобразен, както следва:

Характеристики и обхват на IGBT приложенията.

Отличителни качества на IGBT транзисторите:

Контролирано напрежение (като всеки транзистор с полеви ефекти);

Те имат ниски държавни загуби;

Те могат да работят при температури над 100 0 C;

Те могат да работят с напрежение над 1000 волта и мощност над 5 киловата.

Изброените качества направиха възможно използването на IGBT транзистори в инвертори, задвижвания с променлива честота и в импулсни регулатори на ток. В допълнение, те често се използват при заваръчни източници на енергия, в системи за управление на мощни електрически задвижвания, които се инсталират например на електрически превозни средства: електрически локомотиви, трамваи, тролейбуси. Това решение значително повишава ефективността и осигурява висок комфорт при каране.

Освен това тези устройства са инсталирани в източниците непрекъснато захранванеи в мрежи с високо напрежение. IGBT транзисторите могат да бъдат намерени в електронни схеми на перални машини, шевни машини и съдомиялни машини, инверторни климатици, помпи, електронни системи за запалване за автомобили, захранващи системи за сървърно и телекомуникационно оборудване. Както можете да видите, обхватът на IGBT приложенията е доста голям.

Заслужава да се отбележи, че IGBT и MOSFET в някои случаи са взаимозаменяеми, но за високочестотни нисковолтови етапи се предпочитат MOSFET, а за високомощно високо напрежение-IGBT.

Така например, IGBT транзисторите перфектно изпълняват функциите си при работни честоти до 20-50 килохерца. При по -високи честоти, от този типзагубите на транзисторите се увеличават. Също така възможностите на IGBT транзисторите се проявяват най-пълно при работно напрежение над 300-400 волта. Ето защо биполярни транзисториизолираният капак се намира най -лесно в електрическите уреди с високо напрежение и мощност.

Част преносими устройствабатерията е задължителна, обикновено за тази цел се използва литиево-йонна батерия. Въпреки факта, че функционалните характеристики на съвременната електроника непрекъснато се подобряват, самата батерия остава практически непроменена.

Капацитетът и функционалността на батерията са се увеличили значително, но общ принципработата е останала същата. Батерията може да прегрее по време на зареждане и да се повреди. В случай на свръхразреждане, напрежението може да падне под критично ниво, което ще доведе до разграждане на клетката и ново презареждане ще стане невъзможно. Затова за контрол на процеса на зареждане се използват батерии електронни схеми, наречени контролери.

Това оборудване се използва в схеми за мобилни телефони, лаптопи и друго преносимо електронно оборудване. За слънчеви и вятърни батерии е необходим контролер на батерията. Той е включен в източниците на непрекъсваемо захранване и друго оборудване.

Алгоритъм на процеса на зареждане на батерията

За да разберете как се зарежда батерията, помислете за верига, която включва само резистор и самата батерия.

В нашия случай използваме 18650 батерия с капацитет 2400 mA / h, с прагове на напрежение 2,8-4,3 V и 5-волтово захранване и максимален ток от 1 A. Нека изчислим параметрите на необходимия резистор . В този случай ще приемем, че батерията е в нормално състояние и не е напълно разредена. Нека заредим батерията. Първо, когато напрежението в батерията е минимално, токът ще бъде максимален, а Ur - спадът на напрежението в резистора, трябва да бъде 2,2 волта (това е разликата между Uip - напрежението на захранването от 5 V и първоначалното производителност на батерията).

Въз основа на тези данни изчисляваме R - първоначалното съпротивление на резистора и Pr - разсейването на мощността:

R = Ur / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ohm, където I е максималният ток на захранването.

Pr = I2R = 1x1x2.2 = 2.2 W.

Когато напрежението в батерията достигне 4,2 V, Isar - зарядният ток, ще бъде:

Isar = (Ui -4,2) / R = (5-4,2) /2,2 = 0,3 А.

Оказва се, че за зареждане се нуждаем от резистор, който работи на тези скорости. Но в тази верига ще трябва да проверявате напрежението на батерията през цялото време, за да не пропуснете момента, когато достигне максимална стойност от 4,2 V.

Важно!Теоретично е възможно да се зарежда батерията без отделна защитна верига, но няма да е възможно да се проследи напрежението и тока на зареждане. Да, тази опция може да се използва 1-2 пъти, но е невъзможно да се гарантира, че батерията няма да се повреди.

Основните функции на контролерите

Има три основни задачи, които контролерите за зареждане изпълняват:

• оптимизация на захранващата система;
• опазване на ресурсите;
• избягване на фатални повреди.

Контролерите имат различни функции. Те регулират текущия поток, като се уверяват, че индикаторите са по-малки от максималния заряд, но в същото време надвишават тока на саморазреждане. Устройствата следят преминаването на всички етапи на разреждане-зареждане на батерията въз основа на структурата и химичния състав на батерията.

Що се отнася до батериите на лаптопите, контролерът допълнително компенсира енергийните потоци, които възникват, когато компютърът се зарежда и работи едновременно. Понякога устройствата са оборудвани с термични сензори за аварийно изключване в случай на прегряване или студ.

Ако системата използва няколко батерии едновременно, контролерът осигурява зареждане само за онези клетки, които все още не са заредени.

За да се предотвратят изтичане на газ и експлозии, някои модели контролери за зареждане на акумулатора използват сензори за налягане.

Забележка!Всеки контролер трябва да работи с правилното съотношение постоянен ток / постоянно напрежение (CC / CV). Ако по време на зареждане количеството доставена енергия е прекомерно, тогава тази излишна част се освобождава от контролера под формата на топлина. Следователно самият контролер никога не е вграден в батерията, той е включен в обща схема, но винаги разположени отделно. Но как да направите устройство със собствените си ръце?

Прости схеми

Един от най-често срещаните контролери е версията на чипа на DW01. Използва се от повечето мобилни устройства... На външен вид този елемент е електронно табло, върху който са монтирани всички необходими компоненти.

DW01 има 6 изхода, а транзисторите с полеви ефекти са монтирани в един пакет с 8 изхода - това е микросхема 8205A.

В тази схема задачата на контролера за зареждане е да изключи батерията или при пълно разреждане, или при пълно зареждане, тоест достигане на стойност от 4,25 V. Вместо DW01, можете да използвате NE57600, G2J, G3J, S8261, S8210, K091, JW01, JW11 и други подобни микросхеми.

Микросхемата LC05111CMT вече включва полеви транзистори, като тук се използват допълнително само кондензатор и резистори. Схемата използва вградени транзистори с трансферно съпротивление 0,011 ома. то проста схемада създадете батерия със собствените си ръце. Между S1 и S2 максималното съпротивление е 24V, а максималният ток на зареждане / разреждане е 10A.

Всички самостоятелно изработени устройства трябва да отговарят на посочените параметри, в противен случай се уверете коректна работабатерията ще се повреди.

Видео