Решение проблемы использования 6-ти вольтовой зарядки

Все пользователи классической или другой техники, основанной на 6-ти вольтах, знают, что это самая уязвимая и проблемная часть всего мотоцикла. В данной статье мы попытаемся найти решения главных сложностей, связанных с использованием такого типа электрики.

Ремонт и настройку, нужно начинать проводить с изучения и исследования проблемы. Для начала, стоит убедится в отсутствии повреждений проводки, а также осмотреть состояние наконечников и контрольной лампы генератора. Если все в порядке, стоит внимательно осмотреть внутренности регулятора.

При ремонте, невероятно полезной вещью станет схема мотоцикла.

Основные проблемы и методы их решения

1. При включенном зажигании и не функционирующем двигателе, горит контрольная лампа с еле видным накалом. Зачастую это случается при коротком замыкании, кода пользователь вкручивает длинные болты в области генератора. Другой причиной, может стать окисление контактов в цепи проводки центрального переключателя – аккумулятора. Также проблема может быть вызвана при банальном разряде аккумулятора.
2. Лампа контроля, горит обычным накалом при любых оборотах двигателя. Это может быть связанно с поломкой генератора. Что бы это проверить, нужно подсоединить клемму Ш, которая находится на генераторе, к массе, затем подключить лампу к клеммам Я и Ш на 6 вольт. Поломка генератора будет выявлена при работающем двигателе и неработающейслабом накале контрольной лампы.

При проблемах, связанных с генератором, стоить проверить следующее:

а) Щетки и их правильная работа в держателе. Если щетки ходят с затруднением, следует очистить посадочное место. Также щетки могут быть от стороннего производителя. Проводка мотоцикла, рассчитана на специальные щетки с сопротивлением ровно в 1 Ом. Современные детали, идут с повышенным сопротивлением, что может привести к некорректной работе всей системы. Для замены стоит использовать щетки от дрели, либо от классического Ваза, предварительно обточив их. Проверить сопротивление своих щеток, можно с помощью авометра, либо мультиметра.

б) Проверить контакт на щетках и проводе. В случае его отсутствия, заменить щетки.

в) Контакт между щеткой и коллектором. При высоком износе щеток, может пропадать контакт, поэтому стёртые щетки до размера 11 мм, следует сразу заменить на новые. Стоит напомнить, что щетка, соединенная с клеммой Я, находится изолированной от массы.

г) Проверить поверхность самого коллектора. При сильном загрязнении, его следует очистить с помощью бензина или же отшлифовать стеклянной шкуркой.

д) Некоторые проблемы, могут быть связаны с некорректной работой катушек возбуждения. Для их проверки можно воспользоваться авометром. Если его нету, можно отключить провода, идущие к клемам Ш, М и Я от генератора, при этом не снимая с них выводные жилы от катушек. Следом, нужно отключить провод вывода катушек возбуждения (и любое другое сопротивление, что идет на моделях иж-56) от массы. Следующим шагом, будет присоединение одной клеммы аккумулятора к клемме Я, либо Ш, которые находится на генераторе. К оставшейся клемме батареи, присоединить в последовательном порядке любую лампу, находящуюся на байке. Второй контакт, идущий от лампы, прикрепить к свободным клеммам Ш или Я. Если лампа не загорится, значит проблема в катушках. Либо там есть обрыв, либо есть плохое соединение, которое следует пропаять.

В случае если лампа будет гореть, нужно проверить замыкание в обмотках возбуждения на массе. Что бы это узнать, нужно присоединить одну клему батареи к массе на генераторе, а другую, через любую лампу, установленную на мотоцикле, присоединить к клеммам Ш либо Я. Если лампа загорится, это означает что в статоре есть замыкания и их надо исправлять. Для этого, нужно полностью снять устройство и повторно проверить его на замыкания. В случае, если на снятом статоре не будет замыканий, это означает что проблема была из-за контакта крепежных винтов генератора, которые контактировали с катушкой. Такие проблемы связаны с плохой изоляцией или с окисленным контактом между устройствами.

Материалы: http://amposter.com/blogs/blog-motolyubitelja/reshenie-problemy-ispolzovanija-6-ti-vol.html

После появления относительно недорогих и доступных литий-полимерных аккумуляторов многие моделисты задумались над вопросом: можно ли применить такой источник питания в пульте управления вместо традиционных никель-кадмиевых или никель-металгидридных батарей? Я попытался обрисовать своё мнение на эту тему.

Итак, какие же видятся минусы и плюсы такого решения?

- отсутствие эффекта памяти: можно дозаряжать пульт перед каждым выездом без циклирования;

- высокая емкость и небольшой вес (что особенно полезно с новыми радио на 2.4GHz с короткими антеннами для правильного баланса);

- быстрый заряд за 1 час;

- постоянство напряжения в течение 80% рабочего времени.

- вопрос о работе на минусовых температурах;

- специфика разрядной характеристики.

С плюсами всё понятно: при емкости LiPo в 1800-2500mAh их хватает для работы передатчика по 8 и более часов. В зависимости от степени активности моделиста иногда достаточно подзаряжать батарею раз в месяц. Впрочем, ничто не мешает делать это и перед каждым выездом - ведь эффекта памяти нет.

С минусами ситуация менее очевидна. Во первых, лично я не располагаю статистикой о том, что низкие температуры существенным образом влияют на работоспособность пульта. Наверное, это на самом деле не столь актуально: пульт можно держать в тепле и доставать только на время полета. Батарея не обдувается и содержится в закрытом отсеке. Больших токов от нее не требуется, а ёмкости и так предостаточно.

С зарядкой чуть сложнее. Некоторые передатчики содержат внутри защитный диод, предохраняющий пульт от сгорания при замыкании контактов зарядного разъема в случае неосторожной вставки зарядного штеккера. Этот диод существенным образом влияет на способность зарядного устройства корректно произвести заряд LiPo. Ведь на диоде падает некоторое напряжение, и 12.6в, необходимое для LiPo, никогда не будет достигнуто. А, скорее, будет хуже: зарядник увидит свои 12.6 вольт, только на LiPo при этом будет порядка 13.5 - и аккумулятор или отправится в мусор, или, что вполне вероятно, взорвётся.

Поэтому наиболее правильным выглядит решение либо убедиться в том, что в Вашем конкретном пульте нет диода. Либо заряжать LiPo, непосредственно подключившись к нему при открытом батарейном отсеке. И не забывать про режим заряда: 3S LiPo, ибо втыкание родной зарядки для кадмия его просто убьёт (возможно, с дымом и пламенем).

Однако, есть еще момент: балансировка банок. В принципе, если батарея была сбалансирована исходно и не разряжалась до 20% оставшейся емкости или ниже - при токах потребления пультом едва ли скоро потребуется ее балансировать, хотя время от времени это и полезно сделать. Тем не менее, LiPo аккумуляторы, специально выпущенные для передатчиков, часто уже содержат внутри термоусадочной трубки встроенную схему балансировки: удобно, сердито и достаточно дешево. Такие, например, аккумуляторы выпускает компания Dualsky (см. фото).

И, наконец, самый существенный момент: специфика разрядной кривой LiPo. Общеизвестные факты:

1. Литиевый аккумулятор имеет очень горизонтальную кривую разряда. Опустившись с 4.2 вольт на банку до 3.7-3.8, он работает до последних процентов емкости, после чего напряжение резко падает.
2. Чем меньше ток разряда, тем больше отдаваемая LiPo батареей емкость, и тем резче падение напряжения после ее исчерпания.

Что же получается при установке LiPo в пульт?

1. Исходно после зарядки напряжение на батарее составляет 12.6 вольт, что выше рекомендуемого производителями, хотя не выглядит опасным для пульта.
2. В процессе работы напряжение долго держится на уровне 11.1-11.4 вольт (почему, собственно, 3S LiPo и маркируются как 11.1 вольт, а не 12.6).
3. После снижения напряжения до 11 вольт происходит резкое падение. Пульт начинает пищать на 9-ти вольтах, но при этом времени на посадку модели может и не хватить.

Для подтверждения этой версии я провел эксперимент, взяв специальный аккумулятор для передатчика Dualsky 11.1 1800mAh и разрядив его током 400mAh с использованием зарядного устройства Robbe PowerPeak Infinity III.

В результате этого был снят вот такой вот график разряда (см. рисунок).

Из графика видно, что когда напряжение упало до 9 вольт, остается примерно 20-40 секунд на безопасную посадку. При этом во время этой самой посадки литий-полимерный аккумулятор уже находится в зоне риска из за низкого напряжения на банках. Самое печальное, что при меньших разрядных токах, характерных для аппаратуры на 2.4GHz, ситуация будет еще худшей: больший разряд и более резкое падение.

Понятно, что можно заряжать батарею перед каждым выездом. Можно контролировать напряжение на дисплее пульта. Но, как показывает практика, в любом случае наступит тот день, когда пилот просто забудет проконтролировать это и попадет в описанную выше ситуацию. В лучшем случае кончится разбитой моделью, а в худшем могут пострадать люди или имущество.

Так что же делать в такой ситуации? Я для себя решил вопрос следующим образом. Был сделан Y-образный переходник. Один из концов (нижний) подключается к аккумулятору. Второй конец (левый) подключается к пульту управления, но не прямо, а через выпрямительный диод, имеющий падение напряжения порядка 0.9 вольт. А поскольку при этом заряжать через внешний разъем пульта не получится, для зарядки используется третий (правый) конец переходника, при эксплуатации просто спрятанный внутри батарейного отсека.

Как это решает проблему?

1. При свежезаряженном аккумуляторе на нем будет 12.6 вольт, но на пульте - лишь 11.7, что в пределах допустимого (NiCd батарея вполне может давать такое напряжение после заряда).
2. После падения напряжения до рабочих 11.1 вольт пульт будет видеть 10.2, что также укладывается в обычную схему.
3. Когда пульт видит 9 вольт, он начинает пищать. При этом на аккумуляторе будет 9.9 вольт, что для LiPo безопасно.
4. У пилота имеется достаточно времени для безопасной посадки - как минимум, 10 минут, а то и более (проверено экспериментальным путем с реальным пультом JR PCM9XII 35MHz).
5. При этом напряжение на LiPo не падает ниже 3 вольт на банку, что в пределах допустимого.

Таким образом, можно рекомендовать использование такого переходника для дополнительной безопасности полетов при одновременном использовании всех преимуществ LiPo.

Пишите мне, если у Вас есть свои замечания или добавления к опубликованному.

Материалы: http://www.os-propo.info/content/view/48/1/

По мере распространения «зеленых» технологий все большее внимание стало уделяться КПД источников питания. Микросхемы управления источниками питания позволяют снизить общую стоимость системы, потери на коммутацию, размеры устройства и помехи. В статье рассматривается реализация технологии регулировки в первичной цепи дросселя в схемах зарядного устройства и светодиодного драйвера. Выходной ток и напряжение стабилизируются с помощью опорного сигнала напряжения с дополнительной обмотки дросселя.

В статье обсуждаются проблемы проектирования маломощных систем заряда батарей, которые применяются в широком спектре устройств. Рассмотрены системы заряда на базе шунтовой архитектуры, которые представляют собой эффективное решение для заряда различных типов батарей и обеспечивают их защиту. Статья представляет собой перевод [1]. Припечание: в статье оставлена терминология оригинала. В русскоязычной литературе вместо термина «шунтовой ИОН», часто используют термин «параллельный ИОН»

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Состязание разработчиков и производителей портативных гаджетов по внедрению во вновь создаваемые (и при этом все меньшего размера) устройства аппаратных модулей с расширенными функциональными возможностями вряд ли можно остановить. Большие яркие дисплеи с сенсорными панелями, Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, GSM, GPS, видеокамеры с большим форматом матрицы видеосенсора, аудио- и видеоплееры — всего лишь неполный перечень встроенных модулей и возможностей, предоставляемых современными мобильными устройствами. И, по сути, на пути миниатюризации гаджетов всегда возникают две неразрывно связанные проблемы: отвод рассеиваемой мощности и малые габариты, в которые необходимо все это упаковать. Мобильное устройство должно не только привлекать потребителей своими интеллектуальными возможностями, но и не вызывать при этом ожогов (в прямом смысле этого слова) у пользователя. Минимизация уровня тепловыделения — один из важных приоритетов при разработке. Одним из источников тепла является контроллер зарядного устройства, встроенного в мобильный прибор аккумулятора.

Одним из обязательных компонентов современных портативных устройств является мало в чем изменившийся за последние годы литиево-ионный аккумулятор, отличающийся наилучшими показателями среди ряда других химических источников электроэнергии, предназначенных для использования в портативных приложениях. Бесспорно, емкость его выросла, существенно улучшены и другие характеристики, что позволило расширить функциональные возможности портативных устройств, однако базовый принцип его работы и алгоритм зарядки мало в чем изменились [1–7].

В среднем для полной зарядки литиево-ионного аккумулятора емкостью 1 А·ч при токе зарядки 1 А требуется один час. Часто используемые сегодня USB-адаптеры не могут обеспечить ток более 500 мА, и поэтому время зарядки может растянуться до 2–4 или более часов. Одна из проблем, возникающих при зарядке большим током, — тепловыделение. Поскольку выходное напряжение повсеместно используемых сетевых и USB-адаптеров составляет 5 В, а рабочее напряжение аккумулятора: 3,7…4,2 В, то среднее значение КПД контроллера зарядки, построенного на базе линейного регулятора, не может быть лучше, чем 74% (3,7/5,0), а максимальное — 84% (4,2/5,0). На рисунке 1 приведена зона возможных потерь мощности в контроллере в процессе зарядки аккумулятора. Таким образом, при зарядке аккумулятора током 1 А максимальные потери составят примерно 1,3 Вт. Необходимо отметить, что это не то неизбежное выделение тепла, связанное с накоплением энергии в аккумуляторе для последующего ее использования, а тепловыделение, вызванное нагревом кристалла ИС контроллера зарядки. Чтобы уменьшить нежелательный нагрев кристалла в процессе зарядки аккумулятора, необходимо повышать КПД контроллера, что достигается при использовании контроллеров с импульсным регулированием. Кроме того, их применение позволяет потенциально ускорить продолжительность зарядки.

В контроллерах зарядки, созданных на базе линейных регуляторов с разделением путей протекания токов нагрузки и зарядки (PowerPath Technology), в случае небольшого тока нагрузки напряжение V_OUT равно почти 5 В (V_IN), а напряжение на аккумуляторе

V_BAT = 3,7 В. При этом линейный регулятор контроллера зарядки используется неэффективно. При большом токе через нагрузку к ней дополнительно подключается аккумулятор и при V_IN = 5 В, V_OUT = V_BAT = 3,7 В (см. рис. 2). В этом случае неэффективно используется проходной транзистор контроллера зарядки. И в первом, и во втором случаях сохраняется величина падения напряжения на элементах регулирования V_IN – V_OUT = 1,3 В или V_OUT – VB_AT = 1,3 В, что и приводит к нежелательной потере мощности. Особенность приведенной на рисунке 2 структурной схемы состоит в том, что для подключения аккумулятора к нагрузке используется устройство, выполняющее функции «идеального» (далее — идеального, прим. ред.) диода.

Что же подразумевается под предложенным специалистами компании Linear Technology термином «идеальный» диод? [3, 7]. Широко применяемые диоды Шоттки отличаются по сравнению с другими полупроводниковыми диодами малым прямым падением напряжения и высокой скоростью переключения. При использовании этого диода в качестве полупроводникового ключа, например, в схемах автоматического подключения к нагрузке аккумулятора или сетевого адаптера, как правило, применяется простая схема монтажного ИЛИ, основной недостаток которой — сравнительно большое падение напряжения на диоде. При повышении тока нагрузки растут и потери мощности на нем. Решить эту проблему можно с использованием в качестве диода МОП-транзистора. Идея не нова, однако специалисты компании Linear Technology при замене диода на МОП-транзистор предложили также способ определения момента переключения идеального диода в закрытое и открытое состояния. Для этого осуществляется мониторинг падения напряжения между истоком (анодом) и стоком (катодом) транзистора. В рассматриваемом случае — это МОП-транзистор с каналом N-типа. В момент подключения входного напряжения, конечно, если входное напряжение больше выходного, ток через защитный диод транзистора течет в нагрузку. Транзистор открывается, и падение напряжения на нем равно I_LOAD∙R_DS, где R_DS — сопротивление перехода сток-исток. Как правило, это напряжение примерно в десять раз ниже, чем падение напряжения на диоде Шоттки. Если напряжение на аноде ниже, чем на катоде, транзистор закрывается.

Для мониторинга падения напряжения на транзисторе используется специальный усилитель. Проблема заключается в том, как выбрать значение напряжения порога переключения и величину гистерезиса компаратора. Например, если открывать транзистор при падении напряжения 25 мВ, а закрывать при 5 мВ, это может привести к тому, что при малых токах нагрузки ключ просто закроется. Установка порога на уровне –5 мВ приведет к тому, что ток потечет от нагрузки ко входу. Чтобы исключить эти проблемы, падение напряжения между стоком и истоком открытого транзистора поддерживается с помощью специального следящего усилителя на уровне 25 мВ. При росте тока нагрузки повышается также и управляющее напряжение на затворе транзистора, и соответственно, снижается сопротивление открытого канала. Таким способом падение напряжения на транзисторе поддерживается почти постоянным на уровне 25 мВ.

На определенном этапе при увеличении тока падение напряжения на транзисторе начинает расти пропорционально току (I_LOAD∙R_DSON). На рисунке 3 приведены вольт-амперные характеристики диода Шоттки (B530C) и идеального диода [3, 7]. Предложенный метод управления МОП-транзистором позволяет реализовать плавное переключение транзистора и даже при небольших токах нагрузки получить минимальную разницу напряжения между стоком и истоком.

В микросхеме LTC4358 (Linear Tech­nology) материализована идея создания идеального диода на базе встроенного на кристалл МОП-транзистора с каналом N-типа, имеющего сопротивление (R_DSON) открытого канала 0,02 Ом. Напряжение питания ИС составляет 9,0…26,5 В; максимальный ток: 5 А; время отключения транзистора при превышении тока ограничения — 0,5 мкс. Микросхема LTC4358 предназначена для замены диодов в схемах переключения источников питания, к которым подключается нагрузка, построенных на основе схемы монтажного ИЛИ. Графики зависимости мощности, рассеиваемой на идеальном диоде (LTC4358) и на диоде Шоттки типа B530C показаны на рисунке 4. Микросхема LTC4358 изготавливается в корпусе 14-DFN и имеет размеры 4×3 мм.

Кроме того, компания Linear Technology предлагает и другие ИС, например, LTC4352/55/57, LTC4411/13/ 16. Микросхемы LTC4352/55/57 и LTC4416, по сути, являются контроллерами идеального диода, и для этой цели используется внешний МОП-транзистор, в микросхемах LTC4411/13 — встроенный. Миниатюрная ИС LTC4411 предназначена для автоматического переключения нагрузки между сетевым адаптером и аккумулятором в схемах, построенных на основе монтажного ИЛИ. Напряжение входного источника 2,6…5,5 В, ток потребления в статическом режиме не более 40 мкА (при токе нагрузки до 100 мА). Максимальное сопротивление открытого канала встроенного МОП-транзистора с каналом P-типа составляет 0,14 Ом, максимальный прямой ток — 2,6 А, ток утечки — менее 1 мкА. В микросхеме предусмотрена защита от перегрева корпуса. Для подключения ИС LTC4411 не требуются дополнительные внешние компоненты. Микросхема LTC4411 изготавливается в корпусе SOT-23-5.

В контроллерах зарядки LTC4066, LTC4085, построенных на основе линейного регулятора, также реализован идеальный диод. Напряжение питания ИС 4,35…5,50 В. Сопротивление идеального диода, используемого для подключения аккумулятора к нагрузке, при токе 3 А составляет всего 50 мОм. В контроллерах предусмотрена возможность ограничения входного тока на уровне 100 или 500 мА. Микросхемы LTC4066 изготавливаются в корпусе 24-QFN (4×4 мм).

Микросхемы LTC4088/LTC4098 — контроллеры зарядки литиево-ионных аккумуляторов, обеспечивающие за счет применения в них импульсного регулятора не только высокий КПД, но и реализацию технологии разделения путей протекания токов нагрузки и зарядки, получившую название Switching PowerPath. ИС LTC4088/98 содержат импульсный понижающий напряжение регулятор и линейный регулятор тока зарядки аккумулятора. В конфигурации, приведенной на рисунке 5, разница напряжения V_IN – V_OUT хотя и сохраняется почти прежней (см. рис. 2), однако потери мощности существенно меньше, т.к. КПД регулятора достаточно высок (примерно, 92% при выходном токе 300 мА). Напряжение V_OUT лишь на несколько сотен милливольт выше V_BAT. Принятые в этих микросхемах меры обеспечивают незначительные потери мощности.

Микросхема LTC4088 — высокоэффективный контроллер зарядки литиево-ионных аккумуляторов, обеспечивающий максимальный ток зарядки 1,5 А. В качестве внешнего источника питания можно использовать как сетевой адаптер, так и USB-порт. Напряжение питания LTC4088 — 4,25…5,50 В. Допускаются выбросы входного напряжения амплитудой до 7 В. Ток ограничения: 100, 500 или 1000 мА. Частота преобразования понижающего напряжение импульсного стабилизатора составляет 2,25 МГц. Подключение аккумулятора к нагрузке осуществляется с использованием встроенного аналога идеального диода с сопротивлением в открытом состоянии 0,18 Ом. Предусмотрена также возможность подключения дополнительного внешнего МОП-транзистора с каналом P-типа параллельно встроенному идеальному диоду, что позволяет существенно снизить суммарное сопротивление комбинированного ключа (см. рис. 6). Кроме того, в микросхеме LTC4088 реализован автономный стабилизатор напряжения с выходным напряжением 3,3 В, обеспечивающий ток нагрузки до 25 мА.

Микросхема LTC4088 изготавливается в корпусе 14-DFN и имеет размеры 4×3 мм. Максимальная температура корпуса 125°C, тепловое сопротивление 37°C/Вт. ИС LTC4098 — в корпусе 20-DFN с размерами 4×3 мм, ее тепловое сопротивление 43°C/Вт. Диапазон рабочих температур: –40…85°C.

Микросхемы bq2410x (Texas In­stru­ments) обеспечивают максимальный ток зарядки аккумулятора до 2 А. Частота преобразования понижающего напряжение импульсного регулятора составляет 1,1 МГц. Микросхемы bq2410x содержат встроенные ключи, выполненные на базе МОП-тран­зис­торов, используемые для подключения к нагрузке сетевого адаптера или аккумулятора. Максимальный КПД — 93%.

Микросхемы bq2410х изготавливаются в корпусе 20-QFN (3,5×4,5 мм). Допустимая мощность рассеивания до температуры кристалла 40°C составляет 1,81 Вт, тепловое сопротивление — 46,87°C/Вт. Диапазон рабочих температур: –40…85 °C.

Как и для ИС, созданных на базе линейных регуляторов (к примеру, MAX1811, LTC4065/69/95, MCP73831/2, MCP73811, bq2402x/3х/6х, bq2057, bq24085), так и в случае использования импульсных преобразователей, есть два варианта подключения нагрузки и аккумулятора: непосредственное подключение (в одну точку) и подключение с возможностью выбора путей протекания зарядного тока и тока нагрузки.

Существует два варианта непосредственного подключения нагрузки к аккумулятору. В первом случае нагрузка подключается после измерительного резистора R_SNS (см. рис. 7а), а во втором — до него (см. рис. 7б). В первом варианте входное напряжение V_IN преобразуется в напряжение V_OUT с высоким КПД. При подключенном сетевом адаптере обеспечивается энергопитание нагрузки и одновременно зарядка аккумулятора, в случае отключения адаптера питание нагрузки осуществляется от аккумулятора.

Преимущества первого варианта топологии:

– при отключенном адаптере энергопитание нагрузки осуществляется непосредственно от аккумулятора с минимальными потерями мощности;

– возможно использование технологии динамического управления током зарядки аккумулятора (Dyna­mic Power Management — DPM), что позволяет за счет динамического снижения тока зарядки предотвратить потенциальную ве­роятность перегрузки ИС по току зарядки и перегрева ее корпуса при пиковых нагрузках, а, кроме того, сохраняется возможность ограничения суммарного входного тока;

– малы изменения напряжения на нагрузке;

– достаточно просто на программном уровне реализуется режим токового мягкого старта.

При выборе топологии подключения аккумулятора к нагрузке следует принимать во внимание некоторые особенности. Если средний ток нагрузки длительное время достаточно велик, то процесс зарядки затягивается, и возникает ситуация, при которой аккумулятор непрерывно находится в процессе зарядки, что сокращает его срок службы. Поскольку предел ограничения суммарного тока фиксирован на аппаратном уровне, то при достаточно большом токе через нагрузку ток зарядки аккумулятора также снижается, что приводит к чрезмерному увеличению времени зарядки аккумулятора до его полной емкости, и поэтому вполне вероятна ситуация, при которой будет просто невозможно полностью его зарядить.

Если при заряженном аккумуляторе ток нагрузки увеличится, то вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора выходное напряжение может снизиться до порога, при котором будет инициироваться очередной цикл зарядки, который, в свою очередь, быстро завершится. Таким образом, возможна ситуации, при которой процесс зарядки будет стартовать циклически. При небольшом токе нагрузки интервал времени от момента уменьшения выходного напряжения (за счет падения напряжения на аккумуляторе) до необходимого порога для старта очередного процесса зарядки существенно увеличивается.

В фазе предварительной зарядки (при напряжении на аккумуляторе ниже 3,0 В) ток зарядки составляет примерно 10% номинальной емкости аккумулятора, чего зачастую слишком мало для энергоснабжения продолжающего работать устройства, которое в этом случае вынуждено подпитываться от аккумулятора, а последний соответственно продолжает разряжаться. Кроме того, поскольку для предварительной фазы зарядки отводится определенный задаваемый специальным таймером интервал времени, в течение которого напряжение на аккумуляторе должно достичь порога 3,2 В, то создается ситуация, при которой напряжение на аккумуляторе не возрастает, а таймер начинает сигнализировать, что аккумулятор неисправен.

Не следует забывать, что основной недостаток непосредственного подключения аккумулятора к нагрузке заключается в том, что при полностью или глубоко разряженном аккумуляторе напряжение на нагрузке (даже при условии подключения сетевого адаптера) равно напряжению на аккумуляторе, чего бывает явно недостаточно для работы устройства, и, конечно, во многих случаях это просто недопустимо.

Во втором варианте (см. рис. 7б) нагрузка подключена до измерительного резистора (R_SNS). Эта топология, по сравнению с той, в которой нагрузка подключена после резистора, имеет ряд преимуществ. Основным является то, что в ней контролируется ток, протекающий только через аккумулятор, и поэтому все три режима зарядки (предварительный, режим собственно зарядки с током, равным величине емкости аккумулятора и режим завершения) работают без каких-либо проблем, связанных с протеканием тока через нагрузку.

Глубоко разряженный аккумулятор можно без риска подключать к контроллеру зарядки, не опасаясь завершения работы таймера, определяющего безопасную продолжительность предварительной фазы зарядки, еще до окончания этого этапа. Следует также принимать во внимание, что суммарный ток через контроллер зарядки ограничен на уровне максимально допустимого тока через кристалл, а также работой системы защиты от перегрева ИС. Ток зарядки не уменьшается при росте тока нагрузки, поэтому эта топология не используется при больших токах нагрузки.

При больших токах нагрузки и зарядки обеспечить низкий уровень тепловыделения крайне сложно даже при использовании импульсных регуляторов со встроенными транзисторными ключами. Поэтому при больших токах мощные ключи, как правило, не интегрируются на кристалле микросхемы, а размещаются вне ее корпуса.

Примером таких ИС могут служить bq24702/3/5 и bq246хх (Texas Instru­ments), обеспечивающие ток зарядки до 10 А (bq24610/17). В отличие от bq2410x устройства зарядки, созданные на базе ИС bq246хх, содержат внешние ключи. Частота преобразования импульсного стабилизатора ИС bq24610/17 составляет 600 кГц. Кроме того, в контроллерах bq24610/17 реализована технология динамического управления током зарядки аккумулятора DPM, основанная на мониторинге величины входного тока. Для независимого измерения суммарного (входного) тока и тока зарядки аккумулятора в контроллере bq24610 реализованы два прецизионных усилителя. Для подключения нагрузки к адаптеру, а также аккумулятора к нагрузке используются ключи на мощных внешних МОП-транзисторах.

Микросхемы bq24610/17 изготавливаются в корпусе 24-QFN (4×4 мм). Допустимая мощность, рассеиваемая при температуре 25°C, составляет 2,3 Вт; тепловое сопротивление — 43°C/Вт.

В заключение в таблицах 1, 2 приведены параметры некоторых контроллеров зарядки, построенных на основе как линейных, так и импульсных регуляторов.

Входное напряжение, В

Максимальный ток зарядки, А

Напряжение аккумулятора, В

Диапазон рабочих температур, °C

Тип корпуса (размеры, мм)

Входное напряжение, В

Максимальный ток зарядки, А

Частота преобразователя, МГц

Напряжение аккумулятора, В

Диапазон рабочих температур, °C

Тип корпуса (размеры, мм)

Схема непосредственного подключения аккумулятора к нагрузке и контроллеру зарядки, созданному на основе линейного регулятора, отличается простотой, а устройства, выполненные на базе этой архитектуры, — более низкой стоимостью. Однако при больших токах нагрузки вряд ли можно рекомендовать использование этой топологии из-за большой вероятности перегрева кристалла ИС. При непосредственном подключении аккумулятора к нагрузке можно достичь минимального изменения уровня напряжения на нагрузке.

Проблема потери мощности сохраняется также и в контроллерах зарядки, созданных на основе непрерывного регулирования, с разделением путей протекания токов нагрузи и зарядки. Более высокого КПД можно достичь за счет применения импульсного регулятора, что позволяет создавать на его базе контроллеры с током зарядки аккумулятора более 10 А. Кроме того, в этих контроллерах зачастую используется технология разделения путей протекания токов нагрузки и зарядки, основным преимуществом которой является высокая надежность.

Более полную информацию о микросхемах зарядки аккумуляторов можно найти в [2–6].

2. LTC4088. High efficiency battery charger/USB power manager. — Linear Technology (www.linear.com).

3. Meilissa Lum. Ideal diode betters a Schottky by a factor of four in power and space consumption.

4. bq24030, bq24031, bq24032A, bq24035, bq24038. Single-chip charge and system power-path management IC (bqTINY™). — Texas Instruments, 2009 (www.ti.com).

5. Implementations of battery charger and power-path management system using bq2410x/11x/12x (bqSWITCHER™). — Texas Instruments, 2006 (www.ti.com).

6. bq24610, bq24617. Stand-alone synchronous switch-mode Li-ion or Li-polymer battery charger with system power selector and low Iq. — Texas Instruments, 2009 (www.ti.com).

7. Pinkesh Sachdev. 0V to 18V ideal diode controller saves Watts and space over Schottky. — Linear Technology (www.linear.com).

Автор: Виктор Охрименко, технический консультант, НПФ VD MAIS

Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».

Материалы: http://www.russianelectronics.ru/review/micro/doc/57704/