Батерии за телефони устройство, класификация, разлики

Батерии

Когато купувате мобилен телефон, човек, като правило, най-малко мисли за времето на работа. И ако мисли за това, той го свързва преди всичко с ненадеждността на микросхемите, радиоелементите и механичните повреди. Проучванията показват, че първо място по повреди заемат батериите. Понастоящем в мобилните телефони се използват никел-кадмиеви (NiCd), никел-метал-хидридни (NiMH), литиево-йонни (Li-Ion) и литиево-полимерни (Li-Polymer) батерии. Помислете за характеристиките на батериите.

Капацитет на батерията

Капацитет на батерията - максимална сумаелектричество, което може да се получи от едно пълно зареждане. Означава се с латинската буква C и се изразява в амперчасове (Ah) или милиамперчасове (mAh). Така, например, батерия от 720 mAh е в състояние да достави ток от 720 mA към товара за един час или 360 mA за два часа. В този случай, разбира се, токът на разреждане не трябва да надвишава определена максимална сила за определен тип батерия, в противен случай нейните плочи бързо ще се повредят.

Вътрешно съпротивление на батерията

Колкото по-малък е, толкова по-голям ток може да подаде батерията към товара. Това е много важна характеристика. В режим на приемане мобилният телефон консумира малко количество ток. По време на разговор обаче токът се увеличава драстично. В този случай батериите с различно вътрешно съпротивление се държат различно. Никел-кадмият, който има най-ниското вътрешно съпротивление, лесно дава необходимия ток. Никел-метал-хидридните батерии имат най-голямо съпротивление, така че те имат спад на напрежението, който може да доведе до сривове или телефонът ви ще сигнализира, че батерията е изтощена. Тъй като мобилните телефони консумират повече или по-малко стабилен ток по време на работа, за захранването им се използват литиево-йонни или литиево-полимерни батерии. Никел-метал хидридът се използва за захранване на устройства, които консумират стабилен ток.

Енергийна плътност на заредена батерия

Измерва се във ватчасове на килограм маса на батерията (също се намира в литър обем). Тук водещи са литиево-йонните и литиево-полимерните батерии (110 ... 160 W / kg), а батериите 100 ... 130 W / kg са значително по-ниски от тях. Никел-метал-хидридните батерии имат този индикатор 60 ... 120, никел-кадмиевите - 45 ... 80 W x h / kg. От гореизложеното следва, че литиево-полимерните и литиево-йонните батерии имат най-малки размери и тегло при еднакъв капацитет, а никел-метал хидридните батерии са малко по-големи. А литиево-полимерните батерии могат да бъдат формовани в почти всяка форма.

Време за зареждане на батерията

Това е доста важна характеристика, тъй като при интензивна употреба батериите мобилни телефониТрябва да презареждам почти всеки ден. Тя варира от 1 час за никел-кадмиеви батерии (ако е необходимо, те могат да се зареждат за 15 минути) и 2 ... 4 часа за никел-метал хидридни, литиево-йонни и литиево-полимерни батерии.

Номинално напрежение на един елемент

За никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии номиналното напрежение е 1,25 V, за литиево-йонни и литиево-полимерни батерии - 3,6 V. Освен това за първите два типа напрежението по време на процеса на разреждане е почти стабилно, докато за литиево-йонни батерии по време на процеса на разреждане то линейно намалява от 4,2 до 2,8 V.

Саморазреждане на батерията

Саморазреждането е намаляване на заряда на батерия, която е заредена, но не е свързана към консуматор на енергия по време на съхранение. При никел-кадмиевите батерии това е едно от слабите места. Загубата им на заряд достига 10% на първия ден след зареждането, а след това 10% на месец. Приблизително същата цифра за никел-метал хидридни батерии. Литиево-йонните и литиево-полимерните батерии са извън конкуренцията по този показател. Техният саморазряд не надвишава 2 - 5% на месец, което се дължи главно на наличието на управляващи вериги вътре в батериите. Ограниченият "живот" на тези батерии обаче не ви позволява да използвате пълноценно това положително качество.

Живот

Това е един от най-важните характеристикибатерии, за които по някаква причина потребителят мисли последни. За батерии с различна химия се определя по различен начин. За някои батерии общият брой цикли на зареждане-разреждане е критичен, докато за други общото време на тяхната работа е критично.
Никел-кадмиевите батерии могат да издържат повече от 1500 цикъла на зареждане и разреждане, а опитът показва, че след възстановяване те могат да работят същото време. При правилна периодична поддръжка никел-кадмиевите батерии издържат от 5 до 10 или повече години, до механичното износване на корпуса и вътрешните им контакти.
Никел-метал-хидридните батерии издържат около 500 цикъла на зареждане-разреждане и рядко издържат повече от две години, дори при много внимателна поддръжка.
Литиево-йонните батерии могат да се зареждат и разреждат от 500 до 1000 пъти. Но е трудно да се избере напълно този брой цикли поради краткия експлоатационен живот - не повече от две години (според производителите). На практика литиево-йонните батерии губят производителността си след година.
Литиево-полимерните батерии имат от 300 до 500 цикъла на зареждане-разреждане и рядко издържат повече от година. Освен това експлоатационният живот зависи и от степента на разреждане - при частични разряди той е по-дълъг, отколкото при пълни разряди.
Никел-кадмиевите батерии имат най-кратко време за зареждане, позволяват най-висок ток на натоварване и имат най-ниско съотношение цена-живот, но в същото време са най-критичните за точното съответствие с изискванията за правилна работа.

Характеристика / вид				Литиево-полимерни
Вътрешно съпротивление
Брой цикли на зареждане-разреждане преди капацитетът да падне с 80%/експлоатационен живот			500-1000/1,5 години	300-500/1,5 години
Бързо време за зареждане, ч
Товарови токове спрямо капацитет (C) - пик
Токове на натоварване спрямо капацитет (C) - най-приемливи
Енергийна плътност, W/kg
Саморазреждане на месец при стайна температура, /%
Обслужване чрез
Напрежение на елемента, V
Работен температурен диапазон, ° С
Година на навлизане на пазара

Сравнителни характеристики на батериите

ефект на паметта

Това е добре известен проблем с никел-кадмиевите и никел-металхидридни батерии. Ефектът на паметта се състои в частична (временна) загуба на капацитет на батерията, ако тя се зарежда до пълното й разреждане. Батерията, така да се каже, запомня началната точка на следващия цикъл на презареждане и при разреждане активно отдава само капацитета, получен при последното презареждане. С други думи, една ненапълно разредена батерия запомня предишния си капацитет и след като бъде напълно заредена отново, когато се разреди, тя дава само заряда, който е дала в предишния цикъл на разреждане. Проявява се във факта, че напрежението във веригата на заредена и привидно нормално заредена батерия внезапно, преди време, пада. Ефектът на паметта е наистина очевиден във факта, че в ежедневието потребителите рядко чакат батериите да се разредят напълно, преди да ги заредят.
Физическата същност на ефекта на паметта е, че когато батерията не е напълно разредена, частиците на работното вещество на батерията се увеличават, респ. цялата зонаконтактът на работното вещество с електролита е намален. В резултат на това само за няколко месеца капацитетът на никел-кадмиевата или никел-металхидридна батерия може да бъде намален няколко пъти.
Следователно периодичната поддръжка е много важна за тези видове батерии, която се състои в пълно разреждане и след това пълно зареждане на батерията. Този процес се нарича обучение на батерията. Никел-кадмиевите батерии изискват ежемесечна тренировка, никел-металхидридни - веднъж на два до три месеца.
При забележимо намаляване на капацитета на никел-кадмиевите и никел-метал хидридни батерии те се подлагат на процедура за възстановяване. Състои се в много дълбоко разреждане на батерията, раздробяване на големи частици от работното вещество на по-малки. За това има специално оборудване, например анализатор на батерии C7000 от канадската компания CADEX. Литиево-йонните и литиево-полимерните батерии нямат ефект на паметта.

устройство

Всяка батерия има два електрода - положителен и отрицателен. Между електродите е поставен разделителен слой, който предотвратява допира на противоположните електроди в батерията. Пространството между електродите се запълва с електролит (киселинен или алкален). Електродите могат да бъдат направени като редуващи се пластини.
Първоначално батериите имаха тапи, които позволяваха обезвъздушаването на газовете, отделяни по време на зареждането, и смяната на електролита. По-късно разработчиците излязоха с идеята да направят електроди с различни размери, което позволи целият освободен газ да бъде абсорбиран от нереагиралата част вътре в батерията. И това направи възможно производството на батерии в запечатан корпус.
Много кутии за батерии имат вградена електроника, която предотвратява дълбоко разреждане, презареждане или високи температури.

Зареждане на батерията

Към днешна дата има три основни метода за зареждане на батерии:
- нормално или бавно зареждане;
- бързо зареждане;
- скоростно зареждане.

Изключването на батерията в края на зареждането се извършва с помощта на:
- контрол на температурата;
- контрол на зарядното напрежение;
- контрол на спада на зарядното напрежение;
- контрол на тока в края на заряда;
- таймер.

Нормално или бавно зареждане.Този метод, макар и рядко, се използва за зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии. Евтино е, но води до кристализация на клетките на батерията, което намалява капацитета и експлоатационния живот. Този метод не може да се използва за зареждане на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии, тъй като настъпват необратими промени във вътрешната структура на батериите.
Зарядното устройство е източник на постоянно напрежение, в чиято изходна верига е последователно свързан токозадаващ резистор. Токът на зареждане на батериите обикновено се изразява числено в части от капацитета на батерията C. Нормалният ток на зареждане е приблизително 0,1C. По този начин, с капацитет на батерията от 720 mA / h, стойността от 0,1 C ще бъде 72 mA.

Бързо зареждане.Използва се само за зареждане на никел-кадмиеви батерии с ток 0,5C. Краят на зареждането се определя от постигането на напрежение на батерията с определена стойност.

Зареждане на скоростта.Характеризира се със заряден ток 1C и включва всички начини за изключване на батерията в края на зареждането.
За зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии се използва метод за контролиране на края на заряда чрез рязко леко намаляване на напрежението на батерията. Нарича се отрицателен делта V заряд. Стойността му е 10 ... 30 mV на елемент.
Методът за контрол на температурата използва факта, че в края на зареждането батерията се нагрява по-интензивно и краят на зареждането може да се контролира от скоростта на промяна на температурата. При зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии краят на заряда се определя, ако температурната промяна достигне 1°C/min. Счита се, че абсолютният праг на прегряване е 60 °C.
Презареждането има катастрофален ефект върху батерията, особено ако в края на зареждането тя бъде принудително изключена и след това отново свързана към зарядното устройство. При всяка такава операция се инициира високоскоростен цикъл на зареждане при неговия висок начален ток. Честото свързване на устройства с никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии към външни източници на захранване значително ще намали живота на батериите.
Зарядните устройства за литиево-йонни батерии са в състояние да открият нивото на зареждане на батерията.
Характеристика на заряда на литиево-йонните и литиево-полимерните батерии е ограничението на зарядното напрежение. Тези батерии в момента могат да се зареждат до 4,20 V. Толерансът е 0,05 V.
При зареждане на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии с ток 1C времето за зареждане е 2-3 часа. По време на процеса на зареждане те не се нагряват. Батерията достига състояние на пълен заряд, когато напрежението върху нея достигне 4,20 V + 0,05 V, а токът намалява значително и е приблизително 3% от първоначалния заряден ток.

Понякога се налага зареждане на напълно разредени батерии. В телефона такова зареждане се извършва автоматично. Ами ако няма зарядно?

При липса на специално зарядно устройство, батериите могат да се зареждат с помощта на източник на захранване с регулируемо изходно напрежение и максимален работен ток 2A и устройства за контрол на тока и напрежението, както следва.

Разказване за характеристиките на батерийното устройство в мобилните устройства.

Милиони хора по света са активни потребители на мобилни устройства. Това са плодовете на гигантска индустрия за милиарди долари, която промени начина, по който живеем веднъж завинаги. Малки и не толкова, функционални и прости, скъпи и евтини мобилни телефони, таблети и лаптопи са обединени от един фактор - всички те използват енергия от батерията, за да работят. Без тях всички тези устройства биха се превърнали в парчета пластмаса, метал и текстолит, неспособни да живеят дори минути без контакт.

Батериите във вашето мобилно устройство са чудеса на химическото инженерство - те могат да съхраняват огромно количество енергия, което може да поддържа устройствата да работят с часове. Как са подредени?

Повечето съвременни мобилни устройства използват литиево-йонни (или литиево-йонни) батерии, които се състоят от две основни части: чифт електроди и електролит между тях. Материалите, от които са направени тези електроди, са различни (литий, графит и дори нанопроводници), но всички те разчитат на базирани на литий химически процеси.

Това е реактивен метал, което предполага способността му да реагира с други елементи. Чистият литий е толкова реактивен, че се запалва, когато е изложен на въздух, така че повечето батерии използват по-безопасна разновидност, наречена литиев кобалтов оксид.

Между двата електрода има електролит, който обикновено е течен органичен разтворител, способен да пропуска ток. Когато литиево-йонната батерия се зарежда, молекулите на литиев кобалтов оксид задържат електрони, които след това се освобождават, когато телефонът ви работи.

Литиево-йонните батерии са най-често срещаните, защото могат да съхраняват много заряд в малък размер. Това се измерва по скала на енергийната плътност на единица маса. За литиево-йонна батерия тази цифра е 0,46-0,72 MJ / kg. За сравнение, никел-метал хидридна (Ni-MH) батерия е 0,33 MJ/kg. С други думи, литиево-йонните батерии са по-малки и по-леки от другите видове батерии, което означава по-компактни устройства с по-дълъг живот на батерията.

Капацитет на батерията

Капацитетът на батерията се измерва в милиамперчаса (mAh), което означава колко енергия може да достави една батерия за даден период от време. Например, ако капацитетът на батерията е 1000 mAh, тогава тя ще може да ви осигури 1000 милиампера за 1 час. Ако вашите деви ще консумират 500 милиампера на час, тогава ще работят 2 часа.

Концепцията за "оцеляване на батерията" обаче е малко по-сложна от принципа, описан по-горе, тъй като консумацията на енергия варира в зависимост от това какви задачи изпълнява устройството. Например, ако екранът му е включен, антената работи клетъчна комуникация, а процесорът е натоварен с тежка работа, устройството ще консумира повече енергия, отколкото когато екранът е изключен и процесорът и антената са в режим на готовност.

Ето защо не трябва сляпо да разчитате на показателите за живот на батерията, обявени от производителя - производителят може да издаде тези цифри въз основа на яркостта на екрана, без да включва някои функции, като Wi-Fi или GPS. Струва си да се отбележи, че Apple е по-честен в това отношение, като посочва "оцеляването" на устройството въз основа на изпълнението на конкретни задачи. Ако сте любопитни колко енергия поглъща в определен режим на работа, препоръчваме да използвате специалното приложение Battery Life Pro.

Контрол на енергийния поток

Тъй като литиево-йонните батерии имат склонност да се запалват, те трябва да бъдат внимателно контролирани. Производителите на батерии са постигнали това, като са включили специален контролер, който следи количеството ток. В резултат на това всяка батерия съдържа малък компютър вътре, който я предпазва от прекалено бързо разреждане и загуба на заряд до опасно ниско ниво. Този компонент също така регулира ампеража по време на зареждане, като го намалява, когато батерията достигне максималния капацитет, за да се избегне презареждане.

Ето защо напълно разредено устройство, поставено на презареждане, се нагрява в този процес много повече от леко разредено.

Бъдещето на батериите

Технологията на батериите напредва - много изследователски лаборатории по света изследват нови технологии, които могат да заменят лития, както и нови подходи за създаване на литиево-йонни батерии. Сред новите технологии много се работи със суперкондензатори, при които батерия съхранява енергия под формата на електричество и след това я освобождава като светкавица на фотоапарат.

Суперкондензаторите се зареждат много по-бързо, тъй като в процеса има малко или никаква химическа реакция, но съвременните суперкондензатори са способни да доставят заряд само в кратки изблици, което е обратното на това, което повечето мобилни устройства изискват.

Базираните на водород горивни клетки също са алтернатива на съществуващите батерии. Системата с горивни клетки на Nectar, представена на неотдавнашното CES, използва касета за $10, която може да захранва мобилен телефон до две седмици. Горивните клетки обаче все още са твърде големи, за да се поберат в телефон - същата система от Nectar просто презарежда литиево-йонната батерия, а не я замества.

Но сярата може да заеме място в литиево-йонните батерии. Учени от Станфордския университет наскоро представиха нанотехнология за вграждане на сяра в химичен съставбатерия, която увеличи капацитета си пет пъти, а също така увеличи експлоатационния живот. В същото време тази технология все още е в ранен етап на развитие и няма да навлезе на пазара през следващите няколко години.

P.S.Батерии в мобилни устройства, както и конвенционалните батерии, изискват определено изхвърляне - не можете просто да ги изхвърлите в кофата за боклук. Затова се радваме да ви напомним, че iLand е готов да поеме изхвърлянето на остарели батерии. Просто ги донесете в нашия офис и ние ще се погрижим за останалото!

if (window.ab == true) ( ​​​​document.write("
Можете да закупите фолк четец DIGMA само за 4290 рубли. "); }

Ето как изглежда платката на зарядния контролер, свалена от батерията на NOKIA BL-6Q и нейната електрическа верига.

Нека да видим как работи. Батерията е свързана към две подложки, разположени отстрани на контролера (B- и B+). На печатната платка има две микросхеми - TPCS8210 и HY2110CB.

Задачата на контролера е да поддържа напрежението на батерията в рамките на 4,3 - 2,4 волта, за да я предпази от презареждане и преразреждане. В нормален режим на разреждане (или зареждане), чипът HY2110CB извежда високо ниво на напрежение към OD и OS щифтовете, което е малко по-ниско от напрежението на батерията.

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

Когато батерията се разреди, веднага щом напрежението на батерията падне под 2,4 волта, детекторът за преразреждане на чипа HY2110CB ще работи и напрежението вече няма да се извежда към изхода OD. Горният (според схемата) транзистор на чипа TPCS8210 ще се затвори и по този начин батерията ще бъде изключена от товара.

При зареждане на батерията, веднага щом напрежението на батерията достигне 4,3 волта, детекторът за презареждане на чипа HY2110CB ще работи и напрежението вече няма да се извежда към изхода OC. Долният (според диаграмата) транзистор на чипа TPCS8210 ще се затвори и батерията също ще бъде изключена от товара.

Алтернативен метод за замяна

Както можете да видите от диаграмата, нито една от микросхемите няма изход за предаване на информация за състоянието на батерията към вашето устройство. Изходът на контролера "K" просто се свързва 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 контрол на температурата на батерията.

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

Това означава, че за да смените такава батерия с батерия от друг производител, не е необходимо да сменяте контролера на заряда, просто измерете резистора между клемите "-" и "K" и свържете клемата "K" на устройството към батерията минус чрез външен резистор със същата стойност.

Документацията за използвания в контролера чип HY2110CB може да бъде изтеглена, а за чипа TPCS8210 -.

Да вземем пример електронна книга LBOOK V5, как най-точно да направите аналог на батерия, използвайки знания за устройството за контрол на заряда. Цялата работа се извършва в следната последователност:

• Намиране на батерия мобилен телефон, най-близо до родния по размер и капацитет. В нашия случай това е NOKIA BL-4U. (вдясно на снимката)
• Откъсваме проводника 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 да оголите проводниците и да измерите с тестер.
• Взимаме всеки цифров тестер и задаваме режима на измерване на съпротивлението върху него, границата на измерване е 200 Kom. Свързваме го към отрицателния извод и изхода на контролера на родната батерия. Измерваме съпротивлението.
• Изключваме устройството. Търсим най-близката стойност на резистора. В нашия случай това е 62 Kom.
• Запоете резистор между отрицателния извод нова батерияи изходния проводник на контролера на конектора. (Жълт проводник на снимката).
• Запояйте клемите на съединителите "+" и "-" съответно към положителните и отрицателните клеми на новата батерия. (Червени и черни проводници на снимката).

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

Устройството и принципът на работа на защитния контролер Li-ion / полимерна батерия

Ако отворите някоя батерия на мобилен телефон, ще откриете, че малка печатна платка е запоена към клемите на клетката на батерията. Това е така наречената защитна схема, илиЗащита IC. Поради своите характеристикилитиеви батерииизискват постоянно наблюдение. Нека да разгледаме по-подробно как е подредена схемата за защита и от какви елементи се състои.

Обикновена схема на контролер за зареждане на литиева батерия е малка платка, върху която е монтирана електронна верига от SMD компоненти. Веригата на контролера от 1 клетка ("банка") при 3.7V, като правило, се състои от две микросхеми. Едната микросхема е управляваща, а другата е изпълнителна - комплект от два MOSFET транзистора.

Снимката показва платка за контрол на заряда на батерията 3,7 V.

Чип с маркировка DW01-P в малък пакет е по същество "мозъкът" на контролера. Ето типична електрическа схема за този чип. На диаграмата G1 е клетка от литиево-йонна или полимерна батерия. FET1, FET2 са MOSFET транзистори.

Соколевка, външен види назначение на щифтовете на чипа DW01-P.

MOSFET транзисторите не са включени в чипа DW01-P и са направени като отделен монтажен чип от 2 N-тип MOSFET транзистора. Обикновено се използва модулът с маркировка 8205, а пакетът може да бъде 6-пинов (SOT-23-6) или 8-пинов (TSSOP-8). Сглобката може да бъде етикетирана като TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.н. Можете също така да намерите възли с маркировка 8814 и подобни.

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

Два FETs се използват за отделно управление на разреждането и зареждането на батерията. За удобство се изработват в един калъф.

Транзисторът (FET1), който е свързан към OD щифта ( Прекомерно разреждане) DW01-P чипове, контролира разреждането на батерията - свързва / изключва товара. И този (FET2), който е свързан към OC щифта ( над таксата) - свързва/изключва захранването (зарядното устройство). По този начин, чрез отваряне или затваряне на съответния транзистор, е възможно например да изключите товара (консуматора) или да спрете зареждането на акумулаторната клетка.

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

Защита от презареждане.

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

Ако напрежението на клетката достигне 4,2 - 4,3 V ( Напрежение за защита от презареждане - VOCCP), тогава контролният чип 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 - 4,1 V ( Напрежение на освобождаване на презареждане - VOCR) поради саморазреждане. Това е само ако към батерията няма свързан товар, например тя е извадена от мобилен телефон.

Ако батерията е свързана към товара, тогава транзисторът FET2 се отваря отново, когато напрежението на клетката падне под 4,2 V.

Защита от презареждане.

Ако напрежението на батерията падне под 2,3 - 2,5 V ( Напрежение за защита от презареждане- VODP), тогава контролерът изключва FET1 MOSFET - той е свързан към щифта DO.

Има много интересно състояние . Докато напрежението на акумулаторната клетка надвиши 2,9 - 3,1V ( Напрежение на освобождаване при свръхразряд - VODR), товарът ще бъде напълно изключен. Клемите на контролера ще бъдат 0V. Тези, които не са запознати с логиката на защитната верига, могат да приемат това състояние на нещата за "смъртта" на батерията. Ето само един малък пример.

Миниатюрна Li-polymer батерия 3.7V от MP3 плеър. Състав: управляващ контролер - G2NK (серия S-8261), монтаж на транзистори с полеви ефекти - KC3J1.

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

В същото време, ако измерите напрежението на клетката на батерията, след като товарът беше изключен, той леко нарасна и достигна ниво от 2,7 V.

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

Това повдига един много резонен въпрос.

Диаграмата показва, че дренажните клеми (Drain) на транзистори FET1, FET2 са свързани заедно и не са свързани никъде. Как протича токът през такава верига, когато се задейства защитата от презареждане? Как можем да презаредим отново "банката" на батерията, така че контролерът отново да включи разрядния транзистор - FET1?

Ако се ровите в таблици с данни за литиево-йонни / полимерни защитни чипове (включително DW01-P,G2NK), тогава можете да разберете, че след задействане на защитата от дълбок разряд, веригата за откриване на заряд е в сила - Откриване на зарядно устройство. Тоест, когато зарядното устройство е свързано, веригата ще определи, че зарядното устройство е свързано и ще позволи процеса на зареждане.

Зареждането до 3,1 V след дълбоко разреждане на литиева клетка може да отнеме доста дълго време- няколко часа.

За да възстановите литиево-йонна/полимерна батерия, можете да използвате специални инструменти, като универсалното зарядно устройство Turnigy Accucell 6. Можете да разберете как да направите това.

Именно с този метод успях да възстановя Li-polymer 3.7V батерия от MP3 плейър. Зареждането от 2.7V до 4.2V отне 554 минути и 52 секунди, което е повече от 9 часа ! Толкова може да продължи едно зареждане за „възстановяване“.

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

Полеви транзистор с изолиран затвор

Днес сред достатъчен брой разновидности на транзистори се разграничават два класа: пн- съединителни транзистори (биполярни) и транзистори с изолиран полупроводников гейт (поле). Друго име, което може да се срещне 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 наименование е MIS (метал - диелектрик - полупроводник).

Няколко пояснения. Често чувате термините MOSFET, MOSFET, MOS транзистор. Този термин понякога е подвеждащ за начинаещите в електрониката.

Какво е MOSFET?

MOSFET е съкращение за две английски фрази: Metal-Oxide-Semiconductor (метал - оксид - полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляван от електрическо поле). Следователно MOSFET не е нищо друго освен нормален MOSFET.

Мисля, че вече е ясно, че термините MOSFET, MOSFET, MOS, MIS, MOS означават едно и също нещо, а именно транзистор с полеви ефект на изолирана порта.

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

Принципът на работа на полевия транзистор.

Същността на работата на полевия транзистор е способността да се контролира протичащият през него ток с помощта на електрическо поле (напрежение). Това се сравнява благоприятно с биполярен тип транзистори, където голям изходен ток се контролира с помощта на малък входен ток.

Нека да разгледаме опростен модел на полеви транзистор с изолиран затвор (вижте фигурата). Тъй като MOS транзисторите се предлагат с различни видове проводимост (n или p), фигурата показва транзистор с полеви ефекти с изолиран затвор и канал от n-тип.

Основата на MIS транзистора е:

силиконова подложка . Субстратът може да бъде или p-тип, или n-тип полупроводник. Ако субстратът е p-тип, тогава полупроводникът съдържа повече положително заредени атоми в местата на силициевата кристална решетка. Ако субстратът е от тип n, тогава полупроводникът съдържа повече 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 примеси в полупроводника. Електродите на източника и дренажа са свързани към тези зони.

Диелектрик . Той изолира затворния електрод от силиконовия субстрат. Самият диелектрик е направен от силициев оксид (SiO 2). Затворен електрод, управляващият електрод, е свързан към повърхността на диелектрика.

Сега нека опишем накратко как работи всичко.

Ако се приложи положително напрежение между портата и източника ( + ) към терминала на портата, тогава се образува напречно електрическо поле между терминала на металния порт и субстрата. Той от своя страна започва да привлича отрицателно заредени свободни електрони към приповърхностния слой на диелектрика, които се диспергират в малко количество в силициевия субстрат.

В резултат на това достатъчно голям бройелектрони и се образува така наречения канал - област на проводимост. Каналът е показан в синьо на фигурата. Фактът, че каналът е от тип n означава, че се състои от електрони. Както можете да видите, един вид „мост“ се формира между изходните и източващите терминали и всъщност техните n + области, които провеждат електрически ток.

Токът протича между източника и дренажа. По този начин, поради външното управляващо напрежение, се контролира проводимостта на полевия транзистор. Ако управляващото напрежение бъде премахнато от портата, тогава проводящият канал в близкия повърхностен слой ще изчезне и транзисторът ще се затвори - ще спре да пропуска ток. Трябва да се отбележи, че фигурата на опростения модел показва полеви транзистор с n-тип канал.Има и полеви транзистори с канал от тип p.

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

Наред с други неща, полеви транзистори с изолиран затвор са изчерпани и обогатени. Фигурата показва само обогатен тип полеви транзистор - в него каналът е "обогатен" с електрони. В транзистор от обеднен тип електроните вече присъстват в областта на канала, така че транзисторът пропуска ток без управляващо напрежение на портата. Характеристиките на токовото напрежение на полеви транзистори от обеднен и обогатен тип се различават значително.

Можете да прочетете за разликата между богати и изчерпани MOSFET транзистори тук. Там също е показано как се обозначават MOSFETвърху схемите.

Лесно е да се види, че затворният електрод и субстратът, заедно с диелектрика, разположен между тях, образуват вид електрически кондензатор. Плочите са металният изход на портата и площта 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 портата.

Полевите транзистори, за разлика от биполярните, имат по-малко присъщ шум при ниски честоти. Поради това те се използват активно в технологията за усилване на звука. Така например съвременните нискочестотни микросхеми на усилвател на мощност за автомобилни CD / MP3 плейъри съдържат MOSFET транзистори. На таблото на автомобилния приемник можете да намерите надписа „ мощност MOSFET” или подобен. Така производителят се хвали, като дава да се разбере, че го е грижа не само за мощността, но и за качеството на звука.

Полевият транзистор, в сравнение с биполярните транзистори, има по-високо входно съпротивление, което може да достигне 10 до 9-та степен на ома или повече. Тази функция ни позволява да разглеждаме тези устройства като управлявани от потенциал или, с други думи, от напрежение. За днес то най-добрият вариантсъздаване на вериги с достатъчно ниска консумация на енергия в режим на статичен покой. Това условие е особено важно за схеми на статична памет с голям брой клетки на паметта.

Ако говорим за ключовия режим на работа на транзисторите, тогава в този случай биполярните показват най-добра производителност, тъй като спадът на напрежението в полевите опции е много значителен, което намалява общата ефективност на цялата верига. Въпреки това, в резултат на развитието на технологиите за производство на транзистори с полеви ефекти, беше възможно да се отървем от този проблем. Съвременните FET имат ниско съпротивление на канала и работят чудесно при високи честоти.

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

IGBT транзистор

Биполярен транзистор с изолиран затвор

В съвременната силова електроника широко се използват така наречените IGBT транзистори. Това съкращение е заимствано от чужда терминология и означава биполярен транзистор с изолиран порт, а на руски звучи като биполярен транзистор с изолиран порт. Следователно IGBT транзисторите се наричат ​​също IGBT. IGBT е електронно захранващо устройство, което се използва като мощен електронен ключ, инсталиран в импулсни захранвания, инвертори, както и системи за управление на електрическо задвижване.

IGBT транзисторът е доста гениално устройство, което е хибрид на транзистор с полеви ефекти и биполярен транзистор. Тази комбинация доведе до факта, че този тип транзистор е наследен положителни черти, както полеви транзистор, така и биполярен.

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

Вътрешната структура на IGBT е каскадно свързване на два електронни входни превключвателя, които управляват терминал плюс. Фигурата по-долу показва опростена еквивалентна схема на IGBT.

Целият процес на работа на IGBT може да бъде представен на два етапа: веднага щом се приложи положително напрежение, между портата и източника се отваря транзистор с полеви ефекти, т.е. между източника и изтичането се образува n-канал. В този случай започва движението на такси от региона нкъм региона стр, което води до отваряне на биполярен транзистор, в резултат на което ток се втурва от емитера към колектора.

Историята на появата на IGBT.

За първи път през 1973 г. се появяват мощни полеви транзистори, а през 1979 г. е предложена композитна транзисторна верига, оборудвана с контролиран биполярен транзистор, използващ полеви транзистор с изолиран затвор. По време на тестовете беше установено, че при използване на биполярен транзистор като ключ няма насищане на основния транзистор и това значително намалява забавянето в случай на изключване на ключ.

Малко по-късно, през 1985 г., беше въведен биполярен транзистор с изолиран затвор, отличителна чертакойто имаше плоска структура, обхватът на работното напрежение стана по-голям. Така че при високи напрежения и големи токове загубите при включено състояние са много малки. В този случай устройството има подобни характеристики на превключване и проводимост като биполярен 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 е пуснато през 90-те години, а третото поколение все още се произвежда: те са елиминирали такива недостатъци, имат високо входно съпротивление, контролираната мощност е ниска, а във включено състояние остатъчното напрежение също е ниско.

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

Символ IGBT (IGBT) на електрически схеми.

Тъй като IGBT транзисторът има комбинирана структура на полеви и биполярен транзистор, неговите изходи също се наричат ​​порта - З(контролен електрод), емитер ( д) и колектор ( ДА СЕ). По чужд начин изходът на затвора се обозначава с буквата Ж, емитер изход - д, а изходът на колектора - ° С.

Фигурата показва символичния графичен символ за биполярен транзистор с изолиран затвор. Транзисторът може да бъде показан и с вграден бърз диод. Също така IGBT транзисторът може да бъде изобразен както следва:

Характеристики и обхват на IGBT.

Отличителни качества на IGBT транзисторите:

Контролирано напрежение (като всеки полеви транзистор);

Имат ниски загуби при включено състояние;

Може да работи при температури над 100 0 С;

Може да работи с напрежение над 1000 волта и мощности над 5 киловата.

Изброените качества направиха възможно използването на IGBT транзистори в инвертори, честотно управлявани задвижвания и в превключващи токови регулатори. В допълнение, те често се използват в източници на заваръчен ток, в системи за управление на мощни електрически задвижвания, които са инсталирани например на електрически превозни средства: електрически локомотиви, трамваи, тролейбуси. Това решение значително повишава ефективността и осигурява висока гладкост.

В допълнение, тези устройства са инсталирани в непрекъсваеми източници на енергия и в мрежи с високо напрежение. IGBT транзисторите могат да бъдат намерени в електронните схеми на перални, шевни и съдомиялни машини, инверторни климатици, помпи, електронни системи за запалване на автомобили, системи за захранване на сървърно и телекомуникационно оборудване. Както можете да видите, обхватът на IGBT е доста голям.

Струва си да се отбележи, че IGBT и MOSFET са взаимозаменяеми в някои случаи, но MOSFET се предпочитат за високочестотни нисковолтови етапи, а IGBT за високомощни високоволтови етапи.

Така например IGBT транзисторите перфектно изпълняват функциите си при работни честоти до 20-50 килохерца. При по-високи честоти този тип транзистори увеличават загубите. Също така, възможностите на IGBT транзисторите се проявяват най-пълно при работно напрежение над 300-400 волта. Следователно биполярните транзистори с изолиран затвор се намират най-лесно в високоволтови и мощни електрически уреди.