Telefono baterijų įtaisas, klasifikacija, skirtumai

Baterijos

Pirkdamas mobilųjį telefoną, žmogus, kaip taisyklė, mažiausiai galvoja apie jo veikimo laiką. Ir jei jis tai daro, jis pirmiausia tai sieja su mikroschemų, radijo elementų ir mechaninių pažeidimų nepatikimumu. Tyrimai rodo, kad baterijos yra pirmoje vietoje pagal gedimus. Šiuo metu mobiliuosiuose telefonuose naudojamos įkraunamos nikelio-kadmio (NiCd), nikelio-metalo hidrido (NiMH), ličio jonų (Li-Ion) ir ličio-polimero (Li-Polymer) baterijos. Pažvelkime į baterijų savybes.

Akumuliatoriaus talpa

Akumuliatoriaus talpa yra didžiausias elektros energijos kiekis, kurį galima gauti vienu pilnu įkrovimu. Jis žymimas lotyniška raide C ir išreiškiamas ampervalandėmis (Ah) arba miliamper valandomis (mAh). Taigi, pavyzdžiui, 720 mAh talpos baterija gali įkrauti 720 mA srovę vieną valandą arba 360 mA dvi valandas. Žinoma, šiuo atveju iškrovimo srovė neturėtų viršyti tam tikros maksimalios tam tikros rūšies akumuliatoriaus jėgos, kitaip jos plokštės greitai suges.

Vidinis akumuliatoriaus atsparumas

Kuo jis mažesnis, tuo didesnę srovę akumuliatorius gali tiekti kroviniui. Tai labai svarbi savybė. Priėmimo režimu mobilusis telefonas pritraukia nedidelę srovę. Tačiau pokalbio metu srovė smarkiai pakyla. Šiuo atveju skirtingo vidinio pasipriešinimo baterijos elgiasi skirtingai. Nikelio-kadmio, turinčio mažiausią vidinę varžą, lengvai tiekia reikiamą srovę. Nikelio-metalo hidrido baterijos turi didžiausią atsparumą, todėl sumažėja įtampa, dėl kurios gali sutrikti veikimas arba telefonas duos signalą, kad akumuliatorius yra išsikrovęs. Kadangi mobilieji telefonai veikimo metu sunaudoja daugiau ar mažiau stabilią srovę, jiems maitinti naudojamos ličio jonų arba ličio polimerų baterijos. Nikelio-metalo hidridas naudojamas maitinant prietaisus, kurie sunaudoja stabilią srovę.

Įkrauto akumuliatoriaus energijos tankis

Jis matuojamas vatvalandėmis vienam kilogramui akumuliatoriaus masės (taip pat randama litre tūrio). Čia pirmauja ličio jonų ir ličio polimero akumuliatoriai (110 ... 160 W / kg), 100 ... 130 W / kg baterijos yra pastebimai prastesnės. Nikelio-metalo hidrido baterijos turi šį rodiklį 60 ... 120, nikelio-kadmio-45 ... 80 W x h / kg. Iš to, kas buvo pasakyta, matyti, kad ličio polimero ir ličio jonų baterijos turi mažiausius matmenis ir svorį su vienoda talpa, o nikelio-metalo hidrido baterijos yra šiek tiek didesnės. Ir ličio polimerų baterijas galima formuoti beveik bet kokia forma.

Akumuliatoriaus įkrovimo laikas

Tai gana svarbi savybė, nes intensyviai naudojant mobiliųjų telefonų baterijas reikia įkrauti beveik kasdien. Skiriasi nuo 1 valandos nikelio-kadmio (jei reikia, juos galima įkrauti per 15 minučių) ir nuo 2 ... 4 valandų-nikelio-metalo hidrido, ličio jonų ir ličio polimero.

Nominali vieno elemento įtampa

Nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido akumuliatorių vardinė įtampa yra 1,25 V, ličio jonų ir ličio polimerų-3,6 V. Be to, pirmųjų dviejų tipų įtampa iškrovimo metu yra beveik stabili, o ličio -jonų baterijos išsikrovimo metu sumažėja tiesiškai nuo 4,2 iki 2,8 V.

Akumuliatoriaus savaiminis išsikrovimas

Savaiminis išsikrovimas - įkrauto akumuliatoriaus, bet neprijungto prie energijos vartotojo, įkrovimo sumažėjimas jo laikymo metu. Tai yra viena iš silpnųjų nikelio-kadmio baterijų vietų. Jų įkrovos nuostoliai pasiekia 10% pirmą dieną po įkrovimo, o vėliau - 10% per mėnesį. Nikelio-metalo hidrido baterijos turi maždaug tą patį skaičių. Ličio jonų ir ličio polimerų baterijos nekonkuruoja dėl šio rodiklio. Jų savaiminis išsikrovimas neviršija 2–5% per mėnesį, o tai daugiausia atsitinka dėl to, kad baterijose yra valdymo grandinių. Tačiau ribotas šių baterijų „tarnavimo laikas“ neleidžia visiškai išnaudoti šios teigiamos kokybės.

Gyvenimas

Tai yra viena iš svarbiausių baterijų savybių, dėl kurių vartotojas kažkodėl galvoja paskutinis. Jis skirtingai apibūdinamas skirtingos chemijos baterijoms. Kai kurių akumuliatorių atveju bendras įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius yra kritinis, o kitų-bendras veikimo laikas.
Nikelio-kadmio baterijos gali atlaikyti daugiau nei 1500 įkrovimo-iškrovimo ciklų ir, kaip rodo patirtis, atsigavus jos gali veikti tiek pat. Tinkamai periodiškai prižiūrint, nikelio-kadmio baterijos tarnauja nuo 5 iki 10 metų ar ilgiau, iki mechaninio jų kūno ir vidinių kontaktų susidėvėjimo.
Nikelio-metalo hidrido baterijos atlaiko apie 500 įkrovimo-iškrovimo ciklų ir retai viršija dvejus metus, net ir labai kruopščiai prižiūrint.
Ličio jonų baterijas galima įkrauti / iškrauti nuo 500 iki 1000 kartų. Tačiau visiškai pasirinkti tokį ciklų skaičių sunku dėl trumpo tarnavimo laiko - ne daugiau kaip dvejų metų (pagal gamintojų teiginius). Praktiškai ličio jonų baterijos praranda savo veikimą po metų.
Ličio polimerų baterijos turi nuo 300 iki 500 įkrovimo-iškrovimo ciklų, taip pat retai trunka ilgiau nei metus. Be to, tarnavimo laikas taip pat priklauso nuo iškrovos laipsnio - esant daliniams iškrovimams, jis yra ilgesnis nei su pilnais.
Nikelio-kadmio baterijos turi trumpiausią įkrovimo laiką, leidžia didžiausią apkrovos srovę ir mažiausią kainos ir eksploatavimo trukmės santykį, tačiau tuo pačiu metu jos yra svarbiausios, kad būtų tiksliai laikomasi teisingo veikimo reikalavimų.

Funkcija / tipas				Li-polimeras
Vidinis pasipriešinimas
Įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius prieš 80% pajėgumo sumažėjimą per visą tarnavimo laiką			500-1000 / 1,5 metų	300-500 / 1,5 metų
Greitas įkrovimo laikas, h
Apkrovos srovės, palyginti su talpa (C) - smailė
Apkrovos srovės, palyginti su talpa (C) - labiausiai priimtina
Energijos tankis, W / kg
Savaiminis išsikrovimas per mėnesį kambario temperatūroje,%
Aptarnavimas per
Elemento įtampa, V.
Darbinės temperatūros diapazonas, ° С
Rinkos pradžios metai

Baterijų lyginamosios charakteristikos

Atminties efektas

Tai dažna nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijų problema. Atminties efektą sudaro dalinis (laikinas) akumuliatoriaus talpos praradimas, jei jis įkraunamas tol, kol visiškai išsikrauna. Akumuliatorius tarsi prisimena kito įkrovimo ciklo pradžios tašką ir, kai jis išsikrauna, aktyviai grąžina tik paskutinio įkrovimo metu gautą talpą. Kitaip tariant, nepilnai išsikrovęs akumuliatorius prisimena savo ankstesnę talpą ir, kai jis vėl yra visiškai įkrautas, išsikrovęs išskiria tik tą patį įkrovimą, kurį davė praėjusiame iškrovimo cikle. Tai pasireiškia tuo, kad įtampa pakrautos ir iš pažiūros normaliai įkrautos baterijos grandinėje staiga, anksčiau laiko, sumažėja. Atminties efektas iš tikrųjų pasireiškia tuo, kad kasdieniame gyvenime vartotojai retai laukia, kol baterijos visiškai išsikraus, prieš pradėdami jas įkrauti.
Fizinė atminties efekto esmė slypi tame, kad kai akumuliatorius yra visiškai išsikrovęs, akumuliatoriaus darbinės medžiagos dalelės padidėja, atitinkamai, sumažėja bendras darbinės medžiagos sąlyčio su elektrolitu plotas. Dėl to vos per kelis mėnesius nikelio-kadmio arba nikelio-metalo hidrido baterijos talpa gali sumažėti kelis kartus.
Todėl šių tipų baterijoms labai svarbi periodinė priežiūra, kurią sudaro visiškas akumuliatoriaus iškrovimas ir paskui įkrovimas. Šis procesas vadinamas akumuliatoriaus mokymu. Nikelio-kadmio baterijos reikalauja kas mėnesį mokytis, nikelio-metalo hidrido baterijos-kas du ar tris mėnesius.
Pastebimai sumažėjus nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijoms, joms taikoma regeneravimo procedūra. Tai reiškia labai gilų akumuliatoriaus išsikrovimą, susmulkinant dideles darbinės medžiagos daleles į mažesnes. Tam yra speciali įranga, pavyzdžiui, Kanados kompanijos CADEX baterijų analizatorius C7000. Ličio jonų ir ličio polimerų baterijos neturi atminties efekto.

Įrenginys

Kiekviena baterija turi du elektrodus, vieną teigiamą ir vieną neigiamą. Tarp elektrodų dedamas atskyrimo sluoksnis, kad priešingi akumuliatoriaus viduje esantys elektrodai nesiliestų. Tarpas tarp elektrodų yra užpildytas elektrolitu (rūgštiniu arba šarminiu). Elektrodai gali būti pagaminti kaip kintamosios plokštės.
Iš pradžių baterijos turėjo kištukus, kurie leido išleisti įkrovimo metu išsiskiriančias dujas ir pakeisti elektrolitą. Vėliau kūrėjai sugalvojo pagaminti įvairaus dydžio elektrodus, kurie leido visas išleistas dujas absorbuoti nereaguota akumuliatoriaus dalis. Ir tai leido gaminti baterijas sandariame dėkle.
Daugelyje akumuliatorių dėklų yra įmontuota elektronika, kad būtų išvengta gilaus išsikrovimo, per didelio įkrovimo ar aukštos temperatūros.

Baterijos įkrovimas

Šiandien yra trys pagrindiniai akumuliatorių įkrovimo būdai:
- normalus arba lėtas įkrovimas;
- greitas įkrovimas;
- greitas įkrovimas.

Pasibaigus įkrovimui akumuliatorius atjungiamas naudojant:
- temperatūros kontrolė;
- įkrovimo įtampos valdymas;
- įkrovos kritimo kontrolė;
- srovės valdymas įkrovimo pabaigoje;
- laikmatis.

Įprastas arba lėtas įkrovimas.Šis metodas, nors ir retas, naudojamas įkrauti nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijas. Tai pigu, tačiau akumuliatoriaus elementai kristalizuojasi, o tai sumažina talpą ir tarnavimo laiką. Šis metodas negali būti naudojamas įkrauti ličio jonų ir ličio polimerų akumuliatorius, nes atsiranda negrįžtamų baterijų vidinės struktūros pokyčių.
Įkroviklis yra nuolatinės įtampos šaltinis, kurio išėjimo grandinėje nuosekliai prijungtas srovės nustatymo rezistorius. Baterijų įkrovimo srovė paprastai išreiškiama skaičiais akumuliatoriaus talpos dalimis. Įprasta įkrovimo srovė yra maždaug 0,1 C. Taigi, kai akumuliatoriaus talpa yra 720 mA / h, 0,1C vertė bus 72 mA.

Greitas įkrovimas. Jis naudojamas tik nikelio-kadmio baterijoms, kurių srovė yra 0,5 C, įkrauti. Įkrovimo pabaigą lemia tam tikros vertės akumuliatoriaus įtampos pasiekimas.

Greitas įkrovimas. Jis pasižymi 1C įkrovimo srove ir apima visus akumuliatoriaus atjungimo būdus įkrovimo pabaigoje.
Norint įkrauti nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijas, naudojamas metodas, skirtas kontroliuoti įkrovimo pabaigą, smarkiai sumažėjus akumuliatoriaus įtampai. Tai vadinama neigiamu delta V krūviu. Jo vertė yra 10 ... 30 mV vienam elementui.
Temperatūros valdymo metodas naudoja tai, kad pasibaigus įkrovimui, akumuliatorius kaitinamas intensyviau, o įkrovimo pabaigą galima valdyti temperatūros pokyčio greičiu. Įkraunant nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijas, įkrovos pabaiga nustatoma, jei temperatūros pokytis pasiekia 1 ° C / min. Absoliutus perkaitimo slenkstis laikomas 60 ° C.
Per didelis įkrovimas daro žalingą poveikį akumuliatoriui, ypač jei pasibaigus įkrovimui jis yra priverstinai atjungiamas ir vėl prijungiamas prie įkroviklio. Su kiekviena tokia operacija pradedamas greitas įkrovimo ciklas esant didelei pradinei srovei. Dažnas prietaisų su nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido akumuliatoriais prijungimas prie išorinių maitinimo šaltinių žymiai sutrumpins baterijos veikimo laiką.
Ličio jonų akumuliatorių įkrovikliai gali aptikti akumuliatoriaus įkrovos būseną.
Ličio jonų ir ličio polimerų akumuliatorių įkrovimo ypatumas yra įkrovimo įtampos ribojimas. Šiuo metu šias baterijas galima įkrauti iki 4,20 V. Tolerancija yra 0,05 V.
Įkraunant ličio jonų ir ličio polimerų baterijas, kurių srovė yra 1C, įkrovimo laikas yra 2-3 valandos. Įkrovimo metu jie nešildo. Akumuliatorius visiškai įkraunamas, kai jo įtampa pasiekia 4,20 V + 0,05 V, o srovė labai sumažėja ir yra maždaug 3% pradinės įkrovimo srovės.

Kartais reikia įkrauti visiškai išsikrovusias baterijas. Telefone šis įkrovimas atliekamas automatiškai. O jei nėra įkroviklio?

Jei nėra specialaus įkroviklio, baterijas galima įkrauti naudojant maitinimo šaltinį, kurio išėjimo įtampa yra reguliuojama ir maksimali 2A darbinė srovė, taip pat srovės ir įtampos stebėjimo įtaisus.

Pakalbėkime apie mobiliųjų įrenginių akumuliatoriaus savybes.

Milijonai žmonių visame pasaulyje aktyviai naudojasi mobiliaisiais įrenginiais. Tai milžiniškos, daug milijardų dolerių vertės pramonės vaisiai, kurie kartą ir visiems laikams pakeitė mūsų gyvenimo būdą. Mažus ir ne tokius, funkcionalius ir paprastus, brangius ir pigius mobiliuosius telefonus, planšetinius kompiuterius ir nešiojamuosius kompiuterius vienija vienas veiksnys - visi jie naudoja baterijos energiją. Be jų visi šie prietaisai virstų plastiko, metalo ir tekstolito gabalėliais, negalėdami gyventi net minučių be lizdo.

Jūsų mobiliajame įrenginyje esančios baterijos yra chemijos inžinerijos stebuklai - jos gali sukaupti didžiulį energijos kiekį, dėl kurio prietaisai gali veikti valandas. Kaip jie veikia?

Daugelyje šiuolaikinių mobiliųjų įrenginių naudojamos ličio jonų (arba ličio jonų) baterijos, kurias sudaro dvi pagrindinės dalys: pora elektrodų ir tarp jų esantis elektrolitas. Šiems elektrodams gaminti naudojamos įvairios medžiagos (ličio, grafito ir net nanovielių), tačiau visos jos priklauso nuo ličio cheminių procesų.

Tai reaktyvus metalas, kuris reiškia jo gebėjimą reaguoti su kitais elementais. Grynas ličio junginys yra toks reaktyvus, kad užsidega veikiamas oro, todėl dauguma baterijų naudoja saugesnį tipą, vadinamą ličio kobalto oksidu.

Tarp dviejų elektrodų yra elektrolitas, kuris paprastai yra skystas organinis tirpiklis, galintis praleisti srovę. Kai įkraunama ličio jonų baterija, ličio kobalto oksido molekulės laikosi prie elektronų, kurie vėliau išsiskiria, kai telefonas veikia.

Ličio jonų akumuliatoriai yra labiausiai paplitę, nes jie gali sukaupti daug energijos nedideliu dydžiu. Tai matuojama pagal energijos tankio skalę masės vienetui. Kalbant apie ličio jonų akumuliatorių, šis skaičius yra 0,46–0,72 MJ / kg. Palyginimui, nikelio-metalo hidrido (Ni-MH) baterija yra 0,33 MJ / kg. Kitaip tariant, ličio jonų baterijos yra mažesnės ir lengvesnės nei kitų tipų baterijos, o tai reiškia mažesnius įrenginius, kurių baterija tarnauja ilgiau.

Akumuliatoriaus talpa

Akumuliatoriaus talpa matuojama miliamperinėmis valandomis (mAh), o tai reiškia, kiek baterija gali atiduoti tam tikrą laiką. Pavyzdžiui, jei akumuliatoriaus talpa yra 1000 mAh, tada 1 valandą jis gali suteikti jums 1000 miliamperų. Jei jūsų prietaisas sunaudoja 500 miliamperų per valandą, jis veiks jau 2 valandas.

Tačiau „akumuliatoriaus patvarumo“ sąvoka yra šiek tiek sudėtingesnė nei aukščiau aprašytas principas, nes energijos suvartojimas skiriasi priklausomai nuo to, kokias užduotis prietaisas atlieka. Pvz., Jei jo ekranas įjungtas, korinė antena veikia, o procesorius yra sunkiai dirbamas, įrenginys sunaudos daugiau energijos nei tada, kai ekranas yra išjungtas, o procesorius ir antena veikia laukimo režimu.

Štai kodėl nereikia aklai pasikliauti gamintojo deklaruojamais baterijos veikimo rodikliais - gamintojas šiuos skaičius gali išduoti atsižvelgdamas į ekrano ryškumą, neįjungdamas kai kurių funkcijų, pvz., „Wi -Fi“ ar GPS. Verta paminėti, kad „Apple“ šiuo klausimu yra sąžiningesnė, nurodydama įrenginio „išgyvenamumą“, pagrįstą konkrečių užduočių atlikimu. Jei įdomu, kiek energijos jis sugeria tam tikru darbo režimu, rekomenduojame naudoti specialią „Battery Life Pro“ programą.

Energijos srauto valdymas

Kadangi ličio jonų baterijos linkusios užsidegti, jas reikia atidžiai stebėti. Baterijų gamintojai tai pasiekė įtraukdami specialų valdiklį, kuris stebi srovės stiprį. Todėl kiekvienos baterijos viduje yra mažas kompiuteris, kuris neleidžia jam per greitai išsikrauti ir prarasti energijos iki pavojingai žemo lygio. Šis komponentas taip pat reguliuoja srovės stiprį įkrovimo metu ir sumažina jį, kai akumuliatorius artėja prie maksimalaus lygio, kad būtų išvengta per didelio įkrovimo.

Štai kodėl visiškai išsikrovęs prietaisas, įkraunamas, įkaista per šį procesą daug labiau nei šiek tiek išsikrovęs.

Baterijų ateitis

Baterijų technologija nestovi vietoje - daugelis mokslinių tyrimų laboratorijų visame pasaulyje tyrinėja naujas technologijas, galinčias pakeisti ličio, taip pat naujus metodus kuriant ličio jonų baterijas. Tarp naujų technologijų daug darbo buvo atlikta su superkondensatoriais, kuriuose baterija kaupia energiją elektros pavidalu, o po to išleidžia ją kaip fotoaparato blykstę.

Superkondensatoriai įkraunami daug greičiau, nes šiame procese praktiškai nėra cheminių reakcijų, tačiau šiuolaikiniai tokio tipo saugojimo atstovai gali išsikrauti tik trumpomis porcijomis, o tai yra priešingai nei reikalaujama daugumai mobiliųjų įrenginių.

Vandenilio kuro elementai taip pat yra alternatyva esamoms baterijoms. Neseniai CES pristatytoje „Nectar“ kuro elementų sistemoje naudojama dešimties dolerių kasetė, galinti maitinti mobilųjį telefoną iki dviejų savaičių. Tačiau kuro elementai vis dar yra per dideli, kad tilptų į telefoną - ta pati „Nectar“ sistema tiesiog įkrauna ličio jonų bateriją, o ne ją pakeičia.

Kita vertus, siera gali atsirasti ličio jonų baterijų viduje. Stanfordo universiteto mokslininkai neseniai pristatė nanotechnologiją sieros įtraukimui į akumuliatoriaus chemiją, kuri padidino jos talpą penkis kartus ir taip pat prailgino jos tarnavimo laiką. Tuo pačiu metu ši technologija vis dar yra pradiniame vystymosi etape ir per ateinančius kelerius metus nepasieks rinkos.

P.S. Baterijos mobiliuosiuose įrenginiuose ir įprastos baterijos reikalauja tam tikro šalinimo - jūs negalite jų tiesiog išmesti į šiukšliadėžę. Todėl džiaugiamės galėdami jums priminti, kad „iLand“ yra pasirengusi perimti pasenusių baterijų šalinimą. Tiesiog atsineškite juos į mūsų biurą ir mes pasirūpinsime likusiu!

if (window.ab == true) (document.write ("
Populiarų DIGMA skaitytuvą galite įsigyti tik už 4290 rublių. "); }

Taip atrodo įkrovimo valdiklio plokštė, paimta iš NOKIA BL-6Q akumuliatoriaus ir jo elektros grandinės.

Pažiūrėkime, kaip tai veikia. Akumuliatorius jungiamas prie dviejų kontaktinių pagalvėlių, esančių valdiklio šonuose (B- ir B +). PCB yra dvi mikroschemos - TPCS8210 ir HY2110CB.

Valdiklio užduotis yra palaikyti 4,3–2,4 volto akumuliatoriaus įtampą, kad ji būtų apsaugota nuo per didelio ir per didelio įkrovimo. Įprastu iškrovimo (arba įkrovimo) režimu HY2110CB OD ir OS kaiščiams suteikia aukštą įtampą, kuri yra šiek tiek mažesnė už akumuliatoriaus įtampą.

Ši įtampa palaiko nuolat atvirus TPCS8210 lusto lauko tranzistorius, per kuriuos akumuliatorius prijungiamas prie apkrovos (jūsų prietaiso).

Kai akumuliatorius išsikrauna, kai tik akumuliatoriaus įtampa tampa mažesnė nei 2,4 volto, HY2110CB mikroschemos perkrovos detektorius veiks ir įtampa nebebus išvedama į OD išvestį. Viršutinis (pagal schemą) TPCS8210 mikroschemos tranzistorius užsidarys ir taip baterija bus atjungta nuo apkrovos.

Įkraunant akumuliatorių, kai tik akumuliatoriaus įtampa pasiekia 4,3 volto, įsijungs HY2110CB mikroschemos perkrovos detektorius ir įtampa nebebus išvedama į OC išvestį. Apatinis (pagal schemą) TPCS8210 mikroschemos tranzistorius užsidarys ir akumuliatorius taip pat bus atjungtas nuo apkrovos.

Alternatyvus pakeitimo būdas

Kaip matote iš diagramos, nė vienas iš mikroschemų neturi išvesties informacijai apie baterijos būseną perduoti į jūsų prietaisą. Valdiklio išėjimas „K“ yra tiesiog prijungtas per tam tikros vertės rezistorių prie neigiamo akumuliatoriaus gnybto. Vadinasi, iš akumuliatoriaus valdiklio negaunama jokios „slaptos“ informacijos. Kai kuriuose valdiklių modeliuose vietoj pastovaus rezistoriaus sumontuotas termistorius, skirtas akumuliatoriaus temperatūrai stebėti.

Pagal šio rezistoriaus vertę jūsų prietaisas gali nustatyti baterijos tipą arba išjungti, jei ši vertė neatitinka reikiamų verčių.

Tai reiškia, kad norint pakeisti tokią bateriją kito gamintojo baterija, nebūtina keisti įkrovimo valdiklio, pakanka tik išmatuoti rezistorių tarp „-“ ir „K“ gnybtų ir prijungti „K“ išvestį nuo akumuliatoriaus minuso per išorinį tos pačios klasės rezistorių.

Galima atsisiųsti HY2110CB mikroschemų, naudojamų valdiklyje, dokumentus, o TPCS8210 mikroschemas -.

Pasinaudokime elektroninės knygos „LBOOK V5“ pavyzdžiu, kaip tiksliausiai padaryti baterijos analogą, naudojant žinias apie įkrovimo valdiklio įrenginį. Visus darbus atliekame tokia seka:

• Mes randame bateriją iš mobiliojo telefono, kuris yra arčiausiai dydžio ir talpos. Mūsų atveju tai yra NOKIA BL-4U. (Nuotraukos dešinėje)
• Mes nulaužame laidą iš vietinės baterijos taip, kad likusios jungties dalies užtektų naujai baterijai lituoti, o likusios senosios baterijos dalies pakanka laidams nuimti ir matuoti testeriu.
• Mes paimame bet kurį skaitmeninį testerį ir nustatome jame varžos matavimo režimą, matavimo riba yra 200 Kom. Mes prijungiame jį prie neigiamo gnybto ir vietinio akumuliatoriaus valdiklio gnybto. Mes matuojame pasipriešinimą.
• Išjungiame įrenginį. Mes ieškome rezistoriaus, arčiausiai nominalios vertės. Mūsų atveju tai yra 62 Kom.
• Lituokite rezistorių tarp neigiamo naujos baterijos gnybto ir valdiklio išvesties laido ant jungties. (Nuotraukoje geltona viela).
• Lituoti „+“ ir „-“ jungčių gnybtus atitinkamai prie teigiamo ir neigiamo naujos baterijos gnybtų. (Nuotraukoje raudonos ir juodos spalvos laidai).

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

Apsauginio valdiklio ličio jonų / polimerų akumuliatoriaus įtaisas ir veikimo principas

Jei pasirinksite bet kurią bateriją iš mobiliojo telefono, pamatysite, kad maža spausdintinė plokštė yra prilituota prie akumuliatoriaus elemento gnybtų. Tai vadinamoji apsaugos schema, arbaApsauga IC... Dėl savo savybiųličio baterijosreikalauja nuolatinio stebėjimo. Pažvelkime atidžiau, kaip veikia apsaugos grandinė ir kokius elementus ji sudaro.

Įprasta ličio baterijos įkrovimo valdiklio grandinė yra maža plokštė, ant kurios sumontuota elektroninė grandinė iš SMD komponentų. 1 elemento („bankų“) valdiklio grandinė esant 3,7 V įtampai, paprastai susideda iš dviejų mikroschemų. Vienas mikroschemas yra valdomasis, o kitas - vykdomasis - dviejų MOSFET tranzistorių rinkinys.

Nuotraukoje parodyta 3,7 V baterijos įkrovimo valdiklio plokštė.

Lustas, pažymėtas DW01-P mažoje pakuotėje, iš esmės yra valdiklio „smegenys“. Čia yra tipiška šio mikroschemos įjungimo grandinė. Diagramoje G1 yra ličio jonų arba polimerų akumuliatoriaus elementas. FET1, FET2 yra MOSFET.

DW01-P mikroschemos kaištis, išvaizda ir kaiščio priskyrimas.

MOSFET nėra DW01-P mikroschemos dalis ir yra pagaminti kaip atskiras 2 N tipo MOSFET tranzistorių mikroschemų mazgas. Paprastai naudojamas mazgas, pažymėtas 8205, ir pakuotė gali būti 6 kontaktų (SOT-23-6) arba 8 kontaktų (TSSOP-8). Surinkimas gali būti pažymėtas etiketėmis TXY8205A, SSF8205, S8205A ir kt. Taip pat galite rasti mazgus, pažymėtus 8814 ir panašiais.

Čia yra TSSOP-8 paketo S8205A mikroschemos kontaktas ir sudėtis.

Du lauko tranzistoriai naudojami atskirai valdyti akumuliatoriaus elemento iškrovimą ir įkrovimą. Patogumui jie gaminami vienu atveju.

Tranzistorius (FET1), prijungtas prie OD kaiščio ( Pervedimas) lustas DW01 -P, kontroliuoja akumuliatoriaus išsikrovimą - jungia / atjungia krovinį. Ir tas (FET2), kuris yra prijungtas prie OC kaiščio ( Perkrova) - jungia / atjungia maitinimo šaltinį (įkroviklį). Taigi, atidarius arba uždarant atitinkamą tranzistorių, galima, pavyzdžiui, atjungti apkrovą (vartotoją) arba sustabdyti akumuliatoriaus elemento įkrovimą.

Supraskime valdymo lusto ir visos apsaugos grandinės logiką.

Apsauga nuo perkrovos.

Kaip žinote, ličio baterijos įkrovimas per 4,2–4,3 V gali sukelti perkaitimą ir net sprogimą.

Jei kameros įtampa pasiekia 4,2 - 4,3 V ( Apsauga nuo perkrovos įtampa - V OCP), tada valdymo mikroschema uždaro FET2 tranzistorių ir taip neleidžia įkrauti akumuliatoriaus. Baterija bus atjungta nuo maitinimo šaltinio, kol elemento įtampa nukris žemiau 4–4,1 V ( Perkrovos atleidimo įtampa - V OCR) dėl savaiminio išsikrovimo. Taip yra tik tuo atveju, jei prie akumuliatoriaus nėra prijungta jokia apkrova, pavyzdžiui, ji pašalinama iš mobiliojo telefono.

Jei akumuliatorius prijungtas prie apkrovos, FET2 tranzistorius vėl atsidaro, kai įtampa per elementą nukrenta žemiau 4,2 V.

Apsauga nuo iškrovimo.

Jei akumuliatoriaus įtampa nukrenta žemiau 2,3–2,5 V ( Apsauga nuo perkrovos įtampa- V ODP), tada valdiklis išjungia FET1 išleidimo MOSFET - jis prijungtas prie DO kaiščio.

Yra labai įdomi būklė ... Kol akumuliatoriaus elemento įtampa viršija 2,9 - 3,1 V ( Išleidimo įtampa - V ODR), apkrova bus visiškai atjungta. Valdiklio gnybtuose bus 0 V įtampa. Tie, kurie nėra susipažinę su apsauginės grandinės logika, gali priimti tokią būseną dėl baterijos „mirties“. Štai tik nedidelis pavyzdys.

Miniatiūrinė 3,7 V ličio polimerų baterija iš MP3 grotuvo. Sudėtis: valdiklis - G2NK (serija) S-8261), lauko efekto tranzistorių surinkimas - KC3J1.

Akumuliatorius išsikrovęs žemiau 2,5 V. Valdymo grandinė jį atjungė nuo apkrovos. Prie valdiklio išėjimo yra 0V.

Be to, jei matuojate akumuliatoriaus elemento įtampą, tada, atjungus apkrovą, jis šiek tiek padidėjo ir pasiekė 2,7 V lygį.

Kad valdiklis vėl prijungtų akumuliatorių prie „išorinio pasaulio“, tai yra prie apkrovos, akumuliatoriaus elemento įtampa turi būti 2,9 - 3,1 V ( V ODR).

Tai kelia labai pagrįstą klausimą.

Diagrama rodo, kad tranzistorių FET1, FET2 išleidimo kaiščiai yra sujungti ir niekur nėra prijungti. Kaip srovė teka per tokią grandinę, kai įjungiama apsauga nuo perkrovos? Kaip įkrauti akumuliatoriaus „banką“, kad valdiklis vėl įjungtų iškrovos tranzistorių - FET1?

Jei ieškote ličio jonų / polimerų apsaugos mikroschemų duomenų lapų (įskaitant DW01-P,G2NK), tada galite sužinoti, kad įjungus apsaugą nuo gilaus iškrovimo, veikia įkrovos aptikimo grandinė - Įkroviklio aptikimas... Tai yra, prijungus įkroviklį, grandinė aptiks, kad įkroviklis yra prijungtas, ir leis įkrauti.

Įkrovimas iki 3,1 V po gilaus ličio elemento iškrovimo gali užtrukti labai ilgai - kelias valandas.

Ličio jonų / polimerų akumuliatoriui atkurti galima naudoti specialius įrankius, tokius kaip universalusis „Turnigy Accucell 6“ įkroviklis. Galite sužinoti, kaip tai padaryti.

Būtent šiuo metodu man pavyko atkurti 3,7 V ličio polimerų bateriją iš MP3 grotuvo. Įkrovimas nuo 2,7 V iki 4,2 V užtruko 554 minutes ir 52 sekundes daugiau nei 9 valandas ! Tiek laiko gali trukti „atkūrimo“ mokestis.

Be kita ko, ličio baterijų apsaugos mikroschemų funkcionalumas apima apsaugą nuo viršsrovių ( Apsauga nuo viršsrovių) ir trumpasis jungimas. Apsauga nuo viršsrovių įjungiama staigiai sumažėjus tam tikrai įtampai. Po to mikroschema riboja apkrovos srovę. Esant trumpam jungimui (SC) apkrovoje, valdiklis jį visiškai atjungia, kol trumpasis jungimas pašalinamas.

Izoliuotas vartų lauko efekto tranzistorius

Šiandien tarp pakankamo skaičiaus tranzistorių galima išskirti dvi klases: p-n- pereinamieji tranzistoriai (bipoliniai) ir tranzistoriai su izoliuotais puslaidininkiniais vartais (lauku). Kitas pavadinimas, kurį galima rasti apibūdinant lauko tranzistorius - MOS (metalas - oksidas - puslaidininkis), yra dėl to, kad silicio oksidas (SiO 2) daugiausia naudojamas kaip dielektrinė medžiaga. Kitas, gana paplitęs pavadinimas yra MIS (metalas - dielektrikas - puslaidininkis).

Keletas paaiškinimų. Dažnai galite išgirsti sąlygas MOSFET, mosfet, MOS tranzistorius... Šis terminas kartais klaidina naujokus elektronikos srityje.

Kas tai yra MOSFET?

MOSFET yra dviejų angliškų frazių santrumpa: Metal-Oxide-Semiconductor ir Field-Effect-Transistors. Todėl MOSFET yra ne kas kita, kaip įprastas MOSFET.

Manau, dabar aišku, kad terminai „mosfet“, „MOSFET“, „MOS“, „MOS“, „MOS“ reiškia tą patį, būtent izoliuotą vartų lauko efekto tranzistorių.

Verta prisiminti, kad santrumpa J-FET (Junction) naudojama kartu su santrumpa MOSFET. J-FET tranzistoriai taip pat yra lauko efekto tranzistoriai, tačiau toks tranzistorius valdomas naudojant jame esančią valdymo p-n sandūrą. Šie tranzistoriai, skirtingai nei MOSFET, turi šiek tiek kitokią struktūrą.

Lauko tranzistoriaus veikimo principas.

Lauko efekto tranzistoriaus esmė yra galimybė valdyti per jį tekančią srovę naudojant elektrinį lauką (įtampą). Tai palyginama su bipoliniais tranzistoriais, kur didelė išėjimo srovė valdoma naudojant mažą įėjimo srovę.

Pažvelkime į supaprastintą izoliuoto vartų lauko efekto tranzistoriaus modelį (žr. Pav.). Kadangi MOS tranzistoriai yra skirtingų tipų laidumo (n arba p), paveikslėlyje parodytas lauko efekto tranzistorius su izoliuotais vartais ir n tipo kanalu.

MIS tranzistoriaus pagrindas yra:

Silicio substratas ... Pagrindas gali būti p arba n tipo puslaidininkis. Jei substratas yra p tipo, tada puslaidininkyje yra daugiau teigiamai įkrautų atomų silicio kristalų gardelės mazguose. Jei substratas yra n tipo, tada puslaidininkyje dažniausiai yra neigiamai įkrautų atomų ir laisvų elektronų. Abiem atvejais p arba n tipo puslaidininkių susidarymas pasiekiamas įvedant priemaišų.

Puslaidininkių regionai n + ... Šie regionai yra stipriai praturtinti laisvaisiais elektronais (todėl „+“), o tai pasiekiama įvedant į puslaidininkį priemaišą. Prie šių sričių prijungti šaltinio ir nutekėjimo elektrodai.

Dielektrikas ... Jis izoliuoja vartų elektrodą nuo silicio pagrindo. Pats dielektrikas pagamintas iš silicio oksido (SiO 2). Vartų elektrodas yra prijungtas prie dielektriko paviršiaus - valdymo elektrodo.

Dabar trumpai aprašysime, kaip visa tai veikia.

Jei tarp vartų ir šaltinio veikia teigiama įtampa ( + ) prie vartų gnybto, tada tarp metalinių vartų gnybto ir pagrindo susidaro skersinis elektrinis laukas. Tai, savo ruožtu, pradeda pritraukti neigiamai įkrautus laisvus elektronus prie dielektriko paviršiaus sluoksnio, kuris nedideliu kiekiu išsisklaido silicio substrate.

Dėl to paviršiniame sluoksnyje kaupiasi pakankamai daug elektronų ir susidaro vadinamasis kanalas- laidumo sritis... Paveiksle kanalas rodomas mėlyna spalva. Tai, kad kanalas yra n tipo, reiškia, kad jis susideda iš elektronų. Kaip matote, tarp šaltinio ir kanalizacijos gnybtų, o iš tikrųjų jų regionai n + sudaro savotišką „tiltą“, kuris praleidžia elektros srovę.

Tarp šaltinio ir kanalizacijos pradeda tekėti srovė. Taigi dėl išorinės valdymo įtampos kontroliuojamas lauko tranzistoriaus laidumas. Jei pašalinsite valdymo įtampą iš vartų, tada laidus kanalas paviršiniame sluoksnyje išnyks, o tranzistorius užsidarys - jis nustos tekėti. Reikėtų pažymėti, kad supaprastinto modelio paveikslėlyje parodytas n kanalo lauko efekto tranzistorius. Taip pat yra p-kanalų FET.

Parodytas modelis yra labai supaprastintas. Tiesą sakant, šiuolaikinio MOS tranzistoriaus struktūra yra daug sudėtingesnė. Tačiau, nepaisant to, supaprastintas modelis aiškiai ir paprastai parodo idėją, kuri buvo įdėta į lauko efekto tranzistoriaus su izoliuotais vartais įrenginį.

Be kita ko, lauko efekto tranzistoriai su izoliuotais vartais yra išeikvoti ir praturtinti. Paveikslėlyje parodytas tik praturtinto tipo lauko efekto tranzistorius - jame kanalas yra „praturtintas“ elektronais. Išsekusio tipo tranzistoriuje elektronai jau yra kanalo srityje, todėl tranzistorius perduoda srovę be valdymo įtampos prie vartų. Išsekusio ir praturtinto tipo lauko tranzistorių srovės įtampos charakteristikos labai skiriasi.

Apie skirtumą tarp praturtinto ir išeikvoto tipo MOSFET galite perskaityti čia. Ten taip pat parodyta kaip žymimi MOSFET scheminėse schemose.

Nesunku pastebėti, kad vartų elektrodas ir substratas kartu su dielektriku tarp jų sudaro savotišką elektros kondensatorių. Plokštės yra metalinis vartų laidas ir pagrindo sritis, o izoliatorius tarp šių elektrodų yra silicio oksido (SiO 2) dielektrikas. Todėl lauko efekto tranzistorius turi esminį parametrą, kuris vadinamas užrakto talpa.

Lauko efekto tranzistoriai, skirtingai nei bipoliniai, turi mažesnį vidinį triukšmą esant žemiems dažniams. Todėl jie aktyviai naudojami garso stiprinimo technologijoje. Taigi, pavyzdžiui, šiuolaikiniai žemo dažnio galios stiprintuvo mikroschemos, skirtos automobilių CD / MP3 grotuvams, apima MOSFET. Automobilio imtuvo prietaisų skydelyje galite rasti užrašą „ Maitinimas MOSFET“Arba panašiai. Taigi gamintojas giriasi, aiškiai parodydamas, kad jam rūpi ne tik galia, bet ir garso kokybė.

Lauko efekto tranzistorius, palyginti su bipoliniais tranzistoriais, turi didesnę įėjimo varžą, kuri gali siekti nuo 10 iki 9 omų ar daugiau. Ši funkcija leidžia šiuos įrenginius laikyti potencialo valdomais arba, kitaip tariant, įtampa. Šiandien tai yra geriausias pasirinkimas sukurti grandines su gana mažu energijos suvartojimu statinio ramybės režimu. Ši sąlyga ypač svarbi statinėms atminties grandinėms, kuriose yra daug atminties elementų.

Jei mes kalbame apie pagrindinį tranzistorių veikimo režimą, tada šiuo atveju bipoliniai rodo geriausius rezultatus, nes įtampos kritimas įvairiose lauko parinktyse yra labai didelis, o tai sumažina bendrą visos grandinės efektyvumą. Nepaisant to, sukūrus lauko tranzistorių gamybos technologijas, buvo galima atsikratyti šios problemos. Šiuolaikiniai lauko tranzistoriai turi mažą kanalo atsparumą ir gerai veikia aukštais dažniais.

Atlikus paieškas, siekiant pagerinti galingų lauko tranzistorių charakteristikas, buvo išrastas hibridinis elektroninis prietaisas - IGBT tranzistorius, kuris yra lauko efekto ir bipolinio tranzistoriaus hibridas.

IGBT tranzistorius

Izoliuoti vartai Bipolinis tranzistorius

Šiuolaikinėje galios elektronikoje plačiai naudojami vadinamieji IGBT. Ši santrumpa yra pasiskolinta iš užsienio terminijos ir reiškia izoliuotų vartų bipolinį tranzistorių, o rusiškai tai skamba kaip izoliuotų vartų bipolinis tranzistorius. Todėl IGBT tranzistoriai dar vadinami IGBT. IGBT yra elektroninis maitinimo įtaisas, naudojamas kaip galingas elektroninis jungiklis, sumontuotas maitinimo šaltinių, keitiklių ir elektrinių pavarų valdymo sistemose.

IGBT yra gana protingas įrenginys, kuris yra lauko efekto tranzistoriaus ir bipolinio tranzistoriaus hibridas. Šis derinys lėmė tai, kad šio tipo tranzistoriai paveldėjo teigiamas tiek lauko efekto, tiek bipolinio tranzistoriaus savybes.

IGBT tranzistoriaus esmė ta, kad lauko efekto tranzistorius varo galingą bipolinį tranzistorių. Dėl to galingą apkrovą galima perjungti esant mažai valdymo galiai, nes valdymo signalas tiekiamas į lauko efekto tranzistoriaus vartus.

Vidinė IGBT struktūra yra dviejų elektroninių įvesties jungiklių, valdančių terminalą plius, kaskadinis sujungimas. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta supaprastinta IGBT grandinė.

Visas IGBT veikimo procesas gali būti pavaizduotas dviem etapais: kai tik įvedama teigiama įtampa, tarp vartų ir šaltinio atsidaro lauko efekto tranzistorius, tai yra, tarp šaltinio ir nutekėjimo suformuojamas n kanalas. Šiuo atveju krūviai pradeda judėti iš regiono nį regioną p, o tai reiškia bipolinio tranzistoriaus atidarymą, dėl kurio srovė sklinda iš emiterio į kolektorių.

IGBT atsiradimo istorija.

Pirmą kartą galingi lauko efekto tranzistoriai pasirodė 1973 m., O jau 1979 m. Buvo pasiūlyta sudėtinė tranzistorių grandinė, aprūpinta valdomu bipoliniu tranzistoriumi, naudojant izoliuotus vartų lauko efekto tranzistorius. Bandymų metu buvo nustatyta, kad naudojant bipolinį tranzistorių kaip jungiklį, pagrindiniame tranzistoriuje nėra prisotinimo, ir tai žymiai sumažina delsimą išjungus jungiklį.

Šiek tiek vėliau, 1985 m., Buvo pristatytas izoliuotas vartų bipolinis tranzistorius, kurio išskirtinis bruožas buvo plokščia konstrukcija, o darbinės įtampos diapazonas tapo didesnis. Taigi, esant aukštai įtampai ir didelėms srovėms, nuostoliai atviroje būsenoje yra labai maži. Šiuo atveju prietaisas turi panašias perjungimo ir laidumo charakteristikas kaip bipolinis tranzistorius, o valdymas atliekamas pagal įtampą.

Pirmosios kartos prietaisai turėjo tam tikrų trūkumų: perjungimas buvo lėtas ir jų patikimumas nesiskyrė. Antroji karta išvydo dienos šviesą devintajame dešimtmetyje, o trečioji karta gaminama iki šiol: jie pašalino tokius trūkumus, pasižymi dideliu įėjimo pasipriešinimu, maža valdoma galia ir įjungta būsena taip pat yra žemas.

Jau dabar elektroninių komponentų parduotuvėse galima įsigyti IGBT tranzistorių, kurie gali perjungti nuo kelių dešimčių iki šimtų amperų srovę ( As ke maks ) ir darbinė įtampa ( U ke maks ) gali skirtis nuo kelių šimtų iki tūkstančio ar daugiau voltų.

IGBT simbolis schemose.

Kadangi IGBT tranzistorius turi bendrą lauko efekto ir bipolinio tranzistoriaus struktūrą, jo išvados buvo vadinamos vartais - Z(vartų elektrodas), skleidėjas ( NS) ir kolekcionierius ( Į). Užsienio būdu užrakto išėjimas nurodomas raide G, emiterio kaištis - E o kolektoriaus išėjimas yra C.

Paveikslėlyje parodyta bipolinio tranzistoriaus su izoliuotais vartais schema. Tranzistorius taip pat gali būti pavaizduotas su įmontuotu greitu diodu. Be to, IGBT tranzistorius gali būti pavaizduotas taip:

IGBT programų ypatybės ir taikymo sritis.

Išskirtinės IGBT tranzistorių savybės:

Įtampa valdoma (kaip ir bet kuris lauko efekto tranzistorius);

Jie turi mažus valstybės nuostolius;

Jie gali dirbti esant aukštesnei nei 100 0 C temperatūrai;

Jie gali dirbti esant daugiau nei 1000 voltų įtampai ir galiai virš 5 kilovatų.

Išvardytos savybės leido naudoti IGBT tranzistorius inverteriuose, kintamo dažnio pavarose ir impulsų srovės reguliatoriuose. Be to, jie dažnai naudojami suvirinant energijos šaltinius, galingų elektros pavarų valdymo sistemose, kurios yra sumontuotos, pavyzdžiui, ant elektrinių transporto priemonių: elektrinių lokomotyvų, tramvajų, troleibusų. Šis sprendimas žymiai padidina efektyvumą ir užtikrina aukštą važiavimo komfortą.

Be to, šie įrenginiai montuojami nepertraukiamo maitinimo šaltiniuose ir aukštos įtampos tinkluose. IGBT tranzistorių galima rasti skalbimo mašinų, siuvimo mašinų ir indaplovių, inverterių oro kondicionierių, siurblių, elektroninių automobilių uždegimo sistemų, serverių ir telekomunikacijų įrangos maitinimo sistemų elektroninėse grandinėse. Kaip matote, IGBT programų apimtis yra gana didelė.

Reikėtų pažymėti, kad IGBT ir MOSFET kai kuriais atvejais yra keičiami, tačiau aukšto dažnio žemos įtampos etapams pirmenybė teikiama MOSFET, o didelės galios aukštos įtampos-IGBT.

Taigi, pavyzdžiui, IGBT tranzistoriai puikiai atlieka savo funkcijas veikimo dažniu iki 20-50 kilohercų. Esant aukštesniems dažniams, tokio tipo tranzistoriai padidina nuostolius. Be to, IGBT tranzistorių galimybės labiausiai pasireiškia esant daugiau kaip 300–400 voltų darbinei įtampai. Todėl izoliuoti vartų bipoliniai tranzistoriai lengviausiai randami aukštos įtampos ir didelės galios elektros prietaisuose.