Odată cu răspândirea tehnologiei "verzi", o atenție sporită a fost acordată eficienței surselor de energie. Cipurile de control al sursei de alimentare permit reducerea costului total al sistemului, comutarea pierderilor, a dimensiunilor dispozitivului și a interferențelor. Articolul se referă la implementarea tehnologiei de reglare în circuitul de accelerație primară din circuitul încărcătorului și în driverul LED. Curentul de ieșire și tensiunea de ieșire sunt stabilizate prin intermediul unui semnal de referință al tensiunii de la înfășurarea adițională a clapetei de accelerație.
În articol sunt luate în considerare unele caracteristici ale regulatoarelor de încărcare a bateriilor litiu-ion (Li-Ion) create pe baza stabilizatorilor liniari și pulsatori.
Una dintre componentele esențiale ale dispozitivelor portabile de astăzi este schimbat puțin în ultimii ani, baterie litiu-ion, în care cea mai bună performanță în rândul unui număr de alte surse chimice de energie electrică pentru utilizare în aplicații portabile. Fără îndoială, capacitatea sa a crescut semnificativ îmbunătățit, precum și alte caracteristici, care a extins funcționalitatea dispozitivelor portabile, dar principiul de bază al funcționării sale și de încărcare algoritm schimbat puțin [1-7].
În medie, este necesară o oră pentru a încărca complet o baterie Li-Ion de 1 A cu un curent de încărcare de 1 A. utilizate în prezent de multe ori nu poate furniza un curent adaptor USB de 500 mA, și, prin urmare, timpul de încărcare poate dura până la 2-4 ore sau mai mult. Una dintre problemele care apar atunci când se încarcă un curent mare este disiparea căldurii. Deoarece tensiunea de ieșire de rețea ubicue și USB-adaptor este de 5 V și tensiunea de funcționare a bateriei: 3.7 ... 4.2 V, valoarea medie a eficienței de încărcare a controlerului, construit pe baza unui controler liniar nu poate fi mai mare de 74% ( 3,7 / 5,0), iar maximum - 84% (4,2 / 5,0). Figura 1 prezintă zona de pierderi de putere posibile în controler în timp ce bateria se încarcă. Astfel, atunci când se încarcă o baterie cu un curent de 1 A, pierderile maxime vor fi de aproximativ 1,3 W. Trebuie remarcat faptul că acest lucru nu este eliberarea de căldură inevitabil asociată cu acumularea de energie în baterie pentru o utilizare ulterioară, iar căldura cauzată de încălzirea controlerului de încărcare cip IC. Pentru a reduce încălzirea nedorită a cristalului în procesul de încărcare a bateriei, este necesară creșterea eficienței controlerului, care se realizează cu ajutorul controlorilor controlate de impulsuri. În plus, utilizarea acestora poate accelera timpul de încărcare.
Fig. 1. Distribuția pierderilor de energie în timpul încărcării bateriei
controlere de încărcare create pe baza de reglementare liniare căii de diviziune de curgere a curentului de sarcină și de încărcare (PowerPath Technology), tensiunea în cazul unui curent de sarcină mică este egală cu VOUT aproape 5 (VIN), iar tensiunea bateriei
VBAT = 3,7 V. În acest caz, controlerul liniar al controlerului de încărcare este utilizat ineficient. Cu un curent mare prin sarcină, bateria este conectată suplimentar și la VIN = 5 V, VOUT = VBAT = 3.7 V (vezi Figura 2). În acest caz, tranzistorul de trecere al controlerului de încărcare este utilizat ineficient. În ambele cazuri, menținerea căderii de tensiune pe elementele de comandă VIN-VOUT = 1.3 V sau VOUT-VBAT = 1.3 V este menținută, ceea ce duce la o pierdere de putere nedorită. Caracteristica prezentată în blocul diagrama Figura 2 constă în faptul că pentru conectarea bateriei la dispozitivul de încărcare este utilizat, care acționează ca „ideal“ (în continuare - perfect, Ed ..) de diode.
Fig. 2. Diagramă bloc simplificată a dispozitivului de încărcare cu separarea căilor fluxului curent și a încărcării
Ce se înțelege prin dioda "ideal" propusă de tehnologia Linear? [3, 7]. Diodele Schottky utilizate pe scară largă diferă în comparație cu alte diode semiconductoare printr-o scădere mică a tensiunii directe și o viteză mare de comutare. Atunci când se utilizează această diodă ca un comutator semiconductor, de exemplu, în schemele conecta automat bateria la sarcina sau adaptorul de rețea este utilizat în general de circuit simplu sau, principalul dezavantaj al cărui montare - o cădere relativ mare de tensiune pe dioda. Când crește curentul de sarcină, pierderile de putere la încărcătură cresc. Această problemă poate fi rezolvată folosind un tranzistor MOS ca diodă. Ideea nu este nouă, dar experții companiei Linear Technology la dioda este înlocuit cu un tranzistor MOS propus, de asemenea, o metodă pentru determinarea momentului de comutare diodă ideală în stare închisă și deschisă. În acest scop, se monitorizează scăderea de tensiune dintre sursa (anodul) și canalul (catodul) tranzistorului. În cazul în cauză, acesta este un tranzistor MOS cu canal de tip N. La momentul conectării tensiunii de intrare, desigur, dacă tensiunea de intrare este mai mare decât tensiunea de ieșire, curentul prin dioda de protecție a tranzistorului curge în sarcină. Se deschide tranzistorul și căderea de tensiune pe acesta este LOAD ∙ RDS. unde RDS este rezistența tranziției sursei de scurgere. De obicei, această tensiune este de aproximativ zece ori mai mică decât căderea de tensiune pe o diodă Schottky. Dacă tensiunea la anod este mai mică decât la catod, tranzistorul se închide.
Pentru a monitoriza căderea de tensiune pe tranzistor este folosit un amplificator special. Problema este cum să alegeți valoarea de tensiune a pragului de comutare și valoarea de histerezis a comparatorului. De exemplu, dacă deschideți un tranzistor cu o cădere de tensiune de 25 mV și închideți-l la 5 mV, aceasta poate duce la o situație în care, la curenți de sarcină redusă, cheia se închide pur și simplu. Setarea pragului la -5 mV va determina curgerea curentului de la sarcină la intrare. Pentru a elimina aceste probleme, scăderea de tensiune între scurgere și sursa tranzistorului deschis este menținută cu ajutorul unui servo amplificator special la un nivel de 25 mV. Atunci când curentul de sarcină crește, tensiunea de control de pe poarta tranzistorului crește și, în consecință, rezistența canalului deschis scade. În acest fel, căderea de tensiune pe tranzistor este menținută aproape constantă la 25 mV.
Într-o anumită etapă, pe măsură ce crește curentul, scăderea de tensiune pe tranzistor începe să crească proporțional cu curentul (ILOAD ∙ RDSON). Figura 3 prezintă caracteristicile de tensiune curentă a unei diode Schottky (B530C) și a unei diode ideale [3, 7]. Metoda propusă de control MOSFET permite realizarea unei comutări netede a tranzistorului și chiar și la curenții de sarcină mici pentru a obține o diferență minimă de tensiune între scurgere și sursă.
Fig. 3. Caracteristicile volt-amper ale unei diode ideale și ale unei diode Schottky
LTC4358 cip (Linear Tech-nologie) materializat ideea de a crea diode ideale bazat pe un tip N-canal încorporat cristal MOSFET având o rezistență (RDSON) a canalului deschis de 0,02 ohm. Tensiunea de alimentare a IC este de 9,0 ... 26,5 V; curent maxim: 5 A; timpul de oprire a tranzistorului la depășirea curentului de limitare este de 0,5 μs. LTC4358 cip este destinat să înlocuiască diode în circuitele de alimentare cu comutare, la care este conectat sarcina, construit pe baza instalației sau a schemei. Graficele puterii disipate de o diodă ideală (LTC4358) și diodă Schottky tip B530C prezentate în Figura 4. cip LTC4358 fabricat în DFN carcasa 14 și are o dimensiune de 4 × 3 mm.
În plus, compania Linear Technology oferă alte circuite integrate, de exemplu, LTC4352 / 55/57, LTC4411 / 13/16 ICS LTC4352 / 55/57 și LTC4416, de fapt, sunt un controler ideal de diode, și în acest scop, se folosește un MOSFET extern tranzistor, în chips-uri LTC4411 / 13 - built-in. Miniatura LTC4411 IC este proiectat pentru comutarea automată între adaptorul de rețea și bateria în schemele care se bazează pe montarea SAU. Sursa de intrare de tensiune de 2,6 ... 5,5 V, consumul de curent într-un mod static 40 mA (la curenți de sarcină de până la 100 mA). Rezistența maximă a canalului deschis construit MOSFET canal de tip P este de 0,14 ohmi, maxim transmite curent - 2.6 A, curentul de scurgere - mai puțin de 1 mA. Cipul oferă protecție împotriva supraîncălzirii casetei. Pentru a conecta LTC4411, nu sunt necesare componente externe suplimentare. Cipul LTC4411 este fabricat în pachetul SOT-23-5.
În regulatoarele de încărcare LTC4066, LTC4085, construite pe baza unui regulator liniar, se realizează și o diodă ideală. Tensiunea de alimentare a IC este de 4,35 ... 5,50 V. Rezistența diodei ideale pentru conectarea bateriei la sarcină la un curent de 3 A este de numai 50 mΩ. Controlerele permit ca curentul de intrare să fie limitat la 100 sau 500 mA. LTC4066 este fabricat într-un pachet de 24 QFN (4 × 4 mm).
Schema de conectare directă a bateriei la sarcină și la controlerul de încărcare, creată pe baza regulatorului liniar, este simplă, iar dispozitivele bazate pe această arhitectură au un cost mai mic. Cu toate acestea, la curenții mari de încărcare, este foarte greu de recomandat utilizarea acestei topologii datorită probabilității mari de supraîncălzire a cipului IC. Când bateria este conectată direct la sarcină, este posibil să se realizeze o schimbare minimă a nivelului de tensiune pe sarcină.
problema pierderii de putere este, de asemenea, stocate în controlerele de sarcină, care se bazează pe o ajustare continuă, cu sarcina căi de curgere de separare și a curenților de încărcare. o eficiență mai mare poate fi realizată prin utilizarea de comutare de reglementare, care permite crearea pe controlerele de baterii în mod curent de încărcare mai mare de 10 A. În plus, aceste controlere utilizate adesea tehnologie de separare căi percolare de încărcare și a curenților de sarcină, dintre care principalul avantaj este fiabilitatea ridicată.
Informații complete despre chips-urile de încărcare a bateriei pot fi găsite în [2-6].