Aparate electronice de consum portabil este tendința de dezvoltare de performanță continuă să îmbunătățească, caracteristică a crescut continuu, numit, de asemenea, baterie după încărcarea bateriei și mai mult de fiecare dată. Ca de capabilități de produse electronice portabile crescând capacitatea cerințele pentru bateria este în mod constant creșterea. Baterie litiu-ion de înaltă tensiune, capacitate mare, viață lungă și întreținere-liber caracteristicile face o alegere ideala pentru toate tipurile de dispozitive electronice portabile. În plus față de taxa convenționale tensiunea și încărcare și descărcare rata 1 c, 4.2V, folosind unele noi tehnologii în baterii litiu-ion necesită tensiune tarifare diferite și oferă o rată de taxă mare.
Acest articol va discuta despre potențialul evoluția dezvoltare litiu ion baterii, și designeri produs portabil cum se utilizează un control de micro-controller (MCU) pulse width modulării (PWM) sau pe un separate bateriei integrat Panasonic Lumix DMC-FZ50 Battery Charger controler de management de proiect, soluții flexibile de litiu-ion baterie sistem de management pentru a depăși aceste provocări.
Folosind bateriile litiu-ion pentru echipamente portabile de putere de aprovizionare design challenge
Folosind bateriile litiu-ion pentru echipamente portabile de putere de aprovizionare design provocări cu care se confruntă includ, dar nu se limitează la: puterea de securitatea aprovizionării, baterie Chimie, spațiul disponibil și performanțele cerute. Designeri Portable produse în procesul decizional trebuie să dea cunoștințele și experiența pentru a depăși fiecare a problemei posibil. Pentru se repetă încărcare baterii litiu-ion, și trebuie să ia în considerare, de asemenea, rata de încărcare/descărcare, cicluri de viață, întreținere și algoritmul de tarifare. Pentru a realiza capacitatea maximă a bateriei după fiecare încărcare, precizie de regulator de tensiune tarifare este foarte important. Așa cum se arată în figura 1, datorită complet 0,6% baterie va duce la pierderea de capacitate. Dar nu pot suprasolicita, pentru că este extrem de periculos. Unii producători de baterie, de exemplu Japonia Panasonic companiei, se recomandă că încărcarea 4.2V la 4.1V, pentru a extinde durata de viață a puterii sale în cererea de rezervă bateriei.
Figura 1: pierderea de capacitate de bateriile litiu-ion și presiunea tarifare.
Provocarea asociate de obicei cu timp de a pieței, sistemul global de cost și fiabilitate. Timp pentru a pieței este critică pentru Marea majoritate a consumatorilor de produse, deoarece ciclul de viață al produsului este foarte scurt. În lumea de astăzi de dezvoltare rapidă, ca răspuns la piață rapid este important. Mai scurte momentul constituirii concept a produsului final, înseamnă consumatoare de mai puține resurse și reducerea costurilor de economii timp de design. Cu toate acestea, este de obicei mai mare decât separarea de componente soluții pentru costul economisește spațiu prin îmbunătățirea integrarea de soluții, dar acest lucru nu este întotdeauna cazul. Fiabilitate produs în design întotdeauna se așează în primul rând, dacă vă poate compromite performanțele.
Controler MCU+PWM încărcarea sistemului de management
Dacă comparativă se concentreze pe flexibilitate in dezvoltarea produsului, se pot aduce modificări în procesul de dezvoltare proiect, pentru acest tip de aplicații, PWM taxă controler de management sistemul de baterie controlate de MCU este ideal.
Figura 2: tipic MCU + PWM circuitul pentru baterie cell tarifare aplicație de management de materiale chimice.
Figura 2 arată topologie converter (SEPIC) tipic single-s-a încheiat primare inductivitatea de mai multe baterie cell sistemul de management, o gamă largă de compoziția chimică, sistemul de tarifare conține MCP1631 înaltă tensiune PWM (numărul de componentă MCP1631HV) și un scop general de PIC12F683 MCU. MCU oferă mai mult advanced ADC și GPIO, care rezultă în detectarea crescut și statele de ieșire. SEPIC este o topologie comutate, astfel încât tensiunea de intrare și de ieșire atunci când curenții mai mari și mai mari pot oferi eficiență mai mare și mai mic consumul de energie. De exemplu, atunci când tensiunea de intrare este 9V, VBAT-4V, ICHARGE 1A, soluție liniară convenționale de energie este x1A (9V-4V) = 5W, cu toate acestea, eficiența soluțiilor comutare 90% de alimentare doar în aceleași condiții ca 4Wx (0.1/0,9) = .44w. Secundă Watt căldură să fie mult mai ușor decât 5 w pentru răcire. Următoarea ecuație oferă metode de calcul alimentării liniară și comutare în exemplul de mai sus.
Figura 3 este un controler PWM cu controlul MCU constantă curent-constanta-tensiune (CC-CV) algoritmul 1 rata de o taxă de 1700mA singur lithium ion baterie acuzație timp tipic de curba de încărcare. Algoritmul de cerințe pentru a începe este Tensiunea acumulatorului este sub pragul de preprocesare. O dată mai mult decât pre-threshold, sistemul introdus faza constantă-curent taxe, până când este detectat o tensiune stabilă. 200 Ma taxă sfârșitul în acest exemplu. Următorul sistem continuă să monitorizeze tensiune baterie și tensiunea este mai mică decât indicator de încărcare pe baterie de descărcare de gestiune, efectiv limitarea numărului de taxă și cicluri de descărcare de gestiune, prelungire baterie viață, în același timp menține tensiunea la un nivel de siguranță.
Figura 3: tipic MCU + PWM cu taxă curba CC/CV algoritmul de controler.
Taxă independent management IC utilizate pentru sistemul de încărcare baterie litiu-ion
Sistemul de management designeri de baterie de single-chip choice, complet integrate, în principal din cauza dimensiunii sale mici, low-cost, și timp/efort/resurse de proiectare minim. Independent de litiu-ion baterie încărcător IC, în special IC pentru topologie liniară, SMD condensator este necesară pentru a menține o compensație AC-numai, furnizarea stabil și fără baterie de încărcare. Cu o soluție integrată care cere mai JVC BN-VF823 Battery Charger puțin spațiu PCB, numărul de piese și componente au, de asemenea, fewest. Figura 4 este un controler de management integrat pe deplin atunci când este utilizat ca un separate baterie încărcător baterie aplicarea tipic circuit.
Figura 4: aplicarea tipic independent de circuitul de gestionare taxă.
Deoarece IC tarifare algoritmi și gestionare tranzacții sunt plasate în circuit, eliminând necesitatea pentru firmware-ul suplimentare, puteți direcționa design. Companii din materiale semiconductoare adesea va oferi o foaie de date detaliate și aplicării orientările să sprijine un produs bun, ajutor designeri bateriei IC implant sistem. Acest lucru nu numai accelera timpul produsului pe piață, dar, de asemenea, reducând timpul de dezvoltare și anulați lucrarea și reduce costurile de dezvoltare software. Cu toate acestea, flexibilitatea este destul de astfel de management taxă independent IC pe principalele probleme în baterii rapidă schimbare de astăzi.
Regimuri diferite este cum de a depăși provocările?
Tensiune nominală de baterii reîncărcabile și tensiune tarifare depinde sale materiale chimice. Materiale chimice pentru baterie anod și catodice baterie tensiune și altor caracteristici relevante ale deciziilor diferite, cum ar fi densitatea de energie, rezistență, etc. De exemplu, bateria recomandată de constructor de cobalt și mangan lithium-ion baterie acuzație tensiunea este 4.2V, și fosfat litiu recomandat taxă tensiunea este 3.6V. Deși fosfat baterie litiu-ion va percepe mai mare stabilitate a tensiunii astfel că după fiecare taxă poate avea puterea maximă, dar, la costul de viață a bateriei este redusă.
Sistemul de management de micro-controller poate fi modificat cu ușurință de pretratare de tensiune stabilitatea mecanism, tensiunea de prag, taxa maximă curente și alți parametri, și toate aceste caracteristici pot fi realiza fără a modifica hardware. Prin corespunzătoare firmware-ul actualizat și hardware care nu este important, sistemul este foarte ușor să se aplice Ni-MH, Ni-Cd închise plumb-acid (SLA) baterie și alte materiale chimice. MCU poate face alte sisteme cu inteligent, acest lucru este foarte util pentru dispozitive portabile, cum ar fi monitorul sistem, și să ofere semnalului de ieșire, cum ar fi autentificare și de comunicare, astfel încât să împiedice eficient utilizatorii finali la utilizarea bateriilor fals.
Din cauza lipsei de flexibilitate, ceea ce face dificil să concureze taxă MCU + PWM planul de gestionare a sistemului integrat. Companii de design IC și producătorilor de semiconductoare în mod normal furnizate printr-o varietate de opțional sau programabile presetare tensiune și curent (pre-current, sfârșitul de taxare curente și curent), și unele parametrii folosind externe rezistența de programare și capacitate pentru a rezolva aceste probleme. De obicei, power management IC cu CC-CV bateriei a constructorului recomandă algoritm. Cronometrul de securitate poate fi programat, sau facultative. Atunci când garanția depășirea timer este responsabil de până la sfârșitul, sistemul va adăuga un Reflector sau închidere. Cronometrul de securitate pot fi utilizate pentru a preveni pericol datorită un suprataxarea de bateriile litiu-ion, și recunoaște bateriile "mort". Pentru o bună performanță de bateriile litiu-ion, de exemplu, cuplat cu o tensiune corespunzătoare, va fi într-un termen relativ scurt de timp în starea de încărcare curent constantă. Dacă securitatea timer overflow a avut loc în timpul Preprocesare, baterie, cel mai probabil trebuie să fie înlocuite.
Figura 5: tipic de standalone pe deplin integrat încărcător IC curba de tarifare.
Figura 5 arată un tipic independent liniar complet tarifare litiu-ion baterie taxă controler de management. Taxa totală timpul necesar va varia în funcție de scop de tarifare opțiuni. La începutul fiecare taxă, dacă excesive consum, de energie termică feedback-ul va ajusta temperatura dispozitivului. Atunci când temperatura este mai mic decât valoarea maximă, modul curent constantă revine la valorile mai mari de programare, pentru a îmbunătăți fiabilitatea și securitatea încărcătorul. Această creștere ușoară a costurilor de tarifare ciclu ca Nikon Coolpix S640 Battery Charger un întreg. Figura 3 și din figura 5, regulament termică este doar într-adevăr întreg procesul de încărcare de aproximativ 7 minute, acest lucru este nesemnificativ în Marea majoritate a cererilor din cauza perceperea ciclu este de aproximativ 3 ore.
Scurt rezumat a acestui articol
IC pot ajuta la designeri rapid și complet integrate pentru a realiza încărcător low-cost. Cu toate acestea, dispozitivele standard nu poate satisface nevoile toate dispozitiv portabil design și designeri. Designeri produs sunt de obicei dificil de a găsi o baterie acuzație soluție pentru a satisface toate cerințele dumneavoastră de proiectare. Baterie taxa de gestionare controller IC este de obicei proiectate pentru aplicare generală, mai degrabă decât proiectat pentru aplicații speciale. Unii producători încerca să ofere o soluție single-chip de materiale chimice, dar cu built-in algoritmi relevante pentru aceste programe sunt fie prea scumpe sau nu user prietenesc. Pentru high-end baterie sau acumulator încărcarea sistemului de management de materiale chimice pot schimba peste revizuirea de design de produs, sistem bazat pe controler MCU + PWM este soluția ideală.
Tabel comparație 1:MCU + PWM controller și un încărcător separate IC


