Устройство зарядное с регулировкой тока: Зарядные устройства | АКБ-сервис — магазин аккумуляторов в Пензе, купить АКБ , зарядные устройства

Содержание

Импульсные зарядные устройства Энергия Старт

Характеристики:

Модель СТАРТ 15 АИ

Артикул Е1701-0001

Напряжение питания, В 230

Номинальная частота переменного тока, Гц 50

Максимальная мощность, Вт 102 / 205 (6 / 12 В)

Номинальное напряжение заряжаемых батарей, В 6 / 12

Максимальный зарядный ток, А 10

Номинальная емкость подключаемых батарей, А*ч 1,2–100

Диапазон рабочих температур, °С От -10 до +40

Автоматическая регулировка тока есть

Ручная регулировка тока нет

Предпусковая подготовка нет

USB разъем, выход 5В 1А нет

Охлаждение Естественное и принудительное

Типы заряжаемых АКБ С жидким электролитом (WET), с абсорбированным электролитом (AGM), с гелеобразным электролитом (GEL)

Тип зарядного устройства Электронное импульсное

Встроенные средства защиты Перегрузка, перегрев, закипание АКБ, короткое замыкание, неправильная полярность, автоматическое определение типа АКБ

Степень защиты по IP 21S

Габаритные размеры (д х ш х в), мм 200×175х105

Вес, кг 1.3

Устройство пуско-зарядное АВТОЭЛЕКТРИКА Т-1010 диагностическое, 12В/24В, до 400/200Ач, ток заряда 1-40/1-20А, ток пуска 220/180А, для WET, AGM, GEL

Устройство пуско-зарядное АВТОЭЛЕКТРИКА Т-1010

Пуско-зарядный диагностический прибор Т-1010 (управление током заряда R-Резистор), предназначен для:

  • зарядки аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12/24В;
  • зарядки АКБ в ручном режиме с плавной регулировкой тока;
  • зарядки аккумуляторных батарей в автоматическом режиме с функцией реверс;
  • поддержания работоспособности батареи при хранении;
  • запуска двигателя автомобилей с бортовым питанием 12/24В в холодное время года при недостаточном пусковом токе разряженной АКБ;
  • контроля уровня заряда АКБ;
  • проверки работоспособности генератора, реле регулятора, стартера, замера напряжения — без подключения к сети 220В.

Рекомендуется использовать в условиях автотранспортных предприятий, станций техобслуживания, торговых точек по реализации АКБ, личного пользования владельцами транспортного средства.

Имеется защита от:

  • перегрузки входного напряжения;
  • короткого замыкания выходных полюсов;
  • неправильного подключения полярности;
  • перегрузки по теплу элементов прибора.

Характеристики (12/24В)

Напряжение сети: 220В / 50Гц
Номинальное напряжение АКБ: 12/24В
Емкость АКБ: 400/200Ач
Вид АКБ: стартерные, тяговые
Регулировка процесса заряда: автоматическая, ручная
Вид заряда: направленный, реверсивный
Ток заряда: 1-40А/1-20А
Ток пуска: 220/180А
Потребляемая мощность:
    в режиме «заряд»: 600/600Вт
    в режиме «пуск»: 1700/240Вт
Индикация: цифровая
Разрешающая способность: 0,01
Измеряемое напряжение: 8-35В
Отображаемый ток: 0–99,9А
Ограничения по напряжению:
    в режиме «автомат/хранение»: 14,4/13,4В / 28,8/26,8В 
    в режиме «пуск»: 14,5/29В

Инструкция

Производитель оставляет за собой право без уведомления менять характеристики, внешний вид, комплектацию товара и место его производства.

В случае, если в описании товара прямо не указано обратное, гарантийный срок на такой товар не установлен.

Почему импульсное зарядное устройство лучше трансформаторного

Какое зарядное устройство лучше для легкового авто? Первый аргумент, который чаще всего услышишь в ближайшем магазине запчастей: импульсное зарядное устройство современнее трансформаторного. Возможно, консультант добавит что-либо про надежность, качество, компактность. Такой ответ, мягко говоря, назовем «размытым».

Чтобы понять, чем импульсное зарядное устройство лучше и стоит ли делать однозначный выбор в его пользу, давайте рассмотрим данный тип ЗУ с преимуществами и недостатками. А после, дадим краткую характеристику трансформаторам для сравнения.

Принцип работы импульсных зарядных устройств

Главная особенность импульсной технологии – зарядка аккумулятора автомобиля высокочастотным током путем подачи малых импульсов. Такой вид зарядника может использовать различные схемы заряда. Но эффективнее всего комбинированная, где весь процесс делиться на этапы.

Сначала идет традиционная зарядка с постоянным током. По достижении определенного значения устройство автоматически переключается в режим с переменным током, постепенно снижая его значение до нуля и стабилизируя напряжение. Преимущество метода – предотвращение кипения электролита и испарения вредоносных газов. Именно поэтому комбинированный способ зарядки считается самым щадящим для АКБ.
Помимо этого некоторые импульсные автомобильные зарядные устройства способны к десульфатации. Периодическая зарядка с включением данной функции, позволит минимизировать сульфатацию пластин, которая провоцирует снижение емкости аккумулятора.

При активации соответствующей функции, десульфатация становится одним из этапов зарядки, восстанавливая аккумуляторную батарею. Период работы в данном режиме контролируется прибором автоматически.

Автоматические приборы и ИЗУ с регулировкой

Среди обилия зарядных устройств импульсного типа встречаются как полностью автоматические варианты, так и с ручной регулировкой. Последние дешевле, но требуют обязательного внимания к процессу. Чаще всего настраиваются: вольтаж, тип заряжаемой батареи, сила тока.

Приборы с авто-контролем этапов зарядки имеют одну или несколько программ работы. Они самостоятельно выбирают подходящие значения тока, считывают данные о текущей зарядке и корректируют собственную работу.

Преимущества и недостатки импульсных ЗУ

В конструкции приборов присутствуют: импульсный трансформатор, диодный выпрямитель, блок стабилизации, электронный модуль для контроля процессов и различные системы индикации. Отсутствие необходимости в магнитном стержне и обмотке, как в случае c обычными трансформаторами, делает импульсные устройства компактнее и легче аналогов. И это первое достоинство, которое броситься в глаза автовладельцу-новичку.

Но габариты отнюдь не главное преимущество, кроме них стоит упомянуть:

1. Автоматический контроль процесса зарядки. Удобство устройств с системой управления очевидно. Микропроцессор ИЗУ способен самостоятельно оценить текущую емкость, подключенного АКБ, следить за степенью зарядки и применить оптимальные настройки режима и вольтажа. Как уже говорилось ранее, благодаря контролю исключается закипание и перегрев.
Далеко не каждое импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора полностью автоматизировано. Существуют и полностью «ручные» модели. Стоит запомнить, что только «автомат» позволит полностью расслабиться и даже забыть о стоящей на зарядке батарее. Стоит ли переплачивать? Учитывая, что устройство покупается минимум на 3 года, а то и более, наверное, стоит. Но здесь у каждого сложиться субъективное мнение.

2. Индикация на панели устройства. В зависимости от вида импульсного ЗУ встречаются экземпляры с различными подсказками. Что-то не так подключили, где-то не то настроили – о любом нарушении система сразу же оповещает пользователя, а иногда даже предлагает решения.

3. Эффективная система защиты. Индикаторы ошибок – это, конечно же, хорошо. Но современные модели импульсных зарядок имеют намного больше защитных элементов, которые используются для защиты АКБ. Стабилизаторы, регуляторы, реле и умные системы контроля не позволят навредить аккумулятору во время зарядки.

4. Дополнительные режимы:
О первом режиме мы уже говорили ранее. Он важен и даже рекомендуем для профилактического использования. Особенно актуальна функция для случаев, где условия использования автомобиля приводят к высокой степени сульфатации. Напомним, что сульфатация пластин происходит при:
  • колебании температур окружающей среды;
  • глубокой разрядке батареи;
  • частых зарядах высокими токами;
  • длительном нахождении АКБ в разряженном состоянии;
  • низком уровне электролита.

Что же касается режима «BOOST» в импульсном зарядном устройстве, то он позволяет быстро восстановить заряд батареи высокими токами. Конечно же, он не рекомендуется для постоянного использования и длительной зарядки, но для срочных случаев он будет просто незаменим.

Режим «BOOST» негативно сказывается на аккумуляторной батарее, увеличивая степень износа. Поэтому производители рекомендуют его использовать в крайних случаях и для кратковременной зарядки.

О «минусах» импульсного зарядника

  • Компактное и технологичное устройство стоит недешево.
  • Ремонт прибора может «влететь в копеечку» (в ряде случаев, проще купить новое устройство).

Сформировали представление об импульсных зарядных устройствах – идем дальше.

А что с трансформаторными зарядниками

Итак, трансформаторные ЗУ работают подобно тем самым трансформаторам, которые мы помним со школьных уроков физики. В основе магнитный стержень и обмотка. Характеристики устройства напрямую зависят от материала и количества обмотки.

Главная функция таких приборов – преобразовать переменный ток в постоянный и передать его на аккумулятор для зарядки. ЗУ работают от розетки и могут выдавать до 14-15 Вольт, чего более чем для большинства АКБ.

Как правило, здесь нет автоматизации, поэтому придется регулировать параметры вручную. Ток выбирают в размере 10% от емкости батареи. А после запуска ЗУ придется следить за процессом зарядки.

Какие преимущества у трансформаторных зарядных устройств:
  1. Низкая стоимость приборов.
  2. Простота конструкции.
  3. Легко разобраться в работе ЗУ.
  4. Поломки случаются крайне редко.
  5. В отсутствие высокотехнологичных элементов ремонт устройства выйдет недорого и сделать его довольно просто.
Вроде бы не все так плохо, а теперь перейдем к «минусам»:
  • Громоздкое и тяжелое устройство неудобно транспортировать и хранить.
  • Необходим постоянный контроль процесса со стороны пользователя.
  • Несоблюдение контроля за силой тока (10% от емкости) приведет к кипению электролита, увеличению износа акб и чрезмерному выделению вредоносных веществ.
В идеале силу тока придется замерять каждые 40-50 минут, чтобы не упустить момент, когда все еще можно исправить.
  • Использование трансформаторного зарядного устройства требует предварительных замеров уровня заряда аккумулятора.

Почему импульсное зарядное устройство лучше трансформаторного

Итак, пришло время сравнивать. Сделать это можно по следующим признакам:

Тип зарядного устройства

Трансформаторное

Импульсное

Конструкция

Простая (Недорогой и быстрый ремонт)

Сложная высокотехнологичная (Дорогой ремонт)

Технология зарядки

Отсутствие программ – зарядка при постоянном токе и переменном напряжении

Оптимальная технология для эффективной зарядки АКБ импульсами тока, наличие специальных программ для уменьшения влияния на батарею

Контроль параметров

Ручной

Автоматический, полуавтоматический, ручной

Защитные системы

Индикация

Интеллектуальные защитные системы и индикаторы

Функционал

Отсутствие дополнительных режимов

Режимы восстановления батареи (десульфатации), «BOOST»

Габариты

Крупные габариты из-за особенностей конструкции

Компактные устройства

Транспортировка

Трудно перемещать

Легко перевозить в машине

Цена

Дешевле относительно импульсных

Дороже относительно трансформаторных

Обратите внимание на то, что для зарядки необслуживаемой АКБ лучше использовать приборы с постоянным напряжением. Длительное воздействие постоянным током трансформаторного прибора может навредить электродам аккумулятора.

Как видите, если не брать стоимость, то импульсные устройства выигрывают по большинству параметров сравнения. Но, несмотря на то, что они хорошо себя показывают, находятся и те, кто будет экономить и пользоваться старым и надежным трансформаторным зарядным устройством.

Перед тем, как выбрать импульсное зарядное устройство для автомобиля следует обязательно проверить соответствие величины зарядного тока аккумулятору. Помните о том, что лучше брать с запасом. Работая на пределе возможностей, высока вероятность того, что прибор раньше времени выйдет из строя.

Автоматическая и полуавтоматическая зарядка устройствами FUBAG

В линейке FUBAG представлено несколько серий ЗУ и ПЗУ. Зарядные устройства MICRO – отличный пример полностью автоматических приборов, способных восстановить заряд батареи с минимальным количеством действий со стороны пользователя. Достаточно выбрать режим и гаджет сам проконтролирует весь процесс от начала и до конца. Помимо стандартной зарядки модели MICRO обладают функцией десульфатации (например, FUBAG MICRO 160/12), специальным режимом для низких температур (от 5+) и позволяют использовать себя в качестве источника переменного тока (12 В). Для того чтобы определить полностью ли заряжен аккумулятор в MICRO предусмотрен индикатор.

Вторым примером станет пуско-зарядное устройство. Этот прибор оснащен вольтметром, чтобы не просто констатировать факт зарядки, но и показывать – насколько заряжен аккумулятор. Он также позволит проводить десульфатацию. Одним из главных отличий от MICRO является функция BOOST, которая поможет быстро зарядить двигатель в холодное время года.

Как проходит автоматическая зарядка c десульфатацией на примере FUBAG

Устройства MICRO и COLD START поддерживают зарядку с восстановлением батареи. Технически процесс состоит из 9 этапов:
  1. Перед стартом проводится оценка аккумуляторной батареи. Помимо состояния заряда тестирование определяет необходимость применения режима десульфатации.
  2. На втором этапе идет то самое восстановление или десульфатация батареи. Во время него происходит импульсная подача зарядного тока. Значение тока удерживается в пределах ¾ от номинального. Если программа определит отстутсвие необходимости в этом, она автоматически пропустит этап и перейдет к следующему.
  3. Чтобы предотвратить кипение электролита производится плавный пуск – зарядка током 50% от номинального значения.
  4. Импульсная зарядка вплоть до 90% от максимальной емкости АКБ.
  5. Установка постоянного зарядного тока 100% от номинального.
  6. Зарядка до 100% максимальным током.
  7. Выдержка под постоянным напряжением (13,8 В)
  8. Оценка напряжения АКБ
  9. Активируется, если после оценки заряд АКБ оказался а уровне 12,8 В. При помощи кратковременного включения зарядного тока напряжение доводится до 13,8 В. После этого снова проводится оценка напряжения АКБ.

Программа работает без вмешательства пользователя и полностью контролирует процесс. Можно заняться своими делами и не переживать за аккумулятор через 8-10 часов он полностью восстановит заряд и можно будет его использовать снова.

Надеемся, нам удалось объяснить, почему импульсное зарядное устройство для АКБ лучше трансформаторного. Но и более простому аналогу есть место в жизни отечественного автомобилиста.

Получите 10 самых читаемых статей + подарок!   

*

Подписаться

Уникальная входная регулировочная петля зарядного устройства

упрощает отслеживание максимальной точки мощности солнечной панели

Достижения в области аккумуляторных технологий и повышения производительности устройств сделали возможным создание сложной электроники, которая длительное время работает без подзарядки. Даже в этом случае для некоторых устройств подзарядка батарей путем подключения к сети невозможна. Аварийные придорожные телефоны, навигационные буи и удаленные станции мониторинга погоды — это всего лишь несколько приложений, которые не имеют доступа к электросети, поэтому они должны получать энергию из окружающей среды.

Солнечные панели обладают огромным потенциалом в качестве источников энергии для сбора энергии — им просто нужны батареи для хранения собранной энергии и обеспечения ее переносимости в темное время суток. Солнечные панели относительно дороги, поэтому получение максимальной мощности от панелей имеет первостепенное значение для минимизации размера панели. Сложная часть — это балансировка размера солнечной панели с требуемой мощностью. Характеристики солнечных панелей требуют тщательного управления выходной мощностью панели в зависимости от нагрузки, чтобы эффективно оптимизировать выходную мощность панели для различных условий освещения.

Для данного уровня освещенности солнечная панель имеет определенную рабочую точку, которая производит максимальное количество энергии (см. Рисунок 1). Поддержание этой точки пиковой мощности во время работы при изменении условий освещения называется отслеживанием максимальной пиковой мощности (MPPT). Для выполнения этой функции часто используются сложные алгоритмы, такие как периодическое изменение нагрузки панели при непосредственном измерении выходного напряжения и выходного тока панели, вычисление выходной мощности панели, а затем форсирование точки операции, которая обеспечивает пиковую выходную мощность в виде освещения и / или температуры. условия меняются.Этот тип алгоритма обычно требует сложной схемы и микропроцессорного управления.

Рис. 1. Зависимость тока от напряжения и мощности от напряжения для солнечной панели при различных уровнях освещенности. Выходное напряжение панели в точке максимальной мощности (V MP ) остается относительно постоянным независимо от уровня освещенности.

Однако существует интересная взаимосвязь между выходным напряжением солнечной панели и мощностью, которую она производит. Выходное напряжение солнечной панели в точке максимальной мощности остается относительно постоянным независимо от уровня освещенности.Отсюда следует, что принудительное срабатывание панели таким образом, чтобы выходное напряжение поддерживалось на уровне этого пикового напряжения мощности (V MP ), дает пиковую выходную мощность панели. Таким образом, зарядное устройство может поддерживать передачу пиковой мощности, используя эту характеристику V MP вместо реализации сложных схем и алгоритмов MPPT.

LT3652 — это полное монолитное понижающее мультихимическое зарядное устройство, которое работает с входным напряжением до 32 В (макс. 40 В абс.) И заряжает аккумуляторные батареи с плавающим напряжением до 14.4В. LT3652 включает в себя инновационную схему регулирования входного сигнала, которая реализует простой и автоматический метод управления входным напряжением питания зарядного устройства при использовании плохо регулируемых источников, таких как солнечные батареи. LT3652HV, высоковольтная версия зарядного устройства, доступна для зарядки батарейных блоков с плавающим напряжением до 18 В.

Входной контур регулирования поддерживает максимальную мощность для солнечных панелей

Входной контур регулирования LT3652 линейно снижает выходной ток заряда батареи, если входное напряжение питания падает до запрограммированного уровня.Эта схема регулирования с обратной связью управляет током заряда и, следовательно, нагрузкой на входной источник питания, так что входное напряжение питания поддерживается на запрограммированном уровне или выше. При питании от солнечной панели LT3652 реализует операцию MPPT, просто программируя минимальный уровень входного напряжения на пиковое напряжение этой панели, В MP . Требуемое пиковое напряжение программируется через резистивный делитель.

Если во время зарядки мощность, требуемая LT3652, превышает доступную мощность от солнечной панели, входной контур регулирования LT3652 снижает ток заряда.Это может произойти из-за увеличения желаемого тока заряда аккумулятора или падения уровня освещенности солнечной панели. В любом случае контур регулирования поддерживает выходное напряжение солнечной панели на запрограммированном уровне V MP , установленном резисторным делителем на VIN_REG.

Входной контур регулирования — это простой и элегантный метод принудительной работы с пиковой мощностью от конкретной солнечной панели. Контур регулирования входного напряжения также позволяет оптимизировать работу от других типов плохо регулируемых источников, где входное питание может исчезнуть в условиях перегрузки по току.

Встроенное полнофункциональное зарядное устройство

LT3652 работает с фиксированной частотой коммутации 1 МГц и обеспечивает характеристику заряда при постоянном токе / постоянном напряжении (CC / CV). Деталь программируется с помощью внешнего резистора для обеспечения тока заряда до 2 А с точностью тока заряда ± 5%. Микросхема особенно подходит для диапазонов напряжений, связанных с популярными и недорогими солнечными панелями «система 12 В», которые обычно имеют напряжение холостого хода около 25 В.

Зарядное устройство использует опорное напряжение холостого хода 3,3 В с обратной связью, поэтому любое желаемое напряжение холостого хода аккумулятора от 3,3 В до 14,4 В (или до 18 В с LT3652HV) можно запрограммировать с помощью резисторного делителя. Точность обратной связи по плавающему напряжению для LT3652 составляет ± 0,5%. Широкий диапазон выходного напряжения LT3652 подходит для аккумуляторов различного химического состава и конфигураций, включая до трех последовательно соединенных литий-ионных / полимерных элементов, до четырех последовательных элементов LiFePO 4 (литий-фосфат железа) и герметичных свинцово-кислотных (SLA) аккумуляторов. содержащий до шести последовательно соединенных ячеек.Также доступна высоковольтная версия зарядного устройства LT3652HV. LT3652HV работает с входным напряжением до 34 В и может заряжаться до плавающего напряжения 18 В, вмещая 4-элементные литий-ионные / полимерные батареи или 5-элементные батареи LiFePO 4 .

LT3652 содержит программируемый таймер безопасности, используемый для прекращения зарядки по достижении желаемого времени. Простое подключение конденсатора к выводу ТАЙМЕРА включает таймер. Замыкание контакта TIMER на землю настраивает LT3652 на прекращение зарядки, когда ток заряда падает ниже 10% от запрограммированного максимума (C / 10), с точностью определения C / 10 ± 2.5%. Использование таймера безопасности для завершения позволяет подзарядку при токах менее C / 10. После завершения зарядки LT3652 переходит в режим ожидания с низким током (85 мкА). Функция автоматической подзарядки запускает новый цикл зарядки, если напряжение аккумулятора падает на 2,5% ниже запрограммированного напряжения холостого хода. LT3652 выпускается в низкопрофильных 12-выводных корпусах DFN и MSOP размером 3 мм × 3 мм.

Энергосберегающее отключение при низком токе покоя

В LT3652 используется вывод отключения с прецизионным порогом, позволяющий легко реализовать функции блокировки при пониженном напряжении с помощью резисторного делителя.В режиме отключения при слабом токе LT3652 потребляет только 15 мкА от входного источника питания. Микросхема также поддерживает зарядку с определенным температурным режимом, отслеживая температуру батареи с помощью одного термистора, прикрепленного к контакту NTC детали. Устройство имеет два двоично-кодированных контакта состояния с открытым коллектором, которые отображают рабочее состояние зарядного устройства LT3652, CHRG и FAULT. Эти выводы состояния могут управлять светодиодами для визуальной сигнализации состояния зарядного устройства или использоваться в качестве сигналов логического уровня для систем управления.

На рис. 2 показано 2-элементное зарядное устройство LiFePO 4 на 2 А с управлением цепями питания.Эта схема обеспечивает питание нагрузки системы от батареи, когда солнечная панель недостаточно освещена, и напрямую от солнечной панели, когда доступна мощность, необходимая для нагрузки системы. Контур регулирования входного напряжения запрограммирован для панели ввода пиковой мощности 17 В. В зарядном устройстве используется терминатор C / 10, поэтому цепь заряда отключается, когда требуемый ток заряда аккумулятора падает ниже 200 мА. В этом зарядном устройстве LT3652 также используются два светодиода, которые отображают состояние и сигнализируют о неисправности.Эти булавки с двоичным кодом сигнализируют о зарядке аккумулятора, режимах ожидания или выключения, сбоях температуры аккумулятора и неисправностях аккумулятора.

Рис. 2. Диспетчер питания солнечной панели на 2 А для 2-элементной батареи LiFePO 4 с отслеживанием пиковой мощности 17 В.

Точка регулирования входного напряжения программируется с помощью резисторного делителя от выхода панели к выводу VIN_REG. Максимальный выходной ток заряда уменьшается, когда напряжение на выходе солнечной панели падает до 17 В, что соответствует 2.7В на выводе VIN_REG. Таким образом, этот сервоконтур действует для динамического снижения требований к мощности системы зарядного устройства до максимальной мощности, которую может обеспечить панель, поддерживая использование энергии солнечной панели близко к 100%, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Порог регулирования входного напряжения 17 В позволяет отслеживать пиковую мощность солнечной панели до более 98%.

LT3652 требует блокирующего диода при использовании батареи с напряжением выше 4,2 В. Падение напряжения на этом диоде приводит к потере мощности, что снижает эффективность зарядки.Этот срок можно значительно сократить, заменив блокирующий диод полевым транзистором с P-каналом, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Зарядное устройство 2A 3-элементного LiFePO 4 , использующее полевой транзистор с P-каналом для блокировки входа для повышения эффективности сильноточной зарядки.

На рисунке 4 показано 3-элементное зарядное устройство LiFePO 4 2A с плавающим напряжением 10,8 В. Это зарядное устройство имеет порог регулирования входного напряжения 14,5 В и активируется контактом SHDN, когда V IN ≥ 13 В. Завершение цикла зарядки контролируется 3-часовым циклом таймера.Блокирующий диод, обычно используемый последовательно с входным источником питания для защиты от обратного напряжения, заменяется полевым транзистором. Зажим на стабилитроне 10 В используется для предотвращения превышения максимального напряжения полевого транзистора V GS . Если указанный диапазон V IN не превышает максимальное значение V GS входного полевого транзистора, этот зажим не требуется.

Во время сильноточного периода зарядки нормального цикла зарядки (I CHG > C / 10) вывод состояния CHRG удерживается на низком уровне. В зарядном устройстве, показанном на рисунке 4, этот сигнал CHRG используется для понижения уровня затвора блокирующего полевого транзистора, обеспечивая низкоомный путь источника питания, который устраняет падение блокирующего диода для повышения эффективности преобразования.Рисунок 5 показывает, что добавление этого блокирующего полевого транзистора повышает эффективность на 4% по сравнению с работой с блокирующим диодом Шоттки.

Рис. 5. Сравнительная эффективность блокирующего диода Шоттки и блокирующего полевого транзистора при повышении напряжения батареи для трехэлементного зарядного устройства LiFePO от 15 В до 10,8 В 4 .

Если таймер используется для завершения, основной диод полевого транзистора обеспечивает путь проводимости, когда токи заряда

Когда LT3652 активно заряжается, ИС обеспечивает внутреннюю нагрузку на контур переключения, чтобы гарантировать работу с обратной связью во всех условиях. Это достигается за счет подачи 2 мА на вывод BAT всякий раз, когда активен цикл зарядки.В зарядном устройстве с питанием от солнечной панели условия низкой освещенности могут привести к падению входного напряжения солнечной панели ниже порогового значения входного регулирования, в результате чего выходной ток заряда будет уменьшен до нуля. Если зарядное устройство остается включенным во время этого состояния (т. Е. Напряжение панели остается выше порога UVLO), внутренняя нагрузка батареи приводит к утечке тока из батареи. Это нежелательно по очевидным причинам, но это условие может быть устранено путем включения однонаправленного проходного элемента, который предотвращает обратный ток от батареи.

Linear Technology создает высокоэффективную ИС с проходным элементом, идеальный диод LTC4411, который имеет эффективное прямое падение, близкое к нулю. Влияние на общую эффективность зарядного устройства и конечное напряжение холостого хода незначительно из-за чрезвычайно низкого прямого падения во время проводимости.

На рис. 6 показано зарядное устройство LT3652 с питанием от солнечной батареи, в котором используется защита от обратного освещения в условиях низкой освещенности с использованием микросхемы с идеальным диодом LTC4411. В условиях низкой освещенности, если напряжение панели упадет ниже порога регулирования входа, LT3652 снизит ток заряда аккумулятора до нуля.В случае, когда входное напряжение остается выше порога UVLO, зарядное устройство остается включенным, но поддерживается в состоянии нулевого тока заряда. LT3652 пытается снизить ток 2 мА на выводе BAT; однако LTC4411 предотвращает обратную проводимость от батареи.

Рис. 6. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов на 2 А с идеальным диодным выходным проходным элементом; ИС с идеальным диодом LTC4411 предотвращает обратную проводимость в условиях низкой освещенности.

LT3652 может использоваться для повышающих и повышающих / понижающих зарядных устройств путем включения повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный.Интерфейсный преобразователь генерирует локальный источник высокого напряжения для LT3652, который используется в качестве источника питания. Входной контур регулирования LT3652 отлично работает, когда он обернут вокруг обоих преобразователей.

На рисунке 7 показано низковольтное литий-ионное зарядное устройство на 1,5 А с питанием от солнечной панели и плавающим напряжением 4,2 В. Это зарядное устройство предназначено для работы от солнечной панели с пиковым напряжением питания 3,8 В.

Рис. 7. Низковольтная солнечная панель питает одноэлементное зарядное устройство Li-ion на 1,5 А.LT3479 увеличивает выходную мощность солнечной панели 3,8 В для работы зарядного устройства LT3652. Работа LT3652 с обратной связью включает в себя повышающий преобразователь, таким образом регулируя вход LT3479 в V MP солнечной панели на 3,8 В.

Импульсный повышающий преобразователь LT3479, работающий на частоте 1 МГц, используется во внешнем интерфейсе для создания источника питания 8 В, который используется для питания LT3652. Это зарядное устройство работает с входными напряжениями от 3,8 В до 24 В, максимального входного напряжения для LT3479.Когда входное напряжение приближается к 8 В (или выше), повышающий преобразователь LT3479 больше не регулируется, в конечном итоге работая с рабочим циклом 0% и эффективно замыкая входное питание через проходной диод Шоттки на LT3652. Поскольку входной контур регулирования контролирует вход в LT3479, когда входное напряжение падает до порогового значения входного регулирования, LT3652 уменьшает ток заряда, уменьшая текущие требования повышающего преобразователя LT3479. Сервоприводы входного напряжения в точку регулирования, с повышающим преобразователем и комбинацией зарядного устройства LT3652, извлекающей пиковую мощность, доступную от солнечной панели.

Несколько зарядных устройств LT3652 можно использовать параллельно для создания зарядного устройства, которое превышает допустимый ток заряда одного LT3652. В приложении, показанном на Рисунке 8, три сети зарядных устройств LT3652 на 2 А подключены параллельно, чтобы получить трехэлементное литий-ионное зарядное устройство на 6 А с плавающим напряжением 12,3 В, которое использует оконечную нагрузку C / 10. Это зарядное устройство совместимо с солнечной энергией и имеет входной порог регулирования 20 В. В этом зарядном устройстве также реализован полевой транзистор с блокировкой входа для повышения эффективности зарядки.

Рис. 8. Зарядное устройство для 3-элементной литий-ионной батареи на 6 А с использованием трех микросхем зарядного устройства LT3652.

Три микросхемы зарядного устройства LT3652 имеют общую сеть обратной связи по плавающему напряжению и общую сеть регулирования входов. Для компенсации входных токов смещения на вывод LT3652 V FB рекомендуется использовать сеть обратной связи с эквивалентным сопротивлением 250 кОм. Поскольку три LT3652 используют одну и ту же сеть обратной связи в этом зарядном устройстве, а входные токи смещения также распределяются по сети, эквивалентное сопротивление сети снижается до 250 кОм / 3, или ~ 83 кОм.

Из-за допусков в опорных напряжениях одна из ИС, скорее всего, включится раньше другой во время события автоматической подзарядки. В этом случае аккумулятор автоматически перезаряжается максимум на 2А. Если аккумулятор продолжает разряжаться из-за нагрузки> 2 А, включается второе зарядное устройство. Более высокие токи разряда задействуют третью микросхему зарядного устройства, позволяя зарядному устройству производить полный ток заряда системы 6А. Контакты CHRG на всех LT3652 связаны вместе, чтобы включить полевой транзистор, блокирующий вход, поэтому полевой транзистор имеет низкое сопротивление независимо от того, в каком порядке происходит автоматический перезапуск ИС.

Функции NTC и состояния используются всеми тремя LT3652, причем каждая ИС использует специальный термистор NTC. Контакты состояния открытого коллектора ИС закорочены вместе, поэтому при включении любого или всех отдельных зарядных устройств загорается индикатор состояния CHRG. Аналогичным образом, при отказе NTC на любой из ИС загорается индикатор состояния ОТКАЗ. Отдельные функции LT3652 NTC подчиняются друг другу через диод, подключенный от общих выводов FAULT к общим выводам VIN_REG всех трех ИС.

Этот диод опускает вывод VIN_REG ниже порогового значения VIN_REG, если какая-либо из ИС вызывает сбой NTC, который отключает весь выходной ток заряда до тех пор, пока не будет устранено условие сбоя температуры.

LT3652 — это универсальная платформа для простых и эффективных решений для зарядных устройств на солнечной энергии, применимых к большому разнообразию химического состава и конфигураций аккумуляторов. LT3652 одинаково хорошо подходит для приложений с обычным питанием, предлагая небольшие и эффективные решения для зарядки аккумуляторов с самым разнообразным химическим составом и напряжением в батареях.

Зарядные устройства на солнечных батареях позволяют использовать панель почти на 100%, снижая затраты на решение за счет минимальной площади панели. Компактный размер ИС в сочетании со скромными требованиями к внешним компонентам позволяет создавать крошечные и недорогие автономные системы зарядных устройств, обеспечивая простое и эффективное решение для реализации настоящей независимости от сети для портативной электроники.


Глубоко

Для более подробного обсуждения функции отслеживания точки максимальной мощности LT3652 см. «Проектирование зарядного устройства для солнечных батарей» в выпуске журнала LT Magazine

за декабрь 2009 г.

Точное регулирование постоянного тока способствует быстрой зарядке — Аналоговые — Технические статьи

Поскольку устройства с батарейным питанием стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, бремени зарядки этих устройств уделяется больше внимания, чем когда-либо.За последние пару лет появилось много новых подходов к решению проблемы длительного времени зарядки, чтобы пользователи могли полностью заряжать свои устройства за минуты, а не часы.

В этом посте я расскажу о тенденциях в области быстрой зарядки и той важной роли, которую играет точное регулирование постоянного тока (CC) в обеспечении быстрых, безопасных и экономичных решений для более быстрой зарядки устройств.

Батареи обычно проходят через две фазы во время зарядки: постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV).На рисунке 1 показана типичная кривая зарядки литий-ионной (Li-ion) батареи 4,2 В. CC используется примерно для первых 67% заряда, когда большая часть энергии передается от зарядного устройства к аккумулятору. CV срабатывает в течение последних 33% оставшегося времени зарядки, чтобы полностью зарядить аккумулятор и поддерживать полный заряд. Некоторые зарядные устройства накачивают небольшие токи (также называемые непрерывной зарядкой) во время CV, чтобы учесть токи разряда и поддерживать напряжение аккумулятора полностью заряженным. Время, необходимое для полной зарядки аккумулятора, зависит от его емкости и максимально допустимого зарядного тока, который зависит от химического состава аккумулятора и температуры окружающей среды.Например, если у вас есть литий-ионный аккумулятор емкостью 3000 мАч и скоростью заряда 0,8 ° C (где C означает ток, необходимый для зарядки аккумулятора в течение одного часа, производители аккумуляторов рекомендуют его для продления срока службы. life), для полной зарядки аккумулятора потребуется два-три часа.

Рисунок 1: Типичная кривая зарядки литий-ионного аккумулятора

В последнем абзаце описан типичный сценарий зарядки, при котором скорость зарядки считается нормальной с ограниченным квитированием.Недавно представленные методы увеличивают время зарядки, передавая больше энергии батарее во время фазы CC. Эти методы используют либо собственные алгоритмы зарядки, либо соответствуют основному стандарту, например стандарту программируемых источников питания (PPS) USB Power Delivery. И настенное зарядное устройство, и устройство выполняют непрерывное квитирование, чтобы интеллектуально сообщать о потребностях аккумулятора и повышать эффективность зарядки.

Двумя основными методами быстрой зарядки являются высокое напряжение и низкий ток (унаследованный метод) и высокий ток и низкое напряжение (новая основная тенденция).Первый метод использует существующий зарядный кабель и ограничивает ток примерно до 2 А, увеличивая при этом уровни напряжения до 15 В. Проблема с этим методом заключается в сильном отводе тепла от необходимого каскада преобразования напряжения на стороне устройства, что снижает как срок службы батареи, так и максимально допустимую энергию, передаваемую батарее.

Второй метод использует напряжение, близкое к напряжению батареи, и более высокий ток, который может течь непосредственно в батарею. Этот метод обычно известен как прямая или быстрая зарядка.Этот метод обеспечивает более высокую скорость зарядки при более низких температурах, поскольку на стороне устройства нет преобразования напряжения. Однако для быстрой зарядки требуются специальные зарядные кабели, позволяющие протекать более высокие токи. Идея состоит в том, чтобы попытаться зарядить аккумулятор со скоростью, максимально приближенной к максимально допустимой, чтобы минимизировать время зарядки.

Учитывая более прохладный температурный профиль быстрой зарядки; он становится все более популярным, и большинство существующих стандартов принимают его. На рисунке 2 показана высокоуровневая блок-схема системы флэш-зарядки.

Рисунок 2: Блок-схема высокого уровня решения для быстрой зарядки

Как вы можете видеть на Рисунке 2, точный контур управления током необходим для ускорения зарядки и добавления дополнительного уровня защиты поверх того, что уже используют другие блоки, такие как зарядные устройства и датчики уровня топлива. Хотя вы можете интегрировать функцию измерения тока, трудно достичь уровня точности, который могут обеспечить специальные решения для измерения тока, используя небольшие шунтирующие сопротивления для минимизации рассеивания тепла и возможность контролировать ток на высокой стороне.

TI предлагает множество специальных датчиков тока, которые хорошо подходят для быстрой зарядки. Эти решения включают семейство INA210, которое обеспечивает высокую точность в широком динамическом диапазоне; INA199, который имеет отличное сочетание точности и стоимости; и новое семейство INA181, которое предлагает лучшее соотношение цены и качества с точки зрения пропускной способности, точности и цены. В этом приложении широкая полоса пропускания с обратной связью INA181 350 кГц позволяет обнаруживать быстрые колебания CC-сигнала — информацию, которая вам нужна для максимального CC за счет минимизации защитной полосы для защиты и безопасности батареи.

На рис. 3 показан типичный сигнал импульсной зарядки на выходе настенного зарядного устройства.

Рисунок 3: Пример профиля тока быстрой зарядки

Подводя итог, можно сказать, что основным ограничением современных методов быстрой зарядки является рассеивание тепла вблизи батареи, что ограничивает максимально допустимую передаваемую энергию и, таким образом, сводит к минимуму время зарядки. Кроме того, высокие температуры вызывают проблемы с безопасностью и снижением срока службы батарей. Быстрая зарядка является многообещающим методом, поскольку она обеспечивает высокий уровень передачи энергии при относительно более низких температурах, одновременно повышая эффективность зарядки и сводя к минимуму время зарядки.Для обеспечения такой высокой эффективности требуется точный контур регулирования тока, что лучше всего достигается с помощью специальных датчиков тока.

Чтобы получать подобные сообщения на свой почтовый ящик, войдите в систему и подпишитесь на Analog Wire.

Дополнительные ресурсы

лучших в мире контроллеров заряда от солнечных батарей l Morningstar Corp

TriStar MPPT 600 В

Рейтинг заряда: 60 ​​| amp

Батареи: 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 600 В

Профессиональная серия , MPPT |

TriStar MPPT

Рейтинг заряда: 30 | 45 | 60 | amp

Батареи: 12 | 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 150 В

Профессиональная серия , MPPT |

ProStar MPPT

Рейтинг заряда: 25 | 40 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 120 В

Профессиональная серия , MPPT |

SunSaver MPPT

Рейтинг заряда: 15 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , MPPT |

EcoBoost MPPT

Рейтинг заряда: 20 | 30 | 40 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 120 В

Серия Essential , MPPT |

TriStar

Рейтинг заряда: 45 | 60 | amp

Батареи: 12 | 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 125 В

Профессиональная серия , ШИМ |

ProStar

Рейтинг заряда: 30 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunSaver

Рейтинг заряда: 6 | 10 | 20 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

Солнечный свет

Рейтинг заряда: 10 | 20 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunSaver Duo

Рейтинг заряда: 25 | amp

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunKeeper

Рейтинг заряда: 6 | 12 | amp

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunGuard

Рейтинг заряда: 4.5 | amp

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

EcoPulse

Рейтинг заряда: 10 | 30 | amp

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Серия Essential , ШИМ |

ШС

Рейтинг заряда: 6 | 10 | amp

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 12 В

Серия Essential , ШИМ |

Знакомство с зарядными устройствами

Одним из наиболее распространенных типов электронных схем, используемых в современных портативных электронных устройствах, являются зарядные устройства, в частности, для зарядки литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов.

В этой статье мы рассмотрим три распространенных зарядных устройства, от простых до более сложных.

Опубликовано Джон Тил

Во-первых, я делаю обзор Microchip MCP73831, который прост в использовании и является отличным аккумулятором для начала. Далее я рассмотрю Texas Instruments BQ24092, который представляет собой немного более совершенное зарядное устройство.

Наконец, мы рассмотрим значительно более сложное зарядное устройство Texas Instruments BQ24703.Я немного пойду по пути памяти, так как BQ24703 оказался зарядным устройством, которое я разработал много лет назад, когда работал дизайнером микросхем в Texas Instruments.

Первые два зарядных устройства (MCP73831 и BQ24092) являются линейными зарядными устройствами, тогда как BQ24703 — это понижающее зарядное устройство с переключателем.

Если вам нужно узнать разницу между линейным зарядным устройством и импульсным зарядным устройством, обязательно прочтите мою предыдущую статью о регуляторах напряжения. В этой статье я подробно обсуждаю разницу между линейным регулятором и импульсным стабилизатором, и те же принципы применимы к зарядным устройствам.

MCP73831

Первое зарядное устройство, которое я рассмотрю, — это Microchip MCP73831. Это зарядное устройство предназначено для зарядки одного элемента и предназначено для литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов.

Рисунок 1. Принципиальная схема типичного приложения, использующего MCP73831.

Одноэлементная литиевая батарея выдает около 3,6 В. Итак, если вы видите литиевую батарею с номинальным выходным напряжением 7,2 В, то она состоит из двух последовательно соединенных элементов. Если напряжение АКБ 14.4 В, значит, это 4-элементный аккумулятор.

Для того, чтобы заряжать многоэлементные аккумуляторные блоки, необходимо, чтобы входное напряжение питания превышало напряжение зарядки аккумулятора, либо вам необходимо импульсное импульсное зарядное устройство, которое может создавать напряжение заряда выше, чем входное напряжение.

Три этапа зарядки литиевой батареи

Существует три стадии зарядки литиевой батареи: стадия предварительной зарядки, стадия быстрой зарядки и стадия завершения заряда.

В режиме предварительной зарядки или быстрой зарядки зарядное устройство регулирует величину тока, подаваемого в аккумулятор.Но во время завершения заряда зарядное устройство регулирует напряжение, поступающее на батарею, одновременно измеряя ток, протекающий в батарею.

Рисунок 2 — Этапы зарядки перезаряжаемых литиевых батарей (график взят из таблицы данных Texas Instruments BQ24092)

1 — Этап предварительной зарядки

Первый этап — это этап предварительной зарядки, также известный как этап подзарядки. На этом этапе зарядное устройство посылает в батарею только небольшой ток (постоянный заряд).Если аккумулятор обнаружен, зарядное устройство начнет процесс зарядки.

Постоянный заряд — это небольшой процент от полного тока заряда. Цель этого этапа — зарядить аккумулятор до определенного уровня, чтобы его можно было быстро зарядить на следующем этапе (см. Ниже).

Зарядное устройство автоматически переходит в стадию предварительной зарядки, когда батарея сильно разряжена и напряжение ниже определенного порога.

После начала предварительной зарядки напряжение аккумулятора контролируется зарядным устройством до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения предварительной зарядки.

Пороговое значение напряжения предварительной зарядки — это заранее определенный процент от максимального тока заряда, который вы отвечаете за программирование.

Когда напряжение батареи превышает пороговое значение напряжения предварительной зарядки, зарядное устройство переходит в стадию быстрой зарядки.

2 — Ступень быстрой зарядки

Ступень быстрой зарядки, также известная как ступень постоянного тока, регулирует величину тока, поступающего в батарею.

И ток предварительной зарядки, и ток быстрой зарядки устанавливаются одним резистором на выводе PROG MCP73831.

Для зарядки аккумулятора используется постоянный ток, который регулируется в зависимости от выбранного вами максимального тока заряда.

Для MCP73831 максимальный ток заряда устанавливается путем подключения резистора между выводом программы и землей (см. Рисунок 1). Вы можете выбрать ток заряда от 15 мА до 500 мА.

Когда аккумулятор почти полностью заряжается во время этапа быстрой зарядки, он переключается на этап завершения зарядки.

3 — Этап завершения заряда

Последний этап зарядки известен как этап завершения заряда или этап постоянного напряжения.Во время этого этапа зарядное устройство аккумулятора переключается в режим управления напряжением, где оно регулирует напряжение, поступающее на аккумулятор, а не ток.

Хотя напряжение на аккумуляторе регулируется, зарядное устройство контролирует процесс зарядки, измеряя ток заряда.

Когда зарядный ток в режиме управления напряжением падает ниже заранее определенного процента запрограммированного тока, зарядное устройство знает, что аккумулятор полностью заряжен, и процесс зарядки прекращается.

После завершения цикла зарядки зарядное устройство продолжит контролировать напряжение аккумулятора. Если напряжение аккумулятора падает ниже предварительно установленного порога зарядки, зарядное устройство инициирует новый цикл зарядки, и весь процесс повторяется.

Вы можете заметить на графике на Рисунке 2, что есть еще четвертый этап, называемый терморегулированием. Однако этот этап вступает в игру только в том случае, если рассеиваемая мощность достаточно высока, и внутренняя температура зарядного устройства превышает 125 ° C.

Если система спроектирована так, что зарядное устройство никогда не достигает этой температуры, то этап терморегулирования не включается. Я обсуждаю это более подробно в разделе о рассеянии мощности ниже.

Установка тока быстрой зарядки

Ток быстрой зарядки для MCP73831 устанавливается резистором, помещенным на программный вывод (PROG) на землю. Ток быстрой зарядки рассчитывается по следующей формуле:

Ток заряда = 1000 / сопротивление (Уравнение 1)

Например, если резистор представляет собой резистор на 2000 Ом, то ток быстрой зарядки будет рассчитан как:

Ток заряда = 1000/2000 = 0.5 А = 500 мА (Уравнение 2)

Обратите внимание, что 500 мА — это максимальный ток заряда для этого зарядного устройства. Если бы вместо него был использован резистор на 4000 Ом, максимальный ток заряда был бы только 250 мА.

Точная настройка тока быстрой зарядки будет зависеть от емкости аккумулятора и максимального тока, который может подаваться от внешнего источника напряжения.

При зарядке литиевой батареи максимальная скорость заряда обычно должна составлять 1 ° C, что означает:

Ток заряда = 1 x Емкость аккумулятора (Уравнение 3)

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, то скорость заряда 1 C составляет 500 мА.Если у вас аккумулятор емкостью 150 мАч, то скорость заряда 1 C составит 150 мА.

Абсолютный максимальный ток заряда для литиевой батареи обычно составляет 2 C. Следовательно, если у вас батарея емкостью 150 мАч, то абсолютный максимальный ток заряда будет 300 мАч.

Хотя некоторые аккумуляторы могут разогреться до такого уровня, обычно рекомендуется придерживаться скорости 1 C, если только в аккумуляторе не указано, что его можно заряжать с более высокой скоростью заряда.

Также необходимо учитывать максимальный ток, который может обеспечивать внешний источник питания.Вам необходимо спроектировать систему так, чтобы входной ток никогда не превышал максимальный номинальный ток для внешнего источника питания.

Для линейного зарядного устройства входной ток от внешнего источника по существу равен уставке тока быстрой зарядки.

Однако для импульсных регуляторов входной ток питания будет значительно отличаться от тока быстрой зарядки, идущего к аккумулятору.

Для понижающего зарядного устройства входной ток будет меньше, чем ток батареи, но для повышающего зарядного устройства он будет выше, чем ток батареи.

Рассеиваемая мощность

При работе с зарядными устройствами, особенно линейными, такими как MCP73831, важно учитывать рассеиваемую мощность. Линейные зарядные устройства не очень эффективны при определенных обстоятельствах, и очень важно, чтобы зарядное устройство не перегревалось. В противном случае зарядный ток будет автоматически снижен ниже желаемого уровня, чтобы температура не превысила максимум.

Рассеиваемая мощность в линейном зарядном устройстве (или линейном регуляторе) определяется на основе:

  • Величина тока нагрузки
  • Дифференциал напряжения между входом и выходом

Чем выше ток нагрузки или дифференциал напряжения, тем выше мощность (помните: мощность = напряжение x ток).

Максимальная рассеиваемая мощность и вероятность перегрева обычно возникают при переходе от фазы предварительной зарядки к фазе быстрой зарядки.

В этот момент напряжение аккумулятора находится на самом низком уровне, поэтому разница напряжений на зарядном устройстве максимальна, а ток также максимален в режиме быстрой зарядки. Это точка, в которой перепад напряжения и ток нагрузки максимальны.

MCP738 доступен с различными уставками порогового напряжения батареи при переходе от предварительной зарядки к быстрой.В качестве примера предположим, что этот порог составляет 70%. Это означает, что когда напряжение аккумулятора достигнет 70% от регулируемого выходного напряжения, зарядное устройство переключится в режим быстрой зарядки.

Для литиевой батареи 3,6 В регулируемое напряжение заряда в режиме постоянного напряжения составляет 4,2 В. 70% от этого значения составляет примерно 3 В, поэтому при переходе от предварительной зарядки к быстрой зарядке аккумулятор будет иметь напряжение 3 В.

Обратите внимание, что MCP73831 доступен с 4 различными регулируемыми напряжениями заряда: 4.2 В, 4,35 В, 4,4 В и 4,5 В.

Предположим, мы заряжаемся от порта USB, который обеспечивает напряжение 5 В. Следовательно, в начале фазы быстрой зарядки на входе 5 В и на выходе 3 В. Это соответствует дифференциальному напряжению 2 В.

Если ток быстрой зарядки установлен на 500 мА, тогда зарядное устройство будет рассеивать 1 Вт мощности при этом переходе.

Чтобы определить рейтинг Theta-JA, обратитесь к таблице данных зарядного устройства. Обычно это указывается в разделе «тепловые характеристики» или «температурные характеристики».Тета-JA будет выражаться в Кл / ватт.

Рисунок 3 — Температурные характеристики из таблицы данных MCP73831.

Чтобы определить, насколько нагревается зарядное устройство, используйте уравнение:

Температурный прирост = Рассеиваемая мощность x Theta-JA (Уравнение 4)

Это уравнение показывает, насколько компонент нагревается выше температуры окружающего воздуха. Чтобы получить абсолютную температуру, вы все равно должны добавить температуру окружающего воздуха в уравнение 4.

Например, если вы рассчитываете, что прирост температуры составляет 50 ° C, а температура окружающего воздуха равна 40 ° C, тогда компонент будет иметь температуру 90 ° C.

Большинство электронных компонентов рассчитаны на температуру до 125 ° C. Всегда избегайте превышения этой температуры, в противном случае зарядное устройство снизит ток заряда по мере необходимости, чтобы поддерживать температуру ниже 125 ° C.

Тип упаковки: SOT 23 по сравнению с DFN

MCP738 доступен в двух пакетах, включая пакет SOT-23 с выводами и пакет DFN без вывода выводов. DFN имеет значительно лучшие тепловые характеристики, чем SOT-23.

Рисунок 4 — Два доступных пакета для MCP73831.

SOT-23: SOT-23 имеет рейтинг Theta-JA 230 C / Вт. Таким образом, если зарядное устройство рассеивает один ватт мощности, оно нагревается на 230 C. Если вы предположите, что вы находитесь при комнатной температуре (25 C), зарядное устройство на самом деле нагреется до 255 C.

Это определенно вызовет ступень терморегулирования, которая снизит ток заряда, чтобы температура зарядного устройства оставалась ниже 125 ° C. Пакет SOT-23 следует выбирать только для приложений с низким энергопотреблением.

DFN. Пакет DFN, с другой стороны, имеет Theta-JA всего 76 C. Следовательно, на каждый 1 ватт мощности продукт будет нагреваться только на 76 C. Опять же, если вы находитесь при комнатной температуре, продукт собирается нагреться до 101 C. Это ниже порога 125 C и намного лучше, чем у SOT-23.

Таким образом, для приложений с высокими требованиями к рассеиваемой мощности пакет DFN — лучший выбор.

Ключевыми критериями выбора линейного зарядного устройства для удовлетворения требуемых требований к мощности являются корпус (который учитывает спецификацию Theta-JA), рассеиваемую мощность и максимальную температуру окружающей среды, при которой продукт будет работать.

С переключаемыми зарядными устройствами перегрев становится меньшей проблемой, потому что они, как правило, намного более энергоэффективны и обычно не рассеивают много энергии.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Защита аккумулятора

Как вы, возможно, знаете, литиевые батареи могут быть очень летучими. Если вы перезарядите их или они закорочены, они могут загореться или взорваться.

Вы, наверное, слышали о телефонах Samsung Galaxy, которые продолжали гореть. По этой причине при работе с этими батареями очень важно учитывать защиту.

Рис. 5 — Без надлежащей защиты литиевая аккумуляторная батарея может загореться или взорваться.

Есть два варианта защиты:

Вариант №1: Выбрать аккумулятор со встроенной защитой . Я почти всегда рекомендую использовать аккумулятор со встроенной защитой, по крайней мере, на начальном этапе.

Если вы посмотрите, например, на литий-полимерную батарею, у многих из них будет крошечная печатная плата под лентой (обычно золотого цвета), которая расположена наверху, где выходят выводы.

Эта печатная плата уже встроена и защищает аккумулятор. Это предотвращает его перезарядку или короткое замыкание.

Рис. 6. Я рекомендую сначала использовать литиевые батареи, в которые уже встроена необходимая плата защиты.

Вариант № 2: Спроектировать защиту самостоятельно. Вы можете спроектировать защиту отдельно как часть вашего собственного продукта или на вашей собственной плате. Однако я обычно не рекомендую это вначале.

Если ваша схема работает неправильно, вы рискуете взорвать аккумулятор, пока пытаетесь заставить схему работать.

Я почти всегда рекомендую использовать аккумуляторы со встроенной защитой. Таким образом, вам просто не придется об этом беспокоиться.

Краткое описание MCP73831:

  • Ограничен максимальным током заряда 500 мА
  • Только одноэлементное зарядное устройство
  • Линейное зарядное устройство (вместо импульсного зарядного устройства)
  • Всего пять контактов
  • Выходной вывод одиночного состояния
  • Один контакт для установки различных зарядных токов
  • Нет возможности следить за температурой батареи

Texas Instruments BQ24092

Подобно MCP73831, BQ24092 представляет собой линейное зарядное устройство для зарядки одного литиевого элемента.MCP73831 имеет только 5 активных контактов, тогда как BQ24092 имеет 9 активных контактов.

Один из дополнительных контактов позволяет независимо программировать токи предварительной зарядки и завершения зарядки отдельно от тока быстрой зарядки.

Другой дополнительный вывод обеспечивает вывод состояния, указывающий на наличие достаточного входного напряжения питания. Другой вывод контролирует температуру батареи, и, наконец, четвертый дополнительный вывод — это функция отмены тока заряда для USB-приложений.

Вскоре мы рассмотрим все эти дополнительные контакты более подробно.

Рисунок 7 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24092.

Более высокий ток быстрой зарядки

Одно из больших различий между BQ24092 и MCP73831 — это максимальный ток заряда. С помощью MCP73831 вы можете запрограммировать ток быстрой зарядки от 15 мА до 500 мА.

С помощью BQ24092 вы можете запрограммировать ток заряда от 10 мА до 1000 мА.Ток заряда устанавливается через резистор, подключенный к выводу ISET.

Поскольку BQ24092 имеет более высокий максимальный ток заряда, его особенно удобно использовать при зарядке более крупных аккумуляторов.

Как обсуждалось ранее, обычно требуется зарядить литиевую батарею со скоростью 1 C.

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током заряда 500 мА. С другой стороны, если у вас аккумулятор емкостью 1000 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током 1000 мА.

Если вы используете ток заряда ниже 1С, процесс зарядки займет неоправданно много времени. Поскольку все мы хотим, чтобы устройства заряжались как можно быстрее, вы обычно должны заряжать их с максимальной скоростью, разрешенной аккумулятором.

Использование BQ24092 по сравнению с MCP73831 не принесет огромных преимуществ, если вы используете аккумулятор емкостью 500 мАч. Однако, если у вас есть аккумулятор на 1000 мАч, то BQ24092 позволит вам заряжать его в два раза быстрее, чем зарядное устройство Microchip.

Токи предварительной зарядки и завершения зарядки

Для быстрого обзора существует три различных уровня тока заряда, которые обычно необходимо запрограммировать для зарядного устройства:

  1. Ток предварительной зарядки. Это также известно как ток предварительной зарядки или ток постоянной зарядки. Это слабый ток, который предварительно заряжает аккумулятор, если он сильно разряжен. Вы не можете (или не должны) сразу начинать быструю зарядку разряженного литиевого аккумулятора. Думайте об этом этапе предварительной подготовки как о прогреве двигателя вашего автомобиля перед поездкой в ​​холодный зимний день.
  2. Ток быстрой зарядки. Когда аккумулятор достигает определенного уровня заряда, обычно около 10% от полного заряда, заряд переходит в режим быстрой зарядки. Это когда ток заряда максимальный.
  3. Конечный ток. Зарядное устройство выдает регулируемое напряжение и контролирует зарядный ток, поступающий в аккумулятор. Как только зарядный ток опускается ниже определенного порога, называемого порогом отключения, аккумулятор считается полностью заряженным, и процесс зарядки прекращается.

MCP73831 использует один резистор для установки тока предварительной зарядки, тока быстрой зарядки и тока завершения зарядки.

Это может быть несколько ограничивающим фактором, поэтому BQ24092 имеет два отдельных контакта для программирования зарядных токов. Один вывод устанавливает ток быстрой зарядки, а другой вывод устанавливает токи предварительной зарядки и завершения зарядки.

Функция отмены тока заряда для USB

BQ24092 также имеет специальный входной вывод под названием ISET2, который позволяет вам переопределить запрограммированный ток заряда для приложений зарядки на основе USB.

Когда на выводе ISET2 высокий уровень, ток заряда устанавливается на 500 мА. Когда этот вывод остается плавающим, ток заряда падает до 100 мА. Когда на выводе ISET2 установлен низкий уровень, используется запрограммированный ток заряда.

Порт USB на компьютере (на жаргоне USB это называется стандартным нисходящим портом или SDP) может обеспечивать ток не более 500 мА.

В исходной спецификации USB устройство должно было запросить разрешение у хоста (через процесс, называемый перечислением), чтобы потреблять эти 500 мА.Без перечисления максимально допустимый ток составлял всего 100 мА.

Многие устройства (особенно с разряженными батареями) не обнаружили, что 100 мА достаточно даже для включения питания, чтобы начать процесс подсчета. Таким образом, спецификация USB была обновлена ​​в 2013 году, чтобы обеспечить до 500 мА без перечисления.

BQ24092 был выпущен до этого обновления спецификации USB, поэтому он предлагает настройку 100 мА для функциональности USB, хотя этот текущий уровень больше не используется для USB.

Штырь Power Good

И MCP73831, и BQ24092 имеют контакт, который загорается светодиодом, чтобы указать, когда идет зарядка.Этот же вывод можно также использовать в качестве выходного вывода для микроконтроллера, позволяя микроконтроллеру контролировать процесс зарядки.

На зарядном устройстве MCP73831 этот вывод называется выводом STAT, а на BQ24092 — выводом CHG.

Однако, в отличие от MCP73831, BQ24092 также имеет вывод Power Good (PG). Этот вывод указывает (через светодиод или вывод ввода-вывода на микроконтроллер), что источник питания, питающий зарядное устройство, превышает указанный допустимый порог напряжения.

Функция PG полезна, потому что многие компоненты будут работать неправильно, если у них нет соответствующего входного напряжения.

Датчик температуры батареи

Еще одно важное преимущество BQ24092 по сравнению с MCP73831 состоит в том, что он включает в себя вывод измерения температуры. Это позволяет зарядному устройству контролировать температуру батареи и при необходимости регулировать зарядный ток, чтобы батарея не перегревалась.

Существует четыре пороговых значения температуры аккумулятора: 60 ​​° C, 45 ° C, 10 ° C и 0 ° C.Нормальная зарядка происходит при температуре от 10 ° C до 45 ° C.

Если температура аккумулятора находится в пределах от 0 ° C до 10 ° C, то ток быстрой зарядки уменьшается вдвое. Если температура составляет от 45 ° C до 60 ° C, максимальное регулируемое напряжение снижается до 4,1 В. Если температура аккумулятора выше 60 ° C или ниже 0 ° C, зарядное устройство отключается.

Texas Instruments BQ24703

Я особенно рад рассмотреть зарядное устройство BQ4703, потому что это зарядное устройство, которое я разработал для Texas Instruments, когда работал там инженером-конструктором много лет назад.

Это зарядное устройство значительно сложнее, чем первые два, которые мы рассматривали, но в этой статье мы рассмотрим его шаг за шагом.

Мы начнем с рассмотрения нескольких основных моментов, которые отличают это зарядное устройство от двух предыдущих. Затем мы рассмотрим типичную схематическую диаграмму приложения.

Регулятор переключения

BQ24703 имеет много дополнительных функций по сравнению с относительно менее сложными MCP73831 и BQ24092.Однако первое, что отличает это зарядное устройство от других, — это переключаемое зарядное устройство.

Как я уже упоминал, линейные зарядные устройства (такие как MCP73831 и BQ24092) тратят много энергии, особенно если входное напряжение намного выше, чем выходное напряжение.

Эта потерянная мощность рассеивается в виде тепла. Если температура слишком высока, зарядное устройство вынуждено уменьшить ток заряда, чтобы предотвратить перегрев зарядного устройства. В этом случае аккумулятор заряжается дольше.

Как и линейный регулятор, линейное зарядное устройство расходует больше энергии, когда входное напряжение значительно выше, чем выходное напряжение.

Боковое примечание: Линейное зарядное устройство — это на самом деле просто линейный регулятор с возможностью регулирования напряжения или тока (в зависимости от стадии зарядки), поэтому многие из основных концепций применимы к обоим. То же самое верно и для импульсных регуляторов и импульсных зарядных устройств.

Есть два типа переключаемых зарядных устройств, понижающие и повышающие (как и импульсные регуляторы).

Для получения более подробной информации о линейных и импульсных регуляторах см. Мой предыдущий блог о том, как выбрать правильные регуляторы напряжения для вашего проекта.

Понижающий стабилизатор принимает более высокое напряжение и понижает его до более низкого напряжения, в то время как повышающий стабилизатор принимает более низкое напряжение и увеличивает его до более высокого напряжения.

BQ24703 — это понижающее переключаемое зарядное устройство. Следовательно, входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который он пытается зарядить. Этот тип зарядного устройства особенно выгоден по сравнению с линейными зарядными устройствами, когда у вас большой перепад напряжения между входным и выходным напряжениями.

Например, предположим, что ваше входное напряжение составляет 12 В, а ваша батарея литиевая только 3,7 В. Зарядное устройство с понижающей коммутацией, такое как BQ24703, будет тратить намного меньше энергии, чем линейное зарядное устройство в этом приложении.

Он также будет заряжать аккумулятор быстрее, поскольку он сможет оставаться в режиме быстрой зарядки и использовать указанный максимальный ток для зарядки аккумулятора, поскольку он не переходит в режим терморегулирования.

С другой стороны, если входное напряжение составляет всего 5 В (например, с зарядными устройствами USB), то линейное зарядное устройство, вероятно, имеет больше смысла.Линейные зарядные устройства менее сложны, требуют меньшего количества компонентов и дешевле, поэтому используйте импульсные зарядные устройства только тогда, когда это действительно необходимо.

Зарядное устройство для нескольких элементов

Зарядные устройства

для нескольких ячеек позволяют объединять несколько ячеек последовательно для получения более высоких выходных напряжений.

Например, вместо одной ячейки 3,7 В многоэлементное зарядное устройство позволит вам объединить две ячейки 3,7 В для создания двухэлементной батареи 7,4 В. Вы даже можете сложить три ячейки, чтобы получить 11,1 В и так далее.

Рисунок 8 — Двухэлементный литий-полимерный аккумулятор с выходным напряжением 7,4 В.

При зарядке нескольких ячеек с помощью линейного зарядного устройства или зарядного устройства с понижающей коммутацией входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который вы пытаетесь зарядить.

Способом обойти это ограничение является использование импульсного зарядного устройства, которое может принимать небольшое входное напряжение и повышать его до более высокого выходного напряжения. Например, это означает, что с помощью повышающего зарядного устройства вы можете заряжать двухэлементную батарею (Vbat = 7.2 В) от источника питания 5 В.

Динамическое управление питанием

Другая ключевая функция BQ24703 называется динамическим управлением питанием (DPM). Это означает, что зарядное устройство может динамически изменять ток заряда аккумулятора в зависимости от величины доступного тока.

Например, допустим, максимальный ток, который может обеспечить адаптер переменного тока, составляет 1 А, а ваша система потребляет 400 мА, в то время как вы также пытаетесь зарядить аккумулятор. Затем BQ24703 автоматически установит ток заряда аккумулятора на 600 мА.

IBAT = IADPT — ISYS

IBAT = ток заряда аккумулятора, IADPT = ток сетевого адаптера и ISYS = ток системы.

В этом же примере, если ток, требуемый остальной частью системы, внезапно уменьшится до 200 мА, то функция DPM выделит до 800 мА для зарядки аккумулятора. Конечно, это произойдет только в том случае, если быстрая зарядка была установлена ​​на 800 мА или выше.

DPM позволяет аккумулятору всегда заряжаться максимально доступным током.Чем меньше ток использует система, тем больше тока зарядное устройство выделяет для зарядки аккумулятора.

Селекторный переключатель системы

Помимо динамического управления питанием, в BQ24703 также встроен системный селекторный переключатель.

Это позволяет вручную или автоматически отключать питание системы от адаптера переменного тока или аккумулятора.

Например, при питании продукта от адаптера переменного тока, если вы внезапно отключите его от сети, BQ24703 автоматически переключит систему на питание от батареи.

Затем, если вы снова подключите его к розетке переменного тока, вы также можете настроить его на переключение обратно на питание переменного тока.

Эта функция реализуется через два внешних переключателя MOSFET, которые управляются BQ24703.

Схема обзора

Далее мы рассмотрим типичную схему приложения из таблицы данных для BQ24703, чтобы подробнее изучить это зарядное устройство.

См. Типичную схему применения на странице 10 таблицы данных, которая также показана ниже на Рисунке 9.

Рисунок 9 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24703.

МОП-транзисторы: Существует несколько различных МОП-транзисторов, включая U1, U2 и U3. Все это P-MOSFET. Обратите внимание, что U1 не обозначен на схеме, но находится в правом нижнем углу схемы выше.

U1 и U2 выполняют функцию переключателя системы. Когда U1 включен, система питается от батареи, а когда U2 включен, система получает питание непосредственно от адаптера переменного тока.

U1 управляется выводом BATDRV, а U2 управляется выводом ACDRV на BQ24703.

Эти переключатели называются прерыванием перед включением, что означает, что один переключатель выключается до включения другого. Это гарантирует, что оба переключателя никогда не будут включены одновременно, что приведет к замыканию напряжения адаптера переменного тока непосредственно на батарею.

Понижающий импульсный стабилизатор: МОП-транзистор с маркировкой U3 в сочетании с диодом D4 и индуктором L1 образуют основную схему понижающего импульсного зарядного устройства.Затвор U3 управляется BQ24703 через вывод PWM.

Ток адаптера переменного тока (ACP / ACN): На входе адаптера переменного тока находится резистор R14, который является чувствительным резистором. BQ24703 измеряет падение напряжения на этом резисторе, чтобы определить ток адаптера переменного тока. R13, R15 и C3 все образуют фильтр нижних частот, поэтому любой коммутационный шум удаляется из напряжения считывания тока адаптера.

Все это позволяет зарядному устройству измерять ток, потребляемый от адаптера переменного тока.Это важно, чтобы зарядное устройство знало, как динамически управлять мощностью (DPM) и сколько тока доступно для зарядки аккумулятора.

Вывод ACDET: Также имеется вывод обнаружения переменного тока, который служит для обнаружения адаптера переменного тока. Это всего лишь один вывод, который подключается к напряжению адаптера переменного тока через резисторный делитель. Это позволяет зарядному устройству узнать, присутствует ли адаптер переменного тока.

Если вы запитали систему напрямую от адаптера переменного тока и внезапно отключите его, зарядное устройство обнаружит, что он отключен, и автоматически переключится на питание системы от аккумулятора.

Вывод IBAT: Вывод IBAT выдает напряжение, пропорциональное току заряда аккумулятора. Вы можете передать это в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в микроконтроллере, чтобы контролировать ток зарядки аккумулятора.

Штырь VREF. Вывод VREF выдает регулируемое напряжение 5 В, которое можно использовать в качестве точного опорного напряжения для любой уставки резисторного делителя или для подтягивающих резисторов на любом из выходов с открытым стоком.

ACSEL: Контакт выбора переменного тока позволяет вручную выбрать, от адаптера переменного тока или от батареи питается система.

АВАРИЙНЫЙ СИГНАЛ: Состояние аварийного сигнала генерируется, если обнаруживается, что батарея разряжена.

ACPRES: Контакт наличия переменного тока — это выход, который сообщает вам, присутствует ли адаптер переменного тока или нет.

SRSET и ACSET: Это два напряжения, которые вы устанавливаете через резистивный делитель, который устанавливает ток адаптера и ток заряда аккумулятора.

VS: Этот вывод контролирует напряжение системы, чтобы реализовать функцию прерывания перед включением, которую я упомянул для функции переключателя системы.

BATP: Этот вывод контролирует выходное напряжение на батарее через резистивный делитель. Это образует контур обратной связи, который регулирует выходное напряжение зарядного устройства.

BATDEP: Этот вывод подключается к другому резистивному делителю напряжения батареи. Он предназначен для настройки сигнализации, если напряжение батареи упадет ниже определенного напряжения (которое задается соотношением резисторов в делителе).

COMP: Любая цепь, имеющая петлю обратной связи, может стать генератором, если эта обратная связь станет положительной.RC-цепь, подключенная к этому выводу, помогает компенсировать этот контур обратной связи, чтобы предотвратить нежелательные колебания.

SRP / SRN: Эти два контакта подключаются к измерительному резистору для измерения тока заряда аккумулятора. Как и в случае с резистором считывания адаптера переменного тока, имеется фильтр нижних частот (R19, R21 и C8) для фильтрации любых помех переключения.

VHSP: Это внутренний вывод источника напряжения, который генерирует напряжение, которое на фиксированное число вольт ниже напряжения адаптера переменного тока.Это напряжение затем используется для управления P-FETS с фиксированным напряжением затвора.

Если напряжение адаптера переменного тока выше 10,5 В, тогда VHSP будет равно напряжению адаптера минус 10 В. Например, если напряжение адаптера составляет 12 В, то VHSP будет равно 2 В. Это сделано для того, чтобы гарантировать, что полевые транзисторы не получают напряжение привода затвора выше, чем они могут выдержать.

Заключение

В этой серии мы внимательно рассмотрели три различных решения для зарядных устройств, которые хорошо работают в новых электронных продуктах.

Мы начали с относительно простого MCP73831 от Microchip. Это одноэлементное линейное зарядное устройство с максимальным током заряда 500 мА. Это может быть хорошим решением для многих зарядных устройств на базе USB.

При выборе линейного зарядного устройства не забывайте обращать пристальное внимание на тип корпуса, мощность и максимальную температуру окружающей среды, при которой будет работать ваш продукт. Ничто не убьет ваш стартап быстрее, чем сжечь клиента, поэтому обязательно защитите аккумулятор, чтобы избежать перезарядки или короткого замыкания.

Затем мы рассмотрели немного более продвинутый BQ24092 от Texas Instruments. Как и MCP73831, это одноэлементное линейное зарядное устройство, но оно имеет максимальный ток зарядки до 1А.

Он предлагает больший контроль над токами предварительной зарядки и быстрой зарядки и имеет различные состояния завершения, которые вы можете программировать независимо. Он также включает в себя контактный датчик температуры для контроля температуры батареи.

Наконец, мы рассмотрели один из моих проектов — BQ24703.Это понижающее зарядное устройство с переключателем и возможностью заряжать несколько ячеек. Он также включает расширенные функции, такие как динамическое управление питанием и переключатель системы.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который вам может понравиться:

Стабилизатор тока на базе ШИМ

для зарядного устройства

Привет,

кажется, если вы приведете простой пример, вы узнаете, что происходит….
(Это должно быть вашей частью … по крайней мере, чтобы предоставить некоторые данные или другую информацию … теперь мы просто можем предположить, что вы хотите сделать …)

Представьте, что вы хотите зарядить свинцово-кислотную батарею.
Когда батарея разряжена, вы увидите, возможно, 10,5 В.
Когда она будет медленно полностью заряжена, вы увидите 13,8 В.
Когда вы используете пиковую зарядку, она вырастет до 14,4 В.

1) Теперь представьте, что у вас есть блок питания на 6 В.
С вашей схемой невозможно зарядить аккумулятор, потому что ваше входное напряжение меньше напряжения аккумулятора.
-> решение состоит в том, чтобы использовать повышающее зарядное устройство, чтобы увеличить входное напряжение до напряжения батареи.

2) А теперь представьте, что у вас есть блок питания на 20 В.
С вашей схемой практически невозможно зарядить аккумулятор, даже если у вас достаточно напряжения. Используя MOSFET в качестве переключателя, вы получаете непредсказуемый ток.
(Если теперь вы говорите, что это предсказуемо, тогда вы должны сообщить нам токи после включения полевого МОП-транзистора. После 1 мкс, после 10 мс, после 100 мкс, через 1 мс, после 10 мс …)
Следовательно, вам нужна индуктивность накопителя, чтобы получить предсказуемый ток (нарастание), и вам нужен диод, чтобы подтолкнуть энергию (хранящуюся в индуктивности) к батарее (в то время, когда полевой МОП-транзистор выключен).
Этот пульсирующий (в форме треугольника Мабе) ток можно отфильтровать -> АЦП -> ПИД -> ШИМ …
.. и теперь у вас есть понижающее зарядное устройство. (Единственная разница между этим и типичным DCDC преобразователем состоит в том, что здесь обратная связь представляет собой ток, а не напряжение)

3) Теперь представьте, что у вас есть источник питания 12 В.
, то вам понадобится понижающее зарядное устройство, когда батарея почти разряжена, и повышающее зарядное устройство, когда батарея почти полностью заряжена. Классическое повышающее зарядное устройство.

****
Судя по вашему предыдущему посту, ваше мышление сосредоточено только на «текущем».Но это только половина правды. Позаботьтесь и о напряжении.
Входное напряжение, напряжение аккумулятора …

Klaus

Основы управления солнечным зарядом

| Северная Аризона Wind & Sun

Купите наш выбор контроллеров заряда от солнечных батарей здесь .

Что такое контроллер заряда от солнечных батарей?

Контроллер заряда или регулятор заряда — это, по сути, регулятор напряжения и / или тока, предназначенный для предотвращения перезарядки аккумуляторов.Он регулирует напряжение и ток, поступающие от солнечных панелей к батарее. Большинство панелей «12 вольт» выдают от 16 до 20 вольт, поэтому, если нет регулирования, батареи будут повреждены из-за перезарядки. Большинству аккумуляторов для полной зарядки требуется от 14 до 14,5 вольт.

Всегда ли нужен контроллер заряда?

Не всегда, но обычно. Как правило, нет необходимости в контроллере заряда с небольшими частями обслуживания или панелях постоянного заряда, таких как панели от 1 до 5 Вт.Приблизительное правило состоит в том, что если панель выдает около 2 Вт или меньше на каждые 50 ампер-часов батареи, то она вам не нужна.

Например, стандартный залитый аккумулятор для гольф-кара составляет около 210 ампер-часов. Таким образом, чтобы поддерживать последовательную пару из них (12 В) только для обслуживания или хранения, вам понадобится панель мощностью около 4,2 Вт. Популярные 5-ваттные панели достаточно близки и не нуждаются в контроллере. Если вы обслуживаете батареи AGM глубокого разряда, такие как Concorde Sun Xtender, вы можете использовать панель меньшего размера на 2–2 Вт.

Почему панели на 12 вольт — это 17 вольт?

Тогда возникает очевидный вопрос — «почему панели не созданы только для вывода 12 вольт». Причина в том, что если вы это сделаете, панели будут обеспечивать питание только в прохладном месте, в идеальных условиях и на ярком солнце. В большинстве случаев это не то, на что можно рассчитывать. Панели должны обеспечивать дополнительное напряжение, чтобы, когда солнце находится низко в небе, или у вас сильная дымка, облачность или высокие температуры *, вы все равно получаете некоторую мощность от панели.Полностью заряженная «12-вольтовая» батарея составляет около 12,7 вольт в состоянии покоя (примерно от 13,6 до 14,4 в режиме зарядки), поэтому панель должна выдержать, по крайней мере, столько же в наихудших условиях.

* Вопреки интуиции, солнечные батареи лучше всего работают при более низких температурах. Грубо говоря, панель мощностью 100 Вт при комнатной температуре будет панелью на 83 Вт при температуре 110 градусов.

Подробная информация о контроллерах заряда MPPT.

Контроллер заряда регулирует напряжение на выходе панели от 16 до 20 вольт до уровня, необходимого для батареи в данный момент.Это напряжение будет варьироваться от 10,5 до 14,6, в зависимости от уровня заряда батареи, типа батареи, режима работы контроллера и температуры. (см. полную информацию о напряжениях аккумуляторов в нашем разделе о аккумуляторах).

Использование панелей высокого напряжения (стяжки) с батареями

Почти все фотоэлектрические панели мощностью более 140 Вт НЕ являются стандартными 12-вольтовыми панелями и не могут (или, по крайней мере, не должны) использоваться со стандартными контроллерами заряда. Напряжения на решетчатых панелях сильно различаются, обычно от 21 до 60 вольт или около того.Некоторые из них представляют собой стандартные панели на 24 В, но большинство — нет.

Что происходит при использовании стандартного контроллера

Standard (то есть все, кроме типов MPPT), часто будет работать с панелями высокого напряжения, если не превышено максимальное входное напряжение контроллера заряда. Однако вы потеряете много энергии — от 20 до 60% от того, на что рассчитана ваша панель. Органы управления зарядкой принимают выходной сигнал панелей и подают ток на батарею до тех пор, пока она не будет полностью заряжена, обычно около 13.От 6 до 14,4 вольт. Панель может выдавать только определенное количество ампер, поэтому, хотя напряжение снижается с, скажем, 33 вольт до 13,6 вольт, амперы с панели не могут превышать номинальный ток — так что с панелью на 175 ватт, рассчитанной на 23 в / 7,6 вольт. ампер, вы получите только 7,6 ампер при 12 вольт или около того в батарею. Закон Ома гласит, что ватт — это вольт x ампер, поэтому ваша 175-ваттная панель потребляет только около 90 ватт в батарее.

Использование контроллера MPPT с панелями высокого напряжения

Единственный способ получить полную мощность от солнечных панелей с высоковольтной сеткой — это использовать контроллер MPPT.См. Ссылку выше для получения подробной информации о контроле заряда MPPT. Поскольку большинство элементов управления MPPT могут потреблять до 150 В постоянного тока (некоторые могут быть выше, до 600 В постоянного тока) на стороне входа солнечной панели, вы часто можете последовательно соединить две или более панели высокого напряжения, чтобы уменьшить потери в проводе или использовать провод меньшего размера. . Например, с упомянутой выше 175-ваттной панелью 2 из них последовательно дадут вам 46 вольт при 7,6 ампер на контроллер MPPT, но контроллер преобразует это примерно до 29 ампер при 12 вольт.

Типы контроллеров зарядного устройства

Элементы управления зарядкой бывают всех форм, размеров, функций и цен. Они варьируются от небольшого блока управления на 4,5 А (Sunguard) до программируемых контроллеров MPPT от 60 до 80 А с компьютерным интерфейсом. Часто, если требуются токи более 60 ампер, два или более блока от 40 до 80 ампер подключаются параллельно. Наиболее распространенные элементы управления, используемые для всех систем на батарейках, находятся в диапазоне от 4 до 60 ампер, но некоторые из новых элементов управления MPPT, такие как Outback Power FlexMax, достигают 80 ампер.

Элементы управления зарядкой бывают 3 основных типов (с некоторым перекрытием):

Простые одно- или двухступенчатые регуляторы , которые используют реле или шунтирующие транзисторы для управления напряжением в один или два этапа. По сути, они просто замыкают или отключают солнечную панель при достижении определенного напряжения. С практической точки зрения это динозавры, но некоторые из них все еще встречаются на старых системах, а некоторые из супердешевых продаются в Интернете. Их единственная реальная претензия на славу — их надежность — у них так мало компонентов, что сломать нечего.

3-ступенчатый и / или ШИМ , например Morningstar, Xantrex, Blue Sky, Steca и многие другие. Сейчас это в значительной степени отраслевой стандарт, но иногда вы все еще можете встретить некоторые из старых типов шунтов / реле, например, в очень дешевых системах, предлагаемых дискаунтерами и массовыми маркетологами.

Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT), например, производства Midnite Solar, Xantrex, Outback Power, Morningstar и других. Это лучшие контроллеры с соответствующими ценами, но с эффективностью в диапазоне от 94% до 98% они могут сэкономить значительные деньги на более крупных системах, поскольку они обеспечивают на 10–30% больше энергии для батареи.Для получения дополнительной информации см. Нашу статью о MPPT.

Большинство контроллеров поставляются с каким-либо индикатором: простым светодиодом, серией светодиодов или цифровыми индикаторами. Многие новые модели, такие как Outback Power, Midnite Classic, Morningstar MPPT и другие, теперь имеют встроенные компьютерные интерфейсы для мониторинга и управления. В самых простых обычно есть всего пара маленьких светодиодных ламп, которые показывают, что у вас есть питание и что вы получаете какой-то заряд. Большинство тех, у кого есть измерители, будут показывать как напряжение, так и ток, исходящий от панелей, и напряжение батареи.Некоторые также показывают, какой ток снимается с клемм НАГРУЗКИ.

Все контроллеры заряда, которые мы имеем в наличии, относятся к трехступенчатым ШИМ-модулям и модулям MPPT. (на самом деле «4 ступени» — это своего рода рекламный ажиотаж — раньше это называлось эквалайзером, но кто-то решил, что 4 ступени лучше 3). А сейчас мы даже видим такую, которая рекламируется как «5-ступенчатая» ….

Что такое выравнивание?

Equalization делает то, что следует из названия, — пытается уравновесить — или сделать все элементы в батарее или блоке батарей точно равным зарядом.По сути, это период перезаряда, обычно в диапазоне от 15 до 15,5 вольт. Если у вас есть некоторые ячейки в цепочке ниже, чем другие, они все будут загружены на полную мощность. В залитых батареях он также выполняет важную функцию размешивания жидкости в батареях, вызывая пузырьки газа. Конечно, в доме на колесах или лодке это обычно не имеет большого значения, если вы не стояли на стоянке в течение нескольких месяцев, поскольку обычное движение приведет к тому же результату. Кроме того, в системах с небольшими панелями или крупногабаритными аккумуляторными системами вам может не хватить тока, чтобы действительно сильно пузыриться.Во многих автономных системах аккумуляторы также могут быть уравновешены с помощью генератора + зарядного устройства.

Что такое ШИМ?

Довольно много регуляторов заряда имеют режим «ШИМ». ШИМ расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. ШИМ часто используется как один из методов подзарядки. Вместо постоянного выходного сигнала контроллера он посылает на батарею серию коротких зарядных импульсов — очень быстрое переключение «вкл / выкл». Контроллер постоянно проверяет состояние батареи, чтобы определить, насколько быстро посылать импульсы и какой длины (ширины) они будут.В полностью заряженном аккумуляторе без нагрузки он может просто «тикать» каждые несколько секунд и посылать на аккумулятор короткий импульс. В разряженной батарее импульсы будут очень длинными и почти непрерывными, или контроллер может перейти в режим «полного включения». Контроллер проверяет уровень заряда аккумулятора между импульсами и каждый раз настраивается сам.

Обратной стороной ШИМ является то, что он также может создавать помехи в радиоприемниках и телевизорах из-за генерируемых им резких импульсов. Если у вас проблемы с шумом от вашего контроллера, см. Эту страницу.

Что такое выход «нагрузка» или «отключение при низком напряжении»?

Некоторые контроллеры также имеют выход «LOAD» или LVD, который можно использовать для небольших нагрузок, таких как небольшие приборы и освещение. Преимущество заключается в том, что клеммы нагрузки имеют низковольтный разъединитель, поэтому он отключит все, что подключено к клеммам нагрузки, и не позволит разрядить аккумулятор слишком сильно. Выход НАГРУЗКА часто используется для небольших некритических нагрузок, таких как освещение. Некоторые из них, такие как Schneider Electric C12, также можно использовать в качестве контроллера освещения, чтобы включать свет в темноте, но контроллер освещения Morningstar SLC обычно является лучшим выбором для этого. Не используйте выход LOAD для работы любых инверторов, кроме очень маленьких. Инверторы могут иметь очень высокие импульсные токи и могут привести к выходу контроллера из строя.

Большинству систем функция LVD не нужна — она ​​может управлять только небольшими нагрузками. В зависимости от номинала контроллера это может быть от 6 до 60 ампер. Вы не можете запустить какой-либо инвертор, кроме самого маленького, с выхода LOAD. На некоторых контроллерах, таких как серия Morningstar SS, выход нагрузки может использоваться для управления сверхмощным реле для управления нагрузкой, запуска генератора и т. Д.Выход LOAD или LVD чаще всего используется в RV и удаленных системах, таких как камеры, мониторы и сайты сотовых телефонов, где нагрузка невелика и сайт не обслуживается.

Какие терминалы «Sense» на моем контроллере?

Некоторые контроллеры заряда имеют пару «сенсорных» терминалов. Сенсорные клеммы пропускают очень низкий ток, самое большее около 1/10 миллиампера, поэтому нет падения напряжения. Что он делает, так это «смотрит» на напряжение батареи и сравнивает его с тем, что выдает контроллер.Если есть падение напряжения между контроллером заряда и аккумулятором, он немного поднимет выходной сигнал контроллера для компенсации.

Они используются только тогда, когда у вас есть длинный провод между контроллером и аккумулятором. Эти провода не пропускают ток и могут быть довольно маленькими — от №20 до №16 AWG. Мы предпочитаем использовать №16, потому что его нелегко разрезать или случайно раздавить. Они подключаются к клеммам SENSE на контроллере и к тем же клеммам, что и два провода зарядки на конце аккумулятора.

Что такое «Монитор системы батареи»?

Системные мониторы аккумуляторных батарей, такие как Bogart Engineering TriMetric 2025A, не являются контроллерами. Вместо этого они контролируют вашу систему батарей и дают вам довольно хорошее представление о состоянии вашей батареи, а также о том, что вы используете и генерируете. Они отслеживают общее количество ампер-часов в батареях и разрядах, состояние заряда батареи и другую информацию. Они могут быть очень полезны для средних и крупных систем для точного отслеживания того, что ваша система делает с различными источниками зарядки.Они несколько излишни для небольших систем, но являются своего рода забавной игрушкой, если вы хотите увидеть, что делает каждый усилитель :-). Новая модель TriMetric PentaMetric также имеет компьютерный интерфейс и многие другие функции.

Для получения полного списка всех наших контроллеров заряда, чтобы узнать цены или сделать заказ в Интернете, посетите нашу страницу Контроллеры заряда в нашем интернет-магазине. Информацию о мониторах батарей, измерителях и шунтах см. На нашей странице «Измерители и мониторы».

Схема зарядного устройства с индикатором, защитой от перегрузки по току и перезарядки

Зарядное устройство LM317 со схемой максимальной токовой защиты

Схема представляет собой схему зарядного устройства LM317 с регулировкой напряжения и тока 6 В, которая генерирует регулируемый выходной сигнал 6 В постоянного тока.

Трансформатор T1 понижает входное напряжение 230 В / 50 Гц переменного тока до 6 В переменного тока. Затем он был преобразован в постоянный ток 6 В с помощью схемы мостового выпрямителя. Конденсатор C1 фильтрует выпрямленный выход.

В схеме используется стабилизатор LM317, который представляет собой регулируемый линейный стабилизатор положительного напряжения, который может работать в диапазоне входного напряжения 3-40 В.

Значение резистора R1 и R2 определяет значение выходного напряжения LM317.

Уравнение для выходного напряжения LM317, Vout = 1.25 * (1+ R2 / R1)

В данной схеме комбинация резисторов (R1 и R2) будет иметь максимальное выходное напряжение 6,125 В.

LM317 имеет максимальный рабочий ток 1,5 А, с внутренним ограничением тока и защитой от тепловой перегрузки. Но схема уже разработана с дополнительной защитой от перегрузки по току. Устройство ограничения тока регулирует выходное напряжение LM317, чтобы ограничить ток, превышающий фиксированное значение. Входное напряжение аккумулятора будет регулироваться автоматически в соответствии с зарядным током.Выходное напряжение схемы изменяется от 1,25 В до 6,125 В. Когда ток, протекающий через чувствительный резистор R3, увеличивается, базовый ток Q1 также увеличивается. Таким образом, это уменьшит сопротивление на R2 и, следовательно, значение V из .

Эта схема предназначена для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов 6V 4.5AH. Но выходное напряжение и ограничение тока схемы можно изменить для использования с другими батареями. Напряжение зарядки и ток зависят от значения сопротивления R2 и R3 соответственно.Таким образом, заменив резисторы R2 и R3 потенциометром, мы всегда сможем отрегулировать выходное напряжение и ток цепи.

Но при использовании схемы с другими батареями следует учитывать скорость зарядки и другие параметры.

LM317 — регулятор напряжения IC

Резистор — R1, R4 — 1 кОм, R2 — 3,9 кОм, R3 — 2 Ом

Конденсатор — C1 — 2200 мкФ

Диод — D1-D5 -1N4007

Транзистор — Q1- BC547

Трансформатор — Т1- 230В / 6В, 1А

Автоматическое зарядное устройство со светодиодным индикатором и схемой защиты от перезарядки

Здесь схема для цепи автоматического зарядного устройства 6 В с защитой от перезаряда, светодиодным индикатором зарядки и функцией ограничения тока.

Схема управляет зарядкой батареи, принимая обратную связь по напряжению на клеммах батареи. Схема заряжает аккумулятор до тех пор, пока его напряжение ниже порогового значения. И если оно достигает значения, равного пороговому, схема автоматически отключает питание от батареи.

Светодиоды D1 и D2 показывают статус, заряжается аккумулятор или нет. Красный свет (светодиод D2) указывает на то, что аккумулятор заряжается, а зеленый свет (светодиод D1) указывает, что аккумулятор полностью заряжен.

Схема зарядного устройства батареи может работать с широким диапазоном входных напряжений питания постоянного тока. Схема может работать в диапазоне напряжений примерно от 6,2 В до 18 В (максимальное рабочее напряжение IC7555).

Работа схемы

Обычно микросхема 555 имеет пороговое и пусковое напряжение 2/3 и 1/3 напряжения питания соответственно.

Здесь стабилитрон 1N4735 на 6,2 В подключен к клемме управляющего напряжения (вывод 5), как показано на схеме.Триггерный вход (контакт 2) подключен через сеть делителя напряжения, а пороговый вход (контакт 6) подключен напрямую от батареи. Это регулирует пороговое напряжение и напряжение запуска до фиксированного значения 6,2 В и 3,1 В для любых значений входного напряжения выше 6,2 В.

Выход (контакт 3) 7555 подключен к базе транзистора Q1, который контролирует ток зарядки аккумулятора. Когда напряжение батареи опускается ниже 6,2 В, вход триггера на контакте 2 становится равным 3.1В. Затем выход переключается в состояние высокого уровня и включается транзистор Q1. Точно так же, когда напряжение достигает порогового значения 6,2 В, выход переходит в низкое состояние и отключает Q1.

Схема с транзисторами Q1 и Q2 работает как схема ограничения тока. Когда ток, протекающий к батарее, увеличивается, это также пропорционально увеличивает падение напряжения на резисторе R6 считывания тока. Таким образом, базовый ток транзистора Q1 снижается транзистором Q2 и уменьшает ток коллектора через Q1.Таким образом, схема может ограничить любую возможность перегрузки по току.

Необходимые компоненты

Микросхема -IC1 — 7555

Резистор — R1, R2, R3, R7, R8 — 1K, R4, R5 — 100K

Диод — D1 — зеленый светодиод, D2 — красный светодиод, D3 — стабилитрон 1N4735

Транзистор — Q1 — 2N2222, Q2 — BC547

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.