Conception et principe de fonctionnement du contrôleur de protection de batterie Li-ion/polymère

Si vous démontez une batterie de téléphone portable, vous constaterez qu'un petit circuit imprimé. C'est ce qu'on appelle le circuit de protection, ouCI de protection. En raison de ses caractéristiquesbatteries à lithiumnécessitent une surveillance constante. Examinons de plus près comment le circuit de protection est structuré et de quels éléments il se compose.

Circuit contrôleur de charge ordinaire batterie au lithium représente petit supplément, sur lequel est monté un circuit électronique composé de composants CMS. Le circuit contrôleur d'une cellule ("banque") à 3,7 V est généralement constitué de deux microcircuits. Une puce de contrôle et l'autre exécutive - un assemblage de deux transistors MOSFET.

La photo montre une carte contrôleur de charge à partir d'une batterie de 3,7 V.

Un microcircuit étiqueté DW01-P dans un petit boîtier est essentiellement le « cerveau » du contrôleur. Voici un schéma de circuit typique pour connecter ce microcircuit. Sur le schéma G1 est une cellule de batterie lithium-ion ou polymère. FET1, FET2 sont des transistors MOSFET.

Tsokolevka, apparence et l'affectation des broches de la puce DW01-P.

Les transistors MOSFET ne sont pas inclus dans le microcircuit DW01-P et se présentent sous la forme d'un assemblage de microcircuit séparé de 2 transistors MOSFET de type N. Généralement, un assemblage étiqueté 8205 est utilisé et le boîtier peut être soit à 6 broches (SOT-23-6), soit à 8 broches (TSSOP-8). L'assemblage peut être étiqueté comme TXY8205A, SSF8205, S8205A, etc. Vous pouvez également trouver des assemblages marqués 8814 et similaires.

Voici le brochage et la composition de la puce S8205A dans le boîtier TSSOP-8.

Deux transistors à effet de champ sont utilisés pour contrôler séparément la décharge et la charge de la cellule de batterie. Pour plus de commodité, ils sont fabriqués dans un seul étui.

Le transistor (FET1) connecté à la broche OD ( Décharge excessive) Microcircuit DW01-P, contrôle la décharge de la batterie - connecte/déconnecte la charge. Et celui (FET2) qui est connecté à la broche OC ( Surcharge) - connecte/déconnecte la source d'alimentation (chargeur). Ainsi, en ouvrant ou en fermant le transistor correspondant, vous pouvez, par exemple, éteindre la charge (consommateur) ou arrêter de charger la cellule de la batterie.

Examinons la logique de la puce de contrôle et l'ensemble du circuit de protection dans son ensemble.

Protection contre les surcharges.

Comme vous le savez, la surcharge d'une batterie au lithium au-dessus de 4,2 à 4,3 V entraîne une surchauffe et même une explosion.

Si la tension de la cellule atteint 4,2 - 4,3 V ( Tension de protection contre les surcharges - COVCP), puis la puce de contrôle ferme le transistor FET2, empêchant ainsi la poursuite de la charge de la batterie. La batterie sera déconnectée de la source d'alimentation jusqu'à ce que la tension aux bornes de la cellule descende en dessous de 4 - 4,1 V ( Tension de libération de surcharge - VOCR) en raison de l'autodécharge. Ceci n'est le cas que si aucune charge n'est connectée à la batterie, par exemple si elle est retirée d'un téléphone portable.

Si la batterie est connectée à une charge, le transistor FET2 s'ouvre à nouveau lorsque la tension aux bornes de la cellule descend en dessous de 4,2 V.

Protection contre les décharges excessives.

Si la tension de la batterie descend en dessous de 2,3 - 2,5 V ( Tension de protection contre les surcharges- VODP), puis le contrôleur désactive le transistor MOSFET de la décharge FET1 - il est connecté à la broche DO.

Il y a tout à fait état intéressant . Jusqu'à ce que la tension sur la cellule de la batterie dépasse 2,9 - 3,1 V ( Tension de libération de décharge excessive - VODR), la charge sera complètement déconnectée. Il y aura 0 V aux bornes du contrôleur. Ceux qui connaissent peu la logique du circuit de protection peuvent confondre cet état de fait avec la « mort » de la batterie. Voici juste un petit exemple.

Batterie miniature Li-polymère 3,7V provenant d'un lecteur MP3. Composition : contrôleur de contrôle - G2NK (série S-8261), assemblage de transistors à effet de champ - KC3J1.

La batterie s'est déchargée en dessous de 2,5 V. Le circuit de commande l'a déconnecté de la charge. La sortie du contrôleur est de 0 V.

De plus, si vous mesurez la tension sur la cellule de la batterie, après avoir déconnecté la charge, elle a légèrement augmenté et a atteint un niveau de 2,7 V.

Pour que le contrôleur reconnecte la batterie au « monde extérieur », c'est-à-dire à la charge, la tension sur la cellule de la batterie doit être de 2,9 à 3,1 V ( VODR).

Une question très raisonnable se pose ici.

Le diagramme montre que les bornes de drain des transistors FET1, FET2 sont connectées ensemble et ne sont connectées nulle part. Comment le courant circule-t-il dans un tel circuit lorsque la protection contre les surcharges est déclenchée ? Comment pouvons-nous recharger à nouveau le « pot » de la batterie pour que le contrôleur rallume le transistor de décharge - FET1 - ?

Si vous fouillez dans les fiches techniques des puces de protection Li-ion/polymère (y compris DW01-P,G2NK), vous découvrirez alors qu'après le déclenchement de la protection contre les décharges profondes, le circuit de détection de charge fonctionne - Détection du chargeur. Autrement dit, une fois connecté chargeur le circuit détectera que le chargeur est connecté et permettra le processus de charge.

La charge jusqu'à un niveau de 3,1 V après une décharge profonde d'une pile au lithium peut prendre très longtemps - plusieurs heures.

Pour restaurer une batterie lithium-ion/polymère, vous pouvez utiliser des appareils spéciaux, par exemple le chargeur universel Turnigy Accucell 6. Vous pouvez découvrir comment procéder.

C'est avec cette méthode que j'ai réussi à restaurer une batterie Li-polymère 3,7V à partir d'un lecteur MP3. La charge de 2,7 V à 4,2 V a pris 554 minutes et 52 secondes, ce qui est plus de 9 heures ! C’est la durée pendant laquelle une charge de « récupération » peut durer.

Entre autres choses, la fonctionnalité des microcircuits de protection des batteries au lithium comprend une protection contre les surintensités ( Protection contre les surintensités) et court-circuit. La protection contre les surintensités se déclenche en cas de chute soudaine de tension d'une certaine valeur. Après cela, le microcircuit limite le courant de charge. S'il y a un court-circuit (court-circuit) dans la charge, le contrôleur l'éteint complètement jusqu'à ce que le court-circuit soit éliminé.

Transistor à effet de champ à grille isolée

Aujourd'hui, parmi un nombre suffisant de variétés de transistors, on distingue deux classes : p-n- les transistors de transition (bipolaires) et les transistors à grille semi-conductrice isolée (effet de champ). Un autre nom que l'on peut trouver pour décrire les transistors à effet de champ est MOS (métal-oxyde-semiconducteur) en raison du fait que l'oxyde de silicium (SiO 2) est principalement utilisé comme matériau diélectrique. Un autre nom assez courant est MIS (métal - diélectrique - semi-conducteur).

Quelques précisions. Vous pouvez souvent entendre les termes MOSFET, mosfet, Transistor MOS. Ce terme est parfois trompeur pour les débutants en électronique.

Qu'est-ce qu'un MOSFET ?

MOSFET est l'abréviation de deux expressions anglaises : Metal-Oxide-Semiconductor (métal - oxyde - semi-conducteur) et Field-Effect-Transistors (transistor contrôlé par champ électrique). Par conséquent, un MOSFET n’est rien de plus qu’un transistor MOS ordinaire.

Je pense qu'il est désormais clair que les termes mosfet, MOSFET, MOS, MOS, MOS signifient la même chose, à savoir un transistor à effet de champ à grille isolée.

Il convient de rappeler qu'avec l'abréviation MOSFET, l'abréviation J-FET (Junction) est utilisée. Les transistors J-FET sont également des transistors à effet de champ, mais un tel transistor est contrôlé en utilisant gestionnaire p-n transition. Ces transistors, contrairement aux MOSFET, ont une structure légèrement différente.

Le principe de fonctionnement d'un transistor à effet de champ.

L'essence du fonctionnement d'un transistor à effet de champ est la capacité de contrôler le courant qui le traverse à l'aide d'un champ électrique (tension). Cela se compare avantageusement aux transistors bipolaires, où un courant de sortie important est contrôlé à l'aide d'un faible courant d'entrée.

Jetons un coup d'œil à un modèle simplifié de transistor à effet de champ avec une grille isolée (voir figure). Puisque les transistors MOS sont livrés avec différents types conductivité (n ou p), alors la figure montre un transistor à effet de champ avec une grille isolée et un canal de type n.

La base du transistor MOS est :

Substrat de silicium . Le substrat peut être un semi-conducteur de type p ou de type n. Si le substrat est de type P, le semi-conducteur contient davantage d'atomes chargés positivement aux sites du réseau cristallin de silicium. Si le substrat est de type n, alors le semi-conducteur contient davantage d’atomes chargés négativement et d’électrons libres. Dans les deux cas, la formation d'un semi-conducteur de type p ou n est réalisée grâce à l'introduction d'impuretés.

Régions n+ du semi-conducteur . Ces régions sont fortement enrichies en électrons libres (d’où le « + »), ce qui est obtenu en introduisant une impureté dans le semi-conducteur. Les électrodes de source et de drain sont connectées à ces zones.

Diélectrique . Il isole l'électrode de grille du substrat de silicium. Le diélectrique lui-même est constitué d'oxyde de silicium (SiO 2). Une électrode de grille, l'électrode de commande, est connectée à la surface du diélectrique.

Décrivons maintenant brièvement comment tout cela fonctionne.

Si une tension positive est appliquée entre la grille et la source ( + ) à la borne de grille, un champ électrique transversal est alors formé entre la borne de grille métallique et le substrat. Ceci, à son tour, commence à attirer les électrons libres chargés négativement, dispersés en petites quantités dans le substrat de silicium, vers la couche superficielle du diélectrique.

En conséquence, un nombre suffisamment important d'électrons s'accumule dans la couche superficielle et un soi-disant canal se forme - région conductrice. Sur la figure, le canal est représenté en bleu. Le fait que le canal soit de type n signifie qu’il est constitué d’électrons. Comme on peut le voir, une sorte de « pont » se forme entre les bornes source et drain, et, en fait, leurs régions n+, qui conduisent le courant électrique.

Le courant commence à circuler entre la source et le drain. Ainsi, grâce à la tension de commande externe, la conductivité du transistor à effet de champ est contrôlée. Si vous supprimez la tension de commande de la grille, le canal conducteur dans la couche proche de la surface disparaîtra et le transistor se fermera et cessera de laisser passer le courant. Il convient de noter que la figure du modèle simplifié montre un transistor à effet de champ avec un canal de type n. Il y a aussi transistors à effet de champ avec canal de type p.

Le modèle présenté est très simplifié. En réalité, la conception d’un transistor MOS moderne est bien plus complexe. Mais malgré cela, le modèle simplifié montre clairement et simplement l'idée qui a été introduite dans le dispositif d'un transistor à effet de champ à grille isolée.

Entre autres choses, les transistors à effet de champ à grille isolée sont de types appauvris et enrichis. La figure montre simplement un transistor à effet de champ enrichi - dans lequel le canal est « enrichi » en électrons. Dans un transistor à déplétion, les électrons sont déjà présents dans la zone du canal, de sorte que le transistor laisse passer le courant sans tension de commande à la grille. Les caractéristiques courant-tension des transistors à effet de champ appauvris et enrichis diffèrent considérablement.

Vous pouvez en savoir plus sur la différence entre les transistors MOSFET enrichis et appauvris ici. Il y est également montré Comment les MOSFET sont-ils désignés ? sur des diagrammes schématiques.

Il est facile de voir que l'électrode de grille et le substrat, ainsi que le diélectrique situé entre eux, forment une sorte de condensateur électrique. Les plaques constituent la borne de grille métallique et la zone du substrat, et l'isolant entre ces électrodes est un diélectrique en oxyde de silicium (SiO 2). Un transistor à effet de champ possède donc un paramètre essentiel appelé capacité de grille.

Les transistors à effet de champ, contrairement aux transistors bipolaires, ont un bruit intrinsèque plus faible basses fréquences. Par conséquent, ils sont activement utilisés dans la technologie de renforcement sonore. Par exemple, les microcircuits amplificateurs de puissance basse fréquence modernes pour lecteurs CD/MP3 de voiture contiennent des transistors MOSFET. Sur le tableau de bord d'un récepteur de voiture, vous pouvez trouver l'inscription « MOSFET de puissance" ou similaire. C'est ainsi que se vante le fabricant, indiquant clairement qu'il se soucie non seulement de la puissance, mais aussi de la qualité sonore.

Un transistor à effet de champ, par rapport aux transistors bipolaires, a une résistance d'entrée plus élevée, qui peut atteindre 10 puissance 9 d'Ohm ou plus. Cette caractéristique nous permet de considérer ces appareils comme contrôlés par le potentiel ou, en d'autres termes, par la tension. Aujourd'hui, c'est la meilleure option pour créer des circuits avec une consommation d'énergie suffisamment faible en mode repos statique. Cette condition Cela est particulièrement vrai pour les circuits de mémoire statique comportant un grand nombre de cellules de stockage.

Si nous parlons du mode de fonctionnement clé des transistors, alors dans ce cas, les transistors bipolaires affichent de meilleures performances, car la chute de tension aux bornes des options de champ est très importante, ce qui réduit l'efficacité globale de l'ensemble du circuit. Malgré cela, grâce au développement des technologies de fabrication de transistors à effet de champ, il a été possible de résoudre ce problème. Les transistors à effet de champ modernes ont une faible résistance de canal et fonctionnent bien sur hautes fréquences.

Résultat de la recherche visant à améliorer les caractéristiques des transistors à effet de champ de forte puissance, un hybride appareil électronique - Transistor IGBT, qui est un hybride d'un transistor à effet de champ et d'un transistor bipolaire.

Transistor IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

Dans l'électronique de puissance moderne, les transistors dits IGBT sont largement utilisés. Cette abréviation est empruntée à une terminologie étrangère et signifie Transistor bipolaire à grille isolée, et en russe, cela ressemble à un transistor bipolaire à grille isolée. C’est pourquoi les transistors IGBT sont également appelés IGBT. Un IGBT est un dispositif électronique de puissance utilisé comme une clé électronique puissante installée dans sources pulsées alimentations électriques, onduleurs et systèmes de commande d’entraînement électrique.

Un transistor IGBT est un dispositif plutôt ingénieux, hybride entre un transistor à effet de champ et un transistor bipolaire. Cette combinaison a conduit au fait que ce type de transistor a hérité des qualités positives à la fois d'un transistor à effet de champ et d'un transistor bipolaire.

L'essence du fonctionnement d'un transistor IGBT est que le transistor à effet de champ contrôle un puissant transistor bipolaire. En conséquence, la commutation d'une charge puissante devient possible avec une faible puissance de commande, puisque le signal de commande est fourni à la grille du transistor à effet de champ.

La structure interne de l'IGBT est une connexion en cascade de deux commutateurs d'entrée électroniques qui contrôlent le terminal plus. La figure suivante montre un circuit équivalent simplifié d'un transistor bipolaire à grille isolée.

L'ensemble du processus de fonctionnement de l'IGBT peut être représenté en deux étapes : dès qu'une tension positive est appliquée, un transistor à effet de champ s'ouvre entre la grille et la source, c'est-à-dire qu'un canal N est formé entre la source et le drain. Dans ce cas, le mouvement des charges depuis la région commence à se produire nà la région p, ce qui entraîne l'ouverture du transistor bipolaire, à la suite de quoi le courant circule de l'émetteur vers le collecteur.

L'histoire de l'apparition des IGBT.

Les transistors à effet de champ de puissance sont apparus pour la première fois en 1973, et déjà en 1979 un circuit à transistors composites a été proposé, équipé d'un transistor bipolaire contrôlé utilisant un transistor à effet de champ à grille isolée. Au cours des tests, il a été constaté que lors de l'utilisation d'un transistor bipolaire comme interrupteur, il n'y a pas de saturation sur le transistor principal, ce qui réduit considérablement le délai lorsque l'interrupteur est désactivé.

Un peu plus tard, en 1985, fut introduit un transistor bipolaire à grille isolée, dont la particularité était une structure plate ; la plage de tensions de fonctionnement s'élargissait. Ainsi, à haute tension et courant élevé, les pertes à l’état passant sont très faibles. Dans ce cas, le dispositif présente des caractéristiques de commutation et de conductivité similaires à celles d'un transistor bipolaire, et le contrôle est effectué par tension.

La première génération d'appareils présentait certains inconvénients : la commutation était lente et ils n'étaient pas très fiables. La deuxième génération est sortie dans les années 90 et la troisième génération est toujours en production : elles éliminent ces défauts, elles ont une résistance d'entrée élevée, la puissance contrôlée est faible et, à l'état passant, la tension résiduelle est également faible.

Déjà maintenant, les transistors IGBT sont disponibles dans les magasins de composants électroniques, capables de commuter des courants allant de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d'ampères ( je ke max ), UN tension de fonctionnement (Tu es max ) peut varier de plusieurs centaines à mille volts ou plus.

Symbole de l'IGBT (IGBT) sur les schémas de circuit.

Étant donné que le transistor IGBT a une structure combinée d'un transistor à effet de champ et d'un transistor bipolaire, ses bornes sont appelées grille - Z(électrode de commande), émetteur ( E) et collectionneur ( À). En style étranger, la sortie de l'obturateur est désignée par la lettre g, sortie de l'émetteur - E, et la sortie du collecteur est C.

La figure montre le conditionnel désignation graphique transistor bipolaire à grille isolée. Le transistor peut également être représenté avec une diode rapide intégrée. De plus, un transistor IGBT peut être représenté comme suit :

Caractéristiques et champ d'application des IGBT.

Qualités distinctives des transistors IGBT :

Contrôlé en tension (comme n'importe quel transistor à effet de champ) ;

Avoir de faibles pertes à l’état ;

Peut fonctionner à des températures supérieures à 100 0 C ;

Capable de travailler avec des tensions supérieures à 1000 Volts et des puissances supérieures à 5 kilowatts.

Les qualités énumérées ont permis d'utiliser des transistors IGBT dans des onduleurs, des variateurs de fréquence et des régulateurs de courant à découpage. De plus, ils sont souvent utilisés dans les sources d'énergie de soudage, dans les systèmes de contrôle d'entraînements électriques puissants, installés, par exemple, sur les véhicules électriques : locomotives électriques, tramways, trolleybus. Cette solution augmente considérablement l’efficacité et garantit une grande douceur.

De plus, les données de l'appareil sont installées dans les sources Alimentation sans interruption et en réseaux avec haute tension. Les transistors IGBT peuvent être trouvés dans les circuits électroniques des machines à laver, des machines à coudre et des lave-vaisselle, les climatiseurs à onduleur, les pompes, les systèmes d'allumage électronique pour les voitures, les systèmes d'alimentation électrique pour les serveurs et les équipements de télécommunications. Comme vous pouvez le constater, le champ d’application des IGBT est assez vaste.

Il convient de noter que l'IGBT et le MOSFET sont interchangeables dans certains cas, mais pour les étages basse tension haute fréquence, la préférence est donnée à Transistor MOSFET, et pour les puissants haute tension - les transistors IGBT.

Par exemple, les transistors IGBT remplissent parfaitement leurs fonctions à des fréquences de fonctionnement allant jusqu'à 20 à 50 kilohertz. À des fréquences plus élevées de ce genre transistors, les pertes augmentent. En outre, les capacités maximales des transistors IGBT se manifestent à une tension de fonctionnement supérieure à 300-400 volts. C'est pourquoi transistors bipolaires Le type de portail isolé est le plus facile à détecter dans les appareils électriques à haute tension et haute puissance.

Les progrès progressent et les batteries au lithium remplacent de plus en plus les batteries NiCd (nickel-cadmium) et NiMh (nickel-hydrure métallique) traditionnellement utilisées.
Avec un poids comparable d'un élément, le lithium a une capacité plus élevée. De plus, la tension de l'élément est trois fois plus élevée - 3,6 V par élément, au lieu de 1,2 V.
Le coût des piles au lithium a commencé à se rapprocher de celui des piles alcalines conventionnelles, leur poids et leur taille sont beaucoup plus petits et, de plus, elles peuvent et doivent être chargées. Le fabricant affirme qu’ils peuvent supporter 300 à 600 cycles.
Il existe différentes tailles et choisir la bonne n'est pas difficile.
L'autodécharge est si faible qu'ils restent chargés pendant des années, c'est-à-dire L'appareil reste opérationnel en cas de besoin.

"C" signifie Capacité

Vous pouvez fabriquer vous-même un chargeur simple ou pas très simple, en fonction de votre expérience et de vos capacités.

Schéma de circuit d'un simple chargeur LM317

Riz. 5.

Le courant de charge requis pour une batterie lithium-ion (Li-Ion) et lithium-polymère (Li-Pol) particulière est sélectionné en modifiant la résistance Rx.
La résistance Rx correspond approximativement au rapport suivant : 0,95/Imax.
La valeur de la résistance Rx indiquée sur le schéma correspond à un courant de 200 mA, c'est une valeur approximative, elle dépend aussi du transistor.

Il est nécessaire de prévoir un radiateur en fonction du courant de charge et de la tension d'entrée.
La tension d'entrée doit être d'au moins 3 volts supérieure à la tension de la batterie pour un fonctionnement normal du stabilisateur, qui pour une canette est de 7 à 9 V.

Schéma de circuit d'un chargeur simple sur LTC4054

Riz. 6.

Riz. 7. Cette petite puce à 5 pattes est étiquetée « LTH7 » ou « LTADY »

Je n'entrerai pas dans les moindres détails du travail avec le microcircuit, tout est dans la fiche technique. Je ne décrirai que les fonctionnalités les plus nécessaires.
Courant de charge jusqu'à 800 mA.
La tension d'alimentation optimale est de 4,3 à 6 Volts.
Indication de charge.
Protection contre les courts-circuits de sortie.
Protection contre la surchauffe (réduction du courant de charge à des températures supérieures à 120°).
Ne charge pas la batterie lorsque sa tension est inférieure à 2,9 V.

Le courant de charge est réglé par une résistance entre la cinquième borne du microcircuit et la masse selon la formule

I=1000/R,
où I est le courant de charge en ampères, R est la résistance en Ohms.

Indicateur de batterie au lithium faible

Riz. 8.

La nuance de la durabilité

Fonctionnement et précautions

Le non-respect des trois premiers points entraîne un incendie, le reste - une perte totale ou partielle de capacité.

D'après l'expérience de nombreuses années d'utilisation, je peux dire que la capacité des batteries change peu, mais la résistance interne augmente et la batterie commence à fonctionner moins longtemps avec une consommation de courant élevée - il semble que la capacité ait diminué.
Pour cette raison, j'installe généralement un conteneur plus grand, car les dimensions de l'appareil le permettent, et même les vieilles canettes de dix ans fonctionnent très bien.

Pour les courants peu élevés, les vieilles batteries de téléphones portables conviennent.

Où utiliser les piles au lithium ?

J'ai mis de petites piles dans des jouets pour enfants, des montres, etc., où 2-3 piles « bouton » ont été installées en usine. Là où exactement 3 V sont nécessaires, j'ajoute une diode en série et cela fonctionne parfaitement.

Je les ai mis dans des lampes de poche LED.

Au lieu du Krona 9V, coûteux et de faible capacité, j'ai installé 2 canettes dans le testeur et j'ai oublié tous les problèmes et coûts supplémentaires.

En général, je le mets partout où je peux, à la place des piles.

Où puis-je acheter du lithium et des services publics associés

Les chinois mentent généralement sur la capacité et c'est moins que ce qui est écrit.

Honnête Sanyo 18650

Les appareils portables doivent inclure une batterie ; généralement une batterie lithium-ion est utilisée à ces fins. Malgré le fait que les caractéristiques fonctionnelles de l'électronique moderne soient constamment améliorées, la batterie elle-même reste pratiquement inchangée.

La capacité et les caractéristiques fonctionnelles de la batterie ont considérablement augmenté, mais le principe général de fonctionnement reste le même. La batterie peut surchauffer considérablement lors du chargement et tomber en panne. En cas de décharge excessive, la tension peut descendre en dessous d'un niveau critique, ce qui entraînera une dégradation de l'élément et une nouvelle recharge deviendra impossible. Par conséquent, pour contrôler le processus de charge de la batterie, ils sont utilisés circuits électroniques, appelés contrôleurs.

Cet équipement est utilisé dans les circuits téléphones portables, ordinateurs portables et autres équipements électroniques portables. Un contrôleur de batterie est requis pour les batteries solaires et éoliennes. Il est inclus dans les alimentations sans coupure et autres équipements.

Algorithme du processus de charge de la batterie

Afin de comprendre comment la batterie est chargée, considérons un circuit qui ne comprend qu'une résistance et la batterie elle-même.

Dans notre cas, nous utilisons un accu 18650 d'une capacité de 2400 mAh, avec des valeurs de tension seuil de 2,8-4,3 V, et une alimentation de 5 volts avec un courant maximum de 1 A. Calculons les paramètres du requis résistance. Dans ce cas, nous supposerons que la batterie est dans un état normal et qu’elle n’est pas complètement déchargée. Chargeons la batterie. Premièrement, lorsque la tension sur la batterie est minimale, le courant sera maximum et Ur - la chute de tension aux bornes de la résistance doit être de 2,2 Volts (c'est la différence entre Uip - la tension de l'alimentation 5 V et la batterie initiale valeurs).

Sur la base de ces données, nous calculons R – la résistance initiale aux bornes de la résistance et Pr – la dissipation de puissance :

R= Ur/I = 2,2/1 = 2,2 Ohm, où I est le courant maximum de l'alimentation.

Pr=I2R =1x1x2,2 = 2,2 W.

Lorsque la tension dans la batterie atteint 4,2 V, Icharge - le courant de charge sera :

Izar=(Ui -4,2)/R=(5-4,2)/2,2 = 0,3 A.

Il s'avère que pour charger, nous avons besoin d'une résistance qui fonctionne à ces indicateurs. Mais dans ce schéma, vous devrez constamment vérifier la tension sur la batterie pour ne pas rater le moment où elle atteint valeur maximumà 4,2 V.

Important! Théoriquement, il est possible de charger une batterie sans circuit de protection séparé, mais il ne sera pas possible de surveiller la tension et le courant de charge. Oui, cette option peut être utilisée 1 à 2 fois, mais il est impossible de garantir que la batterie ne tombera pas en panne.

Fonctions de base des contrôleurs

Les contrôleurs de charge effectuent trois tâches principales :

• optimisation du système électrique;
• conservation des ressources;
• éviter les pannes mortelles.

Les contrôleurs ont différentes fonctions. Ils ajustent l'alimentation en courant, garantissant que les indicateurs sont inférieurs à la charge maximale, mais dépassent en même temps le courant d'autodécharge. Les appareils surveillent le passage de toutes les étapes de décharge et de charge de la batterie, en fonction de la structure et de la composition chimique de la batterie.

Si nous parlons de batteries d'ordinateurs portables, le contrôleur compense en outre les flux d'énergie qui se produisent lors du chargement et du fonctionnement simultanés du PC. Parfois, les appareils sont équipés de capteurs thermiques pour un arrêt d'urgence en cas de surchauffe ou de froid.

Si le système utilise plusieurs batteries à la fois, le contrôleur charge uniquement les batteries qui n'ont pas encore été chargées.

Pour éviter les fuites de gaz et les explosions, certains modèles de contrôleurs de charge de batterie utilisent des capteurs de pression.

Note! Le fonctionnement de tout contrôleur doit garantir le bon rapport courant constant/tension constante (CC/CV). Si lors de la charge la quantité d'énergie fournie est excessive, alors cette partie excédentaire est libérée sur le contrôleur sous forme de chaleur. Par conséquent, le contrôleur lui-même n'est jamais intégré à la batterie, il est inclus dans régime général, mais est toujours situé séparément. Mais comment fabriquer un appareil de ses propres mains ?

Circuits simples

L'un des contrôleurs les plus courants est la version sur puce du DW01. Il est utilisé dans la plupart appareils mobiles. En apparence, cet élément est une carte électronique sur laquelle sont montés tous les composants nécessaires.

Le DW01 dispose de 6 sorties et les transistors à effet de champ sont montés dans un seul boîtier avec 8 sorties - il s'agit d'une puce 8205A.

Dans ce circuit, la tâche du contrôleur de charge est d'éteindre la batterie soit lorsqu'elle est complètement déchargée, soit lorsqu'elle est complètement chargée, c'est-à-dire lorsqu'elle atteint une valeur de 4,25 V. Au lieu de DW01, vous pouvez utiliser NE57600, G2J, G3J, S8261, S8210, K091, JW01, JW11 et autres microcircuits similaires.

La puce LC05111CMT comprend déjà des transistors à effet de champ, seuls un condensateur et des résistances sont utilisés ici en plus. Le circuit utilise des transistors intégrés avec une résistance de transition de 0,011 Ohms. Il s'agit d'un schéma simple pour créer une batterie de vos propres mains. Entre les broches S1 et S2, la résistance maximale est de 24 V et le courant de charge/décharge maximal est de 10 A.

Tous les appareils fabriqués soi-même doivent répondre paramètres donnés, sinon il ne sera pas possible d'assurer le bon fonctionnement de la batterie.

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