Ko'pgina sanoat yoki tibbiy qurilmalarning quvvat arxitekturasi ko'pincha katta displeyli smartfonnikiga o'xshaydi. Odatda, 3,7V (yakuniy zaryad yoki "suzuvchi" kuchlanish 4,2V) Li-Ion asosiy quvvat manbai sifatida ishlatilgan, chunki uning birlik vazniga yuqori energiya zichligi (Vt / kg) va birlik hajmiga energiya zichligi (Wh /). m3). Ilgari ko'plab yuqori quvvatli qurilmalar quvvat talablarini qondirish uchun ikkita 7,4 V (8,4 V float kuchlanish) Li-Ion batareyalardan foydalangan, ammo arzon 5 V quvvat boshqaruvi mavjudligi sababli, ko'proq va ko'proq qo'l qurilmalari past kuchlanishli arxitekturadan foydalanadi. bir hujayrali Li-Ion batareyadan foydalanish imkonini beradi. Odatda ko'chma tibbiy yoki sanoat qurilmasi juda ko'p funktsiyalarga ega va juda katta (ko'chma qurilmalar uchun) displey ekraniga ega. 3,7V batareya quvvatiga ega bo'lsa, uning quvvati minglab millivatt soatlarda o'lchanishi kerak. Bunday katta batareyani bir necha soat ichida zaryad qilish uchun bir necha amperlik zaryadlash oqimi talab qilinadi.
LiFePO4 batareyalarining past 3,6V float kuchlanishi standart Li-Iondan foydalanishni oldini oladi. Noto'g'ri zaryadlash ushbu batareyaga tuzatib bo'lmaydigan zarar etkazishi mumkin. To'g'ri suzuvchi kuchlanish zaryadlash batareyaning ishlash muddatini uzaytiradi. LiFePO4 batareyalarining kobalt asosidagi lityum-ion batareyalarga nisbatan afzalliklari orasida yuqori hajmli energiya zichligi va erta ishdan chiqishga kamroq moyilligi kiradi.
Asosiy dizayn cheklovlari quyidagicha umumlashtiriladi:
Yuqori quvvatli batareyalar yuqori zaryadlash oqimi va yuqori samaradorlikni talab qiladi
Ko'pgina portativ ilovalar, jumladan, sanoat va tibbiy asbob-uskunalar, USB-mos keladigan zaryadlashning qulayligini talab qiladi
LiFePO4 batareyalari zaryadlash uchun maxsus talablarga ega, ya'ni pastroq float kuchlanishiga ega va Li-Ion batareyalarga nisbatan ba'zi qulay afzalliklarga ega.
Yuqorida muhokama qilingan ushbu dizayn cheklovlariga javob beradigan har qanday IC yechimi ixcham va monolitik bo'lishi kerak, bir hujayrali yuqori sig'imli batareyalarni tez, samarali zaryadlash qobiliyatiga ega va lityum temir fosfat kabi yangi kimyolar bilan mos kelishi kerak. Bunday qurilma yuqori quvvatli akkumulyatorlarga ega portativ sanoat va tibbiy mahsulotlarning global qabul qilinishini oshirish uchun katalizator bo'lishi mumkin.
Yagona hujayrali batareyalardan foydalangan holda portativ qurilmalarning quvvat muammolarini hal qilish
Yuqoridagi talablarni monolit IC bilan bajarish imkonsiz bo'lib tuyulishi mumkin bo'lsa-da, LTC4156 ni ko'rib chiqing. LTC4156 mashhur litiy asosidagi LTC4155 ga amal qiladi va yuqori quvvatli, I2C tomonidan boshqariladigan, yuqori samarali PowerPath™ menejeri, ideal boshqaruvchi va portativ kabi bir hujayrali batareyalardan foydalanadigan portativ ilovalar uchun lityum temir fosfat (LiFePO4) batareya zaryadlovchisidir. tibbiy va sanoat uskunalari, zaxira uskunalar va yuqori quvvatli zichlikdagi batareyalar bilan ishlaydigan ilovalar. IC turli quvvat manbalaridan 15 Vtgacha quvvatni samarali etkazib berish uchun mo'ljallangan, shu bilan birga quvvat sarfini minimallashtiradi va issiqlik byudjeti cheklovlarini engillashtiradi. LTC4156 ning o‘tish-o‘tish topologiyasi AC adapteri va USB port kabi ikkita kirish manbasidan qurilmaning qayta zaryadlanuvchi lityum temir fosfat batareyasiga quvvat taqsimotini muammosiz boshqaradi, shu bilan birga kirish quvvati cheklanganida tizim yukiga quvvatni birinchi o‘ringa qo‘yadi. 1-rasmga qarang.
1-rasm: LTC4156 uchun odatiy dastur sxemasi
Quvvatni tejash tufayli LTC4156 chiqish yuk oqimining kirish manbai tomonidan olingan oqimdan oshib ketishiga imkon beradi va shu bilan batareyani zaryadlash uchun mavjud quvvatdan foydalanishni maksimal darajada kiritish imkonini beradi. Masalan, 10 Vt quvvatga ega 5V/2A AC adapteri bilan quvvatlantirilganda, ICning kommutatsiya regulyatori mavjud quvvatning 85 foizdan ortig'ini samarali etkazib berishi, ~2,4A gacha zaryadlash oqimini ta'minlashi va tezroq zaryadlashi mumkin. Oddiy kommutatsiya akkumulyatori zaryadlovchi qurilmalaridan farqli o'laroq, LTC4156 batareya zaryadsizlangan bo'lsa ham, tizim rozetkaga ulangandan so'ng darhol quvvat mavjudligini ta'minlash uchun darhol ishga tushadi. U USBOTG (On-the-Go) ni qo'llab-quvvatlaganligi sababli, u o'z navbatida USB portiga hech qanday qo'shimcha komponentlarsiz 5V quvvat manbaini taqdim qilishi mumkin.
LTC4156 avtonom toʻliq xususiyatli bir hujayrali LiFePO4 batareya zaryadlovchi qurilmasi foydalanuvchi tomonidan tanlanadigan 15 ta zaryad oqimi sozlamalari bilan 3,5A gacha zaryad oqimini yetkazib berishi mumkin. Zaryadlovchiga avtomatik zaryadlash, yomon batareyani aniqlash, dasturlashtiriladigan xavfsizlik taymeri, boshqariladigan haroratli malakali zaryadlash, dasturlashtiriladigan zaryadlash tugashini ko'rsatish/tugatish va dasturlashtiriladigan uzilishlar kiradi. LTC4156 past profilli (0.75mm) 28-pin 4mmx5mmQFN paketiga qadoqlangan va -40C dan 125C gacha harorat oralig‘ida ishlashi kafolatlangan.
Yuqori samarali ichki kommutatsiya regulyatori
LTC4156 ning kommutatsiya regulyatori transformator kabi ishlaydi, bu VOUTdagi yuk oqimining kirish manbai tomonidan olingan oqimdan oshib ketishiga imkon beradi va batareyani mavjud quvvat bilan to'liq zaryad qilish qobiliyati odatdagi chiziqli rejimdagi zaryadlovchilarga nisbatan ancha yaxshilanadi. Oldingi misollar LTC4156 ning 3,5A gacha samarali zaryadlashi va tezroq zaryadlash tezligini ta'minlashi mumkinligini ko'rsatadi. Oddiy kommutatsion batareya zaryadlovchilaridan farqli o'laroq, LTC4156 batareya quvvati o'chib qolgan yoki chuqur zaryadsizlangan bo'lsa ham tizim rozetkaga ulangandan so'ng uni quvvat bilan ta'minlash uchun darhol ishga tushadi.
2-rasm: LTC4156VOUT samaradorligi va yuk oqimi
Batareyalar uchun xavfsizroq
Batareyani tez zaryadlashda batareyaning xavfsizligini kuzatish muhimdir. Batareya harorati 0C dan pastga tushsa yoki 60C dan oshsa (tashqi manfiy harorat koeffitsienti NTC termistori bilan o'lchanadi), LTC4156 avtomatik ravishda zaryadlashni to'xtatadi. Ushbu avtonom xususiyatga qo'shimcha ravishda, LTC4156 batareya haroratini ~1C o'lchamlari bilan kuzatish uchun kengaytirilgan 7-bit analog-raqamli konvertorni (ADC) taqdim etadi (3-rasmga qarang). Ushbu ADC, 4 ta mavjud float kuchlanish sozlamalari va 15 batareyani zaryadlash oqimi sozlamalari bilan birgalikda batareya haroratiga asoslangan maxsus zaryadlash algoritmlarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin.
3-rasm: 7-bit termistorli ADC oldindan oʻrnatilgan LTC4156 harorat oʻtish nuqtalarini koʻrsatmoqda
Planshet kompyuterlari yoki sanoat shtrix-kod skanerlari kabi ko'plab portativ ilovalar uchun ikkita kirishni (masalan, USB va AC adapteri) boshqarish kifoya. Biroq, portativ qurilmalar dizaynerlari doimo mavjud bo'lgan har qanday quvvat manbasidan batareyalarni zaryad qilish yo'llarini izlaydilar. LTC4156 ning ikkita kirishli, ustuvor multipleksor avtonom ravishda foydalanuvchi tomonidan belgilangan ustuvorlik asosida eng mos kirishni (AC adapteri yoki USB) tanlaydi (standart ustuvorlik adapter kiritishidir). Haddan tashqari kuchlanishdan himoya qilish davri (OVP) ikkala kirishni bir vaqtning o'zida tasodifiy qo'llaniladigan yuqori yoki teskari kuchlanishlar natijasida kelib chiqadigan shikastlanishdan himoya qiladi. LTC4156 ning ideal diyot boshqaruvchisi, hatto kirish quvvati etarli bo'lmasa yoki mavjud bo'lmasa ham, VOUT uchun etarli quvvat har doim mavjudligini kafolatlaydi. Qurilma to'xtatib turish rejimida USB portiga ulanganida batareyaning oqishini minimallashtirish uchun dasturni ruxsat etilgan USB to'xtatib turish oqimi bilan ta'minlash uchun VBUS va VOUT o'rtasida LDO o'rnatiladi. Ishlab chiqarish va sotish vaqtida batareyaning oqishi oldini olish uchun "kema va do'kon" funksiyasi allaqachon past bo'lgan batareyaning zaxira oqimini deyarli nolga kamaytiradi.
Nihoyat, LTC4156 LTC4155 Li-Ion versiyasi bilan to'liq pin va komponentlarga mos keladi, bu esa katta maydonlarni qayta tartibga solishga hojat qoldirmasdan so'nggi daqiqalarda batareya kimyoviylarining moslashuvchanligi va qulayligini ta'minlaydi.
Xulosa
Yangi ko'chma sanoat va tibbiy asbob-uskunalar uchun dizaynerning ishi, ayniqsa, kuch bilan bog'liq bo'lsa, juda qiyin. Korxona tomonidan so'ralgan funksiyalar ko'proq quvvat va natijada kattaroq batareyalarni talab qiladi. Shu bilan birga, odamlar qulaylikka muhtoj va bu batareyalarni har qanday quvvat manbai bilan zaryad qilishni xohlashadi. Lityum temir fosfat batareyalari o'zlarining xavfsizligi, past float kuchlanishi, uzoqroq ishlash muddati, o'z-o'zidan tushirish tezligi va nisbatan engilligi tufayli asosiy tanlovga aylanmoqda. Ammo har qanday qayta zaryadlanuvchi batareyalar singari, lityum temir fosfat batareyalariga ham ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo'lish kerak. Portativ quvvat manbalaridagi ushbu tendentsiyalar dizayn qiyinchiliklarini keltirib chiqargan bo'lsa-da, LTC4156 ishlarni ancha osonlashtiradi. Past kuchlanishli tizimlarda LTC4156 yuqori ishlash va xavfsizlik xususiyatlarini ta'minlagan holda 3,5A gacha zaryad oqimini samarali tarzda etkazib beradi.
