MAX1925, MAX1926
Импульсные контроллеры заряда 1- элементных Li+ батарей
Отличительные особенности:
- Малогабаритный корпус (4 мм х 4 мм)
- Входное напряжение от 4.25 В до 12 В (MAX1926)
- Блокировка при превышении напряжения 6.1 В (MAX1925)
- Стабилизация напряжения на батарее в пределах 0.75%
- Установка зарядного тока одним резистором
- Автоматическое определение присутствия напряжения на входе
- Светодиодная (или логическая) индикация статуса заряда и аварийная индикация
- Программируемый таймер безопасности
- Автоперезапуск при напряжении батареи 4 В
- Вход мониторинга для подключения терморезистора
Области применения:
- Цифровые видеокамеры
- Батареи с встроенным контроллером заряда
- PDA
- Зарядные устройства
Типовая схема включения:
Импульсные контроллеры заряда одноэлементных Li+ батарей MAX1925/MAX1926 используют недорогой внешний проходной PMOS — элемент в конфигурации понижающего преобразователя. Зарядный ток программируется, а внешний конденсатор определяет максимальное время заряда.
Остальные функции включают: автоматическое распознавание подачи питания на вход (присутствие адаптера питания, выходной сигнал ACON, активный низкий), логическое управление режимом задействования, а также, мониторинг температуры с внешним термистором. ИС MAX1925 блокирует заряд при входном напряжении, превышающем 6.1 В, тогда, как ИС MAX1926 функционирует при входном напряжении, находящемся в диапазоне от 4.25 В до 12 В.
ИС MAX1925/MAX1926 имеют два режима предварительного заряда, что обеспечивает возможность заряда, глубоко разряженных батарей. ИС обеспечивают вытекающий зарядный ток 4 мА при напряжении батареи ниже 2 В, и зарядный ток С/10 при напряжении элемента в диапазоне от 2 В до 3 В. Таким образом, полный зарядный ток обеспечивается при напряжении свыше 3 В. Выходной сигнал управления светодиодом CHG (активный низкий) информирует о активности режима заряда (светодиод включен постоянно), или о наличии аварийного режима (светодиод светится в импульсном режиме).
ИС MAX1925/MAX1926 выпускаются в миниатюрных корпусах типа 12-pin QFN (4 мм х 4 мм) и специфицированы для эксплуатации в расширенном индустриальном диапазоне температур от -40°С до +85°С. Для ускорения стадии разработки выпускается набор для макетирования.
Источник
MAX712, MAX713
Контроллеры ускоренного заряда NiCd/NiMH батарей
Отличительные особенности:
- Быстрый цикл заряда NiCd или NiMH батарей
- Отключение по значению падения напряжения, температуре и по таймеру быстрого цикла заряда
- Заряд до 16 – ти последовательно – соединенных элементов
- Режим заряда батареи с, одновременной, рабочей нагрузкой (линейный режим)
- Быстрый цикл заряда от С/4 до 4С
- Режим медленного заряда С/16
- Автоматическое переключение с режима быстрого заряда (Fast) в режим медленного заряда (Trickle)
- Линейный, или импульсный режим контроля источника питания
- При отсутствии заряда, потребляемый ток составляет 5 мкА (макс)
- 5 В, шунтирующий стабилизатор, питает внешнюю логику
Области применения:
- Оборудование с питанием от батарей:
- Компьютеры Laptop, Notebook, и Palmtop
- Ручные терминалы
- Сотовые телефоны
- Потребительская электроника:
- Портативные стерео системы
- Беспроводные телефоны
Типовая схема включения:
Контроллеры цикла быстрого заряда MAX712/MAX713 NiCd и NiMH батарей работают от источников постоянного тока, с напряжением, по крайней мере, на 1.5 В больше максимального напряжения батареи. Одновременно могут заряжаться от 1 до 16, последовательно – соединенных элементов, с циклом до 4 С. Определение окончания цикла заряда батареи производится с помощью мониторинга падения напряжения и АЦП, таймера, и температурного компаратора. ИС MAX712/MAX713 питаются от источника постоянного тока через, расположенный на плате, шунтирующий стабилизатор напряжения +5 В. Потребляемый (от батареи) ИС ток составляет 5 мкА (макс), в режиме отсутствия заряда. Резистор – датчик тока, расположенный на шине с низким потенциалом, позволяет стабилизировать зарядный ток батарей, даже в режиме одновременного снабжения энергией нагрузки батареи.
ИС MAX712 завершает цикл быстрой зарядки, при получении нулевого падения напряжения, тогда, как MAX713 использует схему отрицательного нулевого падения напряжения. Обе ИС выпускаются в корпусах 16- pin DIP и SO. Единственными, необходимыми, внешними элементами являются: силовой PNP – транзистор, блокирующий диод, три резистора и три конденсатора.
В случае необходимости обеспечения большей зарядной мощности, ИС MAX712/MAX713 могут быть сконфигурированы для работы в импульсном режиме, с минимальной рассеиваемой мощностью. Выпускаются два макетных набора (evaluation kits): MAX712EVKIT-DIP для быстрого ознакомления с контроллером заряда в линейном режиме, и MAX713EVKIT-SO – для ознакомления с зарядным контроллером в импульсном режиме.
Источник
Без внешних ключей: реализация зарядного устройства на базе контроллера заряда MAX8934
Зарядное устройство на базе многофункционального интегрального контроллера заряда MAX8934 производства Maxim Integrated с функцией Smart Power Selector™ обеспечивает безопасный цикл заряда/разряда для портативного устройства и представляет собой готовое решение без внешних MOSFET-ключей и индуктивностей.
Все большее распространение в портативной электронике получают литий-ионные аккумуляторы. Преимуществами таких аккумуляторов являются компактные размеры при высокой энергетической плотности, а также большие зарядные токи, значительно снижающие время заряда устройства. Срок службы батареи зависит от условий ее эксплуатации и в среднем составляет 500…1000 циклов заряда-разряда. Среди недостатков можно также выделить низкую устойчивость лития к возгоранию. Li-Ion-аккумулятор не переносит чрезмерный нагрев и охлаждение. Нормальный диапазон его работы составляет 0…40°С. Аккумулятор саморазряжается даже в случае отдельного хранения. При температуре 20°С аккумулятор может терять в месяц до 15% своего заряда. Если аккумулятор будет сильно разряжен, он может выйти из строя при неправильном заряде. Критичным считается разряд до 5%. При этом растущий функционал современных портативных устройств требует все большей емкости батареи. Это делает Li-Ion-аккумуляторы незаменимой частью большинства современных гаджетов.
При разработке портативных устройств с применением Li-Ion-аккумуляторов перед разработчиком ставится задача по обеспечению быстрого, качественного и безопасного процесса заряда. Процесс разработки зарядных устройств упрощают специализированные микросхемы контроллеров заряда. Maxim Integrated предлагает готовое решение зарядных устройств с применением линейки микросхем MAX8934 (рисунок 1), представляющих собой линейный контроллер заряда Li-Ion-аккумуляторов. Все микросхемы линейки выпускаются в корпусах TQFN-24 4х4 мм. Несмотря на небольшие размеры микросхемы, ее можно монтировать на плате вручную. Обвязка микросхемы не подразумевает применения внешних MOSFET-ключей и катушек индуктивности. Контроллер обеспечивает работу зарядного устройства в соответствии с рекомендациями JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association), выполняя контроль параметров и их автоматическую корректировку в процессе заряда аккумулятора.
Рис. 1. Функциональная схема MAX8934
Особенностью MAX8934 является наличие встроенного модуля автоматического переключения источников питания Smart Power Selector™, обеспечивающего заряд от USB и нестабилизированного сетевого адаптера. При одновременном подключении двух источников зарядка будет производиться от адаптера. Внешнее питание для входов DC и USB составляет 4,1…6,6 В. В случае выхода напряжения питания из диапазона 4…6,9 В предусмотрена защита, отключающая активный зарядный вход. Ток при заряде от входа DC может составлять 1,5 и 2 А. Зарядный ток со входа USB ограничен 100 мА или 500 мА для MAX8934A/MAX8934B/MAX8934C/MAX8934E и 1,5 A для MAX8934D. Микросхема контролирует температуру батареи в процессе работы, а также осуществляет мониторинг и управление зарядным током по предварительной настройке. Имеется встроенный линейный стабилизатор для внешних электрических цепей. Перед началом процесса зарядки проводится проверка напряжения на аккумуляторе и подготовка к быстрому заряду. В случае глубокого разряда батареи начальная зарядка производится током, величина которого составляет 10% от установленного значения. При достижении значения напряжения аккумулятора 3 В ток заряда возрастает до 100%, а при достижении 4,2 В ток дозаряда снижается до 10% от установленного. Длительность дозаряда настраивается и составляет 15 с для MAX8934A/MAX8934C/MAX8934E, 60 мин. для MAX8934B/MAX8934D. После этого заряд прекращается. При снижении напряжения аккумулятора на 100 мВ снова запускается процесс заряда.
Рис. 2. Принципиальная схема зарядного устройства плеера
Рис. 3. Размещение MAX8934C с обвязкой на плате
Линейный контроллер заряда MAX8934C был использован при разработке макетного образца плеера, схемное решение которого представлено на рисунке 2. Так как устройство переносное и имеет только батарейное питание, то основной задачей при разработке является обеспечение его портативности. Следовательно, необходимо обеспечить меньшее время дозаряда батареи. У MAX8934C оно составляет 15 с. Плеер предполагается размещать в наушнике вместе с батареей, следовательно, необходимо обеспечить безопасность пользователя и в процессе зарядки и работы устройства контролировать температуру и зарядный ток. Как и многие портативные устройства, плеер при выключении переводится в спящий режим с пониженным энергопотреблением. При этом потребление схемы уменьшается, но разряд батареи продолжается, поэтому функция зарядки глубоко разряженной батареи также актуальна. Устройство должно быть совместимо с USB, следовательно, ток заряда был выбран 475 мА. Вход DC не активен. При таком режиме отсутствует чрезмерный разогрев, что довольно актуально при использовании линейных контроллеров. Площадка, занимаемая микросхемой с обвесом, составляет 15х15 мм при использовании чип-резисторов и конденсаторов с типоразмером 0603. Плата изготовлена по четвертому классу (рисунок 3). Общий ток потребления устройства составляет 110 мА. Предполагаемое время работы 10…11 часов. В качестве аккумулятора был использован EEMB LP102945 емкостью 1300 мА/ч. Плеер реализован на базе 32-разрядного контроллера STM32F105VCT6 с тактовой частотой 72 МГц, который также контролирует работу зарядного устройства.
Описание схемы включения контроллера заряда MAX8934:
DONE – флаг окончания заряда. Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором. Если после установки флага зарядное устройство не было удалено, то энергия батареи не будет расходоваться. Устройство будет запитано от внешнего источника.
CHG – флаг, обозначающий процесс заряда. Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором.
OT – флаг, обозначающий перегрев аккумулятора. Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором. Срабатывает, когда активен флаг THMEN, установлен термистор и температура батареи выше 75°С.
DOK – флаг, обозначающий подключение сетевого адаптера (DC). Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором.
UOK – флаг, обозначающий подключение кабеля USB. Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором.
FLT – флаг аварии батареи. Активный уровень – низкий. Выход с открытым коллектором. Станет активным в случае, если фаза заряда пониженным током или фаза заряда номинальным током превысят значения времени, полученные по формулам (1) и (2), соответственно.
Перечисленные выводы имеют нагрузочную способность 20 мА и могут быть оборудованы светодиодной индикацией. Выводы необходимо подтягивать к питанию резисторами 1 МОм.
CEN – вход разрешения начала заряда. Активный уровень – низкий. Не обязательно использовать микроконтроллер для управления этим входом. Система Smart Power Selector автоматически остановит процесс зарядки по завершению. Вывод можно подключить к точке нулевого потенциала.
THMEN – вход включения схемы контроля термистора. Активный уровень-высокий. После окончания процесса зарядки рекомендуется отключать, чтобы не расходовать энергию батареи.
USUS – высокий уровень приостанавливает зарядку от входа USB.
THMSW – вывод питания для делителя с термистором. В случае активного сигнала THMEN данный вход соединяется со входом LDO. К этому входу подключается сопротивление 100 кОм, эквивалентное сопротивлению термистора. Однако может быть использовано любое другое сопротивление, номинал которого эквивалентен сопротивлению установленного термистора при 25°С.
THM – вывод для подключения термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (например Vishay NTHS0603N01N1003FF или Murata NCP15WF104F03).
СТ – вывод таймера контроля длительности заряда. Он необходим для работы флага FLT. Длительность задается номиналом емкости конденсатора С2 (рисунок 2). Для отключения таймера вывод необходимо заземлить.
Время заряда пониженным током TPQ (мин):
TPQ = 30 мин × C2/0,068 мкФ (1)
Время заряда номинальным током TFC (мин):
TFC = 300 мин × C2/0,068 мкФ (2)
PSET – вывод для подключения сопротивления R10. Ограничивает входной ток сетевого адаптера (таблица 1).
ISET – вывод для подключения сопротивления R11. Ограничивает зарядный ток аккумулятора (таблица 2). Напряжение на этом выводе пропорционально зарядному току.
DC – вход для подключения сетевого адаптера. Рекомендуется установить керамический конденсатор емкостью 10 мкФ между выводом DC и землей.
USB – вход для подключения зарядного кабеля USB. Если аккумулятор заряжен, то энергия, поступающая от DC и USB, распределяется между SYS и LDO.
BATT – вход для подключения батареи. Оба вывода необходимо соединить на печатной плате. Рекомендуется установить керамический конденсатор емкостью 4,7 мкФ между выводом BATT и землей.
SYS – выход системы питания. Подключен к выводу BATT через внутренний переключатель. При зарядке через DC или USB напряжение на SYS ограничивается 5,3 В (MAX8934A) или 4,35 В (MAX8934B/MAX8934C/MAX8934D/MAX8934E). Вывод SYS необходимо подключить к земле через керамический конденсатор 10 мкФ.
Vl – вывод внутренней логики LDO. Обеспечивает 3,3 В, когда на входе DC или USB присутствует напряжение заряда. Необходимо подключить к земле через керамический конденсатор 0,1 мкФ. Поддерживает внешнюю нагрузку до 5 мА.
LDO – выход линейного регулятора 3,3 В. Выход LDO обеспечивает до 30 мА тока для светодиодных индикаторов или другой нагрузки. Необходимо подключить керамический конденсатор 1 мкФ между выводом LDO и землей.
PEN1, PEN2 – ограничение входного и зарядного тока. Их значения необходимо установить в соответствии с таблицами 3 и 4.
Таблица 3. Логика управления режимами заряда для контроллеров MAX8934A/ MAX8934B/ MAX8934C/ MAX8934E
| Источник | DOC | UOC | PEN1 | PEN2 | USUS | Входной ток DC | Входной ток USB | Зарядный ток |
| DC-адаптер/DC-вход | активен | любой | активен | любой | любой | 3000 В/R10 | приоритет у DC | 3000 В/R11 |
| USB-кабель/DC-вход | активен | любой | неактивен | активен | неактивен | 475 мА | 475 мА | |
| активен | любой | неактивен | неактивен | неактивен | 95 мА | 95 мА | ||
| активен | любой | неактивен | любой | активен | отключен | 0 | ||
| USB-кабель/USB-вход, DC не подключен | неактивен | активен | любой | активен | неактивен | DC не подключен | 475 мА | 3000 В/R11 |
| неактивен | активен | любой | неактивен | неактивен | 95 мА | |||
| неактивен | активен | любой | любой | активен | отключен | 0 | ||
| DC и USB не подключены | неактивен | неактивен | любой | любой | любой | USB не подключен | 0 |
Таблица 4. Логика управления режимами заряда для контроллера MAX8934D
| Источник | DOC | UOC | PEN1 | PEN2 | USUS | Входной ток DC | Входной ток USB | Зарядный ток |
| DC-адаптер/DC-вход | активен | любой | активен | любой | любой | 3000 В/R10 | приоритет у DC | 3000 В/R11 |
| USB-кабель/DC-вход | активен | любой | активен | любой | любой | 3000 В/R10 | 3000 В/R11 | |
| активен | любой | неактивен | активен | неактивен | 475 мА | 475 мА | ||
| активен | любой | неактивен | неактивен | неактивен | 95 мА | 95 мА | ||
| активен | любой | неактивен | любой | активен | отключен | 0 | ||
| USB-кабель/USB-вход, DC не подключен | неактивен | активен | активен | активен | неактивен | DC не подключен | 3000 В/R10 | 3000 В/R11 |
| неактивен | активен | активен | неактивен | неактивен | 600 В/R10 | 3000 В/R11 | ||
| неактивен | активен | неактивен | активен | неактивен | 475 мА | 475 мА | ||
| неактивен | активен | неактивен | неактивен | неактивен | 95 мА | 95 мА | ||
| неактивен | активен | любой | любой | активен | отключен | 0 | ||
| DC и USB не подключены | неактивен | неактивен | любой | любой | любой | USB не подключен | 0 |
Рис. 4. Осциллограмма заряда аккумулятора от USB
При разработке использовался термистор NTHS0603N01N1003FF и эквивалентный резистор R12 100 кОм 1%. Задействован таймер контроля длительности заряда пониженным и номинальным током на 30 и 300 мин соответственно. Установка времени проводилась по формулам (1) и (2). С2 – керамический конденсатор емкостью 0,068 мкФ. R10 ограничивает входной ток до 2 А (таблица 1). R11 ограничивает зарядный ток до 1 А (таблица 2). Окончательный ток заряда от USB устанавливается по таблице 3. На рисунке 4 представлен пример осциллограммы заряда аккумулятора номинальным током при установленных выше настройках.
Таблица 1. Ограничение входного тока
| R10, кОм | Ток от DC, мA |
| 1,5 | 2000 |
| 3 | 1000 |
| 6,3 | 475 |
Таблица 2. Ограничение зарядного тока
| R11, кОм | Зарядный ток, мA | |
| R10=1,5 кОм | R10=3 кОм | |
| 2 | 1500 | 750 |
| 4 | 750 | 375 |
| 10 | 300 | 150 |
Алгоритм работы зарядного устройства плеера достаточно прост. Устройство работает от аккумулятора в автономном режиме. В основном цикле программы микроконтроллер осуществляет поиск внешнего источника питания по выводу UOK. При подключении USB-кабеля проигрывание текущего трека останавливается, выдается соответствующая речевая команда, и микроконтроллер разрешает работу зарядного устройства. Пока присоединен USB, работа зарядного модуля разрешена. При зарядке микроконтроллер проверяет флаг окончания заряда DONE и отображает его состояние с помощью светодиода. Также проверяются флаги OT и FLT. В случае аварии выдается речевая команда, микроконтроллер останавливает работу зарядного устройства, и дальнейшая работа будет возможна только после удаления внешнего источника питания. Удаление зарядного кабеля также сопровождается речевой командой.
Ниже представлен исходный код зарядного модуля плеера по представленному алгоритму с использованием STM32F105 в среде Keil uVision на языке С с применением стандартных библиотек.
<
GPIO_SetBits(GPIOА, GPIO_Pin_0); //PEN1 установлен.
GPIO_SetBits(GPIOА, GPIO_Pin_1); //PEN2 установлен.
GPIO_ResetBits(GPIOА, GPIO_Pin_2); //USUS сброшен, работа от USB. //Данная конфигурация устанавливает значение зарядного тока 475 мА в соответствии с таблицей 3
for( ; ; ) //Рабочий цикл
<
if((GPIOE->IDR & 0x100) >> 8 !=0x01) //Проверка входа USB.
<
STATUS(2) //При зарядке ставится на паузу.
PLAY(4); //Речевое сообщение «USB подключен».
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3); //CEN активен. Начало зарядки.
while((GPIOE->IDR & 0x100) >> 8 !=0x01)//Пока вход USB подключен.
<
while(((GPIOC->IDR & 0x10) >> 4 !=0x01)||((GPIOE->IDR & 0x200) >> 9 !=0x01)) //Проверяем входы FLT и OT.
<
PLAY(5); //Речевое сообщение «Перегрев батареи».
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3); //CEN неактивен. Останов зарядки.
>
if((GPIOB->IDR & 0x02) >> 1 !=0x01) //DONE сброшен, окончание заряда.
<
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); //включить светодиод-индикатор.
>
else
<
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); //выключить светодиод-индикатор.
>
>//USB удален
PLAY (7); //Речевое сообщение «USB удален».
STATUS (1); //Продолжаем проигрывание по окончанию заряда.
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3); //Завершение зарядки при удалении USB.
>//end if
>//end for
>//end main
Заключение
У большинства производителей электронных компонентов имеется достаточное количество решений для реализации блока заряда аккумуляторов с различным набором контролирующих заряд/разряд параметров и разным функциональным набором. При выборе алгоритма работы блока заряда и элементной базы необходимо помнить о том, что контроль заряда/разряда – очень сложный процесс, имеющий множество подводных камней. Ошибки при проектировании могут не просто серьезно сократить срок службы аккумулятора, но и нести потенциальную опасность, связанную с взрывом или воспламенением химического источника питания. В статье был приведен пример использования контроллера заряда, позволяющего реализовать безопасный блок заряда/разряда аккумулятора, а также обеспечить питанием переносное автономное устройство. Стоит отметить, что использование MAX8934 позволяет реализовать не просто зарядное устройство согласно рекомендациям JEITA, но и заменяет собой сразу несколько компонентов (контроллер заряда, мультиплексор питания, повышающий преобразователь, высокоэффективный линейный стабилизатор).
Источник