Перейти к содержанию

Линейное зарядное устройство (линейный зарядник)

Самый простой способ зарядить литий-ионный аккумулятор — микросхема, которая ставит между источником и аккумулятором регулируемый транзистор. Она дешёвая и почти не требует обвязки, но всю разницу напряжений превращает в тепло.

Обновлено Редакция GAW

Линейный зарядник — микросхема заряда литий-ионного или литий-полимерного аккумулятора, в которой ток и напряжение регулирует проходной транзистор, работающий в линейном режиме. У MCP73831 это P-канальный МОП-транзистор между входом и выводом аккумулятора; ток быстрого заряда задаёт один внешний резистор, а остальные токи микросхема получает из него сама.

Как заряжает. Глубоко разряженный аккумулятор сначала получает малый ток — предзаряд, затем постоянный ток быстрого заряда, а когда напряжение дошло до заданного, микросхема держит его постоянным, и ток спадает — это заряд CC/CV. Ток падает до порога окончания, и заряд прекращается. Подобрать резистор тока и посчитать токи фаз для MCP73831 и bq21040 можно в калькуляторе тока заряда.

Нагрев. Линейный зарядник, как и LDO-стабилизатор, гасит избыток напряжения на транзисторе:

P=(Uвх−Uакк)⋅I.P = (U_\text{вх} - U_\text{акк}) \cdot I.

Больше всего тепла выделяется в начале быстрого заряда, когда аккумулятор ещё разряжен. Температура кристалла — это температура воздуха плюс P, умноженная на тепловое сопротивление корпуса и платы. Перегреться микросхеме не дают тепловое регулирование, снижающее ток, и тепловая защита.

Power path. Некоторые зарядники, например BQ2407x от TI, питают нагрузку напрямую от входа, а аккумулятор заряжают оставшимся током. По словам TI, тогда устройство работает и с неисправным или отсутствующим аккумулятором.

Частые вопросы

Почему линейный зарядник сильно греется?

Потому что он гасит на своём транзисторе всю разницу между входным напряжением и напряжением аккумулятора. Microchip приводит пример для MCP73831: 5,5 В на входе, 2,7 В на аккумуляторе и 550 мА дают 1,54 Вт — для маленького корпуса SOT-23-5 это столько, что микросхема начнёт снижать ток, чтобы не перегреться.

Что делает зарядник при перегреве?

Сначала снижает ток заряда: у bq21040 тепловое регулирование начинается при 125 °C кристалла, MCP73831 тоже ограничивает ток по температуре кристалла. Если этого мало, заряд прекращается — у MCP73831 при 150 °C. Аккумулятор при этом заряжается дольше, но микросхема не выходит из строя.

Что такое power path в зарядной микросхеме?

Это схема, которая питает нагрузку от входа, а аккумулятор заряжает остатком тока. В BQ2407x её называют DPPM: если входного тока не хватает, микросхема уменьшает ток заряда, но нагрузку питает всегда. По словам TI, так меньше циклов заряда-разряда и устройство работает даже без аккумулятора.

Источники

  1. Microchip. MCP73831/2 Miniature Single-Cell, Fully Integrated Li-Ion, Li-Polymer Charge Management Controllers (DS20001984H) — разд. 5.1.3 — VBAT — сток внутреннего P-канального МОП-транзистора, ток и напряжение регулируются работой транзистора в линейной области; разд. 6.0 — алгоритм: постоянный ток, затем постоянное напряжение; разд. 6.1 — из-за низкого КПД линейного заряда главные факторы — тепловой расчёт и стоимость; разд. 6.1.1.3 — рассеяние (VDDMAX − VPTHMIN) · IREGMAX, пример 1,54 Вт, корпус SOT-23-5 войдёт в тепловое регулирование; разд. 4.9, 4.10 — ток снижается по температуре кристалла, при 150 °C заряд прекращается
  2. Texas Instruments. bq21040 0.8-A, Single-Input, Single Cell Li-Ion and Li-Pol Battery Charger (SLUSCE2D, revised January 2019) — разд. 11.3 — P = (VIN − VOUT) · IOUT, наибольшее рассеяние в начале заряда, для расчёта брать аккумулятор 3,4 В; тепловое регулирование при 125 °C, TI советует не работать в нём при обычных условиях
  3. Texas Instruments. BQ2407x Standalone 1-Cell 1.5-A Linear Battery Chargers with Power Path (SLUS810N, revised October 2021) — разд. 3 — линейные зарядники с управлением путём питания: схема DPPM питает систему и одновременно заряжает аккумулятор, при нехватке входного тока снижает ток заряда; система работает и без аккумулятора

Нашли ошибку?

Смотрите также