Telefono akumuliatoriaus schema. Kaip veikia telefono baterija ir kaip ji veikia? Akumuliatoriaus projektavimo principai

Praėjo laikai, kai mobiliųjų telefonų baterijos buvo surenkamos taip pat, kaip ir automobilių akumuliatoriai, tik miniatiūrinės. Tik prieš 20 metų mobiliojo telefono baterija buvo pagaminta iš dalių, kurios tarsi atkartojo visą didesnio brolio įrenginių kompleksą. Paveiksle parodytas vieno iš šių elementų skerspjūvis.

Mokslas ir praktika kartu skatina technologinę pažangą. 1991 m. pasirodė ličio jonų baterijos, kuriose elektrodų katodinė medžiaga dedama ant aliuminio folijos, o anodo medžiaga – ant vario.

Ličio jonai, veikiami elektros srovės, patenka į grafito kristalinę gardelę ir sudaro cheminius ryšius su anglies molekulėmis. Nutrūkus šiems ryšiams, išsiskiria energija, kuri akumuliatoriaus poliuose paverčiama elektros srove.

Pastaraisiais metais atsirado ličio polimerų baterijos.

Diagramoje parodyta, kaip paprastai sukurta tokia mobiliojo telefono baterija.

Telefono baterijų bankai

Akumuliatorių skardinės yra minkšti plastikiniai maišeliai, užpildyti ličio tirpalu polimere, savo konsistencija panaši į grietinę. Norint stebėti akumuliatoriaus būklę, prie bankų prijungiamas valdiklis. Jis sukurtas kaip elektroninė plokštė ir gali apriboti parametrų neatitinkančio įkroviklio prijungimą, o mobiliojo telefono baterija neįsikraus, kad ir kaip besistengtume. Vietoj įprastų 2 kontaktų, skirtų prijungti prie mobiliojo telefono plokštės, akumuliatoriaus įrenginys naudoja jungtį - kelių polių jungtį.

Kaip veikia telefono baterija ir kaip ji veikia?

Energijos kaupimo ir išleidimo iš tokių nuolatinės srovės šaltinių procesas yra panašus į ličio jonų akumuliatorių, tačiau jų gamyba yra daug pigesnė, nors kai kuriomis savybėmis jie yra prastesni už savo pirmtakus.

Pagrindinės saugos priemonės, kurių reikia laikytis naudojant mažas telefono baterijas, nesiskiria nuo eksploatacinių atsargumo priemonių, taikomų rūgštiniams arba šarminiams nuolatinės srovės maitinimo šaltiniams, sumontuotiems automobiliuose. Įkrovimas esant padidintai įtampai, dėl kurio gali perkaisti arba sutrumpinti akumuliatoriaus elementus, gali kilti gaisras. Ir, kaip žinote, maža kibirkštis uždega didelę liepsną.

Būtent todėl kiekviena baterija turi akumuliatoriaus valdiklį, kuris išjungia krovimą pasiekus tam tikrą vertę ir išjungia telefoną, kai išsikrovimas pasiekia kritinį tašką.

Baterija yra neatsiejama mobiliojo telefono dalis, užtikrinanti jo savarankišką veikimą. Kaip dažnai jums reikės naudoti įkroviklį, priklausys nuo teisingo akumuliatoriaus naudojimo, taip pat nuo jūsų telefono galimybių.

Baterijų tipai

Yra trys pagrindiniai mobiliuosiuose telefonuose naudojamų baterijų tipai: nikelio-kadmio, ličio jonų ir ličio polimerų. Tiesą sakant, jų yra daugiau, tačiau likusios rūšys nebuvo plačiai paplitusios, todėl jas paliksime už šio straipsnio ribų.

Nikelio-kadmio akumuliatoriai kadaise buvo labai populiarūs, tačiau šiandien jų beveik atsisakoma dėl žalingo poveikio aplinkai ir daugybės kitų trūkumų. Šiuolaikiniai mobilieji telefonai jų nenaudoja, nebent tokią bateriją rasite kokiame nors labai sename modelyje. Vienu metu jų paplitimą lėmė maža kaina, tačiau šiaip jie turėjo nemažai neigiamų savybių: greitas savaiminis išsikrovimas, mažas talpos ir fizinio dydžio santykis bei stiprus įkaitimas eksploatacijos metu. Nikelio-kadmio baterijos turi vadinamąjį „atminties efektą“, dėl kurio jas tenka reguliariai krauti ir visiškai iškrauti kelis ciklus iš eilės. Šis efektas pasireiškia tada, kai jie pradeda įkrauti dar nevisiškai išsikrovusią bateriją. Tai palieka įkrovą, kurios negalima naudoti, todėl sumažėja įrenginio akumuliatoriaus veikimo laikas. Vidutiniškai nikelio-kadmio akumuliatoriams reikia daugiau nei 1000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų.

Ličio jonų baterijos yra plačiausiai naudojamos šiuolaikiniuose mobiliuosiuose įrenginiuose. Jie yra patvaresni ir mažiau kenksmingi aplinkai nei nikelis-kadmis, o kartu turi daug didesnį energijos tankį: nepaisant kuklių fizinių matmenų, jų talpa yra gana didelė. Jie neturi „atminties efekto“ ir pasižymi mažu savaiminio išsikrovimo greičiu. Šio tipo akumuliatorių trūkumai apima senėjimą (net jei jie naudojami ne pagal paskirtį), todėl nerekomenduojama jų pirkti ateityje. Dar geriau, pirkdami naują ličio jonų akumuliatorių, atkreipkite dėmesį į pagaminimo datą. Šio tipo akumuliatorius nereikalauja jokios specialios priežiūros, tačiau tinkamai laikomas (įkrautas) ir eksploatuojamas temperatūros diapazone, tarnaus daug ilgiau. Vidutiniškai ličio jonų baterijos trunka nuo 500 iki 1000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų.

Ličio polimerų baterijos yra ličio jonų baterijų patobulinimas, tačiau yra pigesnės. Jie pasižymi dideliu energijos tankiu, lėtu savaiminiu išsikrovimu, yra dar draugiškesni aplinkai. Kaip ir ličio jonų baterijos, jos linkusios palaipsniui senti. Vidutiniškai ličio polimerų baterijos turi 500–600 įkrovimo ir iškrovimo ciklų.

Baterijos veikimo ypatybės

Dėl šių priežasčių daugumos baterijų tarnavimo laikas gali sutrumpėti arba jie gali visiškai tapti netinkami naudoti:

• eksploatavimo taisyklių nesilaikymas (hipotermija, perkaitimas, drėgmės patekimas);
• fizinė žala kontaktinei grupei;
• patys atidarykite akumuliatorių namuose;
• dažni kritimai ir smūgiai;
• akumuliatoriaus įkrovimas įjungus telefoną;
• baterijos keitimas įjungus telefoną;
• reguliarus ilgalaikis įkrovimas (daugiau nei parą įjungus);
• ilgalaikis saugojimas nenaudojant.

Bet kuris iš trijų nagrinėjamų baterijų tipų laikui bėgant praranda savo talpą ir turi būti pakeistas po 2–3 nuolatinio naudojimo metų. Tai normalus procesas – neturėtumėte kaltinti gamintojų dėl žemos kokybės gaminio, kuris dažnai tarnauja daug trumpiau nei pats mobilusis telefonas. Jei reikia pakeisti, rinkitės brangesnius firminius akumuliatorius, o ne pigius padirbinius, nes sutaupymas tokiu atveju gali būti labai abejotinas.

Taip pat turėtumėte žinoti, kad jūsų įrenginio baterijos veikimo trukmei gali turėti didelės įtakos mobiliojo ryšio operatoriaus bazinių stočių vieta. Kuo toliau stotis, tuo daugiau energijos reikia signalui priimti ir tuo greičiau reikės įkrauti bateriją.

Telefono pasirinkimas pagal baterijos talpą

Šiandien parduodami telefonai, kuriuose yra nuo 800 iki 1500 mAh talpos baterijos. Yra telefonų modelių, kurių akumuliatoriaus talpa yra už šio diapazono ribų, tačiau jie veikiau yra taisyklės išimtis.

Pirkdami telefoną ir preliminariai skaičiuodami jo baterijos veikimo laiką, turėtumėte teisingai įvertinti viso mobiliojo įrenginio galimybes. Faktas yra tas, kad ne kiekvienas telefonas ar išmanusis telefonas, kurio akumuliatoriaus talpa yra 1300-1500 mAh, veiks ištisas savaites, viskas gali būti ir atvirkščiai. Gamintojas įrenginio specifikacijose dažniausiai nurodo ne tik baterijos talpą, bet ir baterijos veikimo laiką nepertraukiamų telefono skambučių metu bei budėjimo režimu. Pirmuoju atveju tai dažniausiai būna 5-8 valandos, antruoju – apie dvi savaites. Bet tai sausi skaičiai ekstremaliems atvejams – iš tikrųjų suprantame, kad niekas valandų valandas nekalbės ir tik nežiūrės į telefoną visą dieną. Todėl tikrasis telefono veikimo laikas priklausys nuo jo techninių charakteristikų ir baterijos talpos, o ne nuo vieno faktoriaus.

Paprastai kuo paprastesnis telefonas, tuo ilgiau jis gali veikti be įkrovimo. Didžioji dalis „ilgaamžių“ telefonų yra tipiški „viskas viename“ įrenginiai, kurių ekranas yra labai įprastas iki 2 colių įstrižainės ir nereikalauja nuolatinio belaidžio ryšio (Bluetooth, Wi-Fi, GPS modulių ir kt.) .). Daugumos šių įrenginių akumuliatoriaus talpa yra nedidelė (iki 1000 mAh), tačiau daug energijos naudojančių funkcijų ir modulių nebuvimas esant vidutinei apkrovai leidžia jį įkrauti maždaug kartą per 5-7 dienas. Vidutiniškai apkrova turime omenyje kasdienius pokalbius 30-50 minučių, 2-3 išsiųstas/gautas žinutes, 1-2 nuotraukas darytas fotoaparatu, apie pusvalandį darbo su papildomomis programomis (naršyklė, tvarkykle, garso grotuvas).

Šiandien mobilieji telefonai ir išmanieji telefonai su jutikliniais ekranais yra labai populiarūs. Jie yra modernūs ir patogūs, tačiau negali ilgai veikti be įkrovimo. Dideli lietimui jautrūs ekranai (o dažniausiai jie turi 3-4 colių įstrižainę) yra labai imlūs energijai, o aparatinė platforma (jei kalbame apie išmanųjį telefoną) uždeda nemažą apkrovą. Be to, jutikliniai telefonai dažniausiai naudojami el. paštui tikrinti, nuorodoms gauti, duomenims perduoti, multimedijos turiniui peržiūrėti – visos šios funkcijos papildomai „suvalgo“ nemažą akumuliatoriaus talpos dalį. Su retomis išimtimis išmaniųjų telefonų su jutikliniais ekranais darbo grafikas yra toks: darbas dieną, įkrovimas vakare.

Mobilieji telefonai labai greitai pasensta (tikriausiai net greičiau nei kompiuteriai), dažnai paaiškėja, kad pakeisti seną bateriją telefone yra problematiška. Jie tiesiog negaminami, todėl kokybiškos baterijos neparduodamos (kinietiški rankdarbiai naminiuose plastikiniuose maišeliuose nesiskaito – nėra prasmės jų pirkti, dažniausiai ilgai neišlaiko įkrovos). Gaila išmesti tobulai gerą telefoną, prie kurio jau esi labai įpratęs.

Jei žinote, kaip šiek tiek laikyti lituoklį rankose, galite tiesiog išspręsti šią problemą. Tai įmanoma, nes energijos nešiklis visų mobiliųjų telefonų baterijose yra tos pačios technologijos – taip yra beveik visada Ličio jonų(ličio jonų) arba Li-polimeras(ličio polimero) elementas, kurio įtampa yra 3.6 — 3.7 Volt. Vienintelis skirtumas yra akumuliatoriaus matmenys, vieta ir kontaktų skaičius ant jo. Nusiperki bet kokią (pabrėžiu JOKIĄ) bateriją iš kito modernaus telefono, maždaug tinkamo dydžio, o tada tereikia iš ten ištraukti energijos nešiklį ir perkelti jį į seno akumuliatoriaus korpusą. Toliau, kad būtų paprasčiau, korpuso, valdiklio ir elektrinio elemento surinkimą pavadinsiu „baterija“ arba „baterija“, o akumuliatoriaus viduje esantį elektrinį elementą – „energijos nešikliu“, arba „elementu“, arba „skardine“. Siemens ME45 telefonui pakeista baterija.

Taigi, senos baterijos atkūrimo procesas susideda iš kelių paprastų veiksmų:

1 žingsnis. Atidarykite telefoną, išimkite seną bateriją, nustatykite jos tipą ir talpą. Mano Siemens ME45 tai buvo 840 mAh talpos ličio jonų baterija, 3,7 volto įtampa, žr. nuotrauką.

Svarbiausia yra nustatyti Baterijos Tipas(Li-Ion arba Li-Polymer). Faktas yra tas, kad nuo to priklauso įkrovimo režimas ir akumuliatoriaus valdiklio (specialios elektroninės grandinės, užtikrinančios teisingą įkrovimą) konstrukcija. Li-Polymer akumuliatoriai bijo perkrauti, todėl nepatarčiau senoje baterijoje Li-Ion elemento keisti Li-Polymer.

Pastaba. Kalbant apie įtampą, Li-Ion ir Li-Polymer yra beveik vienodi. Li-Polymer turi mažesnę vidinę varžą ir didesnę energijos talpą nei tokio pat dydžio ir svorio ličio jonų, todėl Li-Polymer baterijos yra naudojamos modeliuojant orlaivius elektrinėms elektrinėms. Li-Polymer trūkumas yra tas, kad jis bijo perkrovimo (išsipučia ir gali sprogti). Niekada nepalikite kraunamo ličio polimero akumuliatoriaus be priežiūros, o įkrauti naudokite tik specialiai Li-Polymer sukurtus įkroviklius!

2 žingsnis. Dabar verta išardyti seną bateriją ir susipažinti su jos turiniu. Užpildymas nėra labai sudėtingas - korpuse yra valdiklis (mažas šalikas) ir energijos nešiklis - svarus stačiakampis su dviem kontaktais. Valdiklio kontaktai išeina į lauką, o viduje yra prijungtas energijos nešiklis.

Valdiklio plokštė matoma iš apačios, o išoriniai baterijos kontaktai yra fone, šioje nuotraukoje apačioje kairėje.

Energijos nešiklis pakeltas, matosi išorinių kontaktų galinė dalis, taip pat „-“ magistralė (kairėje, centre) ir „+“ energijos nešiklio magistralė (dešinėje), prilituota prie valdiklio. .

Tai valdiklio vaizdas iš viršaus. Šioje pusėje yra lituojamos maitinimo magistralės iš elemento (nuotraukoje jis jau uždarytas). Didelis aštuonių kojų lustas 9926A yra lauko tranzistorius, kuris tarnauja kaip raktas, ir mažas 6 kojų smulkmena 521A greičiausiai specializuota mikroschema (jo aprašymo nepavyko rasti), kuri matuoja elemento įtampą ir nustato valdiklio logiką (valdo lauko tranzistorių ir elemento įkrovimo procesą).

Valdiklio plokštės vaizdas iš „apačios“ išoriniai kontaktai yra lituojami šioje pusėje.

3 veiksmas. Eikite į parduotuvę, parodykite pardavėjui savo seną bateriją ir paprašykite parduoti tą patį. Pardavėjas, žinoma, sako, kad atsiprašau, tokių baterijų nėra. Tada paprašykite jo parodyti visus jo turimus akumuliatorių modelius ir pasirinkti tą, kuris atitinka tipą (pavyzdžiui, jei jūsų senas akumuliatorius buvo ličio jonų, tuomet reikia ieškoti ir ličio jonų akumuliatoriaus) ir turi jums tinkama talpa (matuojama miliamperais/valandomis). Kuo didesnė talpa, tuo geriau. Su įtampa viskas yra paprasčiau, čia negalite suklysti - visų baterijų viduje yra vienas stiklainis, kurio įtampa yra 3,6 ... 3,7 volto. Taip pat atkreipkite dėmesį į pakuotės kokybę ir baterijos išleidimo laiką, kuo gaivesnė baterija, tuo ji tarnaus ilgiau. Pakeiskite tik Li-Ion į Li-Ion ir Li-Polymer į Li-Polymer!

4 veiksmas. Atsargiai išardykite naują bateriją ir atskirkite elementą nuo valdiklio. Jei įmanoma, pabandykite jį išlituoti – taip bus lengviau elementą prijungti prie seno valdiklio. Aš negalėjau jo išlituoti (sujungimas buvo užpildytas mišiniu), ir aš tiesiog turėjau jį nuplėšti. Po šios procedūros iš elemento turėtų išsikišti du kontaktai - pliusas ir minusas, kurie turi būti skarduoti ir tada lituoti prie senojo valdiklio. Dėmesio! Nekeiskite poliškumo ir netyčia nesujunkite elemento kontaktų litavimo metu.

Šiame žingsnyje teko susidurti su nedidele problema – teigiamas elemento kontaktas buvo pagamintas iš aliuminio ir kategoriškai atsisakė jį aptarnauti. Be to, jis buvo labai gležnas (iš esmės stora folija) ir galėjo nulipti bet kokiu neatsargiu judesiu. Turėjau sugalvoti, kaip užmegzti jam patikimą kontaktą. Į pagalbą atėjo senas lizdas DIP mikroschemos - 2 kontaktai iš jo tiko šiam tikslui. Jie buvo elastingi ir gerai jungėsi prie elemento kontakto, žiūrėkite nuotraukas.

Čia matosi energijos nešiklis, nuo jo jau nuplėštas valdiklis. Kairėje yra neigiamas kontaktas, kurį mums pavyko apšvitinti. Dešinėje yra teigiamas aliuminio kontaktas ir kontaktai iš lizdo, paruošti prijungimui. Kad elementas tilptų į akumuliatoriaus dėklą, turėjau jį šiek tiek suspausti iš šonų. Šią operaciją reikia atlikti labai atsargiai – jokiu būdu nelaužykite akumuliatoriaus sandariklio (ypač Li-Polymer).

Lizdų kontaktai montuojami ant elemento kontakto.

Tada sutvirtinau kontaktus plona alavuota šerdimi iš MGTF laido ir patikimumo sumetimais lengvai prilitavau, stengdamasis dėti kuo mažiau kanifolijos (kad nepatektų tarp elemento kontakto ir lizdo kontaktų).

Beveik baigtas akumuliatorius. Minkštos mėlynos tarpinės (amortizacines poveržles paėmiau iš seno CD-ROM) reikalingos tam, kad elementas nekabėtų baterijos dėkle. Viskas, ką jums reikia padaryti, tai uždaryti dangtį ir procesas baigtas. Dangtelio neklijavau, o tiesiog apvyniojau 2 sluoksniais juostos.

„Senukas“ su nauja baterija - viskas gerai!

Tai viskas, kas liko iš „donoro“ - etiketė ir sugedęs valdiklis.

Ličio jonų/polimero akumuliatoriaus apsauginio valdiklio konstrukcija ir veikimo principas

Jei išskirsite bet kurią mobiliojo telefono bateriją, pamatysite, kad maža spausdintinė plokštė yra prilituota prie akumuliatoriaus elemento gnybtų. Tai vadinamoji apsaugos grandinė arbaApsaugos IC. Dėl savo savybiųličio baterijosreikalauja nuolatinio stebėjimo. Pažvelkime atidžiau, kaip sukonstruota apsaugos grandinė ir iš kokių elementų ji susideda.

Įprasta ličio baterijos įkrovimo valdiklio grandinė yra maža plokštė, ant kurios sumontuota elektroninė SMD komponentų grandinė. 1 elemento („banko“) valdiklio grandinė esant 3,7 V, kaip taisyklė, susideda iš dviejų mikroschemų. Vienas valdymo lustas, o kitas vykdomasis - dviejų MOSFET tranzistorių mazgas.

Nuotraukoje parodyta įkrovimo valdiklio plokštė iš 3,7 V baterijos.

Mažoje pakuotėje esanti mikroschema, pažymėta DW01-P, iš esmės yra valdiklio „smegenys“. Čia yra tipinė šios mikroschemos prijungimo schema. Diagramoje G1 yra ličio jonų arba polimero akumuliatoriaus elementas. FET1, FET2 yra MOSFET tranzistoriai.

DW01-P mikroschemos kontaktas, išvaizda ir paskirtis.

MOSFET tranzistoriai nėra įtraukti į DW01-P mikroschemą ir yra pagaminti kaip atskiras mikroschemos mazgas iš 2 N tipo MOSFET tranzistorių. Paprastai naudojamas mazgas, pažymėtas 8205, o pakuotė gali būti 6 kontaktų (SOT-23-6) arba 8 kontaktų (TSSOP-8). Agregatas gali būti pažymėtas kaip TXY8205A, SSF8205, S8205A ir kt. Taip pat galite rasti mazgų, pažymėtų 8814 ir panašių.

Čia yra TSSOP-8 paketo S8205A lusto jungtis ir sudėtis.

Akumuliatoriaus elemento iškrovimui ir įkrovimui atskirai valdyti naudojami du lauko tranzistoriai. Patogumui jie gaminami viename korpuse.

Tranzistorius (FET1), kuris yra prijungtas prie OD kaiščio ( Perteklinis išsikrovimas) DW01-P mikroschema, valdo akumuliatoriaus išsikrovimą – pajungia/atjungia apkrovą. Ir tas (FET2), kuris yra prijungtas prie OC kaiščio ( Permokestis) - pajungia/atjungia maitinimo šaltinį (įkroviklį). Taigi, atidarę arba uždarę atitinkamą tranzistorių, galite, pavyzdžiui, išjungti apkrovą (vartotoją) arba nustoti krauti akumuliatoriaus elementą.

Pažvelkime į valdymo lusto ir visos apsaugos grandinės logiką kaip visumą.

Apsauga nuo perkaitimo.

Kaip žinote, per didelis ličio akumuliatoriaus įkrovimas virš 4,2–4,3 V gali perkaisti ir net sprogti.

Jei elemento įtampa pasiekia 4,2–4,3 V ( Apsaugos nuo perkrovimo įtampa - V OCP), tada valdymo lustas uždaro tranzistorių FET2, taip užkertant kelią tolesniam akumuliatoriaus įkrovimui. Akumuliatorius bus atjungtas nuo maitinimo šaltinio, kol įtampa elemente nukris žemiau 4–4,1 V ( Perkrovimo išleidimo įtampa - V OCR) dėl savaiminio išsikrovimo. Taip yra tik tuo atveju, jei prie akumuliatoriaus nėra prijungta apkrova, pavyzdžiui, ji pašalinta iš mobiliojo telefono.

Jei akumuliatorius prijungtas prie apkrovos, FET2 tranzistorius vėl atsidaro, kai įtampa elemente nukrenta žemiau 4,2 V.

Apsauga nuo perkaitimo.

Jei akumuliatoriaus įtampa nukrenta žemiau 2,3–2,5 V ( Apsaugos nuo perkaitimo įtampa- VODP), tada valdiklis išjungia FET1 iškrovos MOSFET tranzistorių - jis prijungtas prie DO kaiščio.

Yra gana įdomi būklė . Kol akumuliatoriaus elemento įtampa neviršija 2,9–3,1 V ( Perkrovos išleidimo įtampa - V ODR), apkrova bus visiškai atjungta. Valdiklio gnybtuose bus 0V. Tie, kurie mažai susipažinę su apsauginės grandinės logika, gali supainioti šią situaciją su akumuliatoriaus „mirimu“. Čia tik mažas pavyzdys.

Miniatiūrinė ličio polimero baterija 3,7 V iš MP3 grotuvo. Sudėtis: valdymo valdiklis - G2NK (serija S-8261), lauko tranzistorių surinkimas - KC3J1.

Baterija išsikrovė žemiau 2,5 V. Valdymo grandinė jį atjungė nuo apkrovos. Valdiklio išėjimas yra 0 V.

Be to, jei matuojate akumuliatoriaus elemento įtampą, tada atjungus apkrovą ji šiek tiek padidėjo ir pasiekė 2,7 V lygį.

Kad valdiklis vėl prijungtų akumuliatorių prie „išorinio pasaulio“, tai yra, prie apkrovos, akumuliatoriaus elemento įtampa turi būti 2,9–3,1 V ( V ODR).

Čia iškyla labai pagrįstas klausimas.

Diagramoje matyti, kad tranzistorių FET1, FET2 Drain gnybtai yra sujungti kartu ir niekur nėra sujungti. Kaip tokia grandine teka srovė, kai suveikia apsauga nuo perkrovos? Kaip dar kartą įkrauti akumuliatoriaus „stiklainį“, kad valdiklis vėl įjungtų iškrovos tranzistorių - FET1?

Jei ieškote ličio jonų / polimerų apsaugos lustų duomenų lapų (įskaitant DW01-P,G2NK), tada galite sužinoti, kad suveikiant gilaus iškrovimo apsaugai, veikia įkrovos aptikimo grandinė - Įkroviklio aptikimas. Tai yra, kai įkroviklis yra prijungtas, grandinė aptiks, kad įkroviklis prijungtas, ir leis įkrovimo procesą.

Įkrovimas iki 3,1 V lygio po gilaus ličio elemento iškrovimo gali užtrukti labai ilgai – kelias valandas.

Norėdami atkurti ličio jonų/polimero akumuliatorių, galite naudoti specialius įrenginius, pavyzdžiui, universalų įkroviklį Turnigy Accucell 6. Galite sužinoti, kaip tai padaryti.

Būtent šiuo metodu man pavyko atkurti Li-polymer 3,7V bateriją iš MP3 grotuvo. Įkrovimas nuo 2,7 V iki 4,2 V užtruko 554 minutes ir 52 sekundes, tai yra daugiau nei 9 valandas ! Tiek gali trukti „atkūrimo“ mokestis.

Be kita ko, ličio baterijų apsaugos mikroschemų funkcionalumas apima apsaugą nuo viršsrovių ( Apsauga nuo viršsrovių) ir trumpasis jungimas. Apsauga nuo viršsrovių suveikia staiga nukritus įtampai tam tikru dydžiu. Po to mikroschema apriboja apkrovos srovę. Jei apkrovoje yra trumpasis jungimas (trumpasis jungimas), valdiklis jį visiškai išjungia, kol trumpasis jungimas bus pašalintas.

Izoliuotas lauko efekto tranzistorius

Šiandien tarp pakankamo skaičiaus tranzistorių rūšių išskiriamos dvi klasės: p-n- pereinamieji tranzistoriai (dvipoliai) ir tranzistoriai su izoliuotais puslaidininkiniais užtaisais (lauko efektas). Kitas pavadinimas, kurį galima rasti apibūdinant lauko tranzistorius, yra MOS (metal-oxide-semiconductor) dėl to, kad silicio oksidas (SiO 2) daugiausia naudojamas kaip dielektrinė medžiaga. Kitas gana dažnas pavadinimas yra MIS (metalas – dielektrikas – puslaidininkis).

Keletas patikslinimų. Dažnai galite išgirsti terminus MOSFET, mosfetas, MOS tranzistorius. Šis terminas kartais klaidina pradedantiesiems elektronikos srityje.

Kas yra MOSFET?

MOSFET yra dviejų angliškų frazių santrumpa: Metal-Oxide-Semiconductor (metalas - oksidas - puslaidininkis) ir Field-Effect-Transistor (elektrinio lauko valdomas tranzistorius). Todėl MOSFET yra ne kas kita, kaip įprastas MOS tranzistorius.

Manau, kad dabar aišku, kad terminai MOSFET, MOSFET, MOS, MOS, MOS reiškia tą patį, būtent izoliuotą lauko tranzistorių.

Verta prisiminti, kad kartu su santrumpa MOSFET vartojama santrumpa J-FET (Junction). J-FET tranzistoriai taip pat yra lauko tranzistoriai, tačiau toks tranzistorius valdomas naudojant jame esančią valdymo p-n sandūrą. Šie tranzistoriai, skirtingai nei MOSFET, turi šiek tiek kitokią struktūrą.

Lauko tranzistoriaus veikimo principas.

Lauko tranzistoriaus veikimo esmė yra galimybė valdyti per jį tekančią srovę naudojant elektrinį lauką (įtampą). Tai geriau palyginti su bipoliniais tranzistoriais, kur didelė išėjimo srovė valdoma naudojant mažą įėjimo srovę.

Pažvelkime į supaprastintą lauko tranzistoriaus su izoliuotais užtaisais modelį (žr. pav.). Kadangi MOS tranzistoriai yra skirtingų laidumo tipų (n arba p), paveikslėlyje parodytas lauko tranzistorius su izoliuotais užtaisais ir n tipo kanalu.

MOS tranzistoriaus pagrindas yra:

Silicio substratas . Pagrindas gali būti p tipo arba n tipo puslaidininkis. Jei substratas yra p tipo, tai puslaidininkyje yra daugiau teigiamai įkrautų atomų silicio kristalinės gardelės vietose. Jei substratas yra n tipo, tai puslaidininkyje yra daugiau neigiamo krūvio atomų ir laisvųjų elektronų. Abiem atvejais p arba n tipo puslaidininkis susidaro įvedant priemaišas.

Puslaidininkių n+ sritis . Šios sritys yra labai praturtintos laisvaisiais elektronais (taigi ir „+“), o tai pasiekiama į puslaidininkį įvedant priemaišą. Šaltinio ir nutekėjimo elektrodai yra prijungti prie šių sričių.

Dielektrinis . Jis izoliuoja vartų elektrodą nuo silicio pagrindo. Pats dielektrikas pagamintas iš silicio oksido (SiO 2). Vartų elektrodas, valdymo elektrodas, yra prijungtas prie dielektriko paviršiaus.

Dabar trumpai apibūdinkime, kaip visa tai veikia.

Jei tarp vartų ir šaltinio yra teigiama įtampa ( + ) iki vartų gnybto, tada tarp metalinio vartų gnybto ir pagrindo susidaro skersinis elektrinis laukas. Tai savo ruožtu į dielektriko paviršinį sluoksnį pradeda traukti neigiamai įkrautus laisvuosius elektronus, kurie nedideliais kiekiais pasiskirsto silicio substrate.

Dėl to paviršiniame sluoksnyje susikaupia pakankamai daug elektronų ir susidaro vadinamasis kanalas - laidumo sritis. Paveiksle kanalas parodytas mėlyna spalva. Tai, kad kanalas yra n tipo, reiškia, kad jis susideda iš elektronų. Kaip matome, tarp šaltinio ir nutekėjimo gnybtų, o iš tikrųjų jų n+ sričių susidaro savotiškas „tiltas“, kuris praleidžia elektros srovę.

Srovė pradeda tekėti tarp šaltinio ir kanalizacijos. Taigi dėl išorinės valdymo įtampos kontroliuojamas lauko tranzistoriaus laidumas. Jei pašalinsite valdymo įtampą nuo vartų, laidus kanalas paviršiniame sluoksnyje išnyks, o tranzistorius užsidarys ir nustos praleisti srovę. Pažymėtina, kad supaprastinto modelio paveiksle pavaizduotas lauko tranzistorius su n tipo kanalu. Taip pat yra lauko tranzistorių su p tipo kanalu.

Pateiktas modelis yra labai supaprastintas. Tiesą sakant, šiuolaikinio MOS tranzistoriaus konstrukcija yra daug sudėtingesnė. Tačiau, nepaisant to, supaprastintas modelis aiškiai ir paprastai parodo idėją, kuri buvo įdėta į lauko tranzistorių su izoliuotais vartais.

Be kita ko, lauko tranzistoriai su izoliuotais užtaisais yra išeikvotų ir praturtintų tipų. Paveikslėlyje parodytas tik praturtintas lauko tranzistorius - jame kanalas yra „praturtintas“ elektronais. Išsekimo tipo tranzistoriuose elektronai jau yra kanalo srityje, todėl tranzistorius praleidžia srovę be valdymo įtampos vartuose. Išeikvotų ir prisodrintų lauko tranzistorių srovės įtampos charakteristikos labai skiriasi.

Apie skirtumą tarp praturtintų ir išeikvotų MOSFET tranzistorių galite perskaityti čia. Ten taip pat parodyta Kaip žymimi MOSFET? ant scheminių schemų.

Nesunku pastebėti, kad vartų elektrodas ir substratas kartu su tarp jų esančiu dielektriku sudaro savotišką elektrinį kondensatorių. Plokštės yra metalinių užtvarų gnybtas ir pagrindo sritis, o izoliatorius tarp šių elektrodų yra silicio oksido (SiO 2) dielektrikas. Todėl lauko tranzistorius turi esminį parametrą, vadinamą vartų talpa.

Lauko efekto tranzistoriai, skirtingai nei bipoliniai tranzistoriai, turi mažesnį vidinį triukšmą esant žemiems dažniams. Todėl jie aktyviai naudojami garso stiprinimo technologijoje. Pavyzdžiui, šiuolaikinės žemo dažnio galios stiprintuvo mikroschemos, skirtos automobiliniams CD/MP3 grotuvams, turi MOSFET tranzistorius. Automobilio imtuvo prietaisų skydelyje galite rasti užrašą „ Maitinimas MOSFET“ ar panašiai. Taip gamintojas giriasi, leisdamas suprasti, kad jam rūpi ne tik galia, bet ir garso kokybė.

Lauko tranzistorius, palyginti su dvipoliais tranzistoriais, turi didesnę įėjimo varžą, kuri gali siekti nuo 10 iki 9 omų ar daugiau. Ši savybė leidžia manyti, kad šie įrenginiai yra valdomi potencialo arba, kitaip tariant, įtampos. Šiandien tai yra geriausias pasirinkimas kuriant grandines su pakankamai mažu energijos suvartojimu statinio poilsio režimu. Ši sąlyga ypač aktuali statinėms atminties grandinėms su daugybe atminties elementų.

Jei mes kalbame apie pagrindinį tranzistorių veikimo režimą, tada šiuo atveju dvipoliai rodo geresnį našumą, nes lauko parinkčių įtampos kritimas yra labai didelis, o tai sumažina bendrą visos grandinės efektyvumą. Nepaisant to, plėtojant lauko tranzistorių gamybos technologijas, šios problemos buvo galima atsikratyti. Šiuolaikiniai lauko tranzistoriai turi mažą kanalo varžą ir gerai veikia aukštais dažniais.

Dėl paieškų, kaip pagerinti didelės galios lauko tranzistorių charakteristikas, buvo išrastas hibridinis elektroninis įrenginys - IGBT tranzistorius, kuris yra lauko efekto ir bipolinio tranzistoriaus hibridas.

IGBT tranzistorius

Izoliuotas dvipolis tranzistorius

Šiuolaikinėje galios elektronikoje plačiai naudojami vadinamieji IGBT tranzistoriai. Ši santrumpa yra pasiskolinta iš užsienio terminijos ir reiškia izoliuotų vartų bipolinį tranzistorių, o rusiškai skamba kaip izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius. Todėl IGBT tranzistoriai dar vadinami IGBT. IGBT yra elektroninis maitinimo įtaisas, naudojamas kaip galingas elektroninis jungiklis, sumontuotas perjungiamuose maitinimo šaltiniuose, keitikliuose ir elektros pavaros valdymo sistemose.

IGBT tranzistorius yra gana protingas įrenginys, kuris yra lauko ir dvipolio tranzistoriaus hibridas. Šis derinys lėmė tai, kad šio tipo tranzistorius paveldėjo teigiamas lauko ir dvipolio tranzistoriaus savybes.

IGBT tranzistoriaus veikimo esmė ta, kad lauko tranzistorius valdo galingą bipolinį tranzistorių. Dėl to galingos apkrovos perjungimas tampa įmanomas esant mažai valdymo galiai, nes valdymo signalas tiekiamas į lauko tranzistoriaus vartus.

Vidinė IGBT struktūra yra kaskadinis dviejų elektroninių įvesties jungiklių, valdančių terminalą plius, jungtis. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta supaprastinta lygiavertė izoliuotų vartų dvipolio tranzistoriaus grandinė.

Visą IGBT veikimo procesą galima pavaizduoti dviem etapais: kai tik įjungiama teigiama įtampa, tarp vartų ir šaltinio atsidaro lauko tranzistorius, tai yra, tarp šaltinio ir nutekėjimo susidaro n kanalas. Tokiu atveju prasideda krūvių judėjimas iš regiono nį regioną p, o tai reiškia, kad atidaromas bipolinis tranzistorius, dėl kurio srovė iš emiterio patenka į kolektorių.

IGBT atsiradimo istorija.

Galios lauko tranzistoriai pirmą kartą pasirodė 1973 m., o jau 1979 m. buvo pasiūlyta sudėtinė tranzistoriaus grandinė, aprūpinta valdomu dvipoliu tranzistoriumi, naudojant izoliuotą lauko tranzistorių. Bandymų metu buvo nustatyta, kad naudojant bipolinį tranzistorių kaip jungiklį, pagrindiniame tranzistorius nėra prisotintas, o tai žymiai sumažina delsą, kai jungiklis yra išjungtas.

Kiek vėliau, 1985 m., buvo pristatytas izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius, kurio išskirtinis bruožas – plokščia konstrukcija, darbinių įtampų diapazonas tapo didesnis. Taigi, esant aukštai įtampai ir didelėms srovėms, įjungimo būsenos nuostoliai yra labai maži. Šiuo atveju prietaisas turi panašias perjungimo ir laidumo charakteristikas kaip ir bipolinis tranzistorius, o valdymas atliekamas pagal įtampą.

Pirmosios kartos įrenginiai turėjo tam tikrų trūkumų: perjungimas buvo lėtas, be to, jie nebuvo labai patikimi. Antroji karta buvo išleista 90-aisiais, o trečioji vis dar gaminama: jie pašalina tokius trūkumus, turi didelę įėjimo varžą, valdoma galia maža, o įjungtoje būsenoje liekamoji įtampa taip pat žema.

Jau dabar elektroninių komponentų parduotuvėse galima įsigyti IGBT tranzistorių, kurie gali perjungti sroves nuo kelių dešimčių iki šimtų amperų ( Aš keik max ), ir darbinę įtampą ( U ke maks ) gali skirtis nuo kelių šimtų iki tūkstančio ar daugiau voltų.

IGBT (IGBT) simbolis grandinės schemose.

Kadangi IGBT tranzistorius turi kombinuotą lauko efekto ir bipolinio tranzistoriaus struktūrą, jo gnybtai vadinami vartais - Z(valdymo elektrodas), emiteris ( E) ir kolekcionierius ( KAM). Užsienio stiliaus užrakto išėjimas žymimas raide G, emiterio išvestis - E, o kolektoriaus išėjimas yra C.

Paveikslėlyje parodytas įprastas izoliuotų vartų dvipolio tranzistoriaus grafinis simbolis. Tranzistorius taip pat gali būti pavaizduotas su įmontuotu greituoju diodu. Be to, IGBT tranzistorius gali būti pavaizduotas taip:

IGBT savybės ir taikymo sritis.

Išskirtinės IGBT tranzistorių savybės:

Įtampa valdoma (kaip ir bet kuris lauko efekto tranzistorius);

Turėkite mažus nuostolius;

Gali veikti aukštesnėje nei 100 0 C temperatūroje;

Gali dirbti esant didesnei nei 1000 voltų įtampai ir didesnei nei 5 kilovatų galiai.

Išvardytos savybės leido naudoti IGBT tranzistorius keitikliuose, kintamo dažnio pavarose ir perjungimo srovės reguliatoriuose. Be to, jie dažnai naudojami suvirinimo energijos šaltiniuose, galingų elektrinių pavarų valdymo sistemose, kurios montuojamos, pavyzdžiui, elektromobiliuose: elektriniuose lokomotyvuose, tramvajų, troleibusų. Šis sprendimas žymiai padidina efektyvumą ir užtikrina aukštą lygumą.

Be to, šie įrenginiai montuojami į nepertraukiamo maitinimo šaltinius ir aukštos įtampos tinklus. IGBT tranzistorių galima rasti skalbimo mašinų, siuvimo mašinų ir indaplovių elektroninėse grandinėse, inverteriniuose oro kondicionieriuose, siurbliuose, elektroninėse automobilių uždegimo sistemose, serverių ir telekomunikacijų įrangos maitinimo sistemose. Kaip matote, IGBT taikymo sritis yra gana didelė.

Verta paminėti, kad IGBT ir MOSFET kai kuriais atvejais yra keičiami, tačiau aukšto dažnio žemos įtampos pakopoms pirmenybė teikiama MOSFET tranzistoriams, o didelės galios aukštos įtampos pakopoms – IGBT tranzistoriams.

Pavyzdžiui, IGBT tranzistoriai puikiai atlieka savo funkcijas esant darbiniams dažniams iki 20-50 kilohercų. Esant aukštesniems dažniams, tokio tipo tranzistorius padidina nuostolius. Be to, didžiausios IGBT tranzistorių galimybės pasireiškia esant didesnei nei 300–400 voltų darbinei įtampai. Todėl izoliuotų vartų dvipolius tranzistorius lengviausia rasti aukštos įtampos ir didelės galios elektros prietaisuose.

Šiandien retai pamatysite įrenginį, maitinamą mechanine energija – didžioji dauguma prietaisų yra maitinami elektra. Baterijos tapo neatsiejama elektroninių prietaisų dalimi. Kaip veikia baterija? Pabandykime tai išsiaiškinti.

Akumuliatorių yra daug tipų, tačiau buitinėje elektronikoje dažniausiai naudojamos nikelio-kadmio (NiCd), nikelio-metalo hidrido (NiMh) ir ličio jonų (Li-Ion) baterijos.

NiCd baterijos yra naudojamos ilgiausiai dėl jų gamybos, naudojimo ir laikymo paprastumo. Iki šiol NiCd baterijos išlieka populiariausios radijo aparatams, medicinos įrangai, profesionalioms vaizdo kameroms ir galingiems įrankiams maitinti.

NiMH baterija, palyginti su NiCd baterija, įkrovimo metu išskiria žymiai daugiau šilumos. Be to, norint nustatyti, kada jis visiškai įkrautas, reikalingas sudėtingesnis algoritmas. Todėl dauguma NiMH baterijų turi vidinį temperatūros jutiklį. Be to, NiMH baterija negali greitai įkrauti – paprastai įkrovimo laikas yra du kartus didesnis nei NiCd. Tačiau jų talpa yra didesnė nei NiCd.

Ličio jonų akumuliatorių charakteristikos yra dvigubai didesnės nei NiCd baterijų, tenkančių kilogramui svorio. Štai kodėl ličio jonų baterijos naudojamos visuose nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir telefonuose, kur svarbu svoris ir baterijos veikimo laikas.

Kaip veikia baterija?

Įkraunamos baterijos veikia naudojant įtampos skirtumą tarp dviejų metalinių plokščių, panardintų į elektrolito tirpalą. Pirmasis šiuo principu veikiantis srovės šaltinis buvo sukurtas XIX a. Viena plokštelė jame buvo vario, antroji – cinko, kuris labai greitai ištirpo.

Įtampos skirtumą galima paaiškinti naudojant dviejų vamzdeliu sujungtų skysčio talpyklų analogiją. Kad vanduo vamzdyje pradėtų judėti, reikia sukurti lygio skirtumą, pavyzdžiui, vieną indą pakelti aukščiau už kitą. Palaipsniui vanduo tekės iš kairiojo butelio į dešinę. Kai lygis tampa vienodas, vandens srautas sustoja. Akumuliatoriui tai reiškia visišką išsikrovimą.

Norėdami jį įkrauti, turite grąžinti vandenį į pradinę talpyklą. Pavyzdžiui, naudojant kaušą ar puodelį. Jei semsite vandenį iš dešiniojo butelio ir supilsite į kairįjį, baterija bus įkrauta. Žinoma, reikia semti tokiu pat greičiu, kaip vanduo išteka per žarną. Priešingu atveju baterija vėl išsikraus.

Struktūriškai pati baterija yra itin paprastas įrenginys. Tai du ilgi grafito ir ličio oksido lakštai su kobaltu. Jie sutepami elektrolitu ir suvyniojami. Ličio jonų baterija paruošta.

Mitai apie baterijas

Plačiai paplitęs įsitikinimas, kad iš karto po pirkimo ličio jonų akumuliatorių reikia „pakrauti“ - atlikti kelis pilno įkrovimo ir iškrovimo ciklus. Paprastai – nuo ​​trijų iki penkių. Šis mitas nėra labai žalingas akumuliatoriams, tačiau vis dėlto eikvoja jo veikimo ciklus.

Ličio jonų akumuliatorių savybė yra ta, kad jie neturi atminties efekto, kaip buvo su NiCd baterijomis. Šis efektas buvo toks, kad jei įkraunate nevisiškai išsikrovusį NiCd akumuliatorių, jo talpa sumažėja. Li-Ion tokios funkcijos neturi. Be to, gamintojas garantuoja, kad akumuliatoriaus talpa nesumažės per 300 iškrovimo-įkrovimo ciklų.

Dar kartą: nenaudinga Li-Ion „treniruoti“ grotuvą, telefoną, raciją, PDA, planšetę, laikrodį ar bet kurį kitą mobilųjį įrenginį.

Ličio jonų baterijos paprastai nemėgsta per daug įkrauti ir iškrauti. Gamintojas garantuoja 300 ciklų, tačiau tai nereiškia, kad po 301 ciklo akumuliatorių galima išmesti. Viskas priklausys nuo eksploatavimo sąlygų. Ličio jonų „šiltnamio“ sąlygos yra maksimalus įkrovimas iki 80%, o minimalus iškrovimas iki 40%. Kai kurie nešiojamųjų kompiuterių modeliai leidžia nustatyti šiuos parametrus aptarnavimo programinėje įrangoje, pratęsiant baterijos „tarnavimo laiką“. Taip pat baterijos negrįžtamai praranda talpą esant žemesnei nei nulio laipsnių temperatūrai ir kaitinant virš +40 laipsnių. Todėl įtaisus geriau saugoti nuo šalčio ir didelio karščio.