Λειτουργίες προστασίας φορτιστή μπαταρίας

Είτε χρησιμοποιείτε φορτιστή μπαταρίας για το αυτοκίνητό σας είτε χρησιμοποιείτε μπαταρία για άλλους σκοπούς, είναι σημαντικό να κατανοήσετε πώς να προστατεύσετε την μπαταρία σας. Αυτό περιλαμβάνει την αναγνώριση του τι προκαλεί υπερφόρτιση, πώς να αποφύγετε μια θερμική διαφυγή και πολλά άλλα.

Η προστασία από υπερένταση είναι ένα σημαντικό μέρος όλων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Προστατεύει τον εξοπλισμό από υπερφόρτωση ρεύματος και σφάλματα γείωσης.

Εκτός από την παροχή προστασίας, οι συσκευές υπερέντασης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη διάγνωση μιας κατάστασης υπερφόρτισης. Οι διακόπτες κυκλώματος, οι ασφάλειες και οι εύτηκτοι σύνδεσμοι είναι οι πιο κοινές συσκευές προστασίας από υπερένταση. Αυτές οι συσκευές συνδέονται σε σειρά με το κύκλωμα που προστατεύουν.

Οι ασφάλειες και οι διακόπτες κυκλώματος έχουν σχεδιαστεί για να διακόπτουν ένα κύκλωμα όταν ένα ρεύμα υπερβαίνει μια προκαθορισμένη τιμή κατωφλίου. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα χαμηλής τάσης. Μια ασφάλεια αποτελείται από δύο καλώδια ή λωρίδες που περικλείονται σε έναν μονωτήρα. Η λιωμένη σύνδεση της λωρίδας τήξης μπορεί να έχει τόξο κατά μήκος και να λιώσει.

Ασφάλειες και διακόπτες κυκλώματος βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα ηλεκτρονικά προϊόντα. Χρησιμοποιούνται για την προστασία του προσωπικού, των αγωγών και του εξοπλισμού από υπερένταση ή βραχυκυκλώματα. Εάν το κύκλωμα αποτύχει να λειτουργήσει, οι ασφάλειες θα καούν και η συσκευή θα είναι εκτός λειτουργίας.

Οι μπαταρίες πρέπει να προστατεύονται από υπερένταση και υπέρταση. Οι συνθήκες υπερφόρτισης και υπέρτασης μπορεί να προκαλέσουν βλάβες της μπαταρίας, εκρήξεις και τοξικές αναθυμιάσεις. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, ειδικότερα, θα πρέπει να παρακολουθούνται και να προστατεύονται.

Τα κυκλώματα φόρτισης μπαταριών είναι ευάλωτα σε προβλήματα όπως υπερφόρτωση πηγής ρεύματος, ασυμβίβαστο φορτίο και κύκλωμα φόρτισης που αντλεί περισσότερο ρεύμα από το επιτρεπόμενο. Για την προστασία της μπαταρίας και του εξοπλισμού από αυτούς τους κινδύνους, η μπαταρία θα πρέπει να περιλαμβάνει λειτουργία προστασίας από υπερένταση.

Τα πακέτα μπαταριών πολυμερούς λιθίου είναι συνήθως εξοπλισμένα με ένα προστατευτικό κύκλωμα που έχει σχεδιαστεί για να αποτρέπει την υπερφόρτιση και την υπερφόρτιση. Ωστόσο, είναι επίσης επιρρεπείς σε κακή χρήση. Η φόρτιση μιας μπαταρίας πολυμερούς λιθίου πέρα ​​από τη χωρητικότητά της μπορεί να οδηγήσει σε θερμική διαφυγή και άλλα προβλήματα ασφάλειας. Στην ιδανική περίπτωση, μια μπαταρία δεν θα πρέπει να φορτίζεται πάνω από 1,5 φορές το ρεύμα προστασίας φόρτισης της μπαταρίας.

Η δοκιμή της λειτουργίας προστασίας από υπερένταση μιας μπαταρίας περιλαμβάνει τον έλεγχο της απόκρισης του κυκλώματος σε συνθήκες υπερέντασης και υπέρτασης. Αυτές οι δοκιμές πρέπει να διεξάγονται σε εργαστήριο.

Η λειτουργία προστασίας φόρτισης υπερέντασης ελέγχεται με χρήση πηγής ρεύματος συνεχούς ρεύματος. Τα δεδομένα συλλέγονται για μία ώρα μετά τη διακοπή της φόρτισης. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, μετράται η θερμοκρασία της μπαταρίας και το επίπεδο SOC. Όταν το επίπεδο SOC φτάσει το 130 τοις εκατό ή περισσότερο, η δοκιμή τερματίζεται. Αυτό επιτρέπει την ακριβέστερη αξιολόγηση της ικανότητας της μπαταρίας να αντιστέκεται σε υπερένταση και υπέρταση.

Η προστασία από υπερβολική εκφόρτιση είναι μία από τις λειτουργίες ασφαλείας ενός φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου. Εμφανίζεται όταν η τάση μιας μπαταρίας λιθίου πέσει κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο. Εάν η τάση φτάσει σε ένα επίπεδο κάτω από αυτό το όριο, η μπαταρία θα σταματήσει να φορτίζει. Η μπαταρία θα γίνει τελικά ένας πιθανός κίνδυνος πυρκαγιάς.

Η προστασία από υπερφόρτιση εφαρμόζεται με τη μορφή ενός διακόπτη προστασίας από υπερφόρτιση. Ο διακόπτης συνδέεται σε σειρά μεταξύ της θετικής πλευράς των μπαταριών και του ακροδέκτη εξόδου της μπαταρίας.

Ο διακόπτης συνοδεύεται από ένα κύκλωμα ελέγχου που ανάβει και σβήνει τον διακόπτη όταν η τάση της μπαταρίας φτάσει σε ένα ορισμένο ελάχιστο σημείο ρύθμισης. Περιλαμβάνεται επίσης ένα κύκλωμα καθυστέρησης για την πρόληψη της πρόωρης απενεργοποίησης του FET.

Εκτός από τον διακόπτη προστασίας από υπερφόρτιση, υπάρχει επίσης ένα κύκλωμα ανίχνευσης τάσης που παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας. Αυτό το κύκλωμα αποτελείται από έναν ελεγκτή ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) τριών ακροδεκτών. Όπως φαίνεται στο Σχ. 2, το IC ελέγχει τον διακόπτη προστασίας από υπερβολική εκφόρτιση διακόπτοντας την τάση εξόδου όταν η τάση του στοιχείου πέσει κάτω από το όριο υπερεκφόρτισης.

Αυτό το κύκλωμα ενσωματώνει επίσης μια παρασιτική δίοδο για να διατηρεί το FET σε κατάσταση ενεργοποίησης σε σχέση με το αντίστροφο ρεύμα. Συμπληρώνεται από έναν πυκνωτή C21 που προσθέτει ένα μικρό χρονικό διάστημα στην άνοδο της τάσης στην πύλη του FET.

Όταν ο διακόπτης προστασίας υπερεκφόρτισης είναι απενεργοποιημένος, η τάση στην πλευρά εξόδου του διακόπτη αυξάνεται στην τάση στο τέλος φόρτισης. Ένας θερμικός διακόπτης κυκλώματος χρησιμοποιείται επίσης για την απενεργοποίηση της εισόδου της μπαταρίας.

Ένα άλλο προαναφερθέν στοιχείο είναι η λειτουργία προστασίας από υπερβολική θερμοκρασία. Αυτή η συσκευή δεν είναι τόσο εξελιγμένη όσο η λειτουργία προστασίας από υπερβολική εκφόρτιση.

Ένας εναλλακτικός σχεδιασμός για τη λειτουργία προστασίας από υπερβολική εκφόρτιση θα ήταν ένας μικροελεγκτής που θα διαβάζει τη θερμοκρασία των μπαταριών και θα απενεργοποιεί την έξοδο. Ωστόσο, αυτή η επιλογή απαιτεί πολύ προγραμματισμό, κάτι που μπορεί να μην είναι πρακτικό για ορισμένες εφαρμογές.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες επιλογές προστασίας από υπερβολική εκφόρτιση που είναι χρήσιμες και μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να ικανοποιούν μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Για παράδειγμα, σε έναν φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου πολλαπλών κυψελών, ο μηχανισμός ανίχνευσης υπερβολικής εκφόρτισης θα μπορούσε να ρυθμιστεί ώστε να παρακολουθεί όλα τα στοιχεία της μπαταρίας.

Οι λειτουργίες προστασίας από υπερβολική θερμοκρασία των φορτιστών μπαταριών είναι κρίσιμες για την απόδοση και την αξιοπιστία των συστημάτων διαχείρισης ισχύος της μπαταρίας. Η κατάσταση υπερβολικής θερμοκρασίας δεν αποτελεί μόνο κίνδυνο για την ασφάλεια, αλλά μπορεί επίσης να είναι επιζήμια για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση θερμικής διαρροής, η μπαταρία πρέπει να απενεργοποιηθεί πριν η θερμοκρασία φτάσει σε ένα επίπεδο που δεν είναι εφικτό.

Τα συστήματα προστασίας της μπαταρίας προσφέρουν συνήθως δύο επίπεδα προστασίας. Η μία είναι μια θερμική ασφάλεια και η άλλη είναι μια λειτουργία θερμικής απενεργοποίησης.

Η θερμική ασφάλεια είναι μια συσκευή που απενεργοποιεί αυτόματα τον φορτιστή εάν η θερμοκρασία της μπαταρίας αποθήκευσης υπερβεί ένα προκαθορισμένο όριο. Άλλα χαρακτηριστικά των φορτιστών μπαταριών περιλαμβάνουν προστασία υπέρτασης και αντίστροφης πολικότητας.

Υπάρχουν άλλοι φορτιστές μπαταριών που προσφέρουν χαρακτηριστικά θερμικής απενεργοποίησης. Ωστόσο, αυτές οι συσκευές είναι πολύ ακριβές για να ενσωματωθούν σε έναν τυπικό φορτιστή και απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό για την αποφυγή θερμικής διακοπής λειτουργίας. Αντίθετα, μια λειτουργία θερμικής απενεργοποίησης μπορεί να υλοποιηθεί συνδέοντας ένα θερμίστορ NTC σε έναν ειδικό ακροδέκτη σύνδεσης. Ένα κύκλωμα ανίχνευσης τάσης μπορεί στη συνέχεια να παρακολουθεί την αντίσταση του θερμίστορ για να προσδιορίσει εάν η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή για να κλείσει η μπαταρία.

Οι μπαταρίες έχουν μεγάλο εύρος θερμοκρασίας. Η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας της μπαταρίας αποθήκευσης και του φορτιστή μπορεί να είναι τεράστια. Αυτή η διαφορά μπορεί να προκαλέσει υπερφόρτιση ή υποφόρτιση. Και τα δύο αυτά μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στην μπαταρία.

Εκτός από τη θερμική ασφάλεια, ο φορτιστής μπορεί να περιλαμβάνει ρυθμιστή τάσης. Αυτό επιτρέπει στον φορτιστή να διατηρεί σταθερή τάση ενώ διατηρεί το ρεύμα που ρέει στην μπαταρία κάτω από τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή.

Οι φορτιστές μπαταριών συνήθως ενσωματώνουν ένα κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχέδιο πλαστικού προφίλ που διαθέτει ταχεία απαγωγή θερμότητας. Περιλαμβάνει επίσης ενδεικτική λυχνία, ένδειξη ρυθμού φόρτισης και έξι ενσωματωμένες λειτουργίες προστασίας.

Η μπαταρία μπορεί επίσης να ενσωματώσει ένα θερμίστορ για να προσδιορίσει εάν το περιβάλλον εκκίνησης είναι πολύ ζεστό για να απορροφήσει η μπαταρία το φορτίο. Αυτή η μέτρηση θερμοκρασίας είναι χρήσιμη για την παρακολούθηση κυκλωμάτων και με τη σειρά της ενεργοποιεί μια ενέργεια για την ενεργοποίηση ενός ανεμιστήρα ψύξης ή τη διακοπή της φόρτισης.

Ανάλογα με την τεχνολογία της μπαταρίας και τη χημεία της μπαταρίας αποθήκευσης, υπάρχουν πολλές διαφορετικές λειτουργίες προστασίας. Ορισμένα υλοποιούνται ως μέρος του συστήματος διαχείρισης ενέργειας της μπαταρίας και άλλα ενσωματώνονται στον ίδιο τον φορτιστή.

Η θερμική διαφυγή είναι μια επικίνδυνη κατάσταση που μπορεί να εμφανιστεί σε μια μπαταρία. Προκαλεί την υπερθέρμανση του ηλεκτρολύτη σε μια μπαταρία και μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά που δεν μπορεί να σβήσει. Αυτή η κατάσταση μπορεί να είναι αποτέλεσμα εσωτερικού βραχυκυκλώματος ή εξωτερικού βραχυκυκλώματος. Ευτυχώς, ένας φορτιστής μπαταριών έχει ενσωματωμένη προστασία έναντι θερμικής διαφυγής.

Όταν το σύστημα ξεκινήσει να φορτίζει την μπαταρία, θα αρχίσει πρώτα να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας. Εάν η τάση δεν αυξηθεί, το σύστημα υποθέτει ότι η μπαταρία βρίσκεται σε λειτουργία θερμικής διαφυγής. Στη συνέχεια, το ρεύμα φόρτισης θα αυξηθεί έως ότου η μπαταρία φτάσει σε μια προκαθορισμένη τάση φόρτισης.

Όταν το ρεύμα φόρτισης φτάσει σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο, το σύστημα αρχίζει να μειώνει τον ρυθμό φόρτισης. Αυτό μειώνει το ρεύμα φόρτισης σε ένα ποσό που είναι ασφαλές για την μπαταρία. Μόλις το τρέχον επίπεδο φτάσει σε ένα συγκεκριμένο όριο, η μπαταρία θα φορτιστεί πλήρως.

Για να αποφευχθεί η πιθανότητα θερμικής διαρροής, ο φορτιστής μπαταρίας θα παρακολουθεί την τάση και τον κύκλο λειτουργίας του ρεύματος φόρτισης. Εάν υπάρχει απόκλιση στα χαρακτηριστικά φόρτισης, το σύστημα θα αντιμετωπίσει την ανωμαλία ως πρόβλημα και θα μειώσει τον ρυθμό φόρτισης.

Το λογισμικό του φορτιστή μπαταρίας θα παρακολουθεί επίσης τις παραμέτρους ηλεκτρικής φόρτισης της μπαταρίας. Όταν η τάση της μπαταρίας φτάσει σε μια προκαθορισμένη τιμή, θα ελεγχθεί για να διαπιστωθεί εάν υπάρχει κατάσταση θερμικής διαρροής.

Σε λειτουργία σταθερού ρεύματος, ο κύκλος λειτουργίας ελέγχεται κάθε τρεις ή τέσσερις διαδοχικές τιμές. Όταν ο κύκλος λειτουργίας μειώνεται, ο μετρητής di/dt μειώνεται και το όριο DT αυξάνεται.

Κατά τη διάρκεια λειτουργίας σταθερής τάσης, ο μετρητής di/dt ρυθμίζεται στην ονομαστική τιμή. Η καμπύλη τάσης θα έχει θετική κλίση. Θερμική κατάσταση φυγής θεωρείται όταν η τάση αποτυγχάνει να ανέβει και ο μετρητής di/dt φτάσει σε αρνητική τιμή.

Σε φορτιστή μπαταρίας σταθερής τάσης, ο κύκλος λειτουργίας ελέγχεται σε σταθερά διαστήματα. Σε μια προκαθορισμένη ώρα, το σύστημα θα μειώσει το ρεύμα φόρτισης και στη συνέχεια θα ελέγξει ξανά τον κύκλο λειτουργίας για να δει αν έχει μειωθεί.

Στις μπαταρίες λιθίου μπορεί να παρουσιαστεί θερμική διαφυγή. Αν και είναι εξαιρετικά αποδοτικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, η χωρητικότητά τους μπορεί να μειωθεί εάν αφεθούν σε ζεστό περιβάλλον. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι καίγονται όταν εκτίθενται σε υδροξείδιο του λιθίου. Για το λόγο αυτό, οι μπαταρίες Li-ion πρέπει να αποθηκεύονται σε θερμοκρασία που είναι ασφαλής για την μπαταρία.

Η προστασία εξόδου φορτιστή μπαταρίας πάνω από την τάση είναι ένα χαρακτηριστικό που βοηθά να διασφαλιστεί ότι το ρεύμα που ρέει στην μπαταρία παραμένει εντός ενός προκαθορισμένου ορίου. Αυτό σημαίνει ότι το κύκλωμα φόρτισης μπορεί να κλείσει την έξοδο για ορισμένο χρονικό διάστημα για να αποφευχθεί μια δυσλειτουργία που μπορεί να προκαλέσει έκρηξη.

Οι μπαταρίες μπορεί να είναι πολύ ευαίσθητες και η αστοχία του κυκλώματος φόρτισης μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη. Ευτυχώς, υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αποτρέψετε αυτό το ενδεχόμενο. Πρώτον, η μπαταρία πρέπει να φορτίζεται με σταθερό ρυθμό. Ο ρυθμός εξαρτάται από τη χημεία της μπαταρίας και από το πόσο εξαντλείται. Δεύτερον, το κύκλωμα πρέπει να είναι σχεδιασμένο ώστε να μπορεί να αντέχει σε μη κανονικές συνθήκες λειτουργίας.

Ένα τυπικό σύστημα διαχείρισης μπαταρίας αποτελείται από ένα μπλοκ παρακολούθησης μπαταρίας και ένα κύκλωμα προστασίας από υπέρταση. Ο μηχανισμός προστασίας προστατεύει την μπαταρία από ζημιά κατά τη διαδικασία φόρτισης και από προβλήματα τροφοδοσίας. Μπορεί να ενσωματωθεί στο κύκλωμα φόρτισης ή μπορεί να εφαρμοστεί ως μέρος του συστήματος διαχείρισης μπαταρίας. Συνήθως, αυτός ο τύπος φορτιστή μπαταρίας χρησιμοποιεί γραμμικό σχεδιασμό ρυθμιστή, ο οποίος στοχεύει στη διατήρηση του ρεύματος εντός της εμβέλειας του περιβλήματος της τάσης του ακροδέκτη της μπαταρίας.

Μια άλλη επιλογή είναι ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας που ενσωματώνει λειτουργίες συνεχούς ελέγχου και περιορισμού ελέγχου. Αυτό επιτρέπει στο ρεύμα φόρτισης να μειώνεται όταν το φορτίο υπερβαίνει το όριο ρεύματος USB. Επίσης, η ρυθμιζόμενη τροφοδοσία εξόδου 3,3 V μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή σήματος ανίχνευσης ενεργού χαμηλής τάσης.

Μια άλλη επιλογή για προστασία από υπέρταση είναι ένα κύκλωμα σύγκρισης. Χρησιμοποιώντας τελεστές σύγκρισης στον κωδικό μικροελεγκτή, είναι δυνατό να διασφαλιστεί ότι η τάση που εμφανίζεται είναι χαμηλότερη από τη μέγιστη επιτρεπόμενη τάση. Ο συγκριτής ρεύματος INA300 23 μπορεί να καταναλώνει πολύ κάτω από το μέγιστο 1 mA.

Μια ιδανική λειτουργία διόδου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παύση της διαδικασίας φόρτισης όταν η τάση εξόδου πέσει κάτω από ένα καθορισμένο επίπεδο. Σε αυτή την περίπτωση, η ιδανική δίοδος είναι μια δίοδος υψηλής απόδοσης που επιτρέπει σε ένα δεύτερο εξωτερικό PFET να συνδεθεί μεταξύ του OUT και του BAT. Όταν η τάση OUT πέσει κάτω από την τάση BAT, η ιδανική δίοδος ενεργοποιείται.

Ορισμένες χημικές ουσίες μπαταριών είναι πολύ ευαίσθητες στις τάσεις που δημιουργούνται. Για παράδειγμα, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σχεδιασμένες να φορτίζουν μόνο σε έναν βαθμό C. Όταν η τάση του ακροδέκτη πέσει κάτω από αυτό το επίπεδο, το κύκλωμα φόρτισης πρέπει να αποσυνδεθεί. Ομοίως, άλλες χημικές ουσίες αναμένουν μια πολύ μικρή τάση επίπλευσης. Ωστόσο, όταν η τάση πέσει πολύ χαμηλά, ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης αυξάνεται. Αυτές οι χημείες απαιτούν επίσης να αποσυνδεθεί το κύκλωμα φόρτισης όταν επιτευχθεί η τάση ακροδεκτών.

Άλλα ζητήματα μπορεί να προκύψουν από τη χρήση μη ρυθμιζόμενων προσαρμογέων ac/dc. Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των αεροπλάνων, των γυάλινων πάνελ, ακόμη και των IC φόρτισης, είναι επιρρεπείς σε ζημιά όταν συνδέονται σε μη ρυθμισμένη παροχή.

Μια λύση είναι να χρησιμοποιήσετε ένα τροφοδοτικό διακόπτη. Αυτοί οι τύποι τροφοδοτικών χρησιμοποιούν διακόπτη για την παρακολούθηση της τάσης. Εάν η τάση αυξηθεί πολύ γρήγορα, ο διακόπτης θα ελέγξει ξανά την τάση. Αλλά εάν το τροφοδοτικό είναι ελαττωματικό, το τροφοδοτικό διακόπτη μπορεί να καταστραφεί.

Είσοδος φορτιστή μπαταρίας Προστασία κάτω από τάση & υπέρταση

Η προστασία εισόδου φορτιστή μπαταρίας από την υπόταση και την υπέρταση είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για μια ποικιλία εφαρμογών. Όταν η τάση εισόδου υπερβεί ένα συγκεκριμένο όριο, το IC του φορτιστή θα απενεργοποιήσει την παροχή ρεύματος. Αυτό μπορεί να προστατεύσει το φορτίο, τη συσκευή ή τον μικροελεγκτή του συστήματος από ζημιά. Ανάλογα με το σχεδιασμό του IC φορτιστή, μπορούν επίσης να εφαρμοστούν όρια θερμοκρασίας.

Η προστασία από υπέρταση είναι λιγότερο συχνή από την προστασία υπό τάση. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, η κατάσταση μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία του κυκλώματος. Είναι καλύτερο να εφαρμόζετε αυτό το είδος προστασίας με προσοχή. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, όπως το ρεύμα και η θερμοκρασία φόρτισης της μπαταρίας, η ποσότητα ισχύος που απαιτείται για τη διατήρηση της τάσης της μπαταρίας και ο τύπος της συσκευής που χρησιμοποιείται. Ιδανικά, το IC φορτιστή θα εφαρμόσει διαμορφώσιμες αποκρίσεις στην κατάσταση υπερβολικής τάσης. Το IC του φορτιστή θα πρέπει επίσης να μπορεί να ρυθμίζει το εύρος λειτουργίας του.

Η προστασία υπό τάση είναι συχνά λιγότερο περίπλοκη από την προστασία από υπέρταση. Οι περισσότεροι σχεδιαστές απλά δεν ασχολούνται με αυτή την πτυχή των σχεδίων τους. Αντίθετα, εστιάζουν σε άλλες πτυχές των έργων τους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι συνθήκες χαμηλής τάσης δεν προκαλούν ζημιά. Ωστόσο, ορισμένες συνθήκες μπορεί να απαιτούν περισσότερη προσοχή.

Για την εφαρμογή προστασίας υπό τάση, τοποθετείται ένα κύκλωμα κατά μήκος του τροφοδοτικού. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται ένα χρονόμετρο. Αυτό το χρονόμετρο θα αποσυνδέσει αυτόματα το φορτίο εάν η μπαταρία πέσει κάτω από ένα καθορισμένο όριο. Το κύκλωμα είναι απλό και εύκολο στην εφαρμογή. Ο χρονοδιακόπτης μπορεί να ρυθμιστεί για να δέχεται διαφορετικές τιμές τάσης.

Μια άλλη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα λοστού. Ένα κύκλωμα λοστού είναι παρόμοιο με ένα λοστό πτώσης. Ωστόσο, ένας λοστός δεν εξετάζει την πιθανότητα βλάβης στο τροφοδοτικό. Αντιθέτως, η λειτουργία του λοστού είναι να αποτρέπει την εμφάνιση κατάστασης υπέρτασης.

Γενικά, η δυνατότητα προστασίας από υπέρταση ενός φορτιστή μπαταρίας θα βασίζεται σε ένα πρότυπο μπαταρίας JEITA. Ως αποτέλεσμα, ο κατασκευαστής του πακέτου μπαταριών θα έχει καθορισμένα όρια για διαφορετικά επίπεδα ρεύματος φόρτισης. Για παράδειγμα, το IC φορτιστή μπορεί να μπορεί να διαμορφώσει την ελάχιστη τάση εισόδου στα 4,5 V, τη μέγιστη τάση εισόδου στα 20 V και το όριο υποτάσεως στα 3 V.

Άλλα χαρακτηριστικά προστασίας από υπέρταση περιλαμβάνουν θερμική ρύθμιση και ανίχνευση έλλειψης μπαταρίας. Το IC του φορτιστή μπορεί επίσης να αποτρέψει την υπερβολική θερμοκρασία ρυθμίζοντας το ρεύμα φόρτισης. Αυτά τα χαρακτηριστικά ασφαλείας διασφαλίζουν ότι η μπαταρία δεν θα καταστραφεί κατά τη φόρτιση.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι IC φορτιστή, συμπεριλαμβανομένων φορτιστών buck, boost και buck-boost. Οι φορτιστές Buck-boost επιτρέπουν τη συνεχή φόρτιση περιορίζοντας το μέγιστο ρεύμα φόρτισης σε ένα συγκεκριμένο όριο. Και οι φορτιστές buck και boost έχουν υψηλότερη τάση λειτουργίας από έναν φορτιστή buck. Επομένως, απαιτούν μεγαλύτερο πακέτο IC. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φορητές εφαρμογές.

Ορισμένα IC φορτιστή έχουν ενσωματωμένη διεπαφή I2C. Αυτό επιτρέπει στη συσκευή να διαμορφώνει εύκολα διαφορετικές λειτουργίες ασφαλείας. Ένα τέτοιο χαρακτηριστικό είναι το χρονόμετρο Watchdog. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, το MCU πρέπει να επαναφέρει τακτικά το χρονόμετρο. Εάν ο χρονοδιακόπτης αποτύχει να λειτουργήσει, ο μικροελεγκτής του συστήματος δεν θα μπορεί να ανταποκριθεί.

Ένας άλλος τύπος IC φορτιστή μπαταρίας είναι ο φορτιστής μεταγωγής. Οι φορτιστές μεταγωγής είναι γενικά πιο αποδοτικοί και ικανοί να χειρίζονται υψηλότερα ρεύματα. Αν και αυτός ο τύπος φορτιστή μπορεί να κοστίζει περισσότερο, μπορεί επίσης να είναι μια πιο βολική επιλογή για ορισμένες εφαρμογές.

Προστασία βραχυκυκλώματος φορτιστή μπαταρίας & αντίστροφη σύνδεση

Οι συνδέσεις μπαταριών αντίστροφης πολικότητας μπορεί να προκαλέσουν σοβαρή ζημιά στις μπαταρίες και στον φορητό ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Μπορούν να παράγουν σπινθήρα, αέριο υδρογόνο ή να αποφορτίσουν πλήρως την μπαταρία. Όλα αυτά μπορεί να είναι επικίνδυνα για την υγεία και τον εξοπλισμό σας. Δείτε πώς μπορείτε να αποτρέψετε τις αντίστροφες συνδέσεις της μπαταρίας και πώς να προστατεύσετε τον φορτιστή της μπαταρίας σας από τις επιπτώσεις.

Για να αποτρέψετε τις συνδέσεις της μπαταρίας αντίστροφης πολικότητας, είναι σημαντικό να συνδέσετε τους θετικούς με τους αρνητικούς πόλους της μπαταρίας. Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι η μπαταρία δεν θα υπερθερμανθεί. Επιπλέον, η τάση από την αρνητική πλευρά της μπαταρίας θα αποφορτίσει σταδιακά την μπαταρία, προκαλώντας έναν κύκλο εκφόρτισης παρόμοιο με αυτόν που συμβαίνει με έναν πυκνωτή.

Ανάλογα με τον τύπο της συσκευής που χρησιμοποιείτε, μπορεί να χρειαστείτε διακόπτη αντιστροφής μπαταρίας ή μηχανικά μέτρα προστασίας. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν έναν πολωμένο σύνδεσμο ή έναν μονόδρομο σύνδεσμο. Επίσης, μπορεί να χρειαστεί να φοράτε προστατευτικά γυαλιά ή λαστιχένια γάντια.

Μια άλλη απλή προσέγγιση για την αποφυγή αντιστροφής της μπαταρίας είναι η χρήση ενός κυκλώματος παράλληλης διόδου. Είναι εύκολο να κατασκευαστεί και μπορεί να προστατεύσει τις μπαταρίες υψηλής σύνθετης αντίστασης από την αντίστροφη εγκατάσταση. Ωστόσο, πρέπει να είναι σε θέση να χειριστεί ένα υψηλό ρεύμα. Η αντλία φόρτισης μπορεί επίσης να είναι μια χρήσιμη προσθήκη για την προστασία του φορτίου.

Μια σύνδεση μπαταρίας αντίστροφης πολικότητας είναι επικίνδυνη επειδή τα ηλεκτρόνια έλκονται από την αρνητική στη θετική πλευρά της μπαταρίας. Αυτό μπορεί να προκαλέσει αποφόρτιση της μπαταρίας και να κάψει την μπαταρία. Όπως και με άλλες μπαταρίες, μπορεί επίσης να οδηγήσει σε γρήγορη αποστράγγιση και μικρή διάρκεια ζωής. Η χρήση ενός διακόπτη αντιστροφής μπαταρίας μπορεί να προστατεύσει τον φορτιστή μπαταρίας και τα φορητά ηλεκτρονικά σας από τις επιπτώσεις μιας αντίστροφης σύνδεσης μπαταρίας.

Όταν συνδέεται μια μπαταρία όπισθεν, το MP1 την ανιχνεύει. Εάν το MP1 δεν εντοπίσει τη σύνδεση, θα απενεργοποιήσει την κύρια συσκευή πρόσβασης MP2. Κατά τη διάρκεια μιας αντίστροφης σύνδεσης μπαταρίας, το MN1 θα παράγει πολλή ισχύ. Αυτό προκαλεί την απενεργοποίηση του MP2 και στη συνέχεια το MP1 θα αποδεσμευτεί. Ομοίως, εάν η μπαταρία είναι συνδεδεμένη και το MP2 είναι απενεργοποιημένο, το MP1 θα σταματήσει τη λειτουργία του φορτιστή.

Μια άλλη προσέγγιση είναι η χρήση ενός κυκλώματος που βασίζεται σε NMOS. Το NMOS χρησιμοποιεί ένα στοιχείο μνήμης μανδάλωσης για να προσδιορίσει εάν είναι συνδεδεμένη η μπαταρία όπισθεν. Αν και αυτή η μέθοδος είναι απλούστερη από μια προσέγγιση που βασίζεται σε PMOS, δεν συνδέεται πάντα με την μπαταρία. Ακόμα κι αν το κάνει, δεν είναι πάντα αρκετά γρήγορο για να αποτρέψει την ενεργοποίηση του MN1.

Εναλλακτικά, μπορείτε να δοκιμάσετε ένα κύκλωμα προστασίας PMOS. Σε αυτή τη μέθοδο, η μπαταρία συνδέεται προσωρινά στην έξοδο του φορτιστή ενώ ο φορτιστής είναι απενεργοποιημένος. Συγκρίνοντας την τάση από τον ακροδέκτη της μπαταρίας με την τάση από την έξοδο του φορτιστή, μπορείτε να προσδιορίσετε εάν η σύνδεση είναι μόνιμη.

Τέλος, είναι απαραίτητο να αποσυνδέσετε το MN1 από την μπαταρία προτού ζεσταθεί πολύ για να αποδεσμευτεί. Αν και δεν είναι μια γρήγορη διαδικασία, είναι πολύ σημαντική. Πολλά κυκλώματα έχουν αναπτυχθεί για να βοηθήσουν σε αυτήν την εργασία. Ένα από τα καλύτερα κυκλώματα περιλαμβάνει τα R3 και R4. Είναι πιο αποτελεσματικό για εφαρμογές μπαταριών ιόντων λιθίου χαμηλότερης τάσης.