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[Torex] Como usar o regulador LDO para carregar pequenas baterias de íon-lítio (1/3)

Autor:Torex
Lançamento em:2021-01-12

Solução de bateria de íon de lítio pequena recarregável LDO

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Existem muitos tipos de baterias e geralmente requerem ICs de carregamento e equipamentos de proteção dedicados.Abaixo, discutimos uma nova geração de baterias recarregáveis que podem ser facilmente carregadas usando reguladores lineares LDO baratos.Antes de passarmos ao tópico principal, vamos primeiro revisar e comparar alguns tipos diferentes de baterias.

Na tabela abaixo (Figura 1), mostramos alguns dos produtos químicos de bateria amplamente usados que estão prontamente disponíveis no mercado.Para cada bateria, exibiremos sua tensão operacional e forneceremos um resumo das vantagens e desvantagens associadas a cada tipo de bateria.Esta tabela tem o objetivo de fornecer uma visão geral rápida e reconhecemos que existem outros produtos químicos disponíveis e que as especificações de cada bateria variam de fabricante para fabricante.

Bateria primária

Nome da bateria	Tipo (eletrodo positivo)	Q	alcance de voltagem	característica
bateria de lítio	Dióxido de manganês (Li-MnO2)	3,0 V	1.8V ~ 3.2V	Bateria CR.A impedância é menor do que Li-SOCl2.
bateria de lítio	Cloreto de Tionilo (Li-SOCl2)	3,6 V	2,4 V a 3,6 V	Bateria ER.Grande capacidade incorporada em medidores inteligentes, etc. Cuidado com a alta impedância.
Bateria alcalina		1,5 V	0,9 V a 1,6 V	Bateria seca com alta capacidade e saída de alta corrente.
Bateria de zinco carbono		1,5 V	0,9 V a 1,6 V	A bateria seca é adequada para uso a longo prazo sob baixa corrente de saída

bateria recarregável

Nome da bateria	Tipo (eletrodo positivo)	Q	alcance de voltagem	característica
Bateria de íon de lítio (Incluindo polímero de lítio)	Ácido cobalto lítio(LiCoO2)manganêsácidoLítio (LiMn2O4)	3,7 V 3,8 V	2,8 V ~ 4,2 V, 4,35 V, 4,4 V	Bateria recarregável de lítio comum.O tipo sólido está pronto. Grande capacidade, baixa impedância, adequado para várias aplicações. Por segurança, um circuito de proteção (PCM) é necessário. O tipo de manganês é usado em automóveis.
	Fosfato de lítio e ferro (LiFePO4)	3,2 V	2,8 V ~ 3,6 V	A capacidade é inferior à capacidade acima mencionada, mas é segura e tem uma vida longa.
	[eletrodo negativo] Titanato de lítio (Li4Ti5O12)	2,3 volts	1,6 V ~ 2,6 V	Pode ser cobrado via LDO.O tipo semissólido está pronto. Seguro, longa vida, compatível com carregamento de tensão constante e carregamento rápido, adequado para IoT, etc.
Baterias NiMH	Hidróxido de níquel (NiOOH)	1,2 V	1,0 V a 1,3 V	Em comparação com as baterias de níquel-cádmio, a corrente é maior, a capacidade é maior e o efeito de armazenamento é menor
Baterias de níquel-cádmio	Hidróxido de níquel (NiOOH)	1,2 V	1,0 V a 1,3 V	Preste atenção ao efeito memória.

(figura 1: Bateria primária típica e bateria recarregável)

Geralmente, a voltagem nominal das baterias de íon de lítio tradicionais é 3,7 V, e elas requerem um CC / CV de carregamento IC dedicado e um circuito de proteção externo dedicado.Eles geralmente têm uma faixa estreita de temperatura de operação e carga, tornando difícil o uso em certos equipamentos industriais.

Nova bateria de íon de lítio de baixa tensão

Surgiu uma nova geração de baterias recarregáveis de íon de lítio com uma tensão nominal entre 2 V e 3 V. Em comparação com os produtos de íon de lítio tradicionais, elas têm muitas vantagens.Algumas dessas novas baterias podem ser carregadas com uma tensão constante de 2,5 V a 3,0 V, e oferecem oportunidades interessantes para designers, conforme descrito abaixo:

Os benefícios incluem:

	prontoVia LDOPressão constanteRecarrega.Não há necessidade de IC dedicado de carregamento de CV / CC.
	Sobre a resistência à descarga, Pode ser usado para detecção simples de baixa pressão
	Por ser uma bateria, podeMantenha uma tensão constante de 2,2 V a 2,3 V por muito tempo. Em comparação com os supercondensadores (redução linear da tensão), a energia pode ser usada com mais facilidade e eficiência.
	Existem alguns produtos que podemSuporta altas temperaturas, como 70 ° C e 105 ° C.
	Também ofereceCompatível com refluxo / laminação térmicaprodutos.
	Suporte de solda por refluxoTipo de bateria semi-sólidacomTipo de formato de célula de botãoÉ fácil de obter.

Solução de carregamento simples

Na Figura 2 abaixo, ilustramos um circuito típico para carregar uma pequena bateria de Li e fornecemos instruções para operação em diferentes estados.

(Figura 2: Circuito típico de bateria recarregável)

Instruções

Ao carregar a bateria:

A bateria é carregada por uma tensão constante fornecida pelo regulador XC6240 / 15 LDO.
Pouco tempo após o início do carregamento, a voltagem da bateria aumenta até a voltagem de saída do regulador LDO e carrega gradualmente.
Não há necessidade de detectar uma carga completa e geralmente não há necessidade de desligar o regulador após a carga completa.

Ao usar baterias:

Depois que o VIN é cortado, o CE do XC6240 / 15 torna-se "baixo", o LDO é desligado e a corrente de fuga da bateria de lítio para o LDO é muito pequena, 0,24 µA.
SBD impede a corrente reversa da bateria para VIN.

Detecção de tensão da bateria durante a descarga:

Este tipo de bateria é geralmente resistente à descarga, mesmo em aplicações de descarga excessiva repetidas, é suficiente para interromper o funcionamento da bateria através da detecção de descarga simples.
Esta tensão é detectada pelo XC6140 / 36 RESET IC, e sua corrente quiescente é extremamente baixa, apenas 110nA.A saída RESETB irá parar o próximo circuito de nível.