مدار حفاظتی برای 3 باتری لیتیومی. کنترلر شارژ باتری چیست؟ کنترلر شارژ باتری لیتیوم یونی. مدار الکتریکی جدید لامپ ال ای دی

این مقاله دیگری در مورد تراشه معروف TP4056 است که بسیاری قبلاً عاشق آن شده اند و بارها توسط ارتش آماتورهای رادیویی آزمایش شده اند. بله، و من شایعاتی در مورد یک ریزمدار معجزه آسا شنیدم. من پنج موضوع آزمایشی را از چینی ها سفارش دادم، شروع کردم به فکر کردن در مورد نحوه مونتاژ آن - با یک سایبان یا روی یک روسری. در اینجا رایج ترین طرح - چند جزئیات و خود ریز مدار است.

سپس قطعات PCB زیر بغلم افتاد و تصمیم گرفتم آن را روی یک برد مدار چاپی جمع کنم، اما همه چیز به این سادگی نیست. بخار کارتریج من به دلیل دوجین شارژ مجدد تمام شد. سوال برای خرید یک جدید مطرح شد، اما قیمت آن گزاف است، همانطور که برای من. بعدش فقط یه راه هست، رنگ کردن با لاک، ولی دیگه لاک نمیدن، میگن لاک نخریده که خرج چند پلاک کنم نه، این اشتباه تایپی نیست. تعدادی پلاک - بله، انتظار نمی رود ...

به طور کلی، من نشستم و فکر کردم که با خودم چه کنم، یادم افتاد که روسری را می توان نه تنها با لاک، بلکه با پارافین و نشانگر رنگ کرد، پارافین برای من نیست، من فقط می توانم برای عید پاک یک تخم مرغ رنگ کنم و نه خیلی اما نشانگر ایده خوبی است.

پشت فرمان دوچرخه پدالی دو چرخم نشستم و به دنبال نشانگر دائمی عزیز به فروشگاه رفتم. من آن را بلافاصله پیدا کردم اگر کسی به چنین نشانگری علاقه مند باشد 6 UAH هزینه دارد. این در تاریخ 1395/02/29 می باشد

ما یک روسری می کشیم، روش من این است: با یک پین فشار روی یک تکستولیت علامت گذاری کنید و آنها را با یک نشانگر وصل کنید، همانطور که در کودکی چنین بازی در مجلات وجود داشت.

خوب، خارج از موضوع، ادامه می دهیم. من آن را در محلول سولفات مس مسموم کردم، می توانم بگویم که این بهترین درمان است، البته از طرف خودم صحبت می کنم - هر کس ترجیحات خود را دارد، فقط می توانم بگویم که آن را دوست دارم در آن قیمت، دوام است. و البته این که همه چیز اطراف را مانند آهن کلر لکه دار نمی کند.

ما قطعات خود را لحیم می کنیم: یک جفت مقاومت SMD و دو خازن.

برای تست، باتری را از باتری لپ تاپ انتخاب کردم. خب شارژ رفته ولی اگه شارژ میشه یا شارژ نمیشه - صبح میبینم ولی الان برو بخواب.

صبح نشان داد که اتهام موفقیت آمیز بوده است، اما او عجله داشت به مدرسه و فراموش کرده بود که عکس بگیرد. با آرزوی موفقیت برای همه در تکرار و مثل همیشه Kalyan.Super.Bos همراه شما بود

در مقاله “تعمیر و نوسازی چراغ های LED” به طور مفصل به موضوع تعمیر و اصلاح مدارهای الکتریکی چراغ های LED چینی، جایگزینی باتری اسیدی خراب با آنالوگ پرداخته شده است.

اما گزینه دیگری برای تعویض باتری هنگام تعمیر چراغ قوه وجود دارد - جایگزینی آن با باتری لیتیوم یونی از دستگاه های الکترونیکی معیوب. مثلا، تلفن همراه، دوربین، لپ تاپ یا پیچ گوشتی. باتری هایی نیز مناسب هستند که دیگر مدت زمان مورد نیاز دستگاه را تامین نمی کنند، اما همچنان کار می کنند.

اولین باتری لیتیوم یونی در سال 1991 توسط شرکت ژاپنی سونی عرضه شد. ولتاژ محاسبه شدهیک سلول باتری 3.7 ولت است. حداقل مجاز 2.75 ولت است. ولتاژ شارژ نباید در جریان شارژ 0.1 تا 1 ظرفیت باتری (C) از 4.2 ولت تجاوز کند. باتری های لیتیوم یون عملاً اثر حافظه ندارند و جریان خود تخلیه کم دارند، در دمای اتاق بیش از 20٪ در سال نیست. در حال حاضر از نظر مشخصات فنی بهترین هستند.

قبلاً باید یک چراغ قوه LED را تعمیر و ارتقاء می دادم که تمام LED ها در آن سوختند. پس از تعمیر، پس از چندین سال کارکرد، به دلیل خرابی باتری سرب، درخشش آن متوقف شد. همانطور که در عکس می بینید بدنش متورم شده بود.

بنابراین چراغ قوه گرد و غبار را روی قفسه جمع می کرد تا اینکه باتری لیتیوم یون دوربین از کار افتاد. تجزیه و تحلیل نشان داد که تعادل و کنترل کننده شارژ در باتری از کار افتاده است. دو سلول باتری خوب بود شرایط فنی، که تصمیم گرفتم به جای باتری اسیدی در چراغ قوه نصب کنم.

منظم شارژرچراغ قوه برای شارژ باتری لیتیوم یونیمناسب نبود، زیرا یک جریان شارژ ثابت با ولتاژ کنترل نشده ارائه می کرد. و برای یک باتری لیتیوم یونی، هنگام شارژ، لازم است جریان شارژ 0.1-1C با ولتاژ بیش از 4.2 ولت در هر سلول ارائه شود.

انتخاب کنترلر
برای شارژ باتری لیتیوم یون

شما می توانید کنترلر را خودتان بسازید، اما در فروش، به عنوان مثال، در Aliexpress، موارد آماده با قیمت 0.2-0.3 سنت به فروش می رسد که روی تراشه TP4056 یا آنالوگ های آن مونتاژ شده اند (ACE4054، BL4054، CX9058، CYT5026، EC49016). , MCP73831, LTC4054, LC6000 , LP4054, LN5060, TP4054, SGM4054, U4054, WPM4054, IT4504, PT6102, PT6181, Y18102, PT6181, Y18102, QX6, LN5060, TP4054.

در Aliexpress، ساده ترین ماژول کنترل کننده خریداری شد، مشخصات فنیکه به طور کامل الزامات شارژ باتری لیتیوم یون نصب شده در چراغ قوه را برآورده می کند. خود ظاهردر عکس نشان داده شده است.

کنترلر طبق نمودار الکتریکی بالا مونتاژ می شود. با تغییر مقدار مقاومتی که از خروجی دوم ریز مدار به سیم مشترک می آید، می توانید حداکثر جریان شارژ را محدود کنید.

انتخاب جریان شارژ باتری لیتیوم یون بر اساس دو محدودیت تعیین می شود. مقدار فعلی باید بین 0.1-1 ظرفیت باتری باشد (معمولاً با حرف C نشان داده می شود). به عنوان مثال، برای باتری با ظرفیت 600 میلی آمپر، جریان نباید از 0.6 A بیشتر باشد. بنابراین، لازم است که مقدار مقاومت تنظیم کننده جریان 2 کیلو اهم باشد (مقاومت باید 202 علامت گذاری شود). و از مقدار جریانی که شارژر می تواند ارائه دهد تجاوز نکنید. برای این مورد، جریان باید بیش از 0.6 A باشد. جریان همیشه روی برچسب شارژر نشان داده می شود.

مشخصات کنترلر TP4056
نام	معنی	توجه داشته باشید
ولتاژ ورودی، V	4,5-8,0	بیش از 5.5 ولت توصیه نمی شود
ولتاژ خروجی، V	4,2
حداکثر جریان شارژ، A	1,0	می توان با مقدار R از پین 2 تغییر داد
حداقل جریان شارژ، A	0,03	با جریان کمتر، به خواب می رود
خاموش شدن خودکار	وجود دارد	در جریان شارژ
نشانگر عملکرد	وجود دارد	شارژ قرمز، شارژ آبی
نظارت بر ولتاژ، V	4,0	اگر پایین تر باشد، شارژ روشن می شود.
حفاظت از قطبیت معکوس	خیر	معکوس کردن باتری مجاز نیست
کانکتور ورودی	میکرو USB	دارای پین برای لحیم کاری
کانکتور خروجی	خیر	دارای پین برای لحیم کاری
ابعاد کلی، میلی متر	19×27
وزن ماژول، گرم	1,9

شایان ذکر است که اگر قطبیت اتصال باتری به خروجی کنترلر را اشتباه بگیرید، تراشه بلافاصله شکسته می شود و ولتاژ عرضه شده به کنترل کننده شروع به جریان دادن به پایانه های باتری می کند که می تواند به آن آسیب برساند.

پس از شارژ Li-ion، باتری از کنترلر نیازی به جدا شدن ندارد. در حالت خواب یا زمانی که کنترلر روشن نیست، باتری را تخلیه نمی کند.

در این مدار کنترل کننده، هنگامی که باتری در بالا گرم می شود، عملکرد خاموش شدن فعال نمی شود دمای مجاز. اما اگر خروجی 1 میکرو مدار از سیم مشترک جدا شده و به خروجی سنسور دمای باتری وصل شود (اینها در باتری همه تلفن های همراه هستند) می توان آن را روشن کرد.

در صورت نیاز به استفاده از کنترلری که در هنگام اتصال باتری و اتصال کوتاه به خروجی دارای محافظت در برابر برگشت قطبیت باشد، می توانید از کنترلر نشان داده شده در عکس استفاده کنید.

علاوه بر تراشه TP4056، یک DW01A (مدار محافظ) و یک تراشه با دو ترانزیستور اثر میدان کلیدی SF8205A نصب شده است. زمان حفاظت چندین دقیقه در جریان 3A است. بقیه مشخصات تغییر نکرده است.

در چراغ قوه، باتری ها با لحیم کاری به کنترلر متصل می شوند. بنابراین یک کنترل کننده بدون طرح حفاظتی انتخاب شد که ابتدا در مقاله ارائه شد.

نصب باتری لیتیوم یون
در فانوس LED

قبل از شروع کار، باید عملکرد کنترلر و باتری را بررسی کنید.

کنترلر را می توان بدون بار روشن کرد. در این حالت ولتاژ خروجی روی 4.2 ولت تنظیم شده و LED آبی رنگ روی برد روشن می شود. در مرحله بعد، باید باتری را با اتصال آن به خروجی کنترلر و شارژ کامل آن بررسی کنید. در هنگام شارژ، LED قرمز می درخشد و هنگامی که باتری شارژ می شود، آبی رنگ می شود.

توصیه می شود بعد از شارژ باتری را آزمایش های دریایی انجام دهید، آن را به جای باتری اسیدی وصل کنید و ببینید چراغ قوه چقدر می درخشد. 10 ساعت کار کردم و به درخشش ادامه دادم. من دیگر صبر نکردم، زیرا این زمان برای کارهای من کاملاً کافی است.

مدار الکتریکی جدید لامپ ال ای دی

گام بعدی توسعه یک برق جدید است مدارفانوس سیم منفی برای همه گره ها و باتری مشترک است. در سمت چپ سوئیچ SA1، کنتاکت مشترک آن باتری را به قطب مثبت کنترلر متصل می کند. هنگام اتصال پایه میانی به پایه 3، ولتاژ به برد پرتو باریک و با پایه 4 به نوار LED نور محیطی وارد می شود.

سوئیچ جابجایی SA2 برای انتخاب باتری که LED ها از آن کار می کنند استفاده می شود. از آنجایی که دو باتری موجود بود، تصمیم گرفتم هر دو را در چراغ قوه نصب کنم. هیچ پاسخ صریحی به سؤال مجاز بودن اتصال موازی باتری های لیتیوم یون بدون کنترل کننده خاص وجود ندارد. بنابراین تصمیم گرفتم مسیر ثابت شده را طی کنم و قابلیت اتصال باتری ها را به طور جداگانه فراهم کردم.

اتصال جداگانه هر باتری این امکان را فراهم می کند که نه تنها از عملکرد و شارژ آنها در شرایط بهینه اطمینان حاصل شود، بلکه همچنین بدانیم چه مدت در طول کار چراغ قوه کار می کند. با دانستن اینکه چقدر زمان برای کار با یک باتری کافی است، مشخص خواهد شد که چراغ قوه چقدر بیشتر می تواند روشن کند.

علاوه بر این، اگر یکی از باتری ها از کار بیفتد، این منجر به از دست دادن عملکرد چراغ قوه نمی شود. دو آرایه LED جداگانه و دو باتری تضمین می کنند که شما هرگز در تاریکی رها نمی شوید.

مونتاژ چراغ قوه روی باتری لیتیوم یون

اکنون همه چیز آماده است و می توانید ارتقاء چراغ قوه را شروع کنید - مدار آن را برای کار با باتری لیتیوم یونی تغییر دهید.

ابتدا تمام سیم ها از سوییچ لحیم نشده و برد شارژر قدیمی جدا می شود.

در بدنه چراغ قوه ارتقا یافته محفظه ای برای یک سیم برق کوتاه طراحی شده بود که با یک نوار تاشو با LED های نور پراکنده بسته می شد. اهرم سوئیچ ضامن SA2 برای انتخاب باتری به داخل آن آورده شد.

برای تعمیر باتری ها از نوار چسب دو طرفه به صورت دو نوار استفاده شد. باتری ها را نیز می توان با سیلیکون تعمیر کرد.

قبل از تثبیت باتری ها و برد کنترل، سیم هایی با طول مورد نیاز با یک آهن لحیم کاری به آنها لحیم شده است. با توجه به اینکه دو باتری در یک نیمه بدنه چراغ قوه به راحتی قرار نمی گرفت، آنها را یکی یکی در هر نیمه بدنه نصب کردم. برد کنترل با دو پیچ با مهره های M2 روی کیس ثابت شد.

هنگام لحیم کردن سیم ها به پایانه های باتری، باید مراقب بود که انتهای آزاد سیم ها به طور تصادفی به پایانه های آن برخورد نکرده و اتصال کوتاه پیدا نکنند.

عکس فانوس را پس از نصب نشان می دهد. باقی مانده است که عملکرد گره ها را بررسی کرده و جمع آوری کنید.

اندازه گیری جریان شارژ با قرار دادن آمپر متر در مدار باز بعد از کنترل غیرممکن است، زیرا مقاومت داخلی دستگاه زیاد است و نتایج اندازه گیری صحیح نخواهد بود. من یک تستر USB در دسترس دارم که با آن می توانید از ولتاژ تامین شده از شارژر، جریان شارژ فعلی، زمان شارژ و ظرفیت انرژی دریافتی باتری مطلع شوید. تستر نشان داد که کنترلر باتری را با جریان 0.42 A شارژ می کند. بنابراین، کنترلر باتری را به طور معمول شارژ می کند.

پس از مونتاژ چراغ قوه، مشخص شد که بدنه قرمز آن نور آبی را از خود عبور نمی دهد و نمی توان از پایان شارژ شدن آن مطلع شد.

مجبور شدم فانوس را از هم جدا کنم و در ناحیه ای که LED های نشانگر قرار دارند یک سوراخ ایجاد کنم.

اکنون که باتری شارژ شده است، LED آبی به وضوح قابل مشاهده است.

درباره انتخاب باتری لیتیوم یونی برای چراغ قوه

هر باتری لیتیوم یونی صرف نظر از ماده ای که الکترود مثبت آن از آن ساخته شده است و فاکتور فرم (شکل و ابعاد هندسی) برای ارتقاء چراغ قوه مناسب است. ظرفیت باتری (به صورت Ah) نیز مهم نیست، فقط هر چه بزرگتر باشد، چراغ قوه بیشتر می درخشد.

لازم به ذکر است که اگر باتری که برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است در چراغ قوه نصب شود، ظرفیت واقعی آن، به عنوان یک قاعده، بسیار کمتر از آن است که در برچسب آن نشان داده شده است.

می توانید با اندازه گیری ظرفیت آن در هنگام شارژ، امکان نصب باتری قدیمی در چراغ قوه را بررسی کنید، که نیاز به حضور ابزار اندازه گیری، حداقل یک تستر USB. یا باتری را به طور کامل شارژ کنید، آن را به برد ال ای دی لامپ متصل کرده و کافی بودن زمان کارکرد آن را بررسی کنید.

اگر ظرفیت باتری کافی نیست، باید باتری جدید بخرید. مناسب ترین برای چراغ قوه باتری محبوب Li-ion نوع 18650 است.

درباره مدار محافظ داخلی در باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی وجود دارند که دارای برد مدار محافظ داخلی (PCB - برد کنترل برق) در برابر اتصال کوتاه، شارژ بیش از حد و تخلیه عمیق هستند. چنین حفاظتی در باتری های تجهیزات گران قیمت مانند تلفن های همراه، دوربین ها، لپ تاپ ها نصب شده است.

برد محافظ گرد شکل را می توان در انتهای باتری AA نیز نصب کرد. در این مورد، باتری کمی طولانی تر است و روی بدنه آن نوشته "محافظت شده" است.

عکس قاب باز شده باتری گوشی موبایل را نشان می دهد. این دارد تخته مدار چاپیطرح حفاظتی هنگامی که برای نصب باتری تلفن همراه در چراغ قوه استفاده می شود، این مدار به عنوان حفاظت اضافی عمل می کند، بنابراین، اگر کار می کند، نباید آن را حذف کرد.

سیم ها را با رعایت قطبیت به تماس های شدید که در کنار آنها علامت قطبیت اعمال می شود، لحیم کنید.

مدار حفاظتی برخلاف کنترلر، جریان شارژ را محدود نمی کند، بلکه فقط از باتری محافظت می کند. این تفاوت بین این گره ها است.

نحوه بازیابی باتری لیتیوم یون
پس از ترشحات عمیق

اگر باتری لیتیوم یونی به سرعت شارژ و دشارژ شود، پس منابع خود را تمام کرده است و قابل بازیابی نیست.

اگر باتری مدار حفاظتی نداشته باشد و ولتاژ در پایانه های آن صفر باشد، باتری نیز قابل بازیابی نیست.

اگر یک مدار حفاظتی در باتری تعبیه شده است و شارژ را نمی پذیرد و ولتاژ در پایانه های آن صفر است، می توانید سعی کنید آن را بازیابی کنید.

دلیل این رفتار ممکن است ترشحات عمیق ناشی از آن باشد ذخیره سازی طولانی مدتباتری در حالت دشارژ اگر ولتاژ در پایانه های قوطی کمتر از 2.8 ولت شود، سیستم حفاظتی آن را به عنوان یک اتصال کوتاه داخلی در نظر می گیرد و برای ایمنی، امکان شارژ آن را مسدود می کند.

برای درک دلیل، باید ولتاژ پایانه های باتری را با یک ولت متر اندازه گیری کنید. اگر مقدار کمتر از 2.8 ولت باشد، از کنترلر، با رعایت قطبیت، ولتاژ 4.2 ولت را مستقیماً به پایانه های باتری اعمال کنید. مدار حفاظت باتری نیازی به غیرفعال شدن ندارد، برای آن بی خطر است.

اگر جریان شارژ شروع شده است، پس از ده دقیقه، کنترلر را از باتری جدا کرده و دوباره ولتاژ را در پایانه های آن اندازه گیری کنید. اگر بیش از 2.8 ولت شده است، از طریق مدار محافظ شارژ کنید. اگر ولتاژ نزدیک به صفر باشد و افزایش نیابد، باتری معیوب است و نمی توان بیشتر از آن استفاده کرد. اگر ولتاژ افزایش یافت، اما به 2.8 ولت نرسید، به طور مستقیم شارژ را ادامه دهید.

اگر باتری از طریق مدار حفاظتی شروع به شارژ شدن کند، کار می کند. در غیر این صورت، طرحواره باید حذف شود. برای استفاده از باتری برای چراغ قوه، مدار حفاظتی لازم نیست.

به این روش ساده می توانید یک باتری LI-ion را تست کنید و در صورت امکان عملکرد آن را بازیابی کنید.

نتیجه

تعویض باتری اسیدی در چراغ قوه LED با یک لیتیوم یونی به شما امکان می دهد مشکل اصلی را حل کنید - عملکرد چراغ قوه برای مدت طولانی با استفاده نادر از آن، زیرا خود تخلیه باتری از 2٪ تجاوز نمی کند. ظرفیت آن در ماه

علاوه بر این، در حضور یک باتری لیتیوم یون از هر شکست خورده است دستگاه الکترونیکی، می توانید در پول خود صرفه جویی کنید و چراغ قوه بسیار آسان تر می شود.

قسمت دستگاه های قابل حملباتری اجباری است، معمولاً از باتری لیتیوم یونی برای این منظور استفاده می شود. با وجود این واقعیت که ویژگی های کاربردی الکترونیک مدرن به طور مداوم در حال بهبود است، خود باتری عملاً بدون تغییر باقی می ماند.

ظرفیت و ویژگی های عملکردی باتری به طور قابل توجهی افزایش یافته است، اما اصل کلیکار ثابت ماند باتری می تواند در حین شارژ به میزان قابل توجهی داغ شود و از کار بیفتد. هنگام تخلیه بیش از حد، ولتاژ ممکن است به زیر سطح بحرانی کاهش یابد که منجر به تخریب سلول می شود و شارژ مجدد جدید غیرممکن می شود. بنابراین از مدارهای الکترونیکی به نام کنترلر برای کنترل فرآیند شارژ باتری استفاده می شود.

از این تجهیزات در مدارها استفاده می شود تلفن های همراه، لپ تاپ و سایر تجهیزات الکترونیکی قابل حمل. یک کنترلر باتری برای پنل های خورشیدی و باد مورد نیاز است. در منابع آمده است. منبع تغذیه اضطراریو تکنولوژی دیگر

الگوریتم فرآیند شارژ باتری

برای اینکه بفهمید باتری چگونه شارژ می شود، مداری را در نظر بگیرید که فقط شامل یک مقاومت و خود باتری است.

در مورد ما، ما از یک باتری 18650 با ظرفیت 2400 میلی آمپر ساعت، با آستانه ولتاژ 2.8-4.3 V و منبع تغذیه 5 ولت و حداکثر جریان 1 A استفاده می کنیم. اجازه دهید پارامترهای مقاومت مورد نیاز را محاسبه کنیم. در این حالت فرض می کنیم که باتری در حالت عادی است و کاملاً تخلیه نشده است. بیایید باتری را شارژ کنیم. اول، زمانی که ولتاژ باتری حداقل است، جریان حداکثر خواهد بود، و Ur - افت ولتاژ در مقاومت باید 2.2 ولت باشد (این تفاوت بین Uip - ولتاژ منبع تغذیه 5 ولت و باتری اولیه است. ارزش های).

بر اساس این داده ها، ما R - مقاومت اولیه در سراسر مقاومت و Pr - قدرت اتلاف را محاسبه می کنیم:

R= Ur/I = 2.2/1 = 2.2 اهم، جایی که I حداکثر جریان منبع تغذیه است.

Pr \u003d I2R \u003d 1x1x2.2 \u003d 2.2 W.

وقتی ولتاژ باتری به 4.2 ولت رسید، ایزار - جریان شارژ خواهد بود:

Izar \u003d (Ui -4.2) / R \u003d (5-4.2) / 2.2 \u003d 0.3 A.

معلوم می شود که برای شارژ به مقاومتی نیاز داریم که با این نرخ ها کار کند. اما در این مدار باید همیشه ولتاژ باتری را چک کنید تا لحظه رسیدن به آن را از دست ندهید. حداکثر مقداردر 4.2 ولت

مهم!از نظر تئوری، شارژ باتری بدون مدار محافظ جداگانه امکان پذیر است، اما برای نظارت بر ولتاژ و جریان شارژ کار نخواهد کرد. بله، این گزینه را می توان 1-2 بار استفاده کرد، اما نمی توان تضمین کرد که باتری خراب نمی شود.

وظایف اصلی کنترلرها

سه وظیفه اصلی وجود دارد که کنترل کننده های شارژ انجام می دهند:

• بهینه سازی سیستم قدرت؛
• حفظ منابع؛
• از خرابی های کشنده جلوگیری کنید

کنترلرها عملکردهای مختلفی دارند. منبع جریان را تنظیم می کند و مطمئن می شود که خوانش ها کمتر از حداکثر شارژ هستند، اما در عین حال از جریان تخلیه خود فراتر می روند. دستگاه ها بر اساس ساختار و ترکیب شیمیایی باتری، عبور تمام مراحل تخلیه-شارژ باتری را کنترل می کنند.

اگر ما داریم صحبت می کنیمدر مورد باتری های لپ تاپ، کنترل کننده علاوه بر این، جریان انرژی را که هنگام شارژ و کارکرد همزمان رایانه شخصی رخ می دهد، جبران می کند. گاهی اوقات دستگاه ها مجهز به سنسورهای حرارتی برای خاموش شدن اضطراری در صورت گرم شدن بیش از حد یا سرما هستند.

اگر چندین باتری به طور همزمان در سیستم استفاده شود، کنترل کننده فقط برای قوطی هایی شارژ می کند که هنوز شارژ نشده اند.

برای جلوگیری از نشت گاز و انفجار، برخی از مدل های کنترل کننده شارژ باتری از سنسور فشار استفاده می کنند.

توجه داشته باشید!عملکرد هر کنترل کننده باید نسبت صحیح را تضمین کند دی سی/ ولتاژ ثابت (CC/CV). اگر در هنگام شارژ مقدار انرژی عرضه شده بیش از حد باشد، این قسمت اضافی به صورت گرما بر روی کنترلر آزاد می شود. بنابراین، خود کنترلر هرگز در باتری تعبیه نشده است، بلکه در آن گنجانده شده است طرح کلی، اما همیشه جداگانه قرار دارد. اما چگونه می توان یک دستگاه را با دستان خود ساخت؟

مدارهای ساده

یکی از رایج ترین کنترلرها، نوع روی تراشه در DW01 است. در اکثر موارد استفاده می شود دستگاه های تلفن همراه. در ظاهر، این عنصر یک برد الکترونیکی است که تمام اجزای لازم روی آن نصب شده است.

DW01 دارای 6 خروجی است و ترانزیستورهای اثر میدانی در یک بسته با 8 خروجی نصب شده اند - این تراشه 8205A است.

در این مدار وظیفه کنترلر شارژ این است که باتری را چه در زمان تخلیه کامل و چه با شارژ کامل یعنی رسیدن به مقدار 4.25 ولت خاموش کند. G3J، S8261، S8210، K091، JW01، JW11 و سایر ریز مدارهای مشابه.

تراشه LC05111CMT در حال حاضر شامل ترانزیستورهای اثر میدانی است، در اینجا فقط یک خازن و مقاومت علاوه بر این استفاده می شود. این مدار از ترانزیستورهای داخلی با مقاومت انتقالی 0.011 اهم استفاده می کند. این مدار سادهبرای ایجاد باتری با دستان خود بین پایانه های S1 و S2، حداکثر مقاومت 24 ولت و حداکثر جریان شارژ / تخلیه 10 آمپر است.

همه دستگاه های خود ساخته باید مطابقت داشته باشند پارامترهای داده شدهدر غیر این صورت باتری به درستی کار نمی کند.

ویدئو

ما در مورد یک برد بسیار راحت با یک کنترلر شارژ مبتنی بر TP4056 صحبت می کنیم. این برد علاوه بر این از باتری های لیتیوم یون 3.7 ولتی محافظت می کند.

مناسب برای بازسازی اسباب بازی ها و لوازم خانگیاز باتری گرفته تا باتری.
این یک ماژول ارزان و کارآمد است (جریان شارژ تا 1 آمپر).

اگرچه قبلاً در مورد ماژول های تراشه TP4056 مطالب زیادی نوشته شده است، من کمی از خودم اضافه می کنم.
اخیراً متوجه شدم که قیمت آنها کمی بیشتر است، اندازه آنها کمی بزرگتر است، اما علاوه بر این شامل یک ماژول BMS () برای کنترل و محافظت از باتری در برابر تخلیه بیش از حد و شارژ بیش از حد بر اساس S-8205A و DW01 است که باعث خاموش شدن باتری می شود. باتری زمانی که ولتاژ روی آن بیش از حد باشد.


بردها برای کار با سلول های 18650 طراحی شده اند (عمدتاً به دلیل جریان شارژ 1 آمپر)، اما با مقداری تغییر (لحیم کاری مقاومت - کاهش جریان شارژ) برای هر باتری 3.7 ولتی مناسب هستند.
چیدمان برد راحت است - لحیم کاری برای ورودی، خروجی و باتری وجود دارد. ماژول ها می توانند توسط میکرو USB. وضعیت شارژ توسط LED داخلی نمایش داده می شود.
ابعاد تقریباً 27 در 17 میلی متر است، ضخامت کوچک است، "ضخیم ترین" محل اتصال MicroUSB است.


مشخصات فنی:
نوع: ماژول شارژر
ولتاژ ورودی: 5 ولت توصیه می شود
ولتاژ قطع شارژ: 4.2 ولت (±) 1٪
حداکثر جریان شارژ: 1000 میلی آمپر
ولتاژ حفاظت از تخلیه بیش از حد باتری: 2.5 ولت
جریان حفاظت از جریان بیش از حد باتری: 3A
اندازه تخته: تقریبا 27 * 17 میلی متر
LED وضعیت: قرمز: شارژ. سبز: شارژ کامل
وزن بسته بندی: 9 گرم

لینک داخل هدر تعداد زیادی پنج قطعه می فروشد، یعنی قیمت یک تخته حدود 0.6 دلار است. این کمی گرانتر از یک برد شارژ در TP4056 است، اما بدون محافظ - اینها در بسته ها به قیمت یک دلار و نیم فروخته می شوند. اما برای عملکرد عادیباید BMS را جداگانه خریداری کنید.

به طور خلاصه در مورد تنظیم جریان شارژ برای TP4056

ماژول کنترلر شارژ TP4056 + محافظ باتری
حفاظت از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، اضافه بار سه گانه و اتصال کوتاه را فراهم می کند.
حداکثر جریان شارژ: 1A
حداکثر جریان تخلیه مداوم: 1A (پیک 1.5A)
محدودیت ولتاژ شارژ: 0±4.275 ولت. 025 V
محدودیت (قطع) دبی: 0±2.75 ولت. 1 V
محافظت از باتری، تراشه: DW01.
B+ به قطب مثبت باتری متصل می شود
ب- به قطب منفی باتری متصل می شود
P- به ترمینال منفی نقطه اتصال بار و شارژ متصل می شود.

R3 روی برد (با علامت گذاری 122 - 1.2kOhm) برای انتخاب وجود دارد جریان مورد نظربا شارژ المنت، مقاومت را مطابق جدول و لحیم کاری انتخاب کنید.


در هر صورت، یک گنجاندن معمولی TP4056 از مشخصات.

تعداد زیادی از ماژول های TP4056 + BMS برای اولین بار نیست که گرفته می شود، معلوم شد که برای تغییر بی دردسر لوازم خانگی و اسباب بازی ها در باتری ها بسیار راحت است.

ابعاد ماژول ها کوچک است، فقط کمتر از دو باتری AA در عرض، مسطح - آنها برای نصب باتری های قدیمی از تلفن های همراه عالی هستند.


برای شارژ، یک منبع استاندارد 5 ولت از USB استفاده می شود، ورودی MicroUSB است. اگر تخته ها به صورت آبشاری استفاده می شوند، می توانید به صورت موازی به اولین مورد لحیم کاری کنید، عکس مخاطبین منفی و مثبت را در طرفین کانکتور MicroUSB نشان می دهد.


هیچ چیز در سمت عقب وجود ندارد - این می تواند هنگام اتصال به چسب یا نوار کمک کند.


از کانکتورهای MicroUSB برای منبع تغذیه استفاده می شود. بردهای قدیمی در TP4056 دارای MiniUSB بودند.
می توانید بردها را در ورودی به هم لحیم کنید و فقط یکی را به USB وصل کنید - به این ترتیب می توانید 18650 آبشار را شارژ کنید، مثلاً برای پیچ گوشتی ها.


خروجی ها - پدهای شدید برای اتصال بار (OUT +/-)، در وسط BAT +/- برای اتصال سلول باتری.


هزینه کم و راحت است. برخلاف ماژول‌های TP4056، در اینجا محافظت از سلول باتری وجود دارد.
برای آبشاری، باید خروجی های بار (OUT +/–) را به صورت سری و ورودی های برق را به صورت موازی وصل کنید.


ماژول برای نصب در انواع مختلف ایده آل است لوازم خانگیو اسباب بازی هایی که با سلول های 2-3-4-5 AA یا AAA تغذیه می شوند. این اولاً باعث صرفه جویی می شود ، به خصوص با تعویض مکرر باتری ها (در اسباب بازی ها) و ثانیاً راحتی و همه کاره بودن. شما می توانید برای عناصر برق گرفته شده از باتری های قدیمی لپ تاپ، تلفن های همراه، سیگارهای الکترونیکی یکبار مصرف و غیره استفاده کنید. در صورت وجود سه عنصر، چهار، شش و غیره، باید از ماژول StepUp برای افزایش ولتاژ از 3.7 ولت به 4.5 ولت / 6.0 ولت و غیره استفاده کنید. البته بسته به بار. همچنین گزینه ای مناسب روی دو سلول باتری (2S، دو برد به صورت سری، 7.4 ولت) با برد StepDown است. به عنوان یک قاعده، StepDown قابل تنظیم است و شما می توانید هر ولتاژی را در ولتاژ منبع تغذیه تنظیم کنید. این یک حجم اضافی برای قرار دادن به جای باتری های AA / AAA است، اما پس از آن لازم نیست نگران الکترونیک اسباب بازی باشید.


به طور خاص، یکی از تخته ها برای یک میکسر قدیمی IKEA طراحی شده است. خیلی اوقات لازم بود باتری های موجود در آن تعویض شوند و روی باتری ها ضعیف کار می کرد (در NiMH 1.2V به جای 1.5V). موتور اهمیتی نمی دهد که با 3 ولت یا 3.7 ولت تغذیه شود، بنابراین من بدون StepDown این کار را انجام دادم. حتی کمی با شدت بیشتری چرخید.


باتری 08570 از یک سیگار الکترونیکی تقریباً برای هر گونه تغییر ایده آل است (ظرفیت آن حدود 280 میلی آمپر ساعت است و قیمت آن رایگان است).


اما در این مورد، کمی طولانی است. طول باتری AA 50 میلی متر است و این باتری 57 میلی متر است، مناسب نیست. البته می توانید یک "روبنا" بسازید، به عنوان مثال، از پلاستیک چند شکل، اما ...
در نتیجه یک باتری مدل کوچک با همین ظرفیت گرفتم. کاهش جریان شارژ (تا 250 ... 300 میلی آمپر) با افزایش مقاومت R3 روی برد بسیار مطلوب است. می‌توانید نمونه معمولی را گرم کنید، یک سر آن را خم کنید و هر 2 تا 3 کیلو اهم موجود را لحیم کنید.

در سمت چپ، من یک عکس مطابق با ماژول قدیمی آوردم. در ماژول جدید، قرارگیری اجزا متفاوت است، اما همه عناصر یکسان وجود دارند.


باتری (لحیم کاری) را به پایانه های وسط BAT +/– وصل می کنیم، کنتاکت های موتور را از صفحات کنتاکتور برای باتری های AA لحیم می کنیم (کلا آنها را حذف می کنیم)، بار موتور را به خروجی برد لحیم می کنیم (OUT +/-). ).
می توانید یک سوراخ USB در درب آن را با Dremel برش دهید.


من یک جلد جدید درست کردم - قدیمی کاملاً بیرون ریخته شد. اسلات های جدید برای قرار دادن برد و یک سوراخ برای MicroUSB در نظر گرفته شده اند.


گیف میکسر از باتری - به سرعت می چرخد. ظرفیت 280 میلی آمپر ساعتی برای چند دقیقه کار کافی است، بسته به اینکه چند بار از آن استفاده می کنید، باید آن را در 3-6 روز شارژ کنید (من به ندرت از آن استفاده می کنم، می توانید یکباره آن را بکارید. به دلیل کاهش جریان شارژ، مدت زمان طولانی، کمی کمتر از یک ساعت شارژ می شود. اما هر گونه شارژ از تلفن هوشمند.


اگر از کنترلر StepDown برای ماشین های RC استفاده می کنید، پس بهتر است مانند تصویر، دو برد 18650 و دو برد را بردارید و آنها را به صورت سری (و ورودی های شارژ به صورت موازی) وصل کنید. در جایی که OUT معمولی هر ماژول پایین‌رفته قرار می‌گیرد و روی ولتاژ مورد نظر تنظیم می‌شود (مثلاً 4.5 ولت / 6.0 ولت) در این حالت، وقتی باتری‌ها تمام می‌شوند، دستگاه به کندی رانندگی نمی‌کند. در صورت تخلیه، ماژول به سادگی خاموش می شود.

ماژول در TP4056 با داخلی حفاظت BMS- بسیار کاربردی و همه کاره
این ماژول برای جریان شارژ 1 آمپر طراحی شده است.
اگر به صورت آبشاری وصل می‌شوید، جریان کل را هنگام شارژ در نظر بگیرید، به عنوان مثال، 4 آبشار برای تغذیه باتری‌های یک پیچ گوشتی از 4 آمپر درخواست شارژ می‌کنند و این شارژر تلفن همراه آن را تحمل نمی‌کند.
این ماژول برای بازسازی اسباب بازی ها - ماشین های رادیویی، ربات ها، لامپ های مختلف، کنترل از راه دور ... - همه اسباب بازی ها و تجهیزات ممکن که در آنها باید اغلب باتری ها را تعویض کنید، مناسب است.

به روز رسانی: اگر منفی تمام شود، همه چیز با موازی سازی پیچیده تر می شود.
نظرات را ببینید.

محصول برای نوشتن نقد توسط فروشگاه ارائه شده است. بررسی مطابق با بند 18 قوانین سایت منتشر شده است.

من قصد دارم +57 بخرم اضافه کردن به علاقه مندی ها نقد را پسندید +29 +62

دستگاه و اصل عملکرد کنترلر محافظ باتری لیتیوم یون / پلیمر

اگر باتری تلفن همراه را باز کنید، متوجه می شوید که یک برد مدار چاپی کوچک به پایانه های سلول باتری لحیم شده است. این به اصطلاح طرح حفاظتی است یاآی سی حفاظتی. با توجه به ویژگی های آنباتری های لیتیومینیاز به نظارت مداوم بیایید نگاهی دقیق تر به نحوه چیدمان طرح حفاظتی و چه عناصری از آن بیندازیم.

مدار کنترل کننده شارژ باتری لیتیومی معمولی یک برد کوچک است که یک مدار الکترونیکی از اجزای SMD روی آن نصب شده است. مدار کنترل کننده 1 سلول ("بانک") در 3.7 ولت، به عنوان یک قاعده، از دو ریز مدار تشکیل شده است. یک ریزمدار کنترلی است و دیگری اجرایی است - مجموعه ای از دو ترانزیستور MOSFET.

این عکس یک برد کنترلر شارژ باتری 3.7 ولتی را نشان می دهد.

یک تراشه با علامت DW01-P در یک بسته کوچک اساساً "مغز" کنترلر است. در اینجا یک نمودار سیم کشی معمولی برای این تراشه آورده شده است. در نمودار، G1 سلولی از یک باتری لیتیوم یون یا پلیمر است. FET1، FET2 ترانزیستورهای ماسفت هستند.

Pinout، ظاهر و تعیین پین تراشه DW01-P.

ترانزیستورهای ماسفت در تراشه DW01-P گنجانده نشده اند و به عنوان یک تراشه مونتاژ جداگانه از 2 ترانزیستور MOSFET نوع N ساخته شده اند. معمولاً از مجموعه ای با علامت 8205 استفاده می شود و بسته می تواند 6 پین (SOT-23-6) یا 8 پین (TSSOP-8) باشد. این مجموعه را می توان به عنوان TXY8205A، SSF8205، S8205A و غیره برچسب گذاری کرد. شما همچنین می توانید مجموعه هایی با علامت 8814 و مشابه پیدا کنید.

در اینجا پین اوت و ترکیب تراشه S8205A در بسته TSSOP-8 آمده است.

دو FET برای کنترل جداگانه تخلیه و شارژ سلول باتری استفاده می شود. برای راحتی، آنها در یک مورد ساخته شده اند.

ترانزیستور (FET1) که به پایه OD ( تخلیه بیش از حد) تراشه های DW01-P، تخلیه باتری را کنترل می کند - بار را وصل / قطع می کند. و یکی (FET2) که به پین ​​OC ( شارژ بیش از حد) - منبع تغذیه (شارژر) را وصل/قطع می کند. بنابراین، با باز کردن یا بستن ترانزیستور مربوطه، می توان به عنوان مثال، بار (مصرف کننده) را خاموش کرد یا شارژ سلول باتری را متوقف کرد.

بیایید به منطق تراشه کنترل و کل مدار حفاظتی به عنوان یک کل نگاه کنیم.

حفاظت از شارژ بیش از حد

همانطور که می دانید، شارژ بیش از حد باتری لیتیومی با ولتاژ 4.2 - 4.3 ولت مملو از گرمای بیش از حد و حتی انفجار است.

اگر ولتاژ سلول به 4.2 - 4.3V برسد ( ولتاژ حفاظت از شارژ بیش از حد - VOCCP، سپس تراشه کنترل ترانزیستور FET2 را می بندد و در نتیجه از شارژ بیشتر باتری جلوگیری می کند. باتری از منبع تغذیه جدا می شود تا زمانی که ولتاژ سلول به زیر 4 - 4.1 ولت کاهش یابد ( ولتاژ آزادسازی اضافه شارژ - VOCR) به دلیل خود ترشحی. این فقط در صورتی است که هیچ باری به باتری متصل نباشد، مثلاً از تلفن همراه خارج شود.

اگر باتری به بار متصل باشد، ترانزیستور FET2 با کاهش ولتاژ سلول به زیر 4.2 ولت دوباره باز می شود.

حفاظت از شارژ بیش از حد

اگر ولتاژ باتری به زیر 2.3 - 2.5 ولت کاهش یابد ( ولتاژ حفاظت از شارژ بیش از حد- VODP، سپس کنترلر FET1 MOSFET را خاموش می کند - به پین ​​DO متصل است.

بسیار وجود دارد شرایط جالب . تا زمانی که ولتاژ روی سلول باتری از 2.9 - 3.1V تجاوز کند ( تخلیه بیش از حد ولتاژ - VODR، بار به طور کامل قطع می شود. ترمینال های کنترلر 0 ولت خواهند بود. کسانی که با منطق مدار محافظ آشنا نیستند ممکن است این وضعیت را برای "مرگ" باتری قبول کنند. در اینجا فقط یک مثال کوچک است.

باتری مینیاتوری لیتیوم پلیمری 3.7 ولت از پخش کننده MP3. ترکیب: کنترل کننده - G2NK (سری S-8261مونتاژ ترانزیستورهای اثر میدانی - KC3J1.

باتری زیر 2.5 ولت تخلیه می شود. مدار کنترل آن را از بار جدا کرد. در خروجی کنترلر 0 ولت.

در همان زمان، اگر ولتاژ را روی سلول باتری اندازه گیری کنید، پس از خاموش شدن بار، کمی رشد کرد و به سطح 2.7 ولت رسید.

برای اینکه کنترلر بتواند باتری را مجدداً به "جهان بیرون" وصل کند، یعنی به بار، ولتاژ روی سلول باتری باید 2.9 - 3.1V باشد ( VODR).

این یک سوال بسیار منطقی را ایجاد می کند.

نمودار نشان می دهد که ترمینال های تخلیه (Drain) ترانزیستورهای FET1، FET2 به هم متصل هستند و به هیچ جا متصل نیستند. هنگامی که محافظ شارژ بیش از حد فعال می شود، جریان چگونه از چنین مداری عبور می کند؟ چگونه می توانیم "بانک" باتری را دوباره شارژ کنیم تا کنترل کننده دوباره ترانزیستور تخلیه - FET1 را روشن کند؟

اگر در برگه های داده تراشه های محافظ لیتیوم یون / پلیمر (از جمله DW01-P,G2NK، سپس می توانید متوجه شوید که پس از فعال شدن محافظ تخلیه عمیق، مدار تشخیص شارژ فعال است - تشخیص شارژر. یعنی زمانی که شارژر وصل می شود، مدار مشخص می کند که شارژر متصل است و اجازه می دهد تا فرآیند شارژ انجام شود.

شارژ تا سطح 3.1 ولت پس از تخلیه عمیق یک سلول لیتیومی می تواند زمان بسیار طولانی - چندین ساعت طول بکشد.

برای بازیابی باتری لیتیوم یون/پلیمر، می توانید از ابزارهای ویژه ای مانند شارژر جهانی Turnigy Accucell 6 استفاده کنید. می توانید دریابید که چگونه این کار را انجام دهید.

با این روش بود که من موفق شدم باتری لیتیوم پلیمری 3.7 ولتی را از یک پخش کننده MP3 بازیابی کنم. شارژ از 2.7 ولت به 4.2 ولت 554 دقیقه و 52 ثانیه طول کشید. بیش از 9 ساعت ! شارژ "بازیابی" تا چه اندازه می تواند طول بکشد.

در میان چیزهای دیگر، عملکرد مدارهای حفاظت از باتری لیتیومی شامل حفاظت بیش از حد جریان ( حفاظت در برابر جریان بیش از حد) و اتصال کوتاه. حفاظت از اضافه جریان در صورت افت شدید ولتاژ به میزان مشخصی فعال می شود. پس از آن، ریز مدار جریان بار را محدود می کند. در صورت اتصال کوتاه (اتصال کوتاه) در بار، کنترلر آن را کاملا خاموش می کند تا اتصال کوتاه برطرف شود.

ترانزیستور اثر میدانی گیت عایق

امروزه در میان تعداد کافی از انواع ترانزیستورها، دو کلاس متمایز می شوند: pn- ترانزیستورهای اتصال (دو قطبی) و ترانزیستورها با دروازه نیمه هادی عایق (میدان). نام دیگری که هنگام توصیف ترانزیستورهای اثر میدانی یافت می شود - MOS (فلز - اکسید - نیمه هادی) به این دلیل است که اکسید سیلیکون (SiO 2) عمدتاً به عنوان یک ماده دی الکتریک استفاده می شود. نام دیگر بسیار رایج MIS (فلز - دی الکتریک - نیمه هادی) است.

چند توضیح. شما اغلب اصطلاحات را می شنوید ماسفت, mosfet, ترانزیستور MOS. این اصطلاحگاهی اوقات افراد تازه وارد در الکترونیک را گمراه می کند.

ماسفت چیست؟

ماسفت مخفف دو عبارت انگلیسی است: Metal-Oxide-Semiconductor (فلز - اکسید - نیمه هادی) و Field-Effect-Transistors (ترانزیستور کنترل شده توسط میدان الکتریکی). بنابراین ماسفت چیزی جز یک ماسفت معمولی نیست.

من فکر می کنم اکنون واضح است که اصطلاحات mosfet، MOSFET، MOS، MIS، MOS به همین معنی است، یعنی ترانزیستور اثر میدان گیت عایق.

شایان ذکر است که در کنار مخفف MOSFET از مخفف J-FET (Junction - transition) استفاده شده است. ترانزیستورهای J-FET نیز ترانزیستورهای اثر میدانی هستند، اما چنین ترانزیستوری با استفاده از یک کنترل کنترل می شود. اتصال p-n. این ترانزیستورها برخلاف ماسفت ها ساختار کمی متفاوت دارند.

اصل عملکرد ترانزیستور اثر میدانی.

اصل کار ترانزیستور اثر میدانیتوانایی کنترل جریان عبوری از آن با استفاده از میدان الکتریکی (ولتاژ) است. این به طور مطلوب با ترانزیستورهای نوع دوقطبی مقایسه می شود، جایی که یک جریان خروجی زیاد با استفاده از یک جریان ورودی کوچک کنترل می شود.

بیایید نگاهی به یک مدل ساده ترانزیستور اثر میدان گیت عایق بیندازیم (شکل را ببینید). از آنجایی که ترانزیستورهای MOS همراه هستند نوع مختلفرسانایی (n یا p)، سپس شکل یک ترانزیستور اثر میدانی با یک دروازه عایق و یک کانال نوع n را نشان می دهد.

اساس ترانزیستور MIS:

بستر سیلیکونی . زیرلایه می تواند نیمه هادی نوع p یا n باشد. اگر بستر از نوع p باشد، نیمه هادی حاوی اتم های با بار مثبت بیشتری در محل های شبکه کریستالی سیلیکون است. اگر بستر از نوع n باشد، نیمه هادی حاوی اتم های بار منفی و الکترون های آزاد بیشتری است. در هر دو مورد، تشکیل نیمه هادی نوع p یا n با وارد کردن ناخالصی ها به دست می آید.

مناطق نیمه هادی n+ . این نواحی از نظر الکترون های آزاد بسیار غنی شده اند (بنابراین "+")، که با وارد کردن ناخالصی به نیمه هادی به دست می آید. الکترودهای منبع و تخلیه به این مناطق متصل می شوند.

دی الکتریک . الکترود گیت را از بستر سیلیکونی جدا می کند. دی الکتریک خود از اکسید سیلیکون (SiO 2) ساخته شده است. یک الکترود دروازه، الکترود کنترل، به سطح دی الکتریک متصل است.

اکنون به طور خلاصه توضیح می دهیم که چگونه همه کار می کند.

اگر ولتاژ مثبت بین گیت و منبع اعمال شود ( + ) به ترمینال دروازه، سپس یک میدان الکتریکی عرضی بین پایانه دروازه فلزی و زیرلایه تشکیل می شود. به نوبه خود شروع به جذب الکترون های آزاد با بار منفی به لایه نزدیک به سطح دی الکتریک می کند که به مقدار کمی در بستر سیلیکون پراکنده می شوند.

در نتیجه، تعداد کافی الکترون در لایه نزدیک به سطح تجمع می یابد و به اصطلاح کانالی تشکیل می شود - منطقه هدایت. کانال به رنگ آبی در شکل نشان داده شده است. اینکه کانال از نوع n است به این معنی است که از الکترون تشکیل شده است. همانطور که می بینید، نوعی "پل" بین پایانه های منبع و تخلیه و در واقع مناطق n + آنها تشکیل می شود که جریان الکتریکی را هدایت می کند.

جریان بین منبع و زهکش جریان دارد. بنابراین، به دلیل ولتاژ کنترل خارجی، هدایت ترانزیستور اثر میدان کنترل می شود. اگر ولتاژ کنترل از گیت حذف شود، کانال رسانا در لایه نزدیک به سطح ناپدید می شود و ترانزیستور بسته می شود - عبور جریان را متوقف می کند. لازم به ذکر است که شکل مدل ساده شده یک ترانزیستور اثر میدانی با کانال نوع n را نشان می دهد.ترانزیستورهای اثر میدانی با کانال نوع p نیز وجود دارند.

مدل نشان داده شده بسیار ساده شده است. در واقعیت، دستگاه یک ترانزیستور MOS مدرن بسیار پیچیده تر است. اما، با وجود این، مدل ساده شده به وضوح و به سادگی ایده ای را نشان می دهد که در دستگاه ترانزیستور اثر میدانی با یک دروازه عایق بندی شده گنجانده شده است.

از جمله، ترانزیستورهای اثر میدانی با گیت عایق تخلیه شده و غنی می شوند. شکل فقط یک ترانزیستور اثر میدانی غنی شده را نشان می دهد - در آن کانال با الکترون "غنی" شده است. در یک ترانزیستور از نوع تخلیه شده، الکترون ها از قبل در ناحیه کانال وجود دارند، بنابراین ترانزیستور جریان را بدون ولتاژ کنترلی روی گیت عبور می دهد. ویژگی های ولتاژ جریان ترانزیستورهای اثر میدانی از نوع تخلیه شده و غنی شده به طور قابل توجهی متفاوت است.

در اینجا می توانید در مورد تفاوت بین ترانزیستورهای ماسفت نوع غنی و تهی شده بخوانید. در آنجا نیز نشان داده شده است نحوه تعیین ماسفت هاروی شماتیک ها

به راحتی می توان دید که الکترود دروازه و بستر، همراه با دی الکتریک واقع بین آنها، نوعی خازن الکتریکی را تشکیل می دهند. صفحات خروجی فلزی دروازه و سطح زیرلایه هستند و عایق بین این الکترودها یک دی الکتریک اکسید سیلیکون (SiO 2) است. بنابراین ترانزیستور اثر میدان دارای یک پارامتر ضروری است که به آن می گویند ظرفیت گیت.

ترانزیستورهای اثر میدانی، برخلاف ترانزیستورهای دوقطبی، نویز ذاتی کمتری دارند فرکانس های پایین. بنابراین، آنها به طور فعال در فناوری تقویت صدا استفاده می شوند. بنابراین، به عنوان مثال، ریزمدارهای تقویت کننده توان فرکانس پایین مدرن برای پخش کننده های CD / MP3 ماشین حاوی ترانزیستورهای MOSFET هستند. روی داشبورد گیرنده ماشین می توانید کتیبه " ماسفت برقی” یا مشابه. بنابراین سازنده به خود می بالد و روشن می کند که نه تنها به قدرت، بلکه به کیفیت صدا نیز اهمیت می دهد.

ترانزیستور اثر میدانی در مقایسه با ترانزیستورهای نوع دوقطبی دارای مقاومت ورودی بالاتری است که می تواند به توان 10 تا 9 اهم یا بیشتر برسد. این ویژگی به ما این امکان را می دهد که این دستگاه ها را به عنوان کنترل پتانسیل یا به عبارت دیگر با ولتاژ در نظر بگیریم. امروزه بهترین گزینه برای ایجاد مدارهایی با مصرف انرژی به اندازه کافی کم در حالت استراحت استاتیک است. این شرطبه ویژه برای مدارهای حافظه ساکن با تعداد زیادی سلول حافظه مرتبط است.

اگر در مورد حالت کلیدی عملکرد ترانزیستورها صحبت کنیم، در این مورد دوقطبی ها نشان داده می شوند عملکرد بهتر، از آنجایی که افت ولتاژ در گزینه های میدان بسیار قابل توجه است که باعث کاهش بازده کلی کل مدار می شود. با وجود این، در نتیجه توسعه فناوری های ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی، رهایی از این مشکل امکان پذیر شد. FET های مدرن مقاومت کانال پایینی دارند و در فرکانس های بالا عالی کار می کنند.

در نتیجه جستجو برای بهبود ویژگی های ترانزیستورهای قدرتمند اثر میدانی، یک دستگاه الکترونیکی هیبریدی اختراع شد - ترانزیستور IGBTکه ترکیبی از ترانزیستور میدانی و دوقطبی است.

ترانزیستور IGBT

ترانزیستور دوقطبی گیت عایق

در الکترونیک قدرت مدرن، ترانزیستورهای IGBT به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. این مخفف از اصطلاحات خارجی وام گرفته شده است و مخفف Insulated Gate Bipolar Transistor است و در زبان روسی شبیه ترانزیستور دوقطبی دروازه ایزوله شده است. بنابراین به ترانزیستورهای IGBT IGBT نیز می گویند. IGBT یک دستگاه برق الکترونیکی است که به عنوان یک دستگاه قدرتمند استفاده می شود کلید الکترونیکینصب شده در منابع تکانهمنابع تغذیه، اینورترها، و همچنین سیستم های کنترل درایو الکتریکی.

ترانزیستور IGBT یک دستگاه نسبتاً مبتکرانه است که ترکیبی از یک ترانزیستور اثر میدانی و یک ترانزیستور دوقطبی است. این ترکیب منجر به این واقعیت شده است که این نوع ترانزیستور ویژگی های مثبت ترانزیستور اثر میدان و دو قطبی را به ارث برده است.

ماهیت عملکرد ترانزیستور IGBT این است که ترانزیستور اثر میدانی یک ترانزیستور دوقطبی قدرتمند را کنترل می کند. در نتیجه، سوئیچینگ یک بار قدرتمند در توان کنترل کم امکان پذیر می شود، زیرا سیگنال کنترل به دروازه ترانزیستور اثر میدانی تغذیه می شود.

ساختار داخلی IGBT یک اتصال آبشاری از دو سوئیچ ورودی الکترونیکی است که ترمینال پلاس را کنترل می کند. شکل زیر یک مدار معادل ساده شده یک IGBT را نشان می دهد.

کل فرآیند عملکرد IGBT را می توان در دو مرحله نشان داد: به محض اعمال یک ولتاژ مثبت، یک ترانزیستور اثر میدانی بین دروازه و منبع باز می شود، یعنی یک کانال n بین منبع و تخلیه تشکیل می شود. در این صورت جابجایی شارژ از منطقه آغاز می شود nبه منطقه پ، که مستلزم باز شدن یک ترانزیستور دوقطبی است که در نتیجه جریانی از امیتر به کلکتور می رود.

تاریخچه پیدایش IGBT.

برای اولین بار، ترانزیستورهای اثر میدان قدرتمند در سال 1973 ظاهر شدند و قبلاً در سال 1979، یک مدار ترانزیستور کامپوزیت ارائه شد که مجهز به یک ترانزیستور دوقطبی کنترل شده با استفاده از یک ترانزیستور اثر میدان گیت عایق شده بود. در طی آزمایشات مشخص شد که هنگام استفاده از ترانزیستور دوقطبی به عنوان کلید، هیچ گونه اشباع در ترانزیستور اصلی وجود ندارد و این امر تأخیر در صورت خاموش شدن سوئیچ را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

کمی بعد، در سال 1985، یک ترانزیستور دوقطبی گیت عایق معرفی شد که ویژگی بارز آن ساختار مسطح بود، محدوده ولتاژ کار بزرگتر شد. بنابراین، در ولتاژهای بالا و جریان های بالا، تلفات در حالت بسیار ناچیز است. در این حالت، دستگاه دارای ویژگی های سوئیچینگ و هدایت مشابه ترانزیستور دوقطبی است و کنترل توسط ولتاژ انجام می شود.

نسل اول دستگاه ها دارای اشکالاتی بودند: سوئیچینگ کند بود و از نظر قابلیت اطمینان تفاوتی نداشتند. نسل دوم در دهه 90 نور را دید و نسل سوم هنوز در حال تولید است: آنها چنین کاستی هایی را برطرف کردند، مقاومت ورودی بالایی دارند، قدرت کنترل شده متفاوت است. سطح پایینو در حالت روشن، ولتاژ باقیمانده نیز مقادیر پایینی دارد.

در حال حاضر، ترانزیستورهای IGBT در فروشگاه های قطعات الکترونیکی موجود هستند که می توانند جریان ها را در محدوده چند ده تا صدها آمپر تغییر دهند. من حداکثر و ولتاژ کاری ( U ke max ) می تواند از چند صد تا هزار ولت یا بیشتر متغیر باشد.

نماد IGBT (IGBT) در نمودار مدار.

از آنجایی که ترانزیستور IGBT ساختار ترکیبی از یک ترانزیستور اثر میدانی و دو قطبی دارد، خروجی های آن گیت نیز نامیده می شوند. دبلیو(الکترود کنترل)، امیتر ( E) و کلکسیونر ( به). در حالت خارجی، خروجی شاتر با حرف نشان داده می شود جی, خروجی امیتر - Eو خروجی کلکتور - سی.

شکل نماد گرافیکی نمادین یک ترانزیستور دوقطبی گیت عایق را نشان می دهد. ترانزیستور را می توان با دیود سریع داخلی نیز نشان داد. همچنین ترانزیستور IGBT را می توان به صورت زیر نشان داد:

ویژگی ها و دامنه IGBT.

ویژگی های متمایز ترانزیستورهای IGBT:

ولتاژ کنترل شده (مانند هر ترانزیستور اثر میدانی)؛

تلفات در حالت کم داشته باشید.

می تواند در دمای بیش از 100 0 C کار کند.

قادر به کار با ولتاژهای بالای 1000 ولت و توانهای بالای 5 کیلووات.

کیفیت های ذکر شده امکان استفاده از ترانزیستورهای IGBT را در اینورترها، درایوهای کنترل فرکانس و در رگولاتورهای سوئیچینگجاری. علاوه بر این، آنها اغلب در جوشکاری منابع جریان، در سیستم های کنترل برای درایوهای الکتریکی قدرتمند، که به عنوان مثال، در وسایل نقلیه الکتریکی نصب می شوند: لوکوموتیوهای الکتریکی، تراموا، واگن برقی استفاده می شود. این محلول کارایی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و صافی بالا را تضمین می کند.

علاوه بر این، این دستگاه ها در منابع برق اضطراری و در شبکه های فشار قوی نصب می شوند. ترانزیستورهای IGBT را می توان در ترکیب یافت مدارهای الکترونیکیلباسشویی، خیاطی و ماشین ظرفشویی، کولر گازی اینورتر، پمپ، سیستم احتراق الکترونیکیماشین ها، سیستم های تامین برق سرور و تجهیزات مخابراتی. همانطور که می بینید، دامنه IGBT بسیار بزرگ است.

شایان ذکر است که IGBT و MOSFET در برخی موارد قابل تعویض هستند، اما برای مراحل ولتاژ پایین فرکانس بالا، اولویت با ترانزیستورهای ماسفتو برای ترانزیستورهای قدرتمند ولتاژ بالا - IGBT.

بنابراین، به عنوان مثال، ترانزیستورهای IGBT عملکردهای خود را در فرکانس های کاری تا 20-50 کیلوهرتز کاملاً انجام می دهند. در فرکانس های بالاتر، از این نوعترانزیستورها تلفات را افزایش می دهند. همچنین، قابلیت های ترانزیستورهای IGBT به طور کامل در ولتاژ کاری بیش از 300-400 ولت آشکار می شود. از همین رو ترانزیستورهای دوقطبیبا یک دروازه عایق به راحتی در وسایل برقی با ولتاژ بالا و قدرتمند یافت می شود.