Мониторы контроля заряда батарей

При существующих тенденциях минитюаризации портативной аппаратуры важное значение приобретают компактные и энергоемкие источники питания с возможностью перезарядки. В настоящее время рынок перезаряжаемых батарей почти целиком определяется тремя основными типами: никель-кадмиевые (NiCd); никель-металлогибридные (NiMh); литий-ионные (Li-Ion). Эффективность использования батарей (особенно двух последних типов) в значительной мере зависит от эффективности работы зарядного устройства. К примеру, при нестабильности напряжения заряда литиевой батареи на величину всего лишь 50мв, будет недоиспользовано 10% от емкости батареи. При построении же специальной аппаратуры, контролирующей циклы заряда-разряда батареи, на дискретных электронных компонентах, только на промежуточных соединениях и сопротивлениях проводников печатной платы уже можно накопить ошибку порядка 10-20мВ.

На сегодняшний день многие известные фирмы выпускают специализированные микросхемы для заряда батарей, использующие различные алгоритмы заряда. Одним из лидеров в этом направлении является компания Dallas Semiconductor, которая выработала довольно оригинальный подход, поместив микросхему для контроля заряда не в зарядном устройстве, а непосредственно внутри батарейного блока. Такая батарея или блок батарей содержит монитор, который хранит информацию о технических параметрах батареи, заложенную производителем, а также осуществляет контроль за батареей в процессе ее работы и заряда. При этом упрощается интерфейс как с зарядным устройством, которое получает все необходимые данные в готовом цифровом виде, так и с контрольными системами в питаемом устройстве.

DS2436 - Электронная метка–идентификатор и монитор параметров батареи, составленной из отдельных аккумуляторов или энергетических элементов питания с однопроводным интерфейсом MicroLAN. Этот прибор является дальнейшим развитием линии батарейных мониторов DS2434 и DS2435 в направлении создания законченной системы контроля, размещаемой непосредственно в батарейном блоке. Если DS2434 является, по существу, просто электронной этикеткой с 48-битным уникальным номером и возможностью мониторинга температуры контролируемой батареи, а DS2435 содержит в дополнение к этому таймер реального времени и возможность записи температурно-временных гистограмм с целью определения суммарного саморазряда элемента питания, то прибор DS2436 спроектирован как монитор, обеспечивающий практически все необходимые функции для контроля заряда батареи (кроме тока заряда) и полностью поддерживающий основные положения стандарта MicroLAN. Напряжение батареи фиксируется с помощью встроенного 10-разрядного АЦП (погрешность преобразования не более 0.5%, время преобразования около 10мс), а отслеживание температуры производится встроенным узлом температурного датчика с 13-битным разрешением (погрешность преобразования около 2°C в диапазоне от 0°C до +70°C). В дополнение к этому DS2436 содержит таймер реального времени с внутренней цепью тактирования, который может использоваться как для получения временных гистограмм напряжения и температуры, так и для ограничения времени заряда батареи. DS2436 содержит расширенную, по сравнению с DS2434 и DS2435, встроенную энергонезависимую память EEPROM емкостью 32 байта, определяемую пользователем, то есть производителем или сборщиком батарейного блока. Прибор также включает 256 разрядов экономичной статической оперативной памяти для хранения текущей информации о состоянии контролируемых параметров батареи и 64 разряда однократно программируемой постоянной памяти. Устройство содержит уникальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 1BН), который может быть отожествлен пользователем с местоположением конкретной энергетической ячейки, контролируемой микросхемой, в составе общей многоэлементной батареи. Встроенный контроллер однопроводной шины обеспечивает совместное использование множества DS2436 на общей информационной линии, а также полную совместимость с другой продукцией MicroLAN. Предполагается, что питание прибора должно осуществляться непосредственно от контролируемой энергетической ячейки (т.е. узел АЦП контроля напряжения DS2436 производит по существу регистрацию величины собственного питания микросхемы), а уровень напряжения питания DS2436 должен находиться в диапазоне от 2.4 до 10В. Микросхема выпускается в транзисторном корпусе TO92 или в 8-контактном корпусе SOIC для монтажа на поверхность.

DS2437 – Полная версия монитора параметров батареи, составленной из отдельных аккумуляторов или энергетических элементов питания, с однопроводным интерфейсом MicroLAN. Этот прибор является расширенной версией устройства DS2436. Он позволяет осуществлять через отдельный дифференциальный вход регистрацию напряжения батареи с помощью специального встроенного 10-разрядного АЦП (погрешность преобразования не более 0,5%, время преобразования около 2мс). С помощью двух отдельных дифференциальных выводов и небольшой внешней резистивной цепи микросхема может контролировать ток обслуживаемой батареи, используя другой встроенный узел 10-разрядного АЦП (погрешность преобразования не более 2%, время преобразования около 1с). Диапазон контролируемых электрических величин при этом никак не зависит от уровня питания прибора. Микросхема также позволяет отслеживать температуру благодаря встроенному узлу температурного датчика с 13-битным разрешением (погрешность около 2°C преобразования в диапазоне от 0°C до +70°C). Содержит часы реального времени, стабильность работы которых определяется возможностью подключения к микросхеме внешнего часового кварцевого резонатора 32,768КГц. Этот таймер может использоваться как для построения гистограмм параметр/время, так и для ограничения времени заряда батареи. Прибор содержит расширенную встроенную энергонезависимую память EEPROM емкостью 40 байт, определяемую пользователем, то есть производителем или сборщиком батарейного блока. Прибор также включает 320 разрядов экономичной статической оперативной памяти для хранения текущей информации о состоянии контролируемых параметров батареи и 64 разряда однократно программируемой постоянной памяти. Интересным новшеством является наличие в составе прибора регистров для подсчета суммарных токов заряда и разряда, протекавших через батарею в течение всей ее жизни. Специально для управляющих систем питаемого устройства (внешних зарядных устройств) введен отдельный регистр, отражающий оставшуюся емкость батареи, для предотвращения ее полного разряда. Микросхема cодержит уникальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 01EН), который может быть отожествлен пользователем с местоположением конкретной энергетической ячейки, контролируемой микросхемой, в составе общей много элементной батареи. Встроенный контроллер однопроводной шины обеспечивает совместное использование множества DS2437 на общей информационной линии, а также полную совместимость с другой продукцией MicroLAN. Питание прибора производится напряжением от 2.4 до 10В. Микросхема выпускается в 16-контактном корпусе SSOP для монтажа на поверхность.

DS2438 – Дешевая версия прибора DS2437. Выполняет все те же функции, что и прототип, однако, из-за размещения в более дешевом корпусе у DS2438 отсутствуют выводы для подключения внешнего кварцевого резонатора для организации стабильной тактирующей цепи внутреннего генератора, входящего в узел часов реального времени. Кроме того, аналоговая и цифровая земли прибора объединены внутри корпуса микросхемы и представлены одним выводом питания. Естественно все эти изменения снижают метрологические характеристики измерительных узлов микросхемы по сравнению с возможностями, предоставляемыми ее полным прототипом. Содержит уникальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 026Н). Микросхема выпускается в 8-контактном корпусе SOIC для монтажа на поверхность

DS2441 – Совершенно новая разработка фирмы Dallas Semiconductor в области интеллектуальных устройств обслуживания единичных элементов питания, составляющих аккумуляторные батареи. Микросхема предназначена для мониторинга всех параметров литиево-кадмиевых аккумуляторов, а также организации процесса их перезаряда или тренировки. Для реализации всех функций прибор требует небольшой схемы обвязки, которая состоит из нескольких дискретных резисторов, силовых MOSFET-транзисторов, индикационных диодов и фильтрующих емкостей. Через специальные управляющие выходы DS2441 определяет начало процесса заряда или разряда тестируемой батареи в соответствии индивидуальным алгоритмом, содержащимся в 32 байтах встроенной энергонезависимой памяти EEPROM устройства. Микросхема автоматически блокирует зарядную/разрядную цепь (утечка не более 1мкА), в случае перевода обслуживаемого элемента питания в штатный режим эксплуатации. Текущее состояние управляющей схемы обслуживания энергетической ячейки, построенной на базе DS2441, индицируется сигнальным светодиодом, управление которым также осуществляет внутренняя логика микросхемы. Прибор обеспечивает контроль тока (разрешающая способность 8 разрядов, погрешность не более 1%, время преобразования около 250мкс) и напряжения (разрешающая способность 10 разрядов, погрешность не более 0,5%, время преобразования около 214мкc), обслуживаемого аккумулятора через отдельные дифференциальные входы. Осуществляет мониторинг температуры (разрешающая способность 13 разрядов, погрешность не более 3°C, время преобразования около 215мкc). Получая столь исчерпывающую информацию о параметрах аккумулятора и имея доступ к управлению цепью зарада/разряда, логика микросхемы автоматически принимает меры по предохранению батареи от: 1) перенапряжения (перегрузки по напряжению при заряде), 2) аварийного предельного снижения напряжения, 3) перегрузки по току (при циклах зарядки и разрядки), 4) перегрева. Напряжение изоляции микросхемы составляет не менее 10КВ. DS2441 cодержит уникальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 025Н). Микросхема выпускается в 8-контактном корпусе SOIC для монтажа на поверхность.

DS2442 – Прибор практически идентичен микросхеме DS2441, однако, в отличие от прототипа, он предназначен для обслуживания двух секций литиево-кадмиевых аккумуляторов или двухсекционных единичных элементов питания этого типа. В соответствии с потребностью контролировать напряжение на обоих обслуживаемых элементах (секциях) модернизирована схема измерения напряжения батареи, благодаря введению в состав микросхемы узла аналогового мультиплексора и логической схемы управления его работой. Все остальные характеристики, функциональные возможности и особенности архитектуры прибора DS2442 аналогичны устройству DS2441, вплоть до группового кода семейства (025H) в уникальном 64-разрядном регистрационном номере устройства.