Контроллер заряда АКБ — что это и для чего он нужен?

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Контроллер заряда АКБ — что это и для чего он нужен?». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.

Электросхема очень простая и не требует глубоких познаний в схемотехнике. Хотя производители дорогостоящих смартфонов и пытаются усовершенствовать её, но принцип конструкции остаётся одинаковым для всех.

Как продлить срок службы?

Разобравшись в том, что же такое контроллер питания, можно дать несколько полезных, пусть и не новых, рекомендаций о том, как продлить работу вашего гаджета.

Самое главное — не использовать зарядные устройства других производителей. Несмотря на то что кругом говорят, что такая замена безопасна — лучше не рисковать лишний раз. Небольшая разница в напряжении, которая может быть вызывана чем угодно, вплоть до различных материалов изготовителей устройств, вполне способна вывести из строя и контроллер питания, и аккумулятор.

Что касается самого устройства, то, кроме зарядных устройств, лучше не пользоваться батареями от других гаджетов. Конечно, эра поддельных аккумуляторов практически прошла, но, возможно, остались совместимые устройства.

Ну и последний, вполне логичный совет — избегайте влаги. Если ваше устройство не защищено от воды, то лучше лишний раз его не мочить.

Она базируется на транзисторах MOSFET. Обычно их два. Сама же микросхема может иметь 6 или 8 выводов. Для раздельного контроля заряда и разряда ячейки аккумулятора используют два полевых транзистора, которые находятся в одном корпусе. Так, один из них может подключать или отключать нагрузку. Второй транзистор делает эти же действия, но уже с источником питания (в качестве которого выступает зарядное устройство). Благодаря такой схеме реализации можно без проблем влиять на работу аккумулятора. При желании ею можно воспользоваться и в другом месте. Но следует учитывать, что схема контроллера заряда аккумулятора и он сам может применяться только к устройствам и элементам, что обладают ограниченным диапазоном работы. Более детально о таких особенностях мы сейчас и поговорим.

Контролеры созданы для:

1. Наблюдения за процессом зарядки. При восстановлении емкости от 0 до 10% работает предварительное накопление емкости. От 10 до 70-80% происходит увеличение скорости наполнения постоянным током. Дозарядка проходит медленнее, из-за увеличившегося сопротивления в цепи.
2. Регулировки просадок. Защищает электрическую цепь от короткого замыкания, просадок напряжения.
3. Блокировки перезаряда. У каждой батареи есть лимит максимального напряжения (у Li-Ion он составляет около 4,2 В). Достигнув указанной цифры, питание автоматически отключается, препятствуя вздутию и взрыву АКБ.
4. Защиты от глубокой разрядки. Если напряжение аккумулятора падает ниже критического значения (3 В в Li-Ion), происходит потеря номинальной емкости, уменьшается время автономной работы.
5. Балансировки. Следит за равномерной зарядкой всех звеньев электросхемы, увеличивая срок службы элемента питания.
6. Наблюдения за температурой. При перегреве или переохлаждении срабатывает терморезистор, который отключает питание, поданное на батарею.

Все параметры задают микросхеме или контролеру на этапе производства.

Инструкция по изготовлению

Если есть желание, знания по электронике и время, можно изготовить контроллер зарядки аккумулятора своими руками. Конструктивно устройство будет состоять из электронного блока, на корпусе которого будут расположены три диода красного, зеленого и синего цвета. Цвета диодов можно выбрать любые, главное, правильно оценивать полученные результаты.

Назначение данного устройства – контролировать работу автомобильного аккумулятора с напряжение электросети от 6 до 14 В. Этот прибор схож с тем, что продается в магазине. Речь идет о наборе DC-12 В, о котором упоминалось выше. Принцип действия обоих устройств одинаков.

Для изготовления контроллера понадобятся следующие детали:

• для размещения компонент печатная плата;
• транзисторы: ВС547 и ВС557;
• резисторы: сопротивлением 1 кОм – 2, 220 Ом – 3, 2,2 кОм – 1;
• диоды (стабилизаторы) на 9,1 и 10 В;
• набор светодиодов RGB (красный, зеленый, синий).

Перед сборкой следует проверить, чтобы контакты соответствовали цвету светодиодов. Проверку можно выполнить с помощью тестера. Это можно сделать с помощью тестера. Монтируя компоненты, желательно светодиоды вывести на проводах длиной 5-20 см, а не припаивать их к плате. Такую конструкцию легче расположить на приборной панели автомобиля.

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору. Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В. Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

ШИМ контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

В уроке про функции времени я рассказывал, что у микроконтроллера есть так называемые счётчики, которые считают “пинки” от тактового генератора (кварца). Данные счётчики как раз и генерируют ШИМ сигнал, т.е. само вычислительное ядро микроконтроллера в этом не участвует. Помимо расчётов, даже вывод сигнала с ноги МК ложится на плечи счётчика. Это очень важно понимать, потому что ШИМ сигнал не тормозит выполнение кода, так как его генерацией занимается буквально “другая железка”.

На платах UNO/Nano/Pro Mini у нас есть три таймера-счётчика, у каждого таймера есть по два выхода на пины МК, то есть у нас есть 2*3=6 пинов, способных генерировать ШИМ сигнал. Для генерации ШИМ у нас есть готовая функция analogWrite(pin, duty)

• pin – пин, являющийся выводом таймера. Для Нано/Уно это пины D3, D5, D6, D9, D10, D11. На некоторых платах они помечены * звёздочкой, а вообще для определения ШИМ пинов на любой другой модели Ардуино достаточно загуглить распиновку
• duty – заполнение ШИМ сигнала. По умолчанию все “выходы” ШИМ у нас 8-битные, то есть duty может принимать значение с “разрешением” 8 бит, а это 0-255

Несколько мифов о зарядке аккумуляторов

Пользователи смартфонов до сих пор спорят в интернете о вреде быстрой зарядки для аккумуляторов. Одни упирают на то, что любое отклонение от годами проверенного сочетания 5 В / 2 А (10 Вт) вредит батарее, другие приводят результаты исследований, доказывающих, что подача на телефон мощности даже в 30 Вт если и влияет на здоровье аккумулятора, то крайне незначительно. Этот и ещё несколько мифов о зарядке аккумуляторов мы сейчас безжалостно разгромим.

Конечно, высокие токи заряда и разряда не идут батареям на пользу. Но стоит ли опасаться заряжать гаджет таким образом или негативный эффект от этого если и проявится, то ближе к концу жизни самого смартфона? Ежедневная зарядка в самом щадящем режиме (5 В / 1 А) уменьшит ёмкость литий-полимерной батареи примерно на 10-15% за 400 циклов, что соответствует одному-полутора годам использования устройства. По достижению 500 циклов батарею телефона рекомендуется менять, так как по мере старения ёмкость элемента питания падает не линейно, а по экспоненте.

Влияние быстрой зарядки на износ аккумулятора было проверено специалистами SLAC National Accelerator Laboratory (лаборатория при Стэнфордском университете) еще в 2014 году. Результаты исследования показали, что состояние анода и катода не меняется в зависимости от скорости зарядки аккумулятора. В 2020 году сотрудники сайта DDay.it устроили стресс-тест для смартфона OPPO Find X2 Pro с технологией VOOC. В течение полутора месяцев телефон заряжали адаптером мощностью 65 Вт, за время испытания аккумулятор пережил 248 циклов. Для быстрой разрядки в телефоне создавали искусственную предельную нагрузку, от которой устройство нагревалось до вредных 44 °C. В конце эксперимента батарея потеряла порядка 15% ёмкости, хотя изначально предполагалось, что деградация составит до 35%. Если бы не высокие нагрузки и опасная для аккумулятора температура, падение ёмкости было бы ещё меньше.

Удивительно, что даже в 2020 году среди неопытных пользователей смартфонов гуляют застарелые мифы о «правильной» зарядке. Например, некоторые до сих пор после покупки телефона проводят «раскачку» батареи, несколько раз заряжая устройство до конца и разряжая его до нуля, как это рекомендовалось в начале 1990-х для никель-металлогидридных ячеек. Это якобы помогает задействовать всю ёмкость нового аккумулятора, и если этого не сделать, то смартфон, мол, будет разряжаться раньше, чем должен. Кто-то также называет этот процесс «калибровкой контроллера питания».

На самом деле литий-ионным батареям не нужна никакая «тренировка» перед началом использования устройства, несколько циклов полной зарядки и разрядки вообще никак не повлияют на ёмкость батареи и ни на минуту не увеличат возможное время автономной работы. Контроллер прекрасно знает, с какой ёмкостью ему предстоит работать, да к тому же иногда сам, без участия пользователя, проводит калибровку по мере деградации батареи.

Вырезка из инструкции к Motorola StarTAC. В ней ясно прописано, что никель-металлогидридную батарею перед началом использования надо «раскачать». Телефон также комплектовался литий-ионными батареями, но об их «раскачке» в инструкции ни слова

Легенда о важности «раскачки» аккумуляторов до сих пор питает миф об эффекте памяти. Сам по себе эффект памяти, когда ёмкость элемента теряется из-за частых подзарядок не до конца разряженной батареи, действительно существует. Вот только и ранние литий-ионные, и современные литий-полимерные элементы питания этим эффектом практически не обладают (его проявление ничтожно мало). Эффекту памяти подвержены устаревшие никель-кадмиевые и в меньшей степени никель-металлогидридные аккумуляторы, которые не используются в гаджетах с конца 1990-х годов.

Эффект памяти проявляется из-за укрупнения кристаллов рабочего вещества никель-кадмиевого аккумулятора. Чем крупнее кристаллы, тем меньше общая площадь поверхности. Чем меньше площадь, тем меньше ёмкость батареи. В литий-ионных аккумуляторах укрупнения кристаллов не происходит. На схематичном изображении показаны слева здоровый электрод, а справа электрод с выросшими кристаллами. Источник: Anker

Третий миф гласит, что смартфоны нельзя оставлять подключенными к зарядному устройству надолго, например, на ночь — будто бы батарея перезаряжается сверх меры, отчего теряет ёмкость и даже может загореться. В принципе, в начале 1990-х такое мнение ещё имело право на жизнь, но сейчас, в эпоху литий-ионных батарей с контроллерами нет вообще никакой разницы, как долго вы держите смартфон подключенным к розетке. Затем и придуман контроллер питания, чтобы не допускать перезаряда. Когда аккумулятор заряжен, контроллер видит это и переходит в режим сбережения заряда, снижая потребляемый ток до околонулевых значений.

Ёмкость аккумуляторов мобильных телефонов за четверть века выросла в прямом смысле на порядок, как выросли и «аппетиты» гаджетов. Прогресс в области элементов питания движется не так быстро, как в области графических процессоров или памяти, однако нынешние литий-полимерные аккумуляторы — это настоящее чудо, требующее лишь качественного питания.

Чтобы раскрыть потенциал батареи полностью, наслаждаться безопасной и быстрой зарядкой, следует подобрать хорошее зарядное устройство — комплектные адаптеры смартфонов из экономии чаще всего отвечают только минимальным требованиям для зарядки. Вдвойне разумно завести дома многопортовый универсальный зарядный блок, работающий с несколькими протоколами быстрой зарядки и имеющий выходы USB-A и USB-C для самой современной и устаревающей техники.

Сколько стоит замена контроллера питания iPhone?

Многие путают неисправность контроллера питания с проблемами периферийных компонентов телефона — аккумулятора, шлейфа и разъема зарядного устройства. Ничего удивительного в этом нет, т.к. симптомы могут быть очень похожи, а большинство пользователей могут не знать о принципах и особенностях работы микросхем в айфоне.

Поэтому мы объединили все проблемы, которые могут возникнуть с питанием и зарядкой iPhone, в одной прайс-таблице. Сделано это ещё и потому, что в особо запущенных случаях, неисправность контроллера питания влечёт за собой и проблемы с аккумулятором. В таких случаях, требуется и замена контроллера питания, и замена аккумулятора. Конечно же, на проведение работ в комплексе мы предоставляем скидку, которая определяется, в зависимости от модели телефона и того, что именно необходимо сделать.

Требуется замена контроллера питания iPhone или другой ремонт? Не можете понять причину нестабильной работы телефона? Приходите в гости, мы с радостью поможем Вам в решении проблем с Вашей техникой!

Почему контроллер питания iPhone выходит из строя?

Основные причины, из-за которых контроллер питания iPhone может выйти из строя:

• Перепады напряжения при зарядке устройства. Очень часто сильные скачки напряжения могут быть в домах с плохой проводкой или, например, в только строящихся новых домах.
• Дешевые провода и зарядные устройства. Особенно это касается зарядки айфона от автомобильной зарядки. Случаев, когда контроллер выходит из строя, а Клиент описывает предпосылки этого фразой «Айфон стоял на зарядке в машине, потом нагрелся и выключился» было за время нашей работы десятки или даже сотни. Наибольший риск того, что контроллер питания айфона выйдет из строя или просто сгорит, возникает, когда Вы заводите двигатель, а айфон уже подключен к автомобильной зарядке.
• Механическое повреждение из-за падения или удара. Контроллер питания сделан из кремния, а дорожки питания выполнены из тонкого металла. При механическом воздействии металл может сломаться и контроллер перестанет работать корректно. Также, не секрет, что со временем заводская пайка компонентов платы становится более уязвимой, что также может вызвать их повреждение при падении или ударе.
• Последствия попадания влаги. При проникновении жидкости на компоненты платы, если батарея телефона заряжена, начинается процесс интенсивного окисления. Это может быть чревато серьёзными последствиями для работоспособности и поломка контроллера питания при этом может быть не самой большой проблемой.

Часто бывает так, что поломка контроллера питания на айфоне проявляется не сразу. К тому же, выход из строя контроллера по симптомам очень похож на проблемы с аккумулятором или шлейфом зарядки. Поэтому пользователю бывает трудно определить причину появления неисправности.

Профилактика дешевле ремонта

Чтобы ваш любимец не попал на операционный стол к сервисным инженерам, а кошелёк не стал ощутимо легче, стоит выполнять ряд простых правил:

Если ваше устройство не включается или не заряжается, первым делом нужно самостоятельно попробовать найти проблему и устранить её. И хотя некоторые неисправности гарантированно сделают вас клиентом сервисного центра, несложные причины позволят обойтись простыми недорогими решениями, защищая ваш кошелёк и повышая самооценку.

И тут сразу мысли разбегаются. Дело в том, что причиной данной неисправности может быть как пустяк, типа разряженного аккумулятора телефона, так и очень серьезные повреждения как программной части, так и платы телефона. А то и вообще несовместимые с ремонтопригодностью повреждения. Диагностика данной неисправности может быть как легкой, так и очень трудоемкой и обширной. У каждого мастера свой алгоритм (последовательность) проведения операций проверки и контрольных замеров. Кто-то сразу лезет в дебри (например, залить всю плату флюсом и пропаивать все чипы, или же бегом начинает прошивать телефон). Главное, понять, как отличить программные неисправности от «железных».

Не нажимая на кнопку включения, сразу смотрим на стрелку амперметра блока питания. Если она нерушимо стоит на начальной (нулевой) позиции или немного отклонилась и сразу вернулась в исходную (произошел процесс заряда конденсаторов по питанию телефона), то по первичным цепям питания телефона все в порядке. Это значит, что короткое замыкание и повышенное потребление в выключенном состоянии отсутствуют и можно пробовать включить телефон кнопкой включения.

Микросхемы управления типа PWM являются самыми современными и многофункциональными с технической точки зрения. Такие устройства позволяют в автоматическом режиме отслеживать значения напряжения и силы тока. После того, как достигается максимально возможное значение, контроллер фиксирует его на плате для стабилизации аккумулирующего устройства. Благодаря этому, достигается максимальная емкость аккумулятора. Данный тип контроллеров имеет и другое название, которое встречается чаще — это ШИМ-контроллеры. Если расшифровать сокращенную аббревиатуру, то получится такое понятие как широтно-импульсный модулятор. Чаще всего такие устройства встречаются в теле- и радиотехнике. Кроме этого, их можно найти в некоторых бытовых приборах и импульсных блоках питания.

Схема работы импульсного блока питания

Это устройство появилось на свет всего лишь несколько десятилетий назад. Однако уже успело стать популярным и востребованным. Импульсный блок питания состоит из следующих деталей:

1. Фильтрующего конденсата.
2. Ключевого силового транзистора.
3. Сетевого выпрямителя, состоящего из нескольких элементов.
4. Выпрямительных диодов выходной системы.
5. Силовой дроссели. Дроссель помогает корректировать возникающее напряжение.
6. Импульсивного источника питания. Именно отсюда напряжение преобразовывается в силовую цепь.
7. Цепей управления выходного напряжения.
8. Накопительной фильтрующей ёмкости;
9. Оптопара;
10. Задающего генератора.
11. схемы обратной связи.

Зная состав импульсного блока, следует ознакомиться с принципом его работы.

Что можно сделать самому

Ну вот, теперь когда вы видели все своими глазами и вам не страшен сам Tim Cook, справедливо было бы спросить “Кто-нибудь готов проделать то же самое?”.

Почему-то мне кажется, что решится на подобные действия не каждый, пусть и выглядит все довольно просто. И это правильно, ведь можно сделать телефону еще хуже и тогда все — капец!

Но если среди вас найдется смелый брутальный мужик, который делает все одной левой, вот краткий список необходимого оборудования:

Самое главное — не эксперементируйте на рабочем телефоне. Если ваши руки так и чешутся что-нибудь отремонтировать, будьте предельно аккуратны и осторожны в своих действиях. Рядом с чипом Tristar находятся микроскопические резисторы, которые легко можно смахнуть в сторону во время перепайки микросхемы.

И помните, прежде чем приступить к замене какого либо микроконтроллера, необходимо провести диагностику, ведь U2 не единственная микросхема на плате.

С моей точки зрения, самым правильным будет обратиться к проверенным специалистам с хорошей репутацией. Не каждый сервисный центр возмется за перепайку микросхем на плате iPhone.

Я был свидетелем печального опыта своих знакомых, когда iPhone после падения перестал включаться, а в быдло-сервисном центре сделали заключение «труп». Когда же я открыл этот аппарат, обнаружилось что в телефоне теперь не хватает деталей (модуль антенны, защитные экраны и т.п.). Будьте аккуратны!

Похожие записи:

• Штрафы ПФР и ФСС: за что и как они накладываются
• Об использовании семейного капитала
• Взыскиваются ли алименты с продажи автомобиля