Что делать, когда в мобильном телефоне «садится» батарея?
Естественно, его нужно подсоединить к зарядному устройству. Телефон сам все сделает, поэтому пользователю достаточно лишь взглянуть на индикатор заряда и выключить адаптер из сети, когда процесс зарядки закончится. Однако за этой несложной операцией скрывается масса нюансов, которые неплохо было бы знать в дополнение к тому, что известно обычному владельцу телефона.

Из чего состоит зарядное устройство (ЗУ)? Часто зарядным устройством называют одну из его частей — сетевой адаптер. Если быть предельно точным, то ЗУ состоит из самого адаптера в сочетании со встроенными в телефон электронными схемами, управляющими зарядкой батареи. Блок питания (БП) устроен очень просто, и ничего интересного внутри него нет. БП бывают обычные (для работы от сети переменного тока), автомобильные, трансформаторные, бестрансформаторные и т. д. Они отличаются друг от друга не только внешним исполнением, но и выходными характеристиками. Функция БП заключается в том, чтобы выдавать электрический ток с параметрами, необходимыми для питания внутренних схем ЗУ телефона.

Теперь рассмотрим подробнее то, что скрыто в самой трубке и служит для зарядки его батареи. Там размещается стабилизатор напряжения, а также то, что лежит в основе всех тонкостей эксплуатации тех или иных типов батарей — схемы, реализующие алгоритмы зарядки аккумулятора.

Вставляя БП в розетку сети и намереваясь зарядить телефон, мы запускаем множество физических процессов, как простых, так и сложных. Электрический ток выпрямляется, сглаживается и по кабелю следует в телефон, где попадает на стабилизатор питания. Он обладает двумя определяющими характеристиками — минимальное и максимальное напряжение. Если верхний порог составляет 4 В, то используя БП с выходным напряжением 4,2 В, мы рискуем в худшем случае сжечь стабилизатор, а в лучшем — заблокировать его. Если напряжение ниже допустимого, это телефону не повредит, но и заряжаться он не станет. Поэтому нужно применять только блоки питания, совместимые с данной моделью телефона. Простейший признак несоответствия — это несовпадение разъемов. Если оно имеет место, от такого БП лучше отказаться.

При использовании «правильного» блока питания телефон начнет инициализацию процесса зарядки, как только появится напряжение на разъеме. При этом проводится проверка типа батареи: если она неисправна, зарядка не состоится. Анализируются напряжение на клеммах батареи и сила тока, который она пропускает. В момент инициализации индикатор на дисплее телефона начинает двигаться, и это зачастую убеждает пользователя, что процесс зарядки начался. Однако сначала управляющая электроника определяет, целесообразно ли заряжать аккумулятор, и только в случае необходимости делает это. Как именно? Просто подводит постоянный ток к контактам? Нет, не так все просто. Поэтому подробнее остановимся на алгоритмах зарядки, а точнее, на их видах.

Для батарей на основе никеля (никель-кадмиевых и никель-металлгидридных) применяется несколько видов зарядки, которые объединяет один принцип — обеспечение постоянного значения силы тока.

Первый вид зарядки — стандартный, или струйный (trickle). На клеммы батареи подается ток, величина которого равна 0,1 от числового значения ее емкости. Например, для аккумулятора, вмещающего 600 мА/ч, будет выбрано значение 60 мА. При этом постоянно замеряется напряжение на контактах, что позволяет определить момент окончания зарядки: когда батарея заполнится электричеством, напряжение немного возрастет. Сила тока после этого уменьшается до нуля. Ввиду длительности процесса (около четырнадцати часов) такой алгоритм сейчас широко не применяется, хотя и встречается в некоторых настольных зарядных устройствах в качестве режима, продлевающего срок службы батарей.

Второй вид — так называемый быстрый заряд. На контакты аккумулятора подается ток, по величине равный от одной трети до полного значения емкости батареи. Контроль ведется так же, как и в предыдущем случае. При таком способе батареи сильно нагреваются, особенно если ток достаточно велик. Поэтому после зарядки, длящейся обычно от трех до пяти часов, БП лучше сразу отключить.

Третий вид зарядки — дельта-V. Контроль состояния батареи ведется путем замера величины V — изменения напряжения на клеммах, сообщающего об окончании зарядки. Обычно значение V принимается равным 10 мВ. Если напряжение упадет на такую величину, схема управления зарегистрирует это и уменьшит ток зарядки до величины, необходимой для компенсации явления саморазряда. При этом используется контроль температуры: в момент окончания зарядки батарея заметно нагревается, из-за чего срабатывает температурный датчик, встроенный в ее корпус. Ток зарядки устанавливается немного больше, чем в предыдущем случае — от половины значения емкости батареи до полной ее величины. Этот способ наиболее эффективен для зарядки аккумуляторов, основанных на соединениях никеля, особенно для никельметаллгидридных, ввиду того что они ощутимо нагреваются, но V у них все же поменьше, чем у никель-кадмиевых элементов.

Следует помнить, что подача электропитания на клеммы батареи после ее полной зарядки вредна для нее, особенно при больших токах. Правда, современные алгоритмы и реализующие их схемы контроля зарядки уменьшают эту опасность.

Отдельно можно упомянуть способ реверсивной зарядки. В этом случае короткие импульсы разряда (тока от батареи) перемежаются с длинными импульсами заряда, что положительно сказывается на работоспособности батареи и препятствует возникновению «эффекта памяти». Этот алгоритм применяется только в анализаторах аккумуляторов.

Особым классом зарядных устройств являются автомобильные. Если использовать алгоритм дельта-V-заряда при работе от электросети автомобиля, точно определить значение V мешают многочисленные шумы и помехи, появляющиеся из-за недостаточного качества электропитания в ней, и это приводит к превышению заряда батареи и ее порче. Поэтому нужно с большой осторожностью относиться к автомобильным ЗУ. Желательно выбирать те из них, которые оснащены хорошими сглаживающими фильтрами и стабилизаторами.

Для зарядки ионно-литиевых и подобных им литий-полимерных аккумуляторов используется постоянное напряжение. В этом случае также проводится контроль напряжения на контактах батареи, причем допуски на его отклонение очень жесткие. Верхний предел напряжения на элементе составляет 4,1–4,2 В (в зависимости от типа электрода). Превышение его опасно для батареи, поэтому в ионно-литиевые аккумуляторы встраивают микросхемы контроля, которые отключают батарею как при очень низком напряжении на контактах, так и, наоборот, при достижении полного заряда. Такая микросхема делает батарею значительно более удобной в эксплуатации, но за это приходится платить в прямом смысле — деньгами. Отчасти из-за более сложных управляющих цепей стоимость ионно-литиевых батарей выше, чем у остальных типов батарей.

Весь процесс зарядки литиевых элементов можно условно разделить на две фазы. Сначала батарея заряжается при постоянной силе тока до тех пор, пока напряжение на клеммах не достигнет максимально допустимой величины (4,1–4,2 В). Это свидетельствует о том, что аккумулятор заполнился на 70 % своей емкости. Здесь процесс зарядки переходит во вторую фазу, в которой сила тока начинает плавно снижаться до нуля с таким расчетом, чтобы в конечный момент аккумулятор оказался полностью заряженным. Обычно время зарядки составляет два–четыре часа.

Можно вспомнить еще «прямую» зарядку ионно-литиевых батарей. Ее иногда применяют, если аккумулятор нельзя заполнить с помощью стандартного ЗУ. Такие случаи возникают, когда элемент сильно разрядился. При использовании этого метода к клеммам батареи непосредственно подключают источник постоянного тока с подходящими параметрами. Если осуществить зарядку таким способом не удается (заблокировалась микросхема защиты из-за низкого напряжения), можно попытаться разобрать батарею и подавать питание прямо на контакты ее ячеек, минуя микросхему. Этот способ не рекомендуется даже для опытных пользователей, его могут применять только хорошо подготовленные радиолюбители, которые не побоятся испортить «товарный вид» батареи.

В отличие от батарей на основе никеля, для ионно-литиевых элементов увеличение силы тока приводит к небольшому сокращению времени зарядки. Дозарядка (как в случае с методом дельта-V) для компенсации явления саморазряда не производится ввиду очень малой величины потерь энергии для литиевых элементов и крайней вредности попыток превышения их емкости.

Источник: ITC Online