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ANALOG/MIXED SIGNAL LI-ION CHARGERS
22 - ELETTRONICA OGGI 451 - GENNAIO/FEBBRAIO 2016
Progetto di un carica batterie
per dispositivi a ioni di litio
In un mondo come quello attuale dove sempre più dispositivi
diventano mobile, un utilizzo più efficiente della batteria rive-
ste un’importanza critica e il parametro al quale I progettisti
guardano con maggiore attenzione è il consumo di corrente dei
dispositivi. Essi hanno escogitato parecchi modi per ridurre il
consumo di potenza poiché a una maggiore durata della batteria
corrisponde una migliore percezione di un prodotto da parte del
mercato. La batteria stessa merita un’attenta considerazione. La
scelta della batteria più adatta per la particolare applicazione con-
siderate è essenziale in quanto essa determina il numero di ore di
funzionamento di un dispositivo prima della ricarica, il peso che
viene aggiunto al sistema e il costo aggiuntivo da considerare
quando si stila la BOM. Oltre alla scelta della batteria, un altro
elemento da tenere in considerazione è il progetto del circuito di
carica: un progetto inadeguato può ridurre la durata della batte-
ria o persino provocare danni nella stessa (che possono portare
a perdite pericolose o a esplosioni). Obbiettivo di questo articolo
è analizzare l’implementazione di un carica batterie per dispositi-
vi a ioni di litio (Li-Ion).
I carica batterie per dispositivi a ioni di litio utilizzano per la carica
un profilo a corrente costante (CC – Constant Current) e a tensio-
ne costante (CV – Contant Voltage). Il processo di carica richiede
diverse fasi per assicurare la carica della batteria alla massima
capacità nel rispetto di alcune regole di sicurezza. il profilo CC-CV
risulta composto dalle seguenti fasi:
1. Pre-carica
2. Attivazione
3. Corrente costante
4. Tensione costante
Le quattro fasi della carica
Lacarica iniziacon la fasedi pre-carica il cui obbiettivoèverificare
se la batteria è in buone condizioni. Durante questa fase alla batte-
ria è fornita una ridotta quantità di corrente, compresa solitamente
tra il 5% e il 15% della capacità della batteria. Se la tensione della
batteria supera il valore di 2,8V, la batteria è conside-
rata in buone condizioni e il processo di carica con-
tinua con la seconda fase, quella dell’attivazione, che
prevede il mantenimento della medesima quantità di
corrente per un periodo di tempo più lungo. Quan-
do il valore della tensione della batteria supera i 3V
inizia la fase di carica rapida, durante la quale viene
fornita una corrente costante uguale o inferiore alla
capacità della batteria. Questo stato è mantenuto fin-
ché il valore della tensione della batteria raggiunge il
valore della tensione di carica completa (4.2V) o fino
al momento in cui è esaurito il tempo di carica qua-
lora quest’ultimo evento si verifichi prima. Quando il
valore della tensione della batteria raggiunge quello
della tensione di carica completo la batteria si porta
in uno stato a tensione costante. Per conseguire que-
sto risultato la corrente di carica deve essere ridotta
col trascorrere del tempo. Questa fase del processo
Pushek Madaan
Rajiv Badiger
Utilizzando i dispositivi della linea PSoC di Cypress
Semiconductor è possibile non solo progettare
in maniera corretta il circuito di carica, ma
anche disporre di numerose opzioni in termini di
configurabilità e integrare altre funzioni utili come
il calcolo dello stato della carica della batteria
Fig. 1 – Andamento del profilo di carica di una batteria a ioni di litio