En los últimos años, se han introducido en el mercado muchos terminales portátiles. Las capacidades mejoradas de estos dispositivos ahora brindan mejores datos para los consumidores que desean controlar su frecuencia cardíaca y la calidad del sueño, así como el movimiento (caminar, correr, andar en bicicleta, subir escaleras, etc.).
Steve Schnier, ingeniero de sistemas
Instrumentos Texas
En los últimos años, se han introducido en el mercado muchos terminales portátiles. Las capacidades mejoradas de estos dispositivos ahora brindan mejores datos para los consumidores que desean controlar su frecuencia cardíaca y la calidad del sueño, así como el movimiento (caminar, correr, andar en bicicleta, subir escaleras, etc.).
Estas características adicionales obligan a la mayoría de los usuarios a usar su dispositivo todo el tiempo. Sin embargo, esto dificulta la carga. Porque si usa un dispositivo portátil, ¿cómo lo carga? Agregar más capacidad a la batería significa intervalos de carga más largos, pero un dispositivo más grande. Eso todavía no resuelve el problema de tener que cargar el dispositivo en algún momento.
No es una solución (al menos no todavía) porque cargar mientras se usa el dispositivo requiere componentes complejos y voluminosos para la recolección de energía. La respuesta es aprovechar la ventana donde los usuarios suelen retirar el dispositivo, es decir, la ducha. Con la carga rápida mejorada, el tiempo que los usuarios se preparan para el día es suficiente para cargar la batería durante un día o incluso una semana, según el perfil de consumo de energía del dispositivo portátil.
Carga rápida normal
La mayoría de los dispositivos portátiles utilizan baterías recargables de iones de litio (Li-ion). Esto requiere un cargador dedicado que precargue, cargue rápidamente y finalice correctamente las cargas para recargar las baterías de manera segura y maximizar su vida útil. Los cargadores suelen utilizar varios bucles de control que afectan la corriente de carga. bucle de corriente constante (CC), bucle de voltaje constante (CV), límite de corriente de entrada y regulación de caída de voltaje de entrada.
Durante el proceso de carga, todos los bucles están activos y el bucle dominante toma el control. La corriente de carga se regula a la configuración de corriente de carga rápida en una fase de corriente constante hasta que el voltaje entre BAT y GND alcanza el voltaje de regulación. El voltaje entre BAT y GND se regula al voltaje de batería deseado en la fase de voltaje constante, pero la corriente de carga disminuye naturalmente. Cuando la terminación está habilitada, el dispositivo monitorea la corriente de carga durante el modo CV y el dispositivo finaliza la carga cuando la corriente de carga desciende hasta el umbral de terminación. La figura 1 muestra este ciclo de carga.
Carga rápida mejorada
Reducir el tiempo de carga requiere poner más energía en la batería en menos tiempo. Algunos fabricantes de baterías permiten cargar más allá de la tasa de carga normal de 0.5C. Los perfiles de carga varían según lo que especifique el fabricante de la batería, pero en general, el cargador debe cambiar dinámicamente el voltaje de regulación de la batería, ajustar la corriente de carga rápida, monitorear la temperatura de la batería y proporcionar retroalimentación al controlador host. Cambie dinámicamente los parámetros a través de una interfaz de comunicación como I2C.
La figura 2 es un diagrama de flujo de un algoritmo de carga rápida mejorado típico. En este caso, el voltaje de carga inicial de la batería se establece por debajo del voltaje de carga inicial de la batería y la corriente de carga rápida se establece por encima de la tasa de carga de 0,5 C. Cuando el voltaje de la batería alcanza el nivel de 4,2 V, la corriente de carga se reduce y el host aumenta el voltaje de la batería a través de la interfaz I2C.
La implementación de la Figura 2 con un cargador de batería inteligente y un controlador de host simple produce el gráfico del ciclo de carga que se muestra en la Figura 3. Comparando el ciclo de carga rápida normal y el ciclo de carga rápida mejorada, el ciclo de carga rápida normal duró 190 minutos, mientras que el ciclo de carga rápida mejorada finalizó en 150 minutos. 40 minutos mejorados.
Más importante aún, al trazar la entrada de coulombs a la batería y observar los primeros 30 minutos, está claro que se entregó más energía a la batería más rápido utilizando el método mejorado de carga rápida. Los datos resultantes simulan el caso del mundo real en el que los consumidores cargan sus baterías durante cortos períodos de tiempo cada día. La figura 4 muestra los resultados.
El bq25120 es un ejemplo de un dispositivo que puede implementar la carga rápida mejorada que se describe en este artículo. Este dispositivo proporciona todas las funciones necesarias para implementar algoritmos mejorados de carga rápida para extender el tiempo de ejecución de las baterías portátiles en uso. Además de un cargador configurable, el dispositivo integra un interruptor de carga configurable o LDO, un reductor de CC/CC de baja potencia y una entrada de botón pulsador con control de reinicio. La administración de energía optimizada de energía ultrabaja es especialmente importante para los dispositivos portátiles. La corriente de reposo (IQ) o la corriente de apagado son parámetros importantes, según el riel de alimentación en particular.
El coeficiente intelectual bajo es importante para los subsistemas que siempre están encendidos, como las unidades de microcontrolador (MCU). Sin embargo, la corriente de apagado se vuelve más importante en los subsistemas que se encienden y apagan, como los monitores de frecuencia cardíaca (HRM), las pantallas y las radios Bluetooth® de baja energía. La corriente de apagado suele ser tan crítica que se debe implementar un interruptor de carga para mantener la corriente de fuga en un nivel muy bajo.
Cualesquiera que sean los desafíos de la energía ultrabaja, el alto nivel de integración de los dispositivos modernos optimizados para usar como el bq25120 ofrece soluciones de sistema convincentes que pueden extender el tiempo entre cargas y mejorar la carga rápida.