โปรไฟล์การชาร์จจะดีได้เพียงใดขึ้นอยู่กับสเตจกำลังที่ส่งกระแสของมัน แต่ห่วงโซ่กำลังแอนะล็อกกลับเป็นส่วนของเครื่องชาร์จที่มักถูกมองว่าเป็นรายละเอียดปลีกย่อย โทโพโลยีกำหนดว่าเครื่องชาร์จ NiMH จะทำงานเย็นที่ประสิทธิภาพ 90 เปอร์เซ็นต์หรือกระจายความร้อนหนักเท่าน้ำหนักของมันเอง, จะยึดกระแสคงที่แม่นยำเพื่อการตรวจจับ -delta-V ที่ใช้ได้หรือไม่ และจะลดแรงดันจากแหล่งจ่ายที่หลากหลายลงสู่แพ็กหลายเซลล์ได้หรือไม่ บทความนี้เปรียบเทียบเรกูเลเตอร์เชิงเส้นกับสวิตชิ่ง, พัฒนาบักคอนเวอร์เตอร์ให้เป็นสเตจมาตรฐานของเครื่องชาร์จ NiMH, อธิบายว่าทำไมการควบคุมโหมดกระแสจึงเข้าคู่ตามธรรมชาติกับเคมีที่ควบคุมด้วยกระแส และจัดทำแผนที่การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ-ความร้อน-ขนาด-EMI ตามชั้นเครื่องชาร์จ ตั้งแต่เครื่องชาร์จ USB หนึ่ง AA ไปจนถึงหน่วยหลายเซลล์
เรกูเลเตอร์เชิงเส้นทิ้งผลต่างระหว่างแรงดันอินพุตกับแรงดันแบตเตอรี่ข้ามทรานซิสเตอร์ผ่าน ส่งกระแสที่สะอาดไม่มีระลอก โดยแทบไม่มีสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าและใช้ชิ้นส่วนน้อยมาก; สำหรับเซลล์เดียวจากแหล่งจ่ายพอประมาณ นี่ถูกและมีประสิทธิภาพ และการไม่มีระลอกกระแสทำให้การวัด -delta-V สะอาดเป็นพิเศษ (บทความ 6) เป็นทางเลือกคลาสสิกในเครื่องชาร์จ NiMH ต้นทุนต่ำ กระแสต่ำ
จุดอ่อนคือการกระจายกำลังเท่ากับกระแสคูณผลต่างแรงดัน: การชาร์จแพ็กหลายเซลล์จากอะแดปเตอร์แรงดันสูง หรือชาร์จเร็วที่ 1C เปลี่ยนสเตจเชิงเส้นให้เป็นฮีตเตอร์ที่ต้องใช้ทองแดงเทอะทะหรือฮีตซิงก์ ลดประสิทธิภาพโดยรวมและเพิ่มความร้อนให้เซลล์ที่กำลังชาร์จอยู่ – สร้างความพ่ายแพ้แก่ตนเองในเครื่องชาร์จเร็วที่ไวต่อความร้อน
บักคอนเวอร์เตอร์สวิตช์ตัวเหนี่ยวนำเพื่อลดแรงดันด้วยประสิทธิภาพสูง – โดยทั่วไป 85 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ –, จึงมีกำลังน้อยที่สูญเสียเป็นความร้อน ทำให้เครื่องชาร์จเร็วขนาดกะทัดรัดและแพ็กทำได้ในช่วงอินพุตกว้าง; บักซิงโครนัสแทนที่ไดโอดฟรีวีลด้วย MOSFET ตัวที่สองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอีกสองสามจุด คุ้มค่าที่กระแสชาร์จสูง สวิตชิ่งเป็นโทโพโลยีมาตรฐานทุกที่ที่กระแส จำนวนเซลล์หรือความร้อนของตู้ทำให้การกระจายเชิงเส้นทนไม่ไหว
ต้นทุนคือความซับซ้อนในการออกแบบ: การเลือกตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ, การชดเชยลูป, การขับเกต MOSFET และ EMI แบบนำ/แผ่ที่ต้องกรองและจัดเลย์เอาต์อย่างระมัดระวัง; ระลอกสวิตชิ่งยังปรากฏเป็นสัญญาณรบกวนกระแสและแรงดันที่ห่วงโซ่ตรวจจับต้องปฏิเสธ ผลโดยตรงที่เฟิร์มแวร์การยุติต้องรองรับ
NiMH ต้องการกระแสที่ถูกควบคุม โดยแรงดันถูกตรวจจับเพื่อการยุติเท่านั้น (บทความ 15); การควบคุมโหมดกระแสคุมกระแสตัวเหนี่ยวนำค่าสูงสุดหรือค่าเฉลี่ยโดยตรงเทียบกับคำสั่งของเครื่องสถานะ ให้การจำกัดกระแสในตัว, การตอบสนองรวดเร็วต่อการกระชากอินพุตและโหลด และกระแสชาร์จที่เสถียรกำหนดได้ชัดเจนตลอดระดับเร็ว, top-off และ trickle ลูปกระแสชั้นในช่วยให้การส่งกระแสที่โปรไฟล์สมมติง่ายขึ้น – ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับ -delta-V และ dT/dt ที่ตีความได้
ตัวควบคุม (IC ชาร์จเฉพาะทางหรือ MCU บวกไดรเวอร์เกต) สั่งค่าตั้งกระแส; สเตจกำลังบังคับใช้ทีละไซเคิล โปรไฟล์หลายสเตจและพัลส์ (บทความ 2, 13) กลายเป็นการเปลี่ยนค่าตั้งและดิวตีไซเคิล ส่วนการบำรุงรักษาแบบพัลส์เป็นการมอดูเลตกระแสเฉลี่ยต่ำที่บักสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ – ความสามารถที่สเตจเชิงเส้นให้ได้เพียงด้วยการกระจายทิ้ง
การเลือกโทโพโลยีเป็นไปตามความสัมพันธ์แรงดันอินพุต-แบตเตอรี่: บักเหมาะเมื่ออะแดปเตอร์สูงกว่าแรงดันสูงสุดของแพ็กเสมอ; ช่วงกว้างหรือทับซ้อนอาจต้องใช้บัก-บูสต์; อินพุต USB กำหนดข้อจำกัดการจำกัดกระแสและการระบุเอนูมิเรชันที่โต้ตอบกับกระแสชาร์จ ความอิ่มตัวของตัวเหนี่ยวนำต้องเกินกระแสชาร์จเร็วโดยมีระยะเผื่อ, ความจุอินพุต/เอาต์พุตต้องคุมระลอกที่รบกวนการตรวจจับ และการออกแบบระบายความร้อนของสเตจกำลังประสานกับการจัดการความร้อนเซลล์ของบทความ 28 เพื่อไม่ให้ความร้อนคอนเวอร์เตอร์ถูกเข้าใจผิดว่าเป็นอุณหภูมิเซลล์
ในระดับหลายเซลล์ ประสิทธิภาพกำหนดอุณหภูมิตู้โดยตรง: เครื่องชาร์จ 30 W ที่ 85 เปอร์เซ็นต์ทิ้งความร้อนภายใน 5 W ในขณะที่ 93 เปอร์เซ็นต์ทิ้งใกล้ 2 W – มักเป็นความต่างระหว่างต้องใช้พัดลมระบายอากาศกับไม่ต้อง
สัญญาณรบกวนสวิตชิ่งกับการตรวจจับแบตเตอรี่ใช้บอร์ดร่วมกัน เลย์เอาต์จึงวางลูปกำลังให้กะทัดรัด ใช้การตรวจจับแบบเคลวินที่เซลล์แทนที่จะวัดข้ามแรงดันตกที่ขั้วต่อ และซิงโครไนซ์การสุ่มแรงดันให้ห่างจากขอบสวิตช์ (หรือกรองต่ำกว่าความถี่ระลอก); การออกแบบร่วมนี้เองที่ทำให้เครื่องชาร์จสวิตชิ่งมีความทนทานการยุติเทียบได้กับเชิงเส้น รูปแรกเปรียบเทียบการไหลของกำลังและการกระจายเชิงเส้นกับบัก; รูปที่สองจัดทำแผนที่การเลือกโทโพโลยีตามข้อกำหนดกระแสและจำนวนเซลล์
โหมดความล้มเหลว – ความอิ่มตัวตัวเหนี่ยวนำ, การปิดเพื่อความร้อนของตัวสวิตชิ่ง, แรงดันอินพุตตกเมื่อโซลาร์/USB ผันผวน – ต้องทำให้โปรไฟล์ชาร์จด้อยลงอย่างปลอดภัย (คงหรือลดกระแส) แทนที่จะทำให้การยุติเสียหาย
IC จัดการชาร์จเฉพาะทาง (บทความถัดไป) รวมการควบคุมตัวสวิตชิ่งเข้ากับการยุติ แต่การออกแบบสเตจกำลังภายนอกยังคงเป็นความรับผิดชอบของนักออกแบบและกำหนดประสิทธิภาพและสัญญาณรบกวนที่ทำได้ Weijiang จัดหาคุณลักษณะแรงดัน/กระแสฝั่งเซลล์และความไวต่อระลอกกระแสที่ช่วยจูนสเตจกำลังและการตรวจจับเพื่อการยุติที่สะอาด บทความถัดไปเปิด IC จัดการชาร์จเองเพื่อแสดงว่าสถาปัตยกรรมควบคุมและยุติถูกรวมในซิลิคอนอย่างไร
Weijiang Power ออกแบบและผลิตเซลล์นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์, แพ็กที่จับคู่แล้วและคอนฟิกูเรชันพร้อมชาร์จสำหรับลูกค้าผู้บริโภค อุตสาหกรรม การแพทย์และโมบิลิตี้ และสนับสนุนพาร์ทเนอร์ด้วยคำแนะนำโปรโตคอลชาร์จ, ไฟล์สมรรถนะ IEC 61951-2, หลักฐานความปลอดภัย IEC 62133-1 และการตรวจสอบความถูกต้องร่วมกับเครื่องชาร์จ แชร์รูปแบบเซลล์ อัตราชาร์จ ขอบเขตความร้อนและเป้าหมายรอบวัฏจักร แล้ววิศวกรของเราจะกำหนดชุดเซลล์และการชาร์จที่ปกป้องทั้งเวลาทำงานและอายุการใช้งาน ตรวจดูผลิตภัณฑ์ได้ในหน้าผลิตภัณฑ์
