Erfahren Sie, warum Lithium-Ionen (Li-Ion) die vorherrschende Wahl auf Märkten für kleine Formfaktoren ist, und wie onsemi die branchenführende Technologie für Li-Ion-Ladegeräte in extrem kleinen Formaten besitzt, wenn es um die Migration zu kleineren Formfaktoren für Ladegeräte geht.
Wie bei der Evolution des Smartphones im letzten Jahrzehnt zu beobachten, verlangen auch andere wachsende Märkte nach kleineren Formfaktoren in Verbindung mit zusätzlicher Funktionalität und Portabilität. Der sich zurzeit in Segmente aufteilende Markt für Drohnen zeigt ein Wachstum im Bereich Mini- und Mikrodrohnen. Es ist ein erhebliches Wachstum im Markt für Ohrhörer („Hearables“) zu verzeichnen, die auch Spracherkennung, Näherungssensoren, Geräuschunterdrückung und High-Fidelity bieten. Kleine Bluetooth-Lautsprecher passen jetzt in Ihre Hand und Wearables, die in Form von Armbanduhren zur Überwachung der Fitness und zu medizinischen Zwecken verwendet werden, stellen wachsende Segmente dar, die den Big-Data-Analysen im Bereich IoT weitere Daten bereitstellen. Li-Ion ist aufgrund der höheren spezifischen Energie (Wh/kg), der niedrigeren Kosten und der flexiblen Formfaktoren die vorherrschende Wahl auf den Märkten für diese kleinen Formfaktoren. Dies führt zu einer größeren Nachfrage nach kleineren Li-Ion-Ladegeräten. onsemi verfügt über branchenführende Technologie für Li-Ion-Ladegeräte in extrem kleinen Formaten, um die Migration zu kleineren Formfaktoren für Ladegeräte zu unterstützen.
Konstantstrom (CC)/Konstantspannung (CV)-Ladeprofil von Li-Ion
Li-Ion implementiert in der Regel das Konstantstrom (CC)/Konstantspannung (CV)-Ladeprofil. Bei Betrachtung von links nach rechts beginnt eine leere Zelle den Ladevorgang mit einer kleinen Ladung (~C/5), was auch als „Vorladen“ bezeichnet wird. Li-Ion-Akkus veralten vorzeitig, wenn zuviel Strom eingesetzt wird, während der Akku beinahe leer ist. Sobald die Spannung der Zelle auf VBATMIN steigt (in der Regel 3,6 V für Kobalt), kann sicher in den Konstantstrom-Modus (CC-Modus) gewechselt werden. Dabei wird der maximal zulässige Ladestrom im Datenblatt der Zelle angegeben (~1C). Dies optimiert die Ladezeit (Time to Charge, TTC). Wenn die Spannung der Zelle VFLOAT oder die im Datenblatt für die Zelle angegebene maximal zulässige Spannung, wechselt das Ladegerät in den Konstantspannungs-Modus (CV-Modus). Im CV-Modus bleibt die Spannung festgelegt und der Strom, der in die Zelle eintritt, nimmt auf natürliche Weise ab, während sich die Zelle dem Zustand der vollständigen Ladung nähert. Wenn sich der abnehmende Strom schließlich einem Wert von C/10 bis C/20 nähert, beendet das Ladegerät den Ladevorgang.
Die Werte für VFLOAT, VBATMIN, IPRE und IFAST können dem Datenblatt für den Akku entnommen werden. Zahlreiche Li-Ion-Ladegeräte erfordern einen Begleitprozessor, um die internen I2C-Register zu programmieren und das CC/CV-Ladeprofil zu erzeugen. Das eigenständige Li-Ion Ladegerät FAN54120 von onsemi führt das CC/CV-Ladeprofil autonom ohne I2C-Register oder Firmware aus. Dies beseitigt die Notwendigkeit für einen Begleitprozessor, was Kosten, Platzbedarf und Komplexität reduziert. Es ist einfach sofort einsatzbereit, was die Markteinführungszeiten reduziert. Da es keine Firmware gibt, ist das FAN54120 manipulationssicher. Dies ist ein weiterer Vorteil für sicherheitssensible Anwendungen dar, beispielsweise in der Medizin oder im IoT-Bereich.
Das eigenständige Ladegerät FAN54120 besitzt einen extrem kleinen Formfaktor. Zurzeit ist es als DFN-Paket mit 2 mm x 2 mm und in Kürze auch als WLCSP-Paket mit 1,36 mm x 0,76 mm erhältlich.
Eigenständiges Ladegerät FAN54120 mit 500 mA linear
Das FAN54120 referenziert einen externen rset-Widerstand, um das CC/CV-Ladeprofil für eine große Bandbreite an Batteriekapazitäten autonom zu erzeugen. Wenn die Zelle beispielsweise eine maximale Ladung mit 500 mA verarbeiten kann, erfolgt bei Wahl eines rset von 1 kΩ (IFAST=500 mA) für einen Akku mit 750 mAh automatisch eine Vorladung des FAN54120 bei 100 mA (IFAST/5), ein Wechsel zu 500 mA (IFAST) für den CC-Modus und schließlich die Beendigung des Ladevorgangs bei 50 mA (IFAST/10).
Für kleinere Li-Ion-Batteriekapazitäten wie beispielsweise 140 mAh führt ein rset von 5 KΩ zu einer Vorladung mit 20 mAh, einem Ladestrom von 100 mA im CC-Modus und einer Beendigung des Ladevorgangs bei 10 mA.
Das FAN54120 unterstützt die JEITA-Temperaturoperation für sicheres Laden mit einem externen NTC-Widerstand. Das FAN54120 toleriert eine maximale Eingangsspannung von 28 V, kann bei einer Eingangsspannung von bis zu 6 V betrieben werden und weist einen erstklassigen Ruhestromwert von nur 150 nA auf. Damit wird sichergestellt, dass das FAN54120 die Zelle zwischen Ladevorgängen nicht überlädt. Und schließlich bietet das FAN54120 eine CV-Genauigkeit von 0,5 %. Dies verhindert die unbeabsichtigte Überspannungsschutz-Auslösung kostengünstigerer Zellschutzstromkreise mit einer Toleranz von + 50 mV.
Zu den Märkten und Anwendungen gehören Ohrhörer, Wearables, Bluetooth-Lautsprecher und -Headsets, IoT-Geräte, Mini- und Mikrodrohnen, Kameras, E-Zigaretten, Spielzeug und Spiele.
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