O que é um carregador de bateria com MCU? Tecnologia de carregamento de próxima geração que realiza miniaturização, alta eficiência e longa vida útil

Carregadores de bateria com MCU integrado controlam com alta precisão, em um único chip, o perfil de carga e funções de proteção como OVP/OCP. Atualizações de firmware facilitam alterações de especificações e, UNIFIVE oferece suporte personalizado de acordo com a aplicação.

O carregador de bateria com MCU incorporado e um carregador que controla em um unico chip, por meio de um microcontrolador (MCU), o perfil de carregamento (metodo) e diversas funcoes de protecao, como OVP/OCP. Em comparacao com carregadores convencionais de controle analogico, ele realiza carregamento de alta precisao e elevada seguranca por meio de controle digital avancado via MCU, alem de permitir alteracoes flexiveis de especificacoes por meio de atualizacoes de firmware.

Neste artigo, explicamos o funcionamento, as vantagens, os parametros configuraveis e os metodos de controle de carregamento dos carregadores com MCU incorporado, sob a perspectiva tecnica de um fabricante de adaptadores AC.

O que e MCU? - Fundamentos do microcontrolador

MCU (Microcontroller Unit) e um computador ultracompacto que integra CPU, memoria e I/O em um unico chip. Amplamente utilizado em eletrodomesticos e equipamentos industriais, nos ultimos anos tambem foi incorporado a carregadores de bateria e carregadores para permitir controle digital avancado.

O controle de carregamento que tradicionalmente era realizado por ICs analogicos e circuitos de hardware pode ser executado por software, possibilitando integracao de funcoes e controle flexivel. Em carregadores com MCU integrado, a tensao e a corrente da bateria e as informacoes de temperatura sao lidas em tempo real e ajustadas para a corrente e tensao de carregamento ideais por meio de algoritmos de software.

3 razões pelas quais os carregadores de bateria com MCU são escolhidos

Figura 1: 3 razões pelas quais os carregadores com MCU são escolhidos

1. Multifuncionalidade e integracao de sistemas

O diagnostico do estado da bateria (monitoramento de tensao e temperatura), controle de carga, comunicacao com dispositivos externos e ainda funcoes de protecao como OVP (protecao contra sobretensao) e OCP (protecao contra sobrecorrente) podem ser integrados em um unico chip. Como funcoes que antes exigiam ICs ou circuitos individuais podem ser consolidadas em um unico MCU, isso contribui para reducao do numero de componentes e maior liberdade no projeto do circuito.

2. Alteracoes flexiveis de especificacoes via software

O ajuste de algoritmos e perfis de carga pode ser realizado apenas com a regravacao do software. Por exemplo, e possivel alterar do metodo padrao de carga CC-CV para o metodo de carga por pulso, ou personalizar os limites de tensao e corrente de carga de acordo com os valores recomendados pelo fabricante da bateria, tudo por meio de atualizacao de firmware. Como e possivel adicionar ou melhorar funcoes sem modificar o hardware, isso permite reduzir o tempo de desenvolvimento e criar um projeto mais robusto para futuras atualizacoes.

3. Protecao multipla e monitoramento em tempo real

Como a MCU pode processar informacoes dos sensores em alta velocidade, e possivel executar com alta precisao diversas funcoes de protecao, como OVP, OCP e OTP (protecao contra superaquecimento). Quando uma anomalia e detectada, e possivel interromper imediatamente o carregamento ou realizar um desligamento seguro, permitindo protecao em tempo real. Como a tensao, a corrente e a temperatura durante o carregamento podem ser monitoradas e registradas constantemente, essas informacoes tambem podem ser utilizadas para avaliacao do estado da bateria e previsao de degradacao.

Principais características do carregador de bateria com MCU

Onde o circuito MCU é incorporado dentro do adaptador AC?

Figura 2: Posicionamento do MCU dentro do adaptador AC (diagrama de configuração)

O circuito MCU geralmente é incorporado no lado de baixa tensão (circuito secundário) dentro do adaptador AC. No caso de um adaptador AC isolado, o MCU é colocado no lado secundário isolado por um transformador e controla o IC de comutação do lado primário por meio de um fotocoplador.

Enquanto monitora a tensão e a corrente da bateria, o MCU aciona o conversor DC-DC de carregamento e os dispositivos de comutação, realizando assim um controle de feedback digital que abrange os lados primário e secundário. O software do MCU substitui o papel tradicionalmente desempenhado por controladores analógicos IC e funciona como o "cérebro" do carregador.

Principais parametros ajustaveis por software no MCU

Em carregadores de bateria com MCU, os seguintes parametros de controle de carregamento podem ser configurados e ajustados detalhadamente via software. Ao personalizar valores ideais de acordo com o tipo e a aplicacao da bateria, e possivel aumentar a seguranca e a eficiencia do carregamento.

Ao otimizar diversos limites, temporizadores e valores de corrente e tensao, e possivel implementar um perfil de carregamento sob medida conforme o tipo e o estado da bateria, conciliando carregamento rapido, seguranca e prolongamento da vida util da bateria.

Métodos típicos de controle de carregamento

Como os carregadores equipados com MCU podem implementar diversos métodos de carregamento por software, é possível adotar o algoritmo de controle ideal de acordo com a aplicação.

Controle de corrente constante e tensão constante (método CC-CV)

Figura 3: Diagrama conceitual do perfil de carregamento CC-CV

Este é o método padrão utilizado em baterias de íon de lítio. Primeiro, na carga CC (corrente constante), a tensão da bateria aumenta gradualmente; ao atingir a tensão máxima especificada (tensão de término de carga), muda-se para a carga CV (tensão constante), continuando o carregamento enquanto a corrente diminui gradualmente. A carga é finalizada quando a corrente se torna suficientemente baixa na etapa CV. No controle por MCU, é possível configurar de forma flexível o valor da corrente CC, o valor da tensão CV e a corrente de detecção de término (corrente de corte), entre outros parâmetros.

Carregamento por Pulso & Carregamento de Recondicionamento

Carregamento por pulso e um metodo que realiza a carga por meio de pulsos de corrente intermitentes, sendo eficaz para baterias de chumbo-acido. Ao aplicar pulsos de alta tensao, remove-se os cristais de sulfato de chumbo (sulfatacao) acumulados no interior da bateria, contribuindo para a recuperacao da capacidade e a reducao da resistencia interna.

Em baterias de niquel-hidreto metalico (Ni-MH) e niquel-cadmio, utiliza-se o carregamento de recondicionamento, que consiste em descarregar completamente antes de recarregar, a fim de reduzir a perda de capacidade causada pelo efeito memoria. Com controle por MCU, esses padroes complexos tambem podem ser executados via software, permitindo a busca pela carga ideal de acordo com as caracteristicas da bateria.

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Perguntas Frequentes (Q&A)

Qual e a diferenca entre um carregador com MCU e um carregador analogico convencional?

Os carregadores analogicos convencionais realizam o controle de carga por meio de circuitos de hardware, enquanto os carregadores com MCU executam o controle digital via software. Isso permite a alteracao flexivel dos parametros de carga, a execucao precisa de multiplas funcoes de protecao e a modificacao de especificacoes por meio de atualizacoes de firmware.

Quais tipos de bateria sao compativeis com carregadores com MCU?

Eles sao compativeis com uma ampla variedade de baterias, incluindo baterias de ions de litio, niquel-hidreto metalico e chumbo-acido. Como os perfis de carga (CC-CV, carga por pulso, carga de refrescamento, etc.) podem ser alternados por software, e possivel realizar um controle de carga ideal de acordo com o tipo de bateria.

Ate que ponto e possivel personalizar os parametros de carga?

Quase todos os parametros relacionados a carga podem ser configurados e alterados por software, incluindo limites de tensao e corrente de carga, pontos de atuacao das funcoes de protecao (OVP, OCP, OTP), tempo do temporizador de seguranca e condicoes de pre-carga. Tambem e possivel ajustar de acordo com os valores recomendados pelo fabricante da bateria.

E possivel alterar as especificacoes de carregamento apos a producao em massa?

Uma das grandes vantagens dos carregadores com MCU e a possibilidade de alterar as especificacoes por meio de atualizacao de firmware. Como e possivel modificar o perfil de carregamento e os limites sem alterar o hardware, tambem e facil realizar atualizacoes apos a producao em massa e adaptar-se a novas baterias.

UNIFIVE quais tipos de personalizacao sao possiveis?

Oferecemos suporte completo, desde a fase de planejamento ate a producao em massa, incluindo o desenvolvimento de perfis de carregamento de acordo com as especificacoes e aplicacoes da bateria do cliente, otimizacao dos limites de protecao, desenvolvimento personalizado de firmware e projetos de miniaturizacao. Entre em contato com nossa equipe de vendas para mais informacoes.