時計デザイナー。リチウム電池のためのすべて: 充電器および電池監視用の STM IC L6924D および L6924U 電池充電 IC

11.08.2023

STC真空管ステレオアンプの新バージョンを「STC Super Triode Connection Mk II Bausatz」という複雑な名称で発表。ユルゲン氏は最近、Kickstarterでクラウドファンディングキャンペーンを開始した。

グラウ自身が説明しているように、STC Mk II を作成する際、彼は 90 年代に日本人エンジニア上條真一によって発明された STC (スーパー三極管接続) 回路にインスピレーションを受けました。 STC アンプの特徴は、5 極管で構築されているため、3 極管アンプのように暖かく柔らかいサウンドが得られることです。 STC 回路はフィードバックの存在によって区別され、そのタスクは必要な比率で偶数高調波のスペクトルを構築することです。その結果、高出力パワーとシングルエンド三極管アンプに似たサウンドを備えたアンプが得られます。

改良された Mk II は、以前のオリジナルの改良型 STC Mk I とはいくつかの点で異なります。 2 番目のバージョンでは、熱除去のために改良されたヒートシンク、別のボード上の改良された高電圧電源、および Fischer Elektronik のアルミニウムハウジングが採用されます。さらに、ユルゲン・グラウ氏は、新しいバージョンではオーディオセクションに高品質のコンポーネントを使用することを約束しています。

STC スーパートライオード接続の出力電力は、8 オームで 2 x 18 W です。回路にはゼネラル・エレクトリック 5670 真空管と 2 つの EAM86 が使用されています。

STC Mk II は、自己組み立て用の DIY キットの形式で提供されることに注意してください。ユルゲン氏の会社はすでに、ハイブリッドフォノプリアンプ組み立てキットなど、同様の製品を多数提供している。

現在までに、Nixie 氏は Kickstarter で 880 ドルを調達し、調達目標は 5,266 ドルとなっています。キャンペーン終了まであと20日。 STC Mk II キットは Kickstarter で $385 で入手できます。

このレビューは、初心者のアマチュア無線家 (はんだ付けが好きな人) や、そのプロセス自体に興味がある人向けです。最低限の詳細。自分のスキルを評価することができます。
すべてが到着したフォームを簡単に見てみましょう。

ロック付きの標準的なバッグで、さらに数個のバッグが入ります。

キットには以下が含まれていました:
- プレキシガラスケースを組み立てるためのフィギュアカットパーツ。

パーツを傷から守るために紙で覆われています。

- 手数料。
高い基準で作られています。すべての穴は金属化されています。

- USB電源ケーブル。

- 説明書。品質の悪いコピー。

必要な人がいたら、見てみてください。
4 つを 1 つにまとめたインジケーター。

・インジケーターには保護フィルムが貼ってありました。
最も重要なものは、STC15W404AS マイクロコントローラーと DS1302 リアルタイムクロックチップです。

小さなものをまとめて：
バックアップ電源用のボックス、ツイーター、抵抗器、コンデンサー、2 つのボタン、クォーツ、電源コネクタ、ナット付きの 4 本のネジ、サーマルおよびフォトレジスター。

ボード上のすべての詳細はラベルが付けられるだけでなく、（条件付きで）描画されます。
抵抗とコンデンサから始めました。

ソケットとクォーツを追加しました。

さらにかさばるパーツが登場しました。

バックアップ電源用のボックスをはんだ付けしました。もう少し早くこれを行うべきでした。はんだ付けが不便でした。

超小型回路をソケットに挿入しました。

サーミスタとフォトレジスタを半田付けしました。

基板を拭き、はんだ付けを確認し、はみ出しすぎているものを噛み落としました。食べたくないのに一口食べなければなりません。そうしないと、ケースへの取り付けに問題が発生する可能性があります。

インジケーターにはんだ付けされています。はんだ付け方法はすべて銘板に記載されています。混乱するのは難しいです。

接続されました。
彼らが働きます！

プレキシガラスを研磨し、すべてをケースに組み立てました。

そして、これが寸法62×35mmです。

数字のサイズは10×20mmです。
彼らの能力を探る時が来ました。
時計は組み立て済みで動作しますが、調整が必要です。
に従って時間を調整しました。
最初のステップは、すべての設定をリセットすることです。そうしないと、適切な労働を強制することができません。この操作がなければ私の時計は調整されません。温度が間違って表示されるか (何度か -7 ℃ でした)、曜日を調整できません。
両方のボタンを同時に押して押し続けます。 5 秒後、時計は 11:59 を表示し、さらに 5 秒後に 12:00 を表示し、アラームが鳴ります。これで設定が可能になります。
設定は 2 つの条件グループに分類できます。すべての操作は時刻表示モード、つまり時計が時刻を表示する状態から始まります。
最初の設定グループ:
1. 上部のボタンを最初に 2 回クリックすると、時計設定が有効になります。最初に押すと時間が設定され、2 回目に押すと分が設定されます。下のボタンを使用して希望の値を設定します。

ちょっとした追加です。時刻を設定する場合、新しい時刻パラメータが入力されるたびに、虚数秒 (表示されません) がゼロにリセットされます。
2. 上部のボタンを次の 2 回押すと (3 回目と 4 回目)、アラーム設定が有効になります。 3 回押すと時間を設定し、4 回押すと分を設定します。下のボタンを使用して希望の値を設定します。
3. 次に上部のボタン (5 番目) を押すと、目覚まし時計自体が作動します。右下隅の発光点は、アラームがオンであることを示します（下のボタンでオン/オフになります）。

4. 6回目と7回目で時報を設定します。 6 回押すと、開始時刻 (時間) が設定されます。 7 番目は、終了時刻 (時間) を設定します。下のボタンを使用して希望の値を設定します。
それらの。値 8:20 を入力すると、8:00 から 20:00 まで時報が鳴ることを意味します。
5. 8 回押すと時報が作動します。右下隅（設定内）の光る点は、時報がオンになっている（下のボタンでオン/オフ）ことを示します。

2 番目の設定グループ:
1. 下のボタンを押します。時計は温度表示モードになります。ここでは、基準温度計を使用して温度を校正（調整）できます。

上部のボタンを使用して、希望の値に調整します。
2. 一番下のボタンをもう一度押すと、月と日の設定に切り替わります。上部のボタンを使用して月の変更を有効にします。下のボタンを使用して希望の値を設定します。
次に上部のボタンを押すと、日付設定に移動します。下のボタンを使用して希望の値を設定します。

3. 次に下ボタンを押すと曜日の設定に切り替わります。

少し複雑です。したがって、停電後に毎回同様の操作を実行しないように、バックアップ電源（CR1220）を購入してすぐに設置することをお勧めします。
光センサーについて一言。モードは昼と夜の 2 つだけです。

コントローラーは、9 番目の脚の電圧に応じて輝度モードを制御します。スイッチングは、わずかなヒステリシスを伴って約 4.3V ～ 4.6V の電圧で発生します。電圧が 4.6V を超えると経済的なバックライトがオンになり、4.3V を下回ると最大の輝度でオンになります。夕暮れ時の照度限界で明るさがランダムに切り替わらないようにヒステリシスが必要です。これは、抵抗器 R1 (10 kOhm) とフォトレジスタ R4 の分圧器によって形成されます。
さまざまなモードでの消費電流を測定してみました。この情報は多くの人にとって興味深いものになると思います。

通常モードでは26～33mAを消費します。関係するインジケーターセグメントの数によって異なります (大まかに言えば、セグメントごとに 2mA)。夜間モードでは、消費電流は 10 ～ 11mA に低下します。
表示モードについて。
通常モード (工場出荷時の設定) では、時計は 45 秒の時刻、5 秒の温度、5 秒の月/日、5 秒の曜日を表示します。
マイクロコントローラーのピン 6 と 7 をグランド (GND) に接続することで変更できます。
6 番目の脚と GND を接続すると、時計は 50 秒の時刻、5 秒の月/日、5 秒の曜日を表示します。 7 番目の脚と GND を接続すると、時計には 55 秒の時間が表示され、5 秒の温度が表示されます。両方の脚 (および 6 脚と 7 脚) を GND に接続すると、時計は時刻のみを表示します。
すべてがボード上で提供されます。「鼻水」を適切な場所に掛けるだけで十分です。

動きの正確さについて一言。この個体は1週間で6秒も逃げた。それは悪くないと思います（良い場合もあれば、悪い場合もあります）。すべては水晶にかかっています。
数字のコントラストを高め、空のセグメントが見えないようにするために、色付きのプラスチックを挿入しました。

基本的にはそれだけです。
棚卸しをする時期が来ました。
初心者のアマチュア無線家が自分のスキルをテストするのに最適な DIY キットです。さらに、これは単なるトレーニング用のセットではありませんが、結果的には良い時計であることがわかりました。
私が書いたことは、正しい結論を導くのに十分なはずです。
不明な点がある場合は、質問してください。少なくとも誰かの役に立てば幸いです。
幸運を！

ストアよりレビューを書くために提供された商品です。レビューはサイトルールの第 18 条に従って公開されました。

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バッテリーは、さまざまなモバイルデバイス、ガジェット、ロボットの共通の電源です。バッテリーがなければ、このクラスのポータブルデバイスはおそらく存在しないか、認識できないでしょう。最も最新のタイプのバッテリーの 1 つは、当然のことながら、リチウムイオンおよびリチウムポリマーと考えることができます。しかし、デバイスは機能し、バッテリーが消耗したため、単純なバッテリーとの主な違いを利用する必要があります - 充電する必要があります。

この記事では、単缶リチウムイオン電池を充電するための 2 つの一般的なマイクロ回路 (より正確には、1 つの一般的な LTC4054 とその類似の代替品 STC4054) について簡単に説明します。

これらのマイクロ回路は同一であり、唯一の違いはメーカーと価格です。もう 1 つの大きな利点は、配線の量が少ないことです。受動部品は入力 1 µF コンデンサと電流設定抵抗の 2 つだけです。必要に応じて、充電プロセスのステータスを示す LED を追加できます。点灯 - 充電中、消灯 - 充電完了です。供給電圧 4.25 ～ 6.5 V、つまり充電は通常の 5V で行われます。ほとんどの単純な USB 電源充電器がこれらのマイクロ回路に基づいて構築されているのは当然のことです。最大4.2Vまで充電可能。最大電流800mA。

このボードは、LTC4054 または STC4054 充電チップをベースとしています。標準サイズ 0805 の容量 1 μF の入力コンデンサ。電流設定抵抗 0805、抵抗は次のように計算されます。また、680 オームのサイズ 0805 の電流制限抵抗器を備えた LED 0604 または 0805。

抵抗 (または充電電流) は、次の式を使用して計算されます。

なぜなら Vprog=~1V の場合、次の簡略化された式が得られます。

いくつかの計算例:

私、ママ	R、キロオーム
100	10
212	4,7
500	2
770	1,3

最後に、小型ヘリコプターのリチウムポリマーバッテリー用の自家製 USB 充電オプションの写真を 2 枚掲載します。

現代のモバイル電子機器では、消費電力を最小限に抑えるように設計されたものであっても、再生不可能なバッテリーの使用は過去のものになりつつあります。また、経済的な観点からすると、短期間のうちに、必要な数の使い捨て電池の総コストはすぐに 1 つの電池のコストを超え、ユーザーの利便性の観点からは、充電が簡単になります。新しいバッテリーを購入できる場所を探すよりも、バッテリーを購入してください。したがって、バッテリー充電器は需要が保証された商品になりつつあります。電源装置用集積回路のほぼすべてのメーカーが「充電」方向に注目しているのは驚くべきことではありません。

わずか 5 年前、バッテリーを充電するためのマイクロ回路 (バッテリー充電器 IC) の議論は、主要な種類のバッテリー (ニッケルとリチウム) の比較から始まりました。しかし現在、ニッケル電池は事実上使用されなくなり、充電チップのほとんどのメーカーはニッケル電池用のチップの製造を完全に中止するか、電池技術に依存しないチップ（いわゆるマルチケミストリーIC）を製造しています。 STマイクロエレクトロニクスの製品範囲には、現在、リチウム電池で動作するように設計されたマイクロ回路のみが含まれています。

リチウム電池の主な特徴を簡単に思い出してみましょう。利点:

高い比電気容量。一般的な値は 110 ～ 160 W*時間*kg で、これはニッケル電池の同じパラメータよりも 1.5 ～ 2.0 倍高くなります。したがって、同じ寸法であれば、リチウム電池の容量が大きくなります。
自己放電が少ない：月あたり約10％。ニッケル電池の場合、このパラメータは 20 ～ 30% です。

「メモリー効果」がないため、このバッテリーはメンテナンスが簡単です。再充電する前にバッテリーを最小限に放電する必要がありません。

リチウム電池の欠点:

電流および電圧保護の必要性。特に、バッテリ端子のショート、逆極性の電圧の供給、過充電の可能性を排除する必要があります。
過熱から保護する必要性: バッテリーを特定の温度以上に加熱すると、バッテリーの容量と耐用年数に悪影響を及ぼします。

リチウム電池を製造するには、リチウムイオン (Li-Ion) とリチウムポリマー (Li-Pol) という 2 つの工業技術があります。ただし、これらのバッテリーの充電アルゴリズムは同じであるため、充電チップはリチウムイオン技術とリチウムポリマー技術を区別しません。このため、文献を参照しながら、Li-Ion 電池と Li-Pol 電池の長所と短所についての議論は省略します。

図 1 に示す、リチウム電池を充電するアルゴリズムを考えてみましょう。

米。 1.

最初の段階、いわゆるプリチャージは、バッテリーが著しく放電している場合にのみ使用されます。バッテリー電圧が 2.8 V 未満の場合、可能な最大電流ですぐに充電することができません。これはバッテリー寿命に非常に悪影響を及ぼします。最初に低電流で約 3.0 V までバッテリーを「再充電」する必要があり、その後初めて最大電流での充電が許可されます。

第 2 フェーズ: 定電流源としての充電器。この段階では、所定の条件における最大電流がバッテリーに流れます。同時に、バッテリー電圧は徐々に上昇し、限界値の 4.2 V に達します。厳密に言えば、第 2 段階が完了すると充電を停止できますが、バッテリーは現在充電されていることに留意する必要があります。容量の約70％。多くの充電器では、最大電流がすぐには供給されず、数分かけて徐々に最大値まで増加することに注意してください。「ソフトスタート」メカニズムが使用されています。

バッテリーを 100% に近い容量値まで充電することが望ましい場合は、定電圧源としての充電器という第 3 段階に進みます。この段階では、4.2 V の定電圧がバッテリーに印加され、充電中にバッテリーを流れる電流は最大値から所定の最小値まで減少します。電流値がこの限界まで減少した時点で、バッテリの充電が完了したとみなされ、プロセスが終了します。

バッテリーの重要なパラメーターの 1 つはその容量 (測定単位 - A*時間) であることを思い出してください。したがって、単 4 サイズのリチウムイオン電池の一般的な容量は 750 ～ 1300 mAh です。このパラメータの派生として、「電流 1C」特性が使用されます。これは、定格容量と数値的に等しい電流値です (例では 750...1300 mA)。「電流 1C」の値は、バッテリーを充電するときの最大電流値と、充電が完了したとみなされる電流値の決定としてのみ意味を持ちます。一般に、最大電流値は 1*1C を超えてはいけないと考えられており、電流が 0.05...0.10*1C まで減少するとバッテリの充電が完了したと見なされます。ただし、これらは特定の種類のバッテリーにとって最適であると考えられるパラメータです。実際には、同じ充電器で異なるメーカーの異なる容量のバッテリーを使用できますが、特定のバッテリーの容量は充電器には不明のままです。したがって、どのような容量のバッテリーでも、通常、充電はバッテリーに最適なモードではなく、充電器に事前に設定されたモードで行われます。

次に、STMicroelectronics の充電マイクロ回路の製品ラインについて検討してみましょう。

チップ STBC08 および STC4054

これらの超小型回路は、リチウム電池を充電するための非常に単純な製品です。超小型回路は、それぞれおよびタイプの小型パッケージで作成されます。これにより、重量とサイズ特性に関するかなり厳しい要件を持つモバイルデバイス (携帯電話、MP3 プレーヤーなど) でこれらのコンポーネントを使用できるようになります。接続図を図 2 に示します。

米。 2.

パッケージ内の外部ピンの最小数による制限にもかかわらず、マイクロ回路はかなり広範な機能を備えています。

外付けMOSFET、ブロッキングダイオード、電流抵抗は必要ありません。図 2 から分かるように、外部配線は入力のフィルタコンデンサ、プログラミング抵抗、および 2 つ (STC4054 の場合は 1 つ) のインジケータ LED によって制限されます。
充電電流の最大値は外部抵抗の値によってプログラムされ、800 mA の値に達することがあります。充電の終了は、定電圧モードで充電電流の値が 0.1*I BAT の値に低下した時点で決定されます。つまり、外部抵抗の値によっても設定されます。。最大充電電流は次の関係から決定されます。

I BAT = (V PROG /R PROG)*1000;

ここで、I BAT は充電電流 (アンペア)、R PROG は抵抗器の抵抗 (オーム)、V PROG は PROG 出力の電圧 (1.0 ボルトに相当) です。

定電圧モードでは、出力で 4.2V の安定した電圧が 1% 以下の精度で生成されます。
ひどく放電したバッテリーの充電は、事前充電モードで自動的に開始されます。バッテリ出力の電圧が 2.9V に達するまで、充電は 0.1*I BAT の微弱電流で実行されます。すでに述べたように、この方法は、極度に放電したバッテリーを通常の方法で充電しようとするときに非常に起こりやすい失敗を防止します。さらに、充電電流の開始値が強制的に制限されるため、バッテリーの寿命も長くなります。
自動トリクル充電モードが実装されており、バッテリー電圧が 4.05V に低下すると、充電サイクルが再開されます。これにより、公称容量の 80% 以上のレベルでバッテリーを一定に充電することができます。
過電圧と過熱に対する保護。入力電圧が一定の制限 (特に 7.2V) を超える場合、またはケース温度が 120°C を超える場合、充電器はオフになり、充電器自体とバッテリーを保護します。もちろん、低入力電圧保護も実装されています。入力電圧が特定のレベル (U VLO) を下回ると、充電器もオフになります。
表示 LED を接続できるため、ユーザーはバッテリー充電プロセスの現在の状態を把握できます。

バッテリー充電チップ L6924D および L6924U

これらのマイクロ回路は、STBC08 および STC4054 と比較して優れた機能を備えたデバイスです。図 3 は、超小型回路と回路を接続するための典型的な回路図を示しています。 .

米。 3.

バッテリー充電プロセスのパラメーターの設定に関連するマイクロ回路の機能的特徴を考えてみましょう。

1. どちらの変更でも、DC 安定化モード (「急速充電モード」という用語も使用されます) に切り替えた瞬間から始まるバッテリー充電の最大持続時間を設定することができます。このモードに入ると、ウォッチドッグタイマーが開始され、T PRG ピンに接続されたコンデンサの値によって特定の期間 T PRG にプログラムされます。このタイマーがトリガーされる前に、標準アルゴリズムに従ってバッテリーの充電が停止されなかった場合 (バッテリーに流れる電流が I END 値を下回った場合)、タイマーがトリガーされた後、充電は強制的に中断されます。同じコンデンサを使用すると、事前充電モードの最大持続時間が設定されます。これは持続時間 T PRG の 1/8 に等しくなります。また、この間に急速充電モードに移行しない場合、回路はオフになります。

2. プリチャージモード。 STBC08 デバイスの場合、このモードの電流が I BAT の 10% に等しい値に設定され、DC モードへのスイッチング電圧が固定された場合、L6924U の修正ではこのアルゴリズムは変更されずに保存されますが、L6924D チップでは両方のこれらのパラメータのうちの 1 つは、入力 I PRE および V PRE に接続された外部抵抗を使用して設定されます。

3. STBC08 および STC4054 デバイスの第 3 フェーズ (DC 電圧安定化モード) での充電完了の符号は、I BAT の 10% に等しい値として設定されました。 L6924 マイクロ回路では、このパラメータは I END ピンに接続された外部抵抗の値によってプログラムされます。さらに、L6924D チップの場合、V OUT ピンの電圧を一般に受け入れられている値の 4.2 V から 4.1 V に下げることができます。

4. これらのマイクロ回路の最大充電電流 I PRG の値は、外部抵抗の値を介して従来の方法で設定されます。

ご覧のとおり、単純な「充電」STBC08 および STC4054 では、外部抵抗を使用して設定されたパラメータは 1 つだけです - 充電電流です。他のすべてのパラメータは厳密に固定されているか、I BAT の関数でした。 L6924 チップには、さらにいくつかのパラメータを微調整する機能があり、さらに、バッテリ充電プロセスの最長期間に対する「保険」を提供します。

L6924 の両方の修正版では、入力電圧が AC/DC ネットワークアダプタによって生成される場合、2 つの動作モードが提供されます。 1 つ目は、標準出力電圧リニア降圧レギュレータモードです。 2 つ目は、擬似パルスレギュレータモードです。最初のケースでは、アダプターから取得される入力電流の値よりわずかに小さい値の電流を負荷に供給できます。 DC 安定化モード (第 2 段階 - 急速充電段階) では、入力電圧とバッテリーの「プラス」電圧の差が熱エネルギーとして放散され、その結果、この充電段階での消費電力は次のようになります。最大。スイッチングレギュレータモードで動作すると、入力電流値よりも大きな電流値を負荷に供給できます。この場合、熱として失われるエネルギーは大幅に少なくなります。これにより、第一にケース内の温度が下がり、第二にデバイスの効率が向上します。ただし、線形モードでの電流安定化の精度は約 1%、パルスモードでは約 7% であることに留意する必要があります。

線形モードおよび準パルスモードでの L6924 マイクロ回路の動作を図 4 に示します。

米。 4.

さらに、L6924U チップは、ネットワークアダプターからではなく、USB ポートから動作できます。この場合、L6924U チップは、充電時間を長くすることで消費電力をさらに削減できるいくつかの技術ソリューションを実装しています。

L6924D および L6924U チップには、強制充電中断 (つまり、負荷シャットダウン) SHDN 用の追加入力があります。

単純な充電マイクロ回路では、温度保護は、マイクロ回路ケース内の温度が 120°C に上昇したときに充電を停止することで構成されます。もちろん、これはまったく保護しないよりは良いですが、ケースの 120°C という値は、条件付き以上にバッテリー自体の温度と関連しています。 L6924 製品は、バッテリ温度に直接関係するサーミスタ (図 3 の抵抗 RT1) を接続する機能を提供します。この場合、充電可能な温度範囲を設定することが可能となる。氷点下の温度でリチウム電池を充電することは推奨されない一方で、充電中に電池が 50°C 以上に加熱することも非常に望ましくありません。サーミスターの使用により、好ましい温度条件下でのみバッテリーを充電することが可能になります。

当然のことながら、L6924D および L6924U マイクロ回路の追加機能は、設計されたデバイスの機能を拡張するだけでなく、マイクロ回路本体自体と外部トリム要素の両方が占める基板上の面積の増加にもつながります。

バッテリー充電チップ STBC21 および STw4102

これは、L6924 チップをさらに改良したものです。一方で、ほぼ同じ機能パッケージが実装されています。

リニアおよび疑似パルスモード。
サーミスタは温度保護の重要な要素としてバッテリーに接続されています。
充電プロセスの 3 つのフェーズすべてに対して定量的パラメータを設定する機能。

L6924 には欠けていたいくつかの追加機能:

逆極性保護。
短絡保護。
L6924 との大きな違いは、パラメータ値やその他の設定を行うためのデジタル I 2 C インターフェイスの存在です。これにより、より緻密な充電プロセスの設定が可能となる。推奨される接続図を図 5 に示します。この場合、明らかに、基板面積の節約や厳密な重量とサイズの特性の問題は生じません。しかし、この超小型回路を小型のボイスレコーダー、プレーヤー、単純な携帯電話に使用することを意図していないことも明らかです。むしろ、これらはラップトップや同様のデバイス用のバッテリーであり、バッテリーの交換は頻繁ではありませんが、安価ではありません。