Diseño de un cargador de baterías de litio

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Autora: María del Carmen Abreu Custodio Tutor: Jorge Chávez Orzáez Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Autora: María del Carmen Abreu Custodio Tutor: Jorge Chávez Orzáez Profesor titular Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 v Proyecto Fin de Carrera: Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Autora: María del Carmen Abreu Custodio Tutor: Jorge Chávez Orzáez El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2015 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis amigos A mis maestros ix Agradecimientos En primer lugar, mencionar a mi familia, en especial a mis padres, nada de esto habría sido posible sin su apoyo, sus ánimos y su paciencia, sin lugar a dudas, como siempre me dijo mi madre, “no hay mayor herencia que se le pueda dejar a un hijo que una buena educación”. Ellos han sido la principal motivación durante estos años, por todo esto y más, gracias. Agradecer también el trato recibido por los profesores de la escuela durante estos años, en especial al Departamento de Electrónica, por mostrarme las maravillas de esta especialidad, y hacer que me alegre cada día más de la rama escogida. Evidentemente, especial agradecimiento a Jorge Chávez, por la oportunidad que me ha brindado de hacer este proyecto con él e introducirme un poco más en este mundo de la electrónica, por su paciencia, sus consejos y su ayuda siempre disponible. También agradecerle a José García las librerías proporcionadas y su interés por el avance del proyecto. Por último, y no por ello menos especial, a Chema, por mostrarme salidas cuando todo parecía acabado, por sus consejos durante todos estos años, y su infinita paciencia conmigo. Gracias. María del Carmen Abreu Custodio Sevilla, 2015 4. Desarrollo de un sistema eficiente para la carga 17 4.1. Circuitos de carga existentes en el mercado 17 4.2. Comprobación de carga 18 4.3. Sistema de protección de sobrecarga 19 5. Posibles entradas de energía 21 5.1. A partir de tensión de línea (220V) 21 5.2. A partir de tensión de continua 23 5.3. A partir de energía solar 23 5.3.1. Factores de eficiencia de una célula solar: 25 6. Fabricación de un prototipo 29 6.1. Documentación del diseño 29 6.1.1. Introducción 29 6.1.2. Diagrama de flujo 31 6.1.3. Entradas y salidas del MAX8606 33 6.1.4. Funcionamiento del Sistema 34 6.2. Selección de componentes 35 6.3. Diseño y fabricación de PCB 37 6.3.1. Diseño del esquemático 37 6.3.2. Diseño del layout 38 6.3.2.1. Primera versión 38 6.3.2.2. Segunda versión 40 6.3.3. Fabricación del PCB 41 6.4. Montaje de componentes 43 7. Comprobación de funcionalidad 45 7.1. Modelo de comportamiento 46 7.2. Recogida de datos 46 7.3. Sistema Final 51 7.4. Resultados 54 7.4.1. Entrada USB. Carga a 100mA 54 7.4.2. Entrada USB. Carga a 500mA 58 7.4.3. Entrada Placa Solar. Carga a 100mA 65 7.4.4. Entrada Placa Solar. Carga a 500mA 68 8. Discusión de resultados y trabajo futuro 71 8.1. Entrada USB 71 8.2. Entrada solar 72 8.3. Trabajo futuro 73 Referencias 77 Glosario 81 Anexos 83 1. Código Matlab 85 2. Código del Microcontrolador 91 3. Datasheet MAX8606 95 4. Datasheet ACS712 – Sensor de Corriente 111 5. Datasheet Placas Solares 129 6. Esquemático Fuente de Alimentación YwRobotMB102 135 7. Esquemático del Microcontrolador 139 8. BOM 143 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 - SoC típico de una batería de Litio 8 Tabla 2 - Consideraciones de transporte de una LiPo [9] 10 Tabla 3 - Comparación de ICs 30 Tabla 4 - Descripción de los pines del MAX8606 33 Tabla 5 - Estados de carga 35 Tabla 6 - BOM 36 Tabla 7 - Control de las entradas EN1 y EN2 37 Tabla 8 - Tensiones de los pines del integrado 45 Tabla 9 - Relación salida ADC-Valor real de Intensidad 49 Tabla 10 - Relación salida ADC-Valor real de Tensión 50 Tabla 11 - Tiempo de carga invertido en cada fase para cada batería según el modo de carga 71 Tabla 12 - Tiempo invertido en cada fase para cada batería según sea USB o Placa Solar a 100mA 72 xix ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1 - Eficiencia de un panel solar 26 Ecuación 2 - Factor de llenado de un panel solar 26 Ecuación 3 - Selección de RSET 36 Ecuación 4 - Cálculo de VSETI 36 Ecuación 5 - Cálculo de VSETI 48 xxi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Curva de descarga de una batería de Litio [28] 5 Figura 2 - Curva de descarga de una batería de litio de varias celdas [28] 6 Figura 3 - Curva de carga de una batería de Litio [38] 7 Figura 4 - Bolsa de carga de seguridad 10 Figura 5 - Adevrtencia de transporte de LiPos 11 Figura 6 - Conectores típicos de una LiPo 13 Figura 7 - Cargador simple con switch y dial 14 Figura 8 - Cargador simple con múltiples puertos 14 Figura 9 - Cargador inteligente y arnés de carga 15 Figura 10 - Monitorización de la tensión de cada celda 15 Figura 11 - Circuito de carga a nivel constante [29] 17 Figura 12 - Sistema de control de carga mediante LEDs [30] 18 Figura 13 - Sistema de control de baja tensión 18 Figura 14 - Detalle de una LiPo [12] 19 Figura 15 - PCM externo [12] 19 Figura 16 - Esquema de una fuente de alimentación lineal [13] 21 Figura 17 - Funcionamiento del rectificador con puente de diodos [31] 22 Figura 18 - Funcionamiento del condensador de filtrado [15] 22 Figura 19 - Fragmento de la Tabla Periódica 23 Figura 20 – Circuito equivalente de un panel solar [18] 24 Figura 21 - Conexionado de paneles solares en serie [32] 24 Figura 22 - Conexionado de paneles solares en paralelo [32] 25 Figura 23 - Conexionado de paneles solares Serie-Paralelo [32] 25 Figura 24 - Punto de máxima potencia de un panel solar [33] 26 Figura 25 - Dependencia de una panel solar con la radiación [21] 27 Figura 26 - Dependencia de un panel solar con la temperatura [21] 27 Figura 27 - Diodos de bloqueo y bypass en paneles solares [34] 28 Figura 28 - Diagrama de flujo del Sistema 32 Figura 29 - Encapsulado del MAX8606 33 Figura 30 - Esquemático del Cargador 38 Figura 31 - Layout v1 39 Figura 32 - Vista 3D del layout v1 39 Figura 33 - Layout v2 40 Figura 34 - Layout definitivo v2b 41 Figura 35 - Impresión del Layout en acetato 41 Figura 36 - Placa adaptada a la carcasa 42 Figura 37 - Placa con componentes soldados 43 Figura 38 - Curva de carga simplificada [38] 46 Figura 39 - ST-LINK/V2 46 Figura 40 - STM32F030C8 47 Figura 41 - Adaptador puerto serie a USB 47 Figura 42 - Divisor de tensiones entre batería y ADC 47 Figura 43 – Sensor de corriente ACS712ELECTR-05B-T 48 Figura 44 - Ejemplo de fichero de salida 49 Figura 45 - Sistema completo durante la carga con USB 51 Figura 46 - Fuente de alimentación externa 51 Figura 47 - LiPo de 350mAh 52 Figura 48 - LiPo de 500 mAh 52 Figura 49 - LiPo de 600mAh con sistema de protección 52 Figura 50 - LiPo de 600 mAh sin sistema de protección 52 Figura 51 - LiPo de 800 mAh con sistema de protección 53 Figura 52 - LiPo de 1000 mAh 53 Figura 53 - Li-Ion de 3000 mAh con sistema de protección 53 Figura 54 - Placa solar MC-SP0.8-NF-GCS 54 Figura 55 - Sistema completo para carga con USB a 100mA 55 Figura 56 - Carga a 100mA de LiPo de 350mAh 55 Figura 57 - Carga a 100mA de LiPo de 500mAh 56 Figura 58 - Carga a 100mA de LiPo de 600mAh con PCM 57 Figura 59 - Carga a 100mA de LiPo de 600mAh 57 Figura 60 – Incio de carga a 100mA de batería LiPo de 1000mAh 58 Figura 61 - Sistema completo para carga con USB a 500mA 58 Figura 62 - Carga a 500mA desde PC 59 Figura 63 - Carga a 500mA de LiPo de 500mAh 59 xxiii Figura 65 - Activación del Sistema de Protección de LiPo de 600mAh cargada a 500mA 60 Figura 64 - Carga a 500mA de LiPo de 600mAh 60 Figura 66 - Carga a 500mA de LiPo de 800mAh con sistema de protección 61 Figura 67 - Carga a 500mA de batería LiPo de 1000 mAh 62 Figura 68 - Carga a 500 mA de Li-Ion de 3000 mAh 63 Figura 69 - Detalle de la fase de precarga 64 Figura 70 - Detalle de la Intensidad en fase II de carga 64 Figura 71 - Sistema completo para carga con USB a 100mA 65 Figura 72 - Carga de Lipo de 350mAh a 100mA con placa solar 66 Figura 73 - Carga de Lipo de 500mAh a 100mA con placa solar 66 Figura 74 - Carga de Lipo de 600mAh sin sistema de protección a 100mA con placa solar 67 Figura 75 - Carga de Lipo de 600mAh con sistema de protección a 100mA con placa solar 67 Figura 76 - Sistema completo para carga con USB a 500mA 68 Figura 77 - Carga de Lipo de 1000mAh a 500mA con dos placas solares 69 Figura 78 - Carga de Lipo de 1000mAh a 500mA con tres placas solares 69 Figura 79 - Características experimentales del conjunto de 3 placas solares en paralelo 70 Figura 80 - Sistema de captación solar genérico [39] 73 Figura 81 - Característica corriente-tensión de nuestro panel solar en función del nivel de radiación 74 1 1 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes En la mayoría de dispositivos portátiles que usamos hoy en día, ya sean teléfonos móviles, ordenadores, cámaras de video, tablets y un largo etcétera; un factor muy importante a tener en cuenta es la batería. Estos dispositivos cada vez disponen de más funcionalidades, con el consiguiente consumo de energía, necesitándose baterías de mayor duración y relación energía/peso que las ya conocidas, como las de plomo, níquel-hierro o níquel-cadmio. En la actualidad las baterías de Litio recargables son las más usadas en los dispositivos portátiles, ya que proporcionan una mayor densidad de carga siendo mucho más ligeras y pequeñas, no poseen efecto memoria y proporcionan un elevado número de ciclos de carga Es por ello, que en este documento se presentará el diseño de un cargador de baterías de litio. 1.2. Objetivos y alcance Este proyecto pretende diseñar y evaluar un circuito electrónico que cargue de manera eficiente una batería de Litio. Se estudiarán las particularidades de dichas baterías, para poder desarrollar, fabricar y comprobar un sistema eficiente de carga. 1.3. Organización del documento En este documento se expondrá el proceso llevado a cabo para diseñar y comprobar el correcto funcionamiento de dicho dispositivo. En una primera parte, se realizará un estudio teórico, centrándonos en las particularidades de las baterías de litio, los circuitos de carga existentes en el mercado, la comprobación de carga, y las posibles entradas de energía. La segunda parte de este documento, será la fabricación del prototipo, selección de elementos, diseñando y fabricando el PCB y montando el conjunto. La tercera parte, será la comprobación de la funcionalidad, comparándola con la propuesta en bibliografías Por último, se discutirán los resultados obtenidos, comentando la posible continuación para mejorar el funcionamiento del dispositivo. Estudio de las particularidades de las baterías de Litio 8 8 Tensión de carga/célula SoC Fase 1 SoC Fase 2 3.8 60% ≈ 65% 3.9 70% ≈ 75% 4.0 75% ≈ 80% 4.1 80% ≈ 90% 4.2 85% ≈ 100% Tabla 1 - SoC típico de una batería de Litio La fase dos aumenta un 10% aproximadamente la capacidad, pero se suma el estrés sufrido por la batería. 2.8. Durabilidad-Envejecimiento  Ciclos: Se denomina ciclo al periodo de carga y descarga. Los ciclos reales dependen de la profundidad de descarga que se use, siendo mayor a menor DOD  Auto descarga: Caracteriza la descarga de la batería aunque no se use. Valor indicado por el fabricante, siendo dependiente de la tecnología. Aumenta proporcionalmente a la temperatura y al envejecimiento.  Equilibrado: Tiene lógica hablar de equilibrado cuando tratamos un conjunto de celdas. Durante el proceso de carga puede que unas celdas queden más cargadas que otras, o se carguen unas más rápidas que otras, disipándose la energía “extra” de dichas células. En el caso de las baterías de litio esta sobrecarga puede provocar daños en la batería y accidentes. Es por tanto, interesante, controlar la tensión de cada celda, descargando algunos elementos mientras el resto se cargan; a esto se le denomina balanceo. En el caso de que la diferencia de tensión en bornes de las distintas celdas difiera en cantidades superiores a 0,1V, se considerará que hay desequilibrio.  Pasivación: Es un efecto que se produce en la batería cuando se ha tenido sin usar durante bastante tiempo. Se crea una fina película de cloruro de litio en la superficie del ánodo, evitando la autodescarga, actuando como resistencia; es por esta razón, por la que no es considerada como algo negativo, como podría parecer en un principio; lo que pasa, es que cuando el periodo de tiempo sin usarla es demasiado grande, la capa puede llegar a ser demasiado gruesa e impediría que la batería nos proporcione sus máximas prestaciones. La capa, además del tiempo sin usarse, también dependerá de la temperatura de almacenaje (a mayor temperatura, mayor grosor) y de la tensión de la batería (a mayor tensión, más rápido se forma dicha capa). Para reducir la capa, debemos realizar varios ciclos de carga y descarga. [6] 9 9 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 2.9. Ventajas  Presentan aproximadamente el doble de capacidad con la mitad de peso que otras baterías como la de NiCd o la de NiMH.  Mantienen la carga durante un periodo de tiempo mayor que las anteriores cuando no se está usando.  No presentan efecto memoria como las baterías de NiCd  El coste de fabricación es mucho menor que las anteriores, aún más si hablamos de las LiPo.  Funcionan bien en aplicaciones de elevada demanda de corriente 2.10. Inconvenientes  Son muy sensibles a las altas temperaturas.  Son sensibles a tensiones muy altas y muy bajas. Exceder los límites comentados puede dañar significativamente la batería.  Vida útil de 2 ó 3 años.  Propensas a explotar si se exponen al calor o a carga/descarga indebida, sobre todo las LiPo 2.11. Consideraciones de seguridad Una de los inconvenientes citados anteriormente, es que estas baterías son propensas a explotar y arder por una carga/descarga indebida, ya sea por usar un cargador inadecuado, usar los parámetros inadecuados en el cargador o intentar cargar la batería demasiado rápido. Unos simples consejos para evitar accidentes podrían ser: [7] [8]  Deja enfrían la batería a temperatura ambiente tras el uso antes de cargarla.  Asegurarse de que el cargador que estamos usando es adecuado para ese tipo de batería.  Asegurarnos de que la carga se realizado por debajo de 1C.  Cargar la batería en una superficie sólida en un área ventilada.  Tener extintor cerca.  Revisar la batería buscando daños superficiales. Si se observa algún tipo de daño no usarla.  Mantener bajo vigilancia durante la carga.  No mezclar en un pack elementos de distinto amperaje o capacidad  No cargar a mayor amperaje  No usar baterías hinchadas  No cortocircuitar los bornes de la batería Rara vez, la batería puede arder aun siguiendo estas consideraciones, es por ello que se recomienda el uso de las llamadas bolsas de carga. No son caras y previenen el fuego. Estudio de las particularidades de las baterías de Litio 10 10 2.12. Consideraciones de transporte La Administración Federal de Aviación, Federal Aviation Administration (FAA) en inglés, no permite el transporte de baterías LiPo en aviones en la mayoría de los casos, la aceptación o no dependerá de su configuración y de su capacidad, véase la siguiente tabla para más detalle: Capacidad (Wh) Configuración Equipaje de mano Equipaje de bodega Aprobación del operario < 100 Wh (2g) Incluidas en el dispositivo Si Si No De repuesto Si (sin límite) No No 100 a 160 Wh Incluidas en el dispositivo Si Si Si De repuesto Si (máximo 2) No Si > 160Wh Deberán ser declaradas y transportadas en calidad de carga, en conformidad con el Reglamento de la IATA relativo a mercancías peligrosas Tabla 2 - Consideraciones de transporte de una LiPo [9] Los terminales de las baterías de repuesto deberán protegerse contra cortocircuitos, cubriéndolos con cinta adhesiva, siendo transportada cada una en su caja individual y con embalaje a prueba de golpes. Las baterías incluidas en dispositivos tales como cámaras, ordenadores portátiles, teléfonos móviles, etc; deberán transportarse desactivadas y tomar las precauciones pertinentes cuando viajan en bodega. Figura 4 - Bolsa de carga de seguridad 11 11 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Un ejemplo de pegatina de advertencia en una caja que transporta LiPos es la siguiente: Figura 5 - Adevrtencia de transporte de LiPos Estudio de las particularidades de las baterías de Litio 12 12 13 13 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 3. ESTUDIO DE LOS CARGADORES DE BATERÍAS DE LITIO Podemos destacar, por su mayor uso, dos tipos de baterías de litio, las de iones de litio y las de polímero de iones de litio, cuyas diferencias químicas y físicas ya se comentaron en un apartado anterior. A partir de ahora, nos centraremos en un tipo para focalizar el estudio de las opciones y el diseño del cargador. Debido a la mayor sensibilidad de las LiPo a la hora de cargarlas, ya que explotan con mayor facilidad ante carga y uso indebido, nos centraremos en este tipo; el cargador diseñado servirá también para cargar Li-Ion, ya que ambas son, en esencia, compatibles. Las pruebas del cargador, se realizarán tanto con LiPos como con baterías de Litio. Una buena carga incrementará la vida y calidad de la batería, además de evitar fuegos. Surge una pregunta, si son tan peligrosas, ¿por qué su uso está tan extendido? La respuesta es simple, todas vienen con un cargador especialmente diseñado para ellas. Profundicemos un poco en estos cargadores. 3.1. Tipos de conectores La mayoría de las baterías de una sola celda suelen traer solo un conector, el de carga. Sin embargo, las de varias celdas, suelen traer otro adicional, el conector de balanceo. En la foto inferior podemos observarlos, el azul de mayor tamaño es el de carga, y el blanco, de menor tamaño, es el de balanceo. [10] 3.2. Tipos de cargadores Las baterías de polímero de litio usan un algoritmo de carga distinto al de cualquier otro tipo de batería. Es por Figura 6 - Conectores típicos de una LiPo Estudio de los cargadores de baterías de Litio 14 14 ello que deben ser usados cuando carguemos LiPos. [11]  Simples Suelen presentar un switch donde seleccionaremos el número de celdas de la batería, y un dial para seleccionar la cantidad de corriente. La carga en este tipo de cargadores se suele realizar por el conector de balanceo como podemos comprobar en la imagen inferior, esto no será así para cargadores más grandes ni inteligentes. Dentro de los simples, también encontramos cargadores múltiples, donde podremos cargar varias baterías a la vez. En este caso no existen switch ni dial, lo único que hay que hacer es conectar la batería y esperar. Un ejemplo se muestra en la imagen inferior.  Inteligentes Los cargadores anteriores son simples, baratos y hacen el proceso de carga algo simple; pero no hacen un buen trabajo en lo que a balanceo de carga respecta. Los cargadores inteligentes llevan cada celda a su punto óptimo de carga. Este tipo de cargadores usa ambos conectores, el conector de balanceo se usa para, una vez la batería está cercana a su nivel de carga completa, controlar cada celda individualmente. Los conectores de balanceo, se colocan en un arnés de carga, como podemos observar en la imagen inferior, con diferentes tamaños, para adaptarse a casa batería en función del número de celdas. Figura 7 - Cargador simple con switch y dial Figura 8 - Cargador simple con múltiples puertos 15 15 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Algunos pueden adaptarse al tipo de batería conectada, por ello proporcionan un menú donde elegir el tipo LiPo, introduciendo luego, tensión y capacidad. Lo realmente interesante sobre este tipo de cargadores, es que puedes monitorizar la tensión de cada celda, con lo que estaremos totalmente seguros de que el pack está balanceado. También podremos ver la tensión del pack, la intensidad de carga, cuánto tiempo lleva cargando y la temperatura de cada celda y del pack, con la opción de programar un corte de carga si esta es demasiado elevada. Figura 10 - Monitorización de la tensión de cada celda Figura 9 - Cargador inteligente y arnés de carga Estudio de los cargadores de baterías de Litio 16 16 17 17 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 4. DESARROLLO DE UN SISTEMA EFICIENTE PARA LA CARGA 4.1. Circuitos de carga existentes en el mercado Son muy diversos los tipos de cargadores que se podrían usar, podemos distinguir entre cargadores que realizan una carga de manera constante, y cargadores que dividen en intervalos de carga.  Carga constante Un circuito posible sería el siguiente: En este caso, el amplificador funciona como comparador, con las resistencias R2, R3 y R4 realizamos un divisor de tensiones, de manera que la batería se cargue hasta que llegue a su tensión máxima, punto en el que la comparación se cumplirá y cortará la carga. Cuando el operacional dé tensión a la salida, se activará el transistor, y por lo tanto se activará el relé, por lo que se desconectaría la batería. El diodo se encenderá cuando la carga esté completa. D4, R6 y el switch lo usamos para evitar oscilaciones en la conexión y desconexión de la batería, ya que si no los usamos, en cuanto la tensión de la batería decaiga un poco, se volverá a conectar, creándose un proceso cíclico no deseado. Figura 11 - Circuito de carga a nivel constante [29] Posibles entradas de energía 24 24 En cada célula, formada de, al menos, dos láminas de silicio, se intercalan lo semiconductores tipo P y los tipo N. Mediante hilos conductores se conectan las células entre sí para formar el panel. Los fotones procedentes del sol inciden sobre la capa P, liberando electrones que atraviesan la capa de semiconductor, pero no vuelven. La capa N se encuentra a diferente potencial que la capa P, por lo que al conectarle una carga, se producirá una corriente eléctrica continua. [18] La efectividad de los paneles depende de la orientación e inclinación respecto al sol. El circuito equivalente suele ser el siguiente: Es posible asociar paneles, en función de cómo los conectemos, obtendremos unos valores de tensión e intensidad distintos: [19]  Conexión Serie Al conectar los paneles en serie, aumentamos el voltaje de manera proporcional al número de celdas conectadas, manteniéndose igual la intensidad.  Conexión Paralelo Cuando conectamos en paralelo, dejamos fija la tensión y aumentamos la intensidad. Figura 20 – Circuito equivalente de un panel solar [18] Figura 21 - Conexionado de paneles solares en serie [32] 25 25 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio  Conexión Mixta La conexión de paneles en serie y paralelo forma los denominados arrays; combinando los paneles podremos obtener las tensiones e intensidades necesarias. 5.3.1. Factores de eficiencia de una célula solar:  Punto de Máxima Potencia: Una placa puede funcionar en un amplio rango de tensiones e intensidades, en función de la resistencia de carga, o de la impedancia de la propia célula, desde cortocircuito a circuito abierto; siendo posible determinar el punto de máxima potencia teórica, donde obtendremos el mayor valor de tensión frente a intensidad, la máxima potencia para cierto nivel de radiación, el MPP (del inglés Maximum Power Point, o punto de máxima potencia). Este nivel se suele alcanzar aproximadamente al 80% de la tensión de circuito abierto. [20] Figura 22 - Conexionado de paneles solares en paralelo [32] Figura 23 - Conexionado de paneles solares Serie-Paralelo [32] Posibles entradas de energía 26 26  Eficiencia en la conversión de energía: Porcentaje de potencia convertida en energía eléctrica, cuando la célula está conectada a una carga. Depende del punto de potencia máximo Pm, de la luz incidente E (W/m²) bajo condiciones estándar STC, y del área superficial de la célula Ac (m²). [20] =𝑃 𝑚 𝐸 ∙ 𝐴𝑐 Ecuación 1 - Eficiencia de un panel solar  Factor de llenado: FF Relación entre el punto de máxima potencia Pm, tensión a circuito abierto Voc e intensidad de cortocircuito Isc. Suele ser superior al 75% en paneles de buena calidad. [20] 𝐹𝐹 =𝑃 𝑚 𝑉 𝑜𝑐 ∙ 𝐼𝑠𝑐 Ecuación 2 - Factor de llenado de un panel solar  Dependencia de la radiación La intensidad de cortocircuito Isc es proporcional al número de fotones absorbidos por el semiconductor, y es proporcional a la intensidad de la luz incidente como podemos observar en la imagen inferior: Figura 24 - Punto de máxima potencia de un panel solar [33] 27 27 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio  Dependencia con la temperatura Conforme aumenta la temperatura, la banda prohibida del semiconductor se contrae, por lo que la tensión de circuito abierto 𝑉 𝑜𝑐 disminuye. A la vez, permite que sea absorbida mayor energía ya que un porcentaje mayor de la luz incidente tiene energía suficiente para pasar los portadores de la banda de valencia a la banda de conducción, con el consiguiente aumento de la corriente. Hasta aquí, todo parece positivo, sin embargo, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia interna del material crece, disminuyendo la conductividad. El incremento de corriente para un aumento de temperatura dada, es proporcionalmente menor que la disminución de la tensión, por lo tanto se reduce la eficiencia del panel. [21]  Uso de diodos de ByPass y Bloqueo Los diodos de bloqueo impiden que la corriente fluya desde la carga hasta los paneles fotovoltaicos en ausencia de energía solar. Evitan también que la corriente se invierta para paneles conectados en paralelo, cuando se produce sombra en uno de ellos. Los diodos de bypass protegen a cada panel de sombras parciales, usados para conexiones en serie. Por lo general no son necesarios en paneles con tensiones de funcionamiento inferiores a 24V. [22] Figura 25 - Dependencia de una panel solar con la radiación [21] Figura 26 - Dependencia de un panel solar con la temperatura [21] Posibles entradas de energía 28 28 En la siguiente imagen podemos observar la colocación de dichos diodos: Figura 27 - Diodos de bloqueo y bypass en paneles solares [34] 29 29 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 6. FABRICACIÓN DE UN PROTOTIPO Tras el estudio de las diversas posibilidades a la hora de implementar un cargador de baterías LiPo, definiremos finalmente, el alcance de nuestro proyecto: realizaremos un cargador de baterías LiPo de una celda, alimentado mediante USB y célula solar, con un proceso de carga en fases, usando un integrado y dimensionando sus componentes; con un sistema externo de comprobación de carga, para evaluar el funcionamiento del sistema. 6.1. Documentación del diseño 6.1.1. Introducción Lo primero que debemos hacer, es seleccionar un integrado de carga. Se han consultado las opciones de tres de los fabricantes más conocidos: Maxim Integrated, Texas Instruments and Microchip Technology. Entre estos me decanté por Maxim Integrated. Maxim nos ofrece 74 integrados de carga distintos para baterías LiPo, entre los que tendremos que elegir en función de nuestras necesidades, vamos descartando opciones, buscando ICs que carguen baterías de una célula, con entrada USB y AC, con protecciones de sobretensión, protecciones de sobreintensidad, evitamos encapsulados industriales (WLP 1 ) y de más de 14 patas por simplicidad. Seleccionamos además los integrados que terminen el proceso de carga por la mínima intensidad de carga, como hemos explicado en apartados anteriores. Tras estas selecciones nos quedamos con un total de cinco integrados: 1 Wafer-level packaging: El encapsulado a nivel de oblea, permite al IC conectarse boca abajo a la placa de circuito impreso, utilizando métodos de ensamblaje SMT convencionales. Los pads del chip se conectan directamente a los pads de PCB a través de bolas de soldadura individuales. Se diferencia del resto en que no se requiere bonding o conexiones mediadoras. Las principales ventajas del WLP son pequeño tamaño, una inductancia IC-PCB minimizada, y un tiempo de ciclo de fabricación acortado [37] Fabricación de un prototipo 30 30 Tabla 3 - Comparación de ICs 31 31 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio De entre estos, el que ofrece mayores posibilidades con un menor número de elementos necesarios (no necesita I2C, SMBus o algún otro tipo de interfaces de control) es el MAX8606, por lo que será el integrado que usemos para nuestro proyecto. Si destacamos algunas de las características principales (para características completas ver el datasheet en el Anexo 3)  Es de reducido tamaño: encapsulado 14 TDFN  Permite seleccionar diversas intensidades de carga (100mA, 500mA y hasta 1A)  Entrada mediante USB o adaptador AC  Protecciones contra sobretensiones  Control de temperatura  Entrada de termistor NTC  Banderas de estados de carga y detección de entrada de alimentación (posible uso con LEDs)  Timer interno o externo  Fases de precarga, carga rápida y fin.  Entre otras… 6.1.2. Diagrama de flujo El diagrama de flujo que describe el integrado es el siguiente: Fabricación de un prototipo 32 32 Figura 28 - Diagrama de flujo del Sistema NOT READY 𝑃𝑂𝐾=Hi-Z, 𝐶𝐻𝐺=Hi-Z, 𝐼𝐼𝑁=0mA PREQUAL 𝑃𝑂𝐾=0V, 𝐶𝐻𝐺=0, 𝐼𝐵𝐴𝑇=100mA, 𝐼𝐼𝑁≤𝐼𝐿𝐼𝑀 FAST-CHARGE 𝑃𝑂𝐾=0V, 𝐶𝐻𝐺=0, 𝑉𝐼𝑁(𝑀𝐴𝑋) = 4.2𝑉, 𝐼𝐼𝑁(𝑀𝐴𝑋) = 𝐼𝐿𝐼𝑀 TOP-OFF 𝑃𝑂𝐾=0V, 𝐶𝐻𝐺=Hi- Z, 𝑉𝐼𝑁(𝑀𝐴𝑋) = 4.2𝑉, 𝐼𝐼𝑁(𝑀𝐴𝑋) = 𝐼𝐿𝐼𝑀 DONE 𝑃𝑂𝐾=0V, 𝐶𝐻𝐺=Hi- Z, 𝐼𝐼𝑁 =0𝐴 ANY STATE SUSPEND POK       = 0, CHG       =Hi − Z, IIN <40μA ANY STATE FAULT POK       = 0, CHG       = BLINK, IBAT =0A TEMPERATURE SUSPEND POK       = Previous State, CHG       = Previous State, IBAT = 0𝐴 Timer Stopped 4V<𝑉𝐼𝑁<5.8V AND 𝑉𝐼𝑁>𝑉𝐵𝐴𝑇 AND 𝐸𝑁1       =𝐸𝑁2       =1 𝑉𝐼𝑁<4 OR 𝑉𝐼𝑁>5.8 OR 𝑉𝐼𝑁<𝑉𝐵𝐴𝑇 4V<𝑉𝐼𝑁<5.8V AND 𝑉𝐼𝑁>𝑉𝐵𝐴𝑇 AND 𝐸𝑁1       OR 𝐸𝑁2       =0 SET TIMER=0 SET 𝐸𝑁1       OR 𝐸𝑁2       =0 SET TIMER=0 𝑉𝐵𝐴𝑇 < 2.9V SET TIMER=0 𝑉𝐵𝐴𝑇 > 3V SET TIMER=0 𝑇𝑀𝑅       =0 AND TIMER > 30min 𝑇𝑀𝑅       =0 AND TIMER > 8 hours 𝑉𝐵𝐴𝑇 < 4.06 𝐼𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿<50mA AND 𝑉𝐵𝐴𝑇=4.2V 𝑆𝐸𝑇 𝑇𝐼𝑀𝐸𝑅 = 0 𝑇𝑀𝑅       =0 AND TIMER > 30 min 305Ω < 𝑅𝑇𝐻𝑀 < 3.93kΩ OR 𝑅𝑇𝐻𝑀> 28.3kΩ 𝑅𝑇𝐻𝑀 > 3.93kΩ AND 𝑅𝑇𝐻𝑀 < 28.3kΩ 33 33 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 6.1.3. Entradas y salidas del MAX8606 Las entradas y salidas del integrado son las siguientes: Si comentamos la funcionalidad de cada una: PIN NOMBRE FUNCIONALIDAD 1, 2 BAT Conexión de la batería 3 IN Entrada de energía 4 VL Salida lógica y de 3.3V 5 THM Entrada para el termistor 6 𝐶𝐻𝐺       Salida del estado de carga 7 𝑃𝑂𝐾       Monitor de entrada de energía correcta 8 𝑇𝑀𝑅       Selector de timer (interno o externo) 9 𝐸𝑁1       Entrada 1 para la selección de intensidad 10 𝐸𝑁2       Entrada 2 para la selección de intensidad 11 GND Tierra 12 SETI Entrada de programación de intensidad de carga 13, 14 SYS Salida del sistema - EP Aleta de disipación Tabla 4 - Descripción de los pines del MAX8606 Figura 29 - Encapsulado del MAX8606 Fabricación de un prototipo 40 40 Observamos que debemos girar los conectores JP1 de manera que quede saliendo desde el lateral izquierdo de la placa al igual que el USB, debemos girar JP2 para que las conexiones estén hacia el borde de la placa; y como modificaciones secundarias, girar 180º R1 y 90º C3 para que queden en paralelo side-by-side, ajustaremos la placa a medidas sin decimales, 30x20mm por ejemplo, y colocaremos cuatro mounting holes en las esquinas, de 3mm de diámetro, para facilitar su inserción en una caja con tornillos, levantarlo del suelo, etc. Además, añadiremos mayor funcionalidad, como comentamos en el apartado anterior, siendo posible modificar la conexión de 𝐸𝑁2       a nivel alto o nivel bajo, ya que como se ve en esta versión está siempre fijo a nivel alto. 6.3.2.2. Segunda versión Tras las modificaciones comentadas anteriormente, el layout queda de la forma: Sin embargo, para poder ajustar nuestro diseño a una carcasa, tenemos que realizar algunas leves modificaciones de la placa, que no afectarán a penas en la colocación de los componentes La carcasa tiene dimensiones 90x50mm, con unos orificios en las esquinas para atornillar la base con la tapadera, por lo que tendremos que aumentar el tamaño de nuestra placa. La versión final por tanto, quedará: Figura 33 - Layout v2 41 41 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 6.3.3. Fabricación del PCB Procedemos, una vez tenemos el circuito diseñado, a la fabricación del PCB [24] Existen diversos métodos de fabricación de PCBs, en este caso, debido a que se disponen de los elementos necesarios y es muy barato, usaremos la fotolitografía. Una vez tenemos el diseño de Eagle, imprimiremos el PCB en papel blanco de acetato con efecto espejo para que no se produzcan reflexiones al insolar por el grosor del papel, de manera que la imagen a imprimir sobre la placa este totalmente en contacto con esta. Figura 35 - Impresión del Layout en acetato Figura 34 - Layout definitivo v2b Fabricación de un prototipo 42 42 Procedemos a hacer las disoluciones para el revelado de la placa: para preparar el líquido revelador disolvemos una cucharada sopera de bicarbonato de sodio en un litro de agua; para el líquido atacante la proporción será 100cc de agua fuerte, 100cc de agua oxigenada y 100cc de agua, teniendo precaución con las salpicaduras al mezclar los líquidos. Una vez tenemos las disoluciones, procedemos a revelar el PCB. Usaremos la insoladora de rayos UVA que eliminará la resina que cubre la cara fotosensible de la placa positiva que usaremos, en aquellas zonas expuestas directamente a la luz. En un ambiente con poca luz, despegaremos la cubierta adhesiva de la placa para dejar al descubierto su cara fotosensible que colocaremos hacia arriba, superponiendo el acetato con el circuito impreso, teniendo cuidado de colocarlo de la forma correcta, se imprimirá en la placa el circuito que vea directamente el observador. Haremos vacío y dejaremos actuar la radiación durante 2’ 45”. Una vez saquemos la placa de la insoladora, podremos ver a la luz las diferentes zonas, observando el circuito dibujado. Sumergiremos la placa en el líquido revelador, que actuará de capa protectora sobre las zonas de la placa que no han sido insoladas; tras unos minutos la sacamos de la disolución y la enjuagamos. Ahora la introducimos en el líquido atacante, con cuidado de no salpicarnos; y tras varios minutos solo nos quedará enjuagar y secar bien la placa. El líquido revelador puede volver a ser utilizado, sin embargo el líquido atacante pierde su fuerza corrosiva, por lo que se almacenará en un recipiente para que sea tratado adecuadamente. Una vez tenemos el PCB se procede al taladrado de la placa para colocar los PADS de alimentación, medida y conexión de la batería. Como tenemos los mounting holes de 3mm de diámetro, haremos estos orificios más grandes mediante una broca de mano. Como se puede observar en el diseño, la placa no es totalmente cuadrada, por lo que mediante una segueta le recortaremos las esquinas, limándolas después, al igual que los cantos, de manera que se ajuste al tamaño de la carcasa, el resultado final una vez taladrada y ajustada a la caja será: En la placa aún permanece la capa de resina que protege al cobre de su oxidación, que deberemos retirar con acetona para que el estaño se adhiera bien. Figura 36 - Placa adaptada a la carcasa 43 43 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 6.4. Montaje de componentes Se realizará una soldadura manual con estaño y pasta de soldadura, y ayudándonos con flux, para reducir tensiones superficiales y hacer más fácil la soldadura de los componentes a la placa. Lo primero a soldar serán los componentes más pequeños, comenzaremos por el integrado de carga. Tras ver la correcta colocación del integrado (la esquina marcada será la del primer pin, incrementándose en sentido anti horario visto desde arriba, ver Figura 29); echaremos una pequeña cantidad de pasta de soldadura mediante una jeringuilla, alinearemos con las pistas cada pata del integrado y aplicaremos aire caliente con una pistola de soldadura. Lo siguiente a soldar será el conector USB. Tras esto, iremos conectando resistencias, condensadores y diodos LEDS. Lo último a colocar serán los jumpers y los headers; para estos, fresaremos un poco la parte inferior de cada orificio que no vaya conectado a tierra; ya que al soldarlos, conectaremos el plano superior de tierra con el plano inferior de la placa. Tras cada soldadura, procederemos a comprobar mediante inspección visual y multímetro para verificar todas las conexiones y aislamientos entre pistas adyacentes. El resultado será: Figura 37 - Placa con componentes soldados Fabricación de un prototipo 44 44 45 45 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 7. COMPROBACIÓN DE FUNCIONALIDAD Lo primero que tendremos que comprobar, es que tenemos las tensiones esperadas en los pines tanto de entrada como salida. En la siguiente tabla se recogen los valores obtenidos en las medidas y los esperados: PIN V_medida V_teórica BAT 4.24 4.2 IN 4.92 [4.25-5.5] VL 3.33 3.3 THM 0 (jumper a tierra al no usar termistor) 0 CHG 1.85 nivel alto, 0.04 nivel bajo 0.05 nivel bajo POK 0.04 0.05 TMR 0 0 EN2 3.37 3.3 EN1 0 0 GND 0 0 SETI 1.98 VSETI = (IBAT + ISYS) x RSETI / 8000 = (IBAT + ISYS) x 33 / 8 = 2.06 VSYS 4.24 4.2 (=BAT) Tabla 8 - Tensiones de los pines del integrado Como podemos observar, los valores obtenidos son los esperados, procedemos a realizar las pruebas. Comprobación de funcionalidad 46 46 7.1. Modelo de comportamiento Como comentamos en un apartado anterior, y podemos ver en la figura inferior, la curva de carga esperada del sistema es la siguiente: Realizaremos diferentes pruebas, con diferentes baterías a distintas intensidades, verificando que las salidas en cuanto a tensión e intensidad son similares a las de Fase I y Fase II de la imagen anterior. 7.2. Recogida de datos Para la recogida de datos se usará el microcontrolador STM32F030C8, programado con el ST-LINK/V2, herramienta para programar y depurar las familias de microcontroladores STM8 y STM32. Sensaremos la tensión en bornes de la batería cada dos segundos con el ADC y mediante la UART1 transmitiremos por el puerto serie al PC (mediante un adaptador de puerto serie a USB) usando PuTTy cada valor de tensión e intensidad proporcionado para cada instante de tiempo. Figura 38 - Curva de carga simplificada [38] Figura 39 - ST-LINK/V2 47 47 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio La alimentación de la placa es a 3.3V, por lo que solo podremos medir hasta esa tensión; sabemos que la carga completa de una LiPo de una sola celda es de 4.2V; por lo que necesitaremos un divisor de tensiones entre el ADC y los bornes de la batería. El esquema sería el siguiente: Figura 42 - Divisor de tensiones entre batería y ADC V_BAT ADC Figura 41 - Adaptador puerto serie a USB Figura 40 - STM32F030C8 Comprobación de funcionalidad 48 48 Es conocido el inconveniente del efecto de inserción al medir intensidad, ya que modifica el valor medido al conectar un amperímetro, por la pequeña resistencia que posee el instrumento de medida. Este efecto no tiene una solución tecnológica simple. Tenemos dos opciones a la hora de medir intensidad, una resistencia Shunt o usando el efecto Hall. En el caso Shunt, colocamos una resistencia en serie con la carga de manera que toda al corriente fluya a través de ella. Se elegirá una resistencia de muy alta precisión y de un valor muy pequeño para que la caída de tensión en ella a la hora de medir sea muy pequeña y no falsee demasiado la medida (del orden de 0.01Ω y tolerancia del 0.1%) La caída de tensión será proporcional a la intensidad que la recorre, siendo simple calcularla mediante la conocida ley de Ohm; necesitaremos además, un sistema que nos amplifique los valores de tensión medidos para poder conectarlos al ADC. En el caso de que no queramos abrir el circuito para conectar un componente, usaremos el efecto Hall, midiendo la corriente de forma indirecta, al medir el campo magnético producido por el paso de la corriente por el cable. Se usarían las llamadas pinzas amperimétricas, rodeando el conductor sin necesidad de abrir el circuito. [25] En nuestro caso, usaremos una solución mixta, constituida con un pequeño circuito de medida con el integrado ACS712ELECTR-05B-T de la compañía Allegro, que nos proporcionará una solución simple y económica para la medida de intensidad. El dispositivo consiste en un sensor de Hall lineal, de bajo offset. La corriente que circula a través de sus entradas producirá un campo magnético que será sensado por el integrado y convertido a la salida a un voltaje proporcional. La resistencia interna es de 1.2mΩ por lo que las pérdidas serán muy pequeñas. Con solo un par de componentes tendremos una pequeña placa de medida que tras conocer la relación de transformación, nos dará valores bastante fiables. Otra opción posible para medir la intensidad, se usará el H4, obteniendo una tensión proporcional a la intensidad que proporciona el integrado como sigue: 𝑉 𝑆𝐸𝑇𝐼 =(𝐼𝐵𝐴𝑇 + 𝐼𝑆𝑌𝑆)∗ 𝑅𝑆𝐸𝑇𝐼 8000 Ecuación 5 - Cálculo de VSETI Una vez estamos recibiendo la secuencia de valores de tensión e intensidad para su correspondiente instante de tiempo, lo escribiremos en un fichero con una opción que nos proporciona PuTTy. El fichero que obtendremos tendrá el aspecto siguiente: Figura 43 – Sensor de corriente ACS712ELECTR-05B-T 49 49 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Como podemos observar, presenta una cabecera con la fecha y hora del inicio de la obtención de los datos, luego presenta los datos en tres columnas, la hora a la que se obtiene cada valor, siendo la hora 00:00:00 la del instante de apertura del terminal, seguida de la fecha; en la segunda columna obtenemos el valor de la tensión de carga, en el rango 0-4095 y en la tercera columna el valor de la intensidad en el mismo rango que la tensión. Mediante un script de MATLAB, leeremos el fichero de salida de Putty, pasaremos los instantes de tiempo del formato hh:mm:ss a minutos para una mejor representación, los valores de tensión al rango 0-5V y los de intensidad a un rango 0-500mA. Una vez tengamos los datos en el formato necesario, los representaremos en una única gráfica, compartiendo en el eje x el tiempo, y representando, en el lado izquierdo de la gráfica la escala de tensiones, y en el lado derecho la escala de intensidades, para poder ver a la vez ambas gráficas y poder comparar con los perfiles de carga típicos que tenemos. En las tablas siguientes podemos ver la relación entre la salida del terminal y los valores reales de tensión o intensidad que se están produciendo. Salida Putty Valor real de Intensidad [mA] 2556 100 512 500 Tabla 9 - Relación salida ADC-Valor real de Intensidad Figura 44 - Ejemplo de fichero de salida Comprobación de funcionalidad 56 56 Como podemos observar, sigue el perfil de carga esperado, hay un primer instante de tiempo en el que la curva de carga tiene mayor pendiente, para luego seguir cargando con una pendiente menor y de manera aproximadamente constante durante todo el tiempo que dura la fase I. Durante este intervalo de tiempo la intensidad se mantiene constante a 100mA aproximadamente, valor para el que habíamos configurado el cargador. Una vez la batería alcanza los 4.2V, se inicia la fase II, en la que la tensión permanece constante a ese valor, y la intensidad comienza a disminuir, hasta bajar de 50mA, donde la batería se da por cargada completamente. b) Batería LiPo de 500mAh Si a la salida de nuestro sistema conectamos una batería de 500mAh con una descarga bastante profunda, el resultado es el siguiente: Figura 57 - Carga a 100mA de LiPo de 500mAh 57 57 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio c) Batería LiPo de 600mAh con PCM d) Batería LiPo de 600mAh Figura 58 - Carga a 100mA de LiPo de 600mAh con PCM Figura 59 - Carga a 100mA de LiPo de 600mAh Comprobación de funcionalidad 58 58 e) Batería LiPo de 1000mAh Se muestra el inicio de la carga, que como vemos sigue el perfil esperado en fase I. 7.4.2. Entrada USB. Carga a 500mA En este caso, la modificación que realizaremos al sistema anterior será quitar el jumper de H6 de manera que el pin EN2       quede conectado a los 3,3V de alimentación externos, ajustándose la carga a 500mA. Se ha remarcado en la imagen la conexión de H6 libre. Por lo que el cargador quedará: Figura 60 – Incio de carga a 100mA de batería LiPo de 1000mAh Figura 61 - Sistema completo para carga con USB a 500mA 59 59 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Sin embargo, en este caso, al ser la intensidad de salida de 500mA, no podremos conectar el USB a cualquier sistema, necesitaremos una entrada que nos proporcione un nivel de intensidad mayor, por lo que no podremos usar el USB del PC ni un HUB que no nos proporcione salidas de más de 600mA, ya que en tal caso, observaremos como la intensidad se viene abajo, tal y como podemos apreciar en la imagen inferior: Sin embargo, si conectamos como entrada un adaptador de pared que nos proporcione al menos 850mA, el cargador funcionará sin problemas. a) Batería LiPo de 500mAh Figura 62 - Carga a 500mA desde PC Figura 63 - Carga a 500mA de LiPo de 500mAh Comprobación de funcionalidad 60 60 Figura 65 - Carga a 500mA de LiPo de 600mAh b) Batería LiPo de 600mAh con PCM Procedemos ahora a cargar una batería con sistema de protección, la mostrada en la Figura 49, dicha batería es de 600mAh, y la estamos intentando cargar a 500mA. Como ya se comentó en apartados anteriores, las baterías no han de ser cargadas a más de 1C, pero se recomienda que su carga sea aproximadamente a 0,5C. Es por ello, que al intentar cargarla por encima de 300mA (0.5*600mAh) se activa el sistema de protección, y podemos observar como la intensidad comienza a caer hasta cancelarse la carga, dejando nuestro cargador de reconocerla como batería a la salida (se apaga el LED verde) c) Batería LiPo de 600mAh Figura 64 - Activación del Sistema de Protección de LiPo de 600mAh cargada a 500mA 61 61 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Vemos como en este caso la carga se realiza sin problemas y en un corto instante de tiempo, en algo más de 20 minutos, aproximadamente, unas 5 veces menos que en la carga a 100mA que vimos en la Figura 59. Sin embargo el proceso tarda bastante más en la fase II. d) Batería LiPo de 800mAh Si cargamos ahora la batería de 800mAh con sistema de protección, dependiendo de cómo actúe dicho sistema, permitirá la carga a algo más de 0.5C o no: Como vemos, la carga se ha realizado perfectamente a 500mA, siendo esto algo más de 0.5C, sin embargo, el sistema de protección de dicha batería nos ha permitido hacer la carga a ese nivel de intensidad. Figura 66 - Carga a 500mA de LiPo de 800mAh con sistema de protección Comprobación de funcionalidad 62 62 e) Batería LiPo de 1000mAh Las gráficas 60 y 67 se han obtenido con la misma batería, pero con intensidades de carga distintas. Si comparamos ambas, vemos como en la superior (Figura 60) la primera parte de la Fase I, en la que la tensión de la batería pasa de 3 a 3.8V, se produce en aproximadamente en 50 minutos, mientras que en la imagen inferior (Figura 67) se produce en aproximadamente 10 minutos, lo cual tiene todo el sentido al ser la intensidad de carga 5 veces mayor. Si comparamos las figuras 66 y 67 vemos que el tiempo empleado en la fase II es similar. Figura 67 - Carga a 500mA de batería LiPo de 1000 mAh 63 63 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio f) Batería Li-Ion de 3000mAh con sistema de protección Como comentamos en un apartado anterior, el cargador se diseñaría para baterías de litio, por lo que además de cargar LiPos, también servirá para cargar baterías de Li-Ion, para demostrarlo, hemos cargado también una batería Li-Ion de 3000mAh, el resultado se puede ver en la siguiente gráfica, comprobándose que el cargador también funciona con este tipo de baterías: g) Otras medidas Como se pudo observar en el diagrama de flujo del funcionamiento del integrado de carga de la figura 28, cuando la tensión de la batería es inferior a 2.9V, el sistema automáticamente inicia la fase de precarga, en la que sea cual sea el modo de carga elegido (mediante el uso de enables, regulando al intensidad a 100 o 500mA) comienza con 100mA, hasta que la batería alcanza los 2.9V, momento al que pasa a la intensidad elegida mediante los enables, ya sea manteniéndose en los 100mA o aumentando a los 500mA. En la imagen siguiente podemos ver el detalle de esa fase de precarga, cuando el método seleccionado es el de 500mA. Figura 68 - Carga a 500 mA de Li-Ion de 3000 mAh Comprobación de funcionalidad 64 64 Comentamos al principio, la carga se realiza en dos fases. En la imagen inferior podemos observar el fin de la fase I y la fase II al completo; se aprecia claramente como la intensidad, mantenida a 500mA durante la fase I, comienza a bajar en la fase II, hasta bajar de los 50mA, momento en el que se da por terminada la carga de la batería, apagándose el LED verde, sin embargo, como podemos ver en la gráfica inferior, la intensidad sigue bajando hasta hacerse aproximadamente 0, momento en el que se dejará de aplicar intensidad a la salida. Figura 69 - Detalle de la fase de precarga Figura 70 - Detalle de la Intensidad en fase II de carga 65 65 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 7.4.3. Entrada Placa Solar. Carga a 100mA En este caso, en vez de conectar la alimentación a la placa mediante el USB hemos conectado, una o varias placas solares, dependiendo del modo de carga usado. Tanto en este caso como en el caso de 500mA, conectaremos directamente las placas a nuestro cargador, obviando el MPPT, tema que discutiremos más adelante. Tampoco usaremos diodos de bypass ya que, por lo general, no son necesarios en paneles con tensiones de funcionamiento inferiores a 24V. Para la carga a 100mA, bastó con una sola placa solar, ya que su tensión es superior a los 4V de entrada necesarios, y nos proporciona hasta 230mA, suficientes para la salida de 100mA. En este caso, el esquema de carga será el mismo que en el caso de carga a 100mA mediante USB, pero cambiando la entrada. En nuestra placa, conectaremos un jumper en H6 de manera que el pin EN2       quede conectado a tierra, se ha remarcado en rojo en la imagen. Conectaremos además las placas en H3 para dar alimentación a los LEDs y sensaremos mediante H4 la intensidad de salida que está proporcionando el cargador. En H5 conectaremos otro jumper para conectarlo a tierra, ya que no haremos uso del termistor. A la salida, iremos conectando diversas baterías y mediremos tanto tensión a la salida como intensidad, por lo que el sistema quedará: Figura 71 - Sistema completo para carga con USB a 100mA Discusión de resultados y trabajo futuro 72 72 la misma cantidad de tiempo. En el caso de 500mA, en la fase I el tiempo se incrementa conforme aumenta el tamaño de la batería. En la fase II, excepto para la batería de 500mAh que tarda unos 50 minutos, el resto tarda aproximadamente el mismo tiempo, casi unas 2 horas. Es destacable que en este caso, se invierte más tiempo en la fase II que en la fase I para baterías relativamente pequeñas. En el caso de la batería LiPo con protección, sale un poco de la media, tarda menos tiempo en fase I que el resto, esto es debido, a que posee sistema de protección, que impide descargarla por debajo de los 3.6V, y el resto de las baterías, comienzan la carga en unos 3V aproximadamente. Además, hemos añadido dos columnas, en las que se computa la energía suministrada en mWh y la capacidad suministrada, en mAh para el valor de carga nominal de 3.7V, calculándolo a partir de la tensión e intensidad de carga y el tiempo invertido para ello. Vemos que en casi todos los casos el valor es inferior al teórico que nos indica el fabricante, como cabía esperar. El único valor que sale algo superior, es el de la batería de 350mAh, caso en el que la descarga era bastante profunda, aunque siempre cabe la posibilidad de confusión en el etiquetado de la batería por parte del fabricante. Sin embargo, si comparamos la quinta y la novena columna, vemos que para una misma batería, en función del modo de carga, obtenemos valores de capacidad proporcionados distintos, y es que el proceso de carga depende de muchos factores: ciclos de carga, temperatura, tasa de carga… Se pueden deber dichas diferencias a varios factores: que al descargarse, haya quedado con una temperatura elevada, que modificaría su valor en la siguiente prueba; o que si la corriente de carga es elevada, la tensión suba demasiado deprisa y corte antes de tiempo. Hablamos en un principio de corriente de carga recomendada, dato genérico, por lo que no sabemos el de cada batería en particular. 8.2. Entrada solar Hemos realizado pruebas con alimentación por placas solares, comparando con las pruebas en las que la entrada se realiza mediante USB, vemos que la energía solar no es lo más eficaz para este tipo de cargadores, cuando se les exige algo de intensidad a las placas. Si comparamos en una tabla los resultados de los tiempos invertidos en la carga mediante ambos procesos en el caso de 100mA: Tiempo de carga mediante USB Tiempo de carga mediante Placa Solar Fase I Fase II Fase I Fase II 500mAh 270 20 270 20 600mAh con protección 150 20 160 20 600mAh sin protección 390 20 400 20 Tabla 12 - Tiempo invertido en cada fase para cada batería según sea USB o Placa Solar a 100mA Podemos apreciar que para intensidad pequeña, la placa nos proporciona una entrada válida, y la carga se realiza en aproximadamente el mismo tiempo que con entrada USB, las pequeñas diferencias producidas se deben a que, al descargarse las baterías de manera manual, no siempre se comienza la carga con exactamente el mismo valor de tensión en las baterías. 73 73 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 8.3. Trabajo futuro La mayor parte de los desarrollos realizados en energía solar hasta ahora, eran para obtener potencias instantáneas relativamente elevadas. De esa forma, los consumos de los sistemas de monitorización, conversión DC-DC, etc., no eran importantes. Ahora bien, cuando se está hablando de necesidades más pequeñas (es decir, cargar un móvil, un sensor remoto inalámbrico que funciona de forma intermitente, una cerradura de la puerta de un hotel, un dispositivo de control industrial…) se tienen requerimientos de energía/potencia más bajos y los sistemas de control existentes son muy ineficientes: consumen casi tanto como necesitas; es por eso por lo que hemos optado por conectar directamente la placa solar al circuito sin usar un MPPT. En los últimos años ha surgido una tendencia llamada: harvesting (y en particular el nano-harvesting), donde se investiga cómo captar niveles de energía más bajos, por ejemplo, con captadores solares de pequeño tamaño. Si nos adentramos un poco en este tema, vemos que el mayor problema del uso de placas solares, es la baja intensidad que proporciona, y los sistemas más comunes, demandan mayor cantidad. El esquema de un sistema genérico es el siguiente: Si comenzamos analizando el sistema por el panel solar, vemos que la producción de energía dependerá de la inclinación, la cantidad de luz directa del sol que le incide, o la orientación entre otros factores, produciéndose variaciones de hasta el 20 o 30% añadiéndole otros factores comentados en la introducción sobre los paneles. [26] Si observamos la gráfica de intensidad frente a tensión de nuestro panel solar que nos proporciona el fabricante, vemos que depende mucho del nivel de radiación que incide sobre él: Figura 80 - Sistema de captación solar genérico [39] Discusión de resultados y trabajo futuro 74 74 Si seguimos por el cargador, aparte de que como potencia de entrada posee la de la placa solar, su eficiencia dependerá mucho con la corriente de salida. Además, la captación de energía solar requiere la implementación del sistema al aire libre, la temperatura de funcionamiento de las baterías puede variar, dando lugar a cambios en sus características. Por ejemplo, la tasa de auto-descarga de la batería aproximadamente se duplica con cada aumento de 10°C sobre temperatura ambiente. Sabemos también que la cantidad de corriente generada por el panel solar está limitada, problema principal en nuestra carga a 500mA; al contrario de los dispositivos que se recargan usando cargadores de pared, que proporcionan un suministro ilimitado de corriente de carga. [27] Por tanto, el diseño de un módulo de captación de energía solar es complejo al intervenir muchos factores, como las características de las células solares, la química y la capacidad de las baterías usadas, los requisitos de suministro de energía y las características de administración de energía del sistema, el comportamiento de la aplicación , etc. Por tanto, esto es esencial para comprender a fondo y aprovechar estos factores con el fin de maximizar la eficiencia energética de un módulo de captación solar correctamente. La consideración más importante a la hora de diseñar estos circuitos es maximizar la eficiencia, para lo que se deberá asegurar operar cerca del MPP, fijando la tensión de salida del panel. Sin embargo, el punto de máxima potencia cambia con la hora del día; se podría usar un MPPT, como hemos comentado antes, aunque los disponibles en el mercado consumen gran cantidad de energía, impidiendo su uso a baja potencia. Aunque hay ICs cargadores de baterías diseñados para funcionar desde altas corrientes, hasta los pocos mA que produce un panel solar, actualmente son muy ineficientes para valores bajos de corriente, aunque se encuentran en continuo desarrollo, obteniéndose cada vez IC más eficaces. Por lo tanto, aunque lo primero sea la eficiencia y obtener cada mW proporcionado por el panel, hay que hacer los diseños tan específicos como se pueda, no tiene sentido un sistema de captación que funcione con diversos paneles y cargue distintas baterías, se ganará una solución más general pero un peor rendimiento. Figura 81 - Característica corriente-tensión de nuestro panel solar en función del nivel de radiación 75 75 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio Una nueva tendencia, es la de proporcionar al IC de poder de lectura de la potencia que proporciona el panel a cada instante, y la posibilidad de hacer modelos de predicción. Esta información puede ser usada por el sistema, para de manera inteligente, programar la ejecución de sus tareas. Discusión de resultados y trabajo futuro 76 76 77 77 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio REFERENCIAS [1] «Wikipedia,» [En línea]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer_battery#Working_principle. [2] «Multicopters,» [En línea]. Available: http://www.multicopters.es/foro/vbulletin/showthread.php?5874- Conoce-las-bater%EDas-de-Li-Ion-y-LiPo-como-funcionan-consejos-y-riegos. [3] «Wikipedia,» [En línea]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer_battery#Design_origin_and_terminology. 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Referencias 80 80 81 81 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio GLOSARIO LiPo Lithium Polymer battery Li-Ion Lithium-Ion battery PCB Printed Circuit Board SPE Solid Polymer Electrolyte NiCd Níquel Cadmio NiMH Níquel-Metal Hidruro DOD Depth of Discharge SoC State of Charge LED Light Emitting Diode USB Universal Serial Bus OC/CA Open Circuit SC/CC Short Circuit MPP Maximun Power Point BMS Battery Management System PCM Protection Circuit Module FAA Federal Aviation Administration PuTTy Port unique Terminal Type TDFN Thin Dual Flat No-lead IC Integrated Circuit NTC Negative temperature coefficient BOM Bill Of Materials (Lista de Materiales) WLP Wafer-Level packaging STM Surface-Mount technology I2C Inter-Integrated Circuit SMBus System Management Bus Anexos 88 88 C=zeros(1,fil); for i=1:fil % /////////////////////// Cuando usamos el pin IMON de la placa %Para carga a 500mA, ya que la salida será aproximadamente del rango [150-2600] C(i)=(s(i,26)*1000+s(i,27)*100+s(i,28)*10+s(i,29))*(3.3/4095)*(8/33)*1000; %Para carga a 100mA, ya que la salida será aproximadamente del rango [150-550] C(i)=(s(i,26)*100+s(i,27)*10+s(i,28))*(3.3/4095)*(8/33)*1000; % (3.3/4095) para pasar del valor que proporciona el ADC a valores de tensión % (8000/R_SET)=8000/33000 De la fórmula del datasheet % 1000 para pasar a mA % /////////////////////// Cuando usamos el sensor de corriente C(i)=((s(i,25)*1000+s(i,27)*100+s(i,28)*10+s(i,29))*(3.3/4096)-2.31)*(1/0.185); % (3.3/4096) para pasar del valor que proporciona el ADC a valores de tensión % 2.31 es el valor que proporciona el sensor para 0A, rango [0-5V] % 1/0.185 Sensibilidad de 185mV/A para este modelo % *1000 para pasarlo a mA end % Calculamos la energía y la capacidad suministrada for i=1:fil E(i)=V(i)*C(i)/1000; E=[E;E(i)]; end energ=sum(E) cap=energ/3,7 89 89 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio % Dibujamos la gráfica con los valores obtenidos fprintf('\n\tRepresentando...\n') %////////////////////////// Para las gráficas comunes [Ax,p1,p2] = plotyy (tiempo,V,tiempo,C); set(Ax(1),'YLim',[0 5]) set(Ax(1),'YTick',[0:0.5:5]) set(Ax(2),'YLim',[0 600]) set(Ax(2),'YTick',[0:100:600]) title('Curva de carga') ylabel(Ax(1),'Tensión [V]') ylabel(Ax(2),'Intensidad [mA]') xlabel('Tiempo [min]') grid on; %////////////////////////// Para las gráficas de las placas solares subplot(2,2,1) plot(tiempo, V) xlabel('Tiempo [min]') ylabel('Tensión [V]') axis([0 220 0 5]) grid on; subplot(2,2,2) plot(tiempo,C,'g') xlabel('Tiempo [min]') ylabel('Corriente [mA]') axis([0 220 0 600]) grid on; subplot(2,2,3) W=V.*C/1000; plot(tiempo, W,'r') Anexos 90 90 xlabel('Tiempo [min]') ylabel('Potencia [W]') axis([0 220 0 3]) grid on; Vavg=mean(V); Cavg=mean(C)/1000; Wavg=mean(W); subplot(2,2,4) plot(tiempo, Vavg, 'b', tiempo, Cavg, 'g', tiempo, Wavg,'r') xlabel('Tiempo [min]') ylabel('Valores Medios') axis([0 220 0 5]) grid on; fclose(pf); end end 91 91 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 2. Có digó del Mic rócóntróladór Anexos 92 92 93 93 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio #include "stm32f0xx.h" #include "app_init.h" #include "led.h" #include "gpio.h" #include "uart.h" #include "timer.h" #include "spi.h" #include "delay.h" #include "print.h" #include "config.h" #include "system.h" #include "rcc.h" #include "calendar.h" #include "mlx90614.h" #include "analogMeasure.h" mlx90614_result mlxTemp; analog_result conv; // Variable para la medida analógica rtc_calendar cal; // Variable para mostrar la fecha del calendario int main (void) { SystemCoreClockUpdate(); RCC_CLOCK_HSI8(); //Initialize 8MHz internal clock RCC_CLOCK_LSE32K(); //Initialize 32KHz external clock cal.YEAR = 0x15; // Valores de inicio para el calendario cal.MONTH = 0x03; // Siempre como 0x cal.DAY = 0x27; calendar_set(&cal); // Aplicamos los valores antes configurados app_init(); // Iniciamos led_init(); calendar_init(); mlx90614_stopPWM(); // Mandatory mlx90614_init(); Anexos 94 94 mlx90614_lowPower(); mlx90614_read(&mlxTemp); while(1){ // Repetimos el código cíclicamente led_toggle(4); delay_sec(3); read_analog_0_1(&conv); // Lectura analógica, tanto del CH0 como del CH1 print_date(); print_BCD(conv.CH1,0); // Imprime el valor del CH1 analógico, 0 para no imprimir decimales // Cadena a imprimir con la conversión de cast, // el número de elementos de la cadena+1 y la bandera para indicarle el // tipo de codificación en el que nos lo imprime print((uint8_t *)" ", 1,0); print_BCD(conv.CH0,0); print((uint8_t *)"\n\r", 2,0); // Para control del nivel de carga mediante los LEDs de la placa if (conv.CH1 > 3500) led_on(3); else led_off(3); if (conv.CH1 < 2500) led_on(3); else led_off(3); } } 95 95 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 3. Datasheet MAX860 6 Anexos 96 96 General Description The MAX8606 complete 1-cell Li+ battery charge-man- agement IC operates from either a USB port or AC adapter. It integrates a battery disconnect switch, current-sense circuit, PMOS pass element, and thermalregulation circuitry, while eliminating the external reverse-blocking Schottky diode, to create a simple and small charging solution. The charging sequence initiates from power-OK indication, through prequalification, fast-charge, top-off charge, and finally charging-complete indication for single-cell Li+ batteries. Charging is controlled using constant current, constant voltage, or constant die-temperature (CCCVCTJ) regulation for safe operation in handhelds. Two logic inputs (EN1 and EN2) select suspend mode, 100mA, 500mA, or ≤1A input current limits to suit USB requirements. Proprietary thermal-regulation circuitry limits the die temperature to +100°C to prevent excessive heat on the system PC board. Additional safety features include an NTC thermistor input (THM) and internal timers to protect the battery. A 3.5V to 4.2V SYS output, in conjunction with the low-RDSON battery switch, powers the system even when the battery is deeply discharged or not installed. The IC also offers a +3.3V/500µA output (VL), a charging status flag (CHG), and an input-supply detection flag (POK). The MAX8606 operates from a +4.25V to +5.5V supply and includes undervoltage lockout below +3.4V and overvoltage protection up to +14V. Applications Cellular Phones, Smartphones, PDAs Digital Cameras, MP3 Players USB Appliances, Charging Cradles and Docks Features ♦Small 3mm x 3mm Thermally Enhanced TDFN Package (0.8mm max height) ♦USB-Compliant Suspend Mode (20µA) ♦Selectable 100mA, 500mA, and Up to 1A Input Current Limits ♦USB or AC Adapter Input ♦+6V to +14V Input Overvoltage Protection ♦Input UVLO Below +4V Rising (3.5V Falling) ♦Automatic Current Sharing Between Battery Charging and System ♦Die Temperature Regulation (+100°C) ♦Prequal, Fast-Charge, and Top-Off Timers ♦Low Dropout Voltage, 250mV at 0.5A ♦NTC Thermistor Input ♦Charge Status and Input-Supply Detection Flags MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 42 BAT 1 BAT 3 IN VL THM 5 CHG 6 POK 7 EN2 9 TMR 8 EN1 10 GND 11 SETI 12 SYS 13 SYS 14 MAX8606 TOP VIEW TDFN + Pin Configuration Ordering Information 19-3795; Rev 1; 12/08 For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com. EVALUATION KIT AVAILABLE PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE TOP MARK MAX8606ETD+ -40°C to +85°C 14 TDFN 3mm x 3mm (T1433-1) AAF IN BAT GND EN1 EN2 TMR POK CHG SETI SYS THM VL USB/AC-ADAPTER OVP UP TO 14V Li+ 3.5V TO 4.2V STAND-ALONE INPUT CURRENT SELECTION STATUS INDICATORS MAX8606 μP 0.1μF CONTROL Typical Operating Circuit + Denotes lead-free/RoHS-compliant package. MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN 8 _______________________________________________________________________________________ IN SYS BAT VL OSCILLATOR VL LDO POK BIAS UVLO THM LOGIC CIRCUITRY VL THM HOT THM DISABLE THM COLD CURRENT-LIMIT CIRCUITRY SETI OVLO THERMAL REGULATION GND PREQUAL FAST-CHARGE TOP-OFF TIMERS BODYDIODE CONTROL TMR EN2 EN1 P CHG MAX8606 Figure 2. MAX8606 Block Diagram MAX8606 VL Internal Voltage Regulator The MAX8606 linear charger contains an internal linear regulator to supply the power for the IC. Bypass VL to GND with a 0.1µF ceramic capacitor. VL is regulated to 3.3V whenever the input voltage is above the battery voltage and can source up to 500µA for external loads. CHG Charge-Indicator Output CHG is an open-drain output that indicates charger status and can be used with an LED. CHG goes low during charging. CHG goes high impedance when VBAT equals 4.2V and the charging current drops below 50mA. When the MAX8606 is used in conjunction with a microprocessor (µP), connect a pullup resistor between CHG and the logic I/O voltage to indicate charge status to the µP. CHG also indicates a timer fault. If the internal prequal or fast-charge timer expires without completing the charge cycle, charging is suspended and the CHG output “blinks” at 2.1Hz. Soft-Start To prevent input transients, the rate of change of the charge current is limited when the charger is turned on or changes its current compliance. It takes approximately 1ms for the charger to go from 0mA to the maximum fast-charge current. TMR Input The MAX8606 includes a 30-minute prequalification fault timer, an 8-hour fast-charge fault timer, and a 30- minute top-off timer to terminate the changing cycle. Drive TMR low to enable the internal timers. Drive TMR high to disable the internal timers and allow an external device to determine charge times. THM Input The MAX8606 monitors the battery temperature with an external NTC thermistor that is in close thermal contact with the battery. Select a thermistor resistance that is 10kΩat +25°C and has a beta of 3500 Kelvins. The IC compares the resistance from THM to GND and suspends charging when it is greater than 28.3kΩor less than 3.93kΩ, which translates to a battery temperature of 0°C or +50°C, respectively. Connect THM to GND to disable the temperature control function. SYS Output The MAX8606 contains a SYS output that delivers up to 1ARMS at 3.5V to 4.2V to power an external system. Bypass SYS to GND with a 4.7µF or larger ceramic capacitor. When VBAT exceeds 3.5V or when the MAX8606 is in suspend mode, the MAX8606 internally connects SYS to BAT through a 50mΩswitch. When charging a battery, the load on SYS is serviced first and the remaining available current goes to charge the battery. SYS is connected to BAT when VIN is not valid. POK The MAX8606 contains an open-drain POK output that goes low when a valid input source is detected at IN. A valid input source is one whose voltage is between 4V and 5.8V and exceeds the battery voltage by 250mV. After a valid input has been established, charging is sustained with inputs as low as 3.5V as long as the input voltage remains above the battery voltage by at least 55mV. POK is high impedance otherwise. Applications Information Charge-Current Selection For USB applications, the charging current is internally limited to 100mA or 500mA. For wall-cube applications requiring a different current requirement, set the charging current with an external resistor from SETI to GND (RSETI). Calculate RSETI as follows: RSETI = 8000 x 2.1V / (IBAT + ISYS) where EN1 = high and EN2 = low. The SETI input also enables the user to monitor the charging current. Under fast-charge operation, the SETI voltage regulates to 1.4V (EN1 low and EN2 high) or 2.1V (EN1 high and EN2 low). As the charging current decreases, VSETI decreases. This is due to either the thermal regulation control or voltage regulation control (4.2V) of the MAX8606. VSETI is calculated using the following equation: VSETI = (IBAT + ISYS) x RSETI / 8000 Thermal Regulation The MAX8606 features a thermal limit that reduces the charge current when the die temperature exceeds +100°C. As the temperature increases, the IC lowers the charge current by 50mA/°C above +100°C. Capacitor Selection Connect a ceramic capacitor from SYS to GND as close to the IC as possible for proper stability. Use a 4.7µF X5R ceramic capacitor for most applications. MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN _______________________________________________________________________________________ 9 EN1 EN2 MODE 0 0 100mA 0 1 500mA 1 0 8000 x 2.1V / RSETI 1 1 Suspend Table 1. EN1 and EN2 Control MAX8606 Connect a 4.7µF ceramic capacitor from IN to GND as close to the IC as possible. Use a larger input bypass capacitor to reduce supply noise. Thermal Considerations The MAX8606 is available in a thermally enhanced TDFN package with exposed paddle. Connect the exposed paddle to a large copper ground plane to provide a good thermal contact between the device and the circuit board. The exposed paddle transfers heat away from the device, allowing the MAX8606 to charge the battery with maximum current while minimizing the increase in die temperature. DC Input Sources The MAX8606 operates from well-regulated DC sources. The full-charging input voltage range is 4.25V to 5.8V. The device survives input voltages up to 14V without damage to the IC. If VIN is greater than 5.8V (typ), the IC stops charging. An appropriate power supply must provide at least 4.25V when sourcing the desired peak charging current. It also must stay below 5.8V when unloaded. Application Circuits Stand-Alone Li+ Charger The MAX8606 provides a complete Li+ charging solution. Figure 3 shows the MAX8606 as a stand-alone Li+ battery charger. The 23.58kΩresistor connected to SETI sets a charging current of 712mA (typ). The LED indicates when either prequal or fast-charging has begun. When the battery is charged the LED turns off. USB Application with AC Adapter The MAX8606 can be configured for USB applications with an optional AC-adapter input (Figure 4). The pchannel MOSFET disconnects the USB port when the AC adapter is installed. Alternately, the USB port and AC adapter may be excluded from each other by mechanical means, such as using a single connector. USB-Powered Li+ Charger The universal serial bus (USB) provides a high-speed serial communication port, as well as power for the remote device. The MAX8606 can be configured to charge a battery at the highest current possible from the host port. Figure 5 shows the MAX8606 as a USB battery charger. To make the circuit compatible with either 100mA or 500mA USB ports, the system software begins at 100mA charging current. The microprocessor then enumerates with the host to determine its current capability. If the host port is capable, the charging current is increased to 475mA to avoid exceeding the 500mA USB specification. Layout and Bypassing Place the input capacitor as close to the device as possible. Provide a large copper ground plane to allow the exposed paddle to sink heat away from the device. Connect the battery to BAT as close to the device as possible to provide accurate battery voltage sensing. Make all high-current traces short and wide to minimize voltage drops. A sample layout is available in the MAX8606 evaluation kit to help speed designs. Chip Information PROCESS: BiCMOS USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN 10 ______________________________________________________________________________________ IN BAT GND EN1 EN2 TMR POK CHG SETI SYS THM VI/O VL USB/AC-ADAPTER OVP UP TO 14V 4.2V Li+ +3.5V TO +4.2V STATUS INDICATORS T1 10kΩ NTC C2 4.7μF C1 4.7μF C3 0.1μF R1 23.58kΩ R3 100kΩ R2 1kΩ D1 C4 0.1μF MAX8606 Figure 3. Stand-Alone Application MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN ______________________________________________________________________________________ 11 MAX8606 IN BAT GND SETI EN2 CHG 4.2V Li+ C1 4.7μF C3 4.7μF POK VL C2 0.1μFC4 0.1μF VUSB +5V VSYS +5V AC-ADAPTER INPUT Q1 IRF7534D1 EN1 SYS TMR THM R2 100kΩ R3 10kΩ MAX8606 R1 23.58kΩ SYS LDO OUTPUT POWER-OK OUTPUT CHARGE-CURRENT SELECTION INPUTS VI/O Figure 4. USB Application with AC Adapter C4 0.1μF IN BAT GND SETI EN2 CHG 4.2V Li+ C1 4.7μF C3 4.7μF POK VL C2 0.1μF R1 23.58kΩ VI/O VI/O VBUS GND D+ D- USB PORT SYSTEM EN1 SYS TMR THM R2 100kΩ R3 100kΩ MAX8606 Figure 5. USB Charger Application MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN 12 ______________________________________________________________________________________ 6, 8, &10L, DFN THIN.EPS Package Information For the latest package outline information and land patterns, go to www.maxim-ic.com/packages. PACKAGE TYPE PACKAGE CODE DOCUMENT NO. 14 TDFN T2444-4 21-0137 MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN ______________________________________________________________________________________ 13 COMMON DIMENSIONS SYMBOL MIN. MAX. A 0.70 0.80 D 2.90 3.10 E 2.90 3.10 A1 0.00 0.05 L 0.20 0.40 PKG. CODE N D2 E2 eJEDEC SPEC b[(N/2)-1] x e PACKAGE VARIATIONS 0.25 MIN.k A2 0.20 REF. 2.00 REF0.25±0.050.50 BSC2.30±0.1010T1033-1 2.40 REF0.20±0.05- - - - 0.40 BSC1.70±0.10 2.30±0.1014T1433-1 1.50±0.10 MO229 / WEED-3 0.40 BSC - - - - 0.20±0.05 2.40 REFT1433-2 14 2.30±0.101.70±0.10 T633-2 6 1.50±0.10 2.30±0.10 0.95 BSC MO229 / WEEA 0.40±0.05 1.90 REF T833-2 8 1.50±0.10 2.30±0.10 0.65 BSC MO229 / WEEC 0.30±0.05 1.95 REF T833-3 8 1.50±0.10 2.30±0.10 0.65 BSC MO229 / WEEC 0.30±0.05 1.95 REF 2.30±0.10 MO229 / WEED-3 2.00 REF0.25±0.050.50 BSC1.50±0.1010T1033-2 Package Information (continued) For the latest package outline information and land patterns, go to www.maxim-ic.com/packages. MAX8606 USB/AC Adapter, Li+ Linear Battery Charger with Integrated 50m Ω Battery Switch in TDFN Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses are implied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time. 14 ____________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600 © 2008 Maxim Integrated Products is a registered trademark of Maxim Integrated Products, Inc. Revision History REVISION NUMBER REVISION DATE DESCRIPTION PAGES CHANGED 0 8/05 Initial release — 1 12/08 Updated Continuous Power Dissipation and derating factor in Absolute Maximum Ratings 2 111 111 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 4. Datasheet ACS712 - Sensór de Córriente Anexos 112 112 IP+ IP+ IP– IP– IP 5 GND 2 4 1 3 ACS712 7 8 +5 V VIOUT VOUT 6 FILTER VCC CBYP 0.1 μF CF 1 nF Application 1. The ACS712 outputs an analog signal, VOUT . that varies linearly with the uni- or bi-directional AC or DC primary sampled current, IP , within the range specified. CF is recommended for noise management, with values that depend on the application. ACS712 Description The Allegro™ ACS712 provides economical and precise solutions for AC or DC current sensing in industrial, commercial, and communications systems. The device package allows for easy implementation by the customer. Typical applications include motor control, load detection and management, switchmode power supplies, and overcurrent fault protection. The device is not intended for automotive applications. The device consists of a precise, low-offset, linear Hall circuit with a copper conduction path located near the surface of the die. Applied current flowing through this copper conduction path generates a magnetic field which the Hall IC converts into a proportional voltage. Device accuracy is optimized through the close proximity of the magnetic signal to the Hall transducer. A precise, proportional voltage is provided by the low-offset, chopper-stabilized BiCMOS Hall IC, which is programmed for accuracy after packaging. The output of the device has a positive slope (>VIOUT(Q)) when an increasing current flows through the primary copper conduction path (from pins 1 and 2, to pins 3 and 4), which is the path used for current sampling. The internal resistance of this conductive path is 1.2 mΩ typical, providing low power loss. The thickness of the copper conductor allows survival of ACS712-DS, Rev. 15 Features and Benefits ▪ Low-noise analog signal path ▪ Device bandwidth is set via the new FILTER pin ▪ 5 μs output rise time in response to step input current ▪ 80 kHz bandwidth ▪ Total output error 1.5% at TA = 25°C ▪ Small footprint, low-profile SOIC8 package ▪ 1.2 mΩ internal conductor resistance ▪ 2.1 kVRMS minimum isolation voltage from pins 1-4 to pins 5-8 ▪ 5.0 V, single supply operation ▪ 66 to 185 mV/A output sensitivity ▪ Output voltage proportional to AC or DC currents ▪ Factory-trimmed for accuracy ▪ Extremely stable output offset voltage ▪ Nearly zero magnetic hysteresis ▪ Ratiometric output from supply voltage Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor Continued on the next page… Approximate Scale 1:1 Package: 8 Lead SOIC (suffix LC) Typical Application TÜV America Certificate Number: U8V 06 05 54214 010 Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 8 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Characteristic Performance IP = 30 A, unless otherwise specified –40 25 85 150 TA (°C) –40 25 –20 85 125 TA (°C) IP = 0 A IP = 0 A VCC = 5 V VCC = 5 V VCC = 5 V; IP = 0 A, After excursion to 20 A VCC = 5 V Mean Supply Current versus Ambient Temperature Sensitivity versus Sensed Current 70.00 69.00 68.00 67.00 66.00 65.00 64.00 63.00 62.00 61.00 60.00 Sens (mV/A) Ip (A) T A (°C) T A (°C) Mean ICC (mA) 9.6 9.5 9.4 9.3 9.2 9.1 9.0 8.9 -50 -25 0 25 50 75 125100 150 Supply Current versus Supply Voltage 10.2 10.0 9.8 9.6 9.4 9.2 9.0 V CC (V) I CC (mA) Nonlinearity versus Ambient Temperature 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 –50 0–25 25 50 12575 100 150 E LIN (%) T A (°C) Mean Total Output Error versus Ambient Temperature 8 6 4 2 0 –2 –4 –6 –8 –50 0–25 25 50 12575 100 150 E TOT (%) I P (A) Output Voltage versus Sensed Current 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 –30 –20 –10 0 10 20 30 V IOUT (V) 4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5 –30 –20 –10 0 10 20 30 66.6 66.5 66.4 66.3 66.2 66.1 66.0 65.9 65.8 65.7 Sens (mV/A) T A (°C) Sensitivity versus Ambient Temperature –50 0–25 25 50 12575 100 150 T A (°C) IOM (mA) 0 –0.5 –1.0 –1.5 –2.0 –2.5 –3.0 –3.5 –4.0 –4.5 –5.0 -50 -25 0 25 50 75 125100 150 Magnetic Offset versus Ambient Temperature T A (°C) VIOUT(Q) (mV) 2535 2530 2525 2520 2515 2510 2505 2500 2495 2490 2485 -50 -25 0 25 50 75 125100 150 T A (°C) IOUT(Q) (A) 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 –0.05 –0.10 –0.15 -50 -25 0 25 50 75 125100 150 0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 9 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Sensitivity (Sens). The change in device output in response to a 1 A change through the primary conductor. The sensitivity is the product of the magnetic circuit sensitivity (G / A) and the linear IC amplifier gain (mV/G). The linear IC amplifier gain is programmed at the factory to optimize the sensitivity (mV/A) for the full-scale current of the device. Noise (VNOISE). The product of the linear IC amplifier gain (mV/G) and the noise floor for the Allegro Hall effect linear IC (≈1 G). The noise floor is derived from the thermal and shot noise observed in Hall elements. Dividing the noise (mV) by the sensitivity (mV/A) provides the smallest current that the device is able to resolve. Linearity (ELIN). The degree to which the voltage output from the IC varies in direct proportion to the primary current through its full-scale amplitude. Nonlinearity in the output can be attributed to the saturation of the flux concentrator approaching the full-scale current. The following equation is used to derive the linearity: where VIOUT_full-scale amperes = the output voltage (V) when the sampled current approximates full-scale ±IP . Symmetry (ESYM). The degree to which the absolute voltage output from the IC varies in proportion to either a positive or negative full-scale primary current. The following formula is used to derive symmetry: Quiescent output voltage (VIOUT(Q)). The output of the device when the primary current is zero. For a unipolar supply voltage, it nominally remains at VCC ⁄ 2. Thus, VCC = 5 V translates into VIOUT(Q) = 2.5 V. Variation in VIOUT(Q) can be attributed to the resolution of the Allegro linear IC quiescent voltage trim and thermal drift. Electrical offset voltage (VOE). The deviation of the device output from its ideal quiescent value of VCC / 2 due to nonmagnetic causes. To convert this voltage to amperes, divide by the device sensitivity, Sens. Accuracy (ETOT). The accuracy represents the maximum deviation of the actual output from its ideal value. This is also known as the total output error. The accuracy is illustrated graphically in the output voltage versus current chart at right. Accuracy is divided into four areas:  0 A at 25°C. Accuracy at the zero current flow at 25°C, without the effects of temperature.  0 A over Δ temperature. Accuracy at the zero current flow including temperature effects.  Full-scale current at 25°C. Accuracy at the the full-scale current at 25°C, without the effects of temperature.  Full-scale current over Δ temperature. Accuracy at the fullscale current flow including temperature effects. Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output, VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are proportional to its supply voltage, VCC . The following formula is used to derive the ratiometric change in 0 A output voltage, VIOUT(Q)RAT (%). The ratiometric change in sensitivity, SensRAT (%), is defined as: Definitions of Accuracy Characteristics 100 1– [{ [{ VIOUT_full-scale amperes – VIOUT(Q) Δ gain × % sat ( ) 2 (VIOUT_half-scale amperes – VIOUT(Q) ) 100 VIOUT_+ full-scale amperes – VIOUT(Q) VIOUT(Q) – VIOUT_–full-scale amperes  100 VIOUT(Q)VCC / VIOUT(Q)5V VCC / 5 V  100 SensVCC / Sens5V VCC / 5 V ‰ Output Voltage versus Sampled Current Accuracy at 0 A and at Full-Scale Current Increasing VIOUT (V) +IP (A) Accuracy Accuracy Accuracy 25°C Only Accuracy 25°C Only Accuracy 25°C Only Accuracy 0 A vrOe $Temperature Average VIOUT –IP (A) vrOe $Temperature vrOe $Temperature Decreasing VIOUT (V) IP(min) IP(max) Full Scale Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 10 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Power on Time versus External Filter Capacitance 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 1020304050 CF (nF) CF (nF) tPO (μs) IP = 5 A IP = 0 A Noise versus External Filter Capacitance 1 1000 10 100 10000 0.01 0.1 1 10 100 1000 Noise (p-p) (mA) Noise vs. Filter Cap Rise Time versus External Filter Capacitance 1200 1000 800 600 400 200 0 0.1 1 10 100 1000 t r (μs) CF (nF) Rise Time versus External Filter Capacitance 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0.1 1 10 100 t r (μs) CF (nF) Expanded in chart at right } Definitions of Dynamic Response Characteristics Primary Current Transducer Output 90 10 0 I (%) Rise Time, trt Rise time (tr). The time interval between a) when the device reaches 10% of its full scale value, and b) when it reaches 90% of its full scale value. The rise time to a step response is used to derive the bandwidth of the device, in which ƒ(–3 dB) = 0.35 / tr. Both tr and tRESPONSE are detrimentally affected by eddy current losses observed in the conductive IC ground plane. Excitation Signal Output (mV) 15 A Step Response TA=25°C CF (nF) tr (μs) Open 3.5 1 5.8 4.7 17.5 22 73.5 47 88.2 100 291.3 220 623 470 1120 Power-On Time (tPO). When the supply is ramped to its operating voltage, the device requires a finite time to power its internal components before responding to an input magnetic field. Power-On Time, tPO , is defined as the time it takes for the output voltage to settle within ±10% of its steady state value under an applied magnetic field, after the power supply has reached its minimum specified operating voltage, VCC(min), as shown in the chart at right. Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 11 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Chopper Stabilization is an innovative circuit technique that is used to minimize the offset voltage of a Hall element and an associated on-chip amplifier. Allegro patented a Chopper Stabilization technique that nearly eliminates Hall IC output drift induced by temperature or package stress effects. This offset reduction technique is based on a signal modulation-demodulation process. Modulation is used to separate the undesired DC offset signal from the magnetically induced signal in the frequency domain. Then, using a low-pass filter, the modulated DC offset is suppressed while the magnetically induced signal passes through the filter. As a result of this chopper stabilization approach, the output voltage from the Hall IC is desensitized to the effects of temperature and mechanical stress. This technique produces devices that have an extremely stable Electrical Offset Voltage, are immune to thermal stress, and have precise recoverability after temperature cycling. This technique is made possible through the use of a BiCMOS process that allows the use of low-offset and low-noise amplifiers in combination with high-density logic integration and sample and hold circuits. Chopper Stabilization Technique Amp Regulator Clock/Logic Hall Element Sample and Hold Low-Pass Filter Concept of Chopper Stabilization Technique Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 12 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com + – IP+ IP+ IP– IP– IP 7 5 5 8 +5 V U1 LMV7235 VIOUT VOUT GND 6 2 4 4 1 1 2 3 3 FILTER VCC ACS712 D1 1N914 R2 100 kΩ R1 33 kΩ RPU 100 kΩ Fault CBYP 0.1 μF CF 1 nF + – IP+ IP+ IP– IP– 7 5 8 +5 V U1 LT1178 Q1 2N7002 VIOUT VOUT VPEAK VRESET GND 6 2 4 1 3 D1 1N914 VCC ACS712 R4 10 kΩ R1 1 MΩ R2 33 kΩ RF 10 kΩ R3 330 kΩ CBYP 0.1 μF C1 0.1 μF COUT 0.1 μF CF 1 nF C2 0.1 μF FILTER IP IP+ IP+ IP– IP– IP 7 5 8 +5 V D1 1N4448W VIOUT VOUT GND 6 2 4 1 3FILTER VCC ACS712 R1 10 kΩ CBYP 0.1 μF RF 2 kΩ CF 1 nF C1 A-to-D Converter Typical Applications Application 5. 10 A Overcurrent Fault Latch. Fault threshold set by R1 and R2. This circuit latches an overcurrent fault and holds it until the 5 V rail is powered down. Application 2. Peak Detecting Circuit Application 4. Rectified Output. 3.3 V scaling and rectification application for A-to-D converters. Replaces current transformer solutions with simpler ACS circuit. C1 is a function of the load resistance and filtering desired. R1 can be omitted if the full range is desired. + – IP+ IP+ IP– IP– IP 7 5 5 8 +5 V LM321 VIOUT VOUT GND 6 2 4 1 14 2 3 3 FILTER VCC ACS712 R2 100 kΩ R1 100 kΩ R3 3.3 kΩ CBYP 0.1 μF CF 0.01 μF C1 1000 pF RF 1 kΩ Application 3. This configuration increases gain to 610 mV/A (tested using the ACS712ELC-05A). Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 13 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Improving Sensing System Accuracy Using the FILTER Pin In low-frequency sensing applications, it is often advantageous to add a simple RC filter to the output of the device. Such a lowpass filter improves the signal-to-noise ratio, and therefore the resolution, of the device output signal. However, the addition of an RC filter to the output of a sensor IC can result in undesirable device output attenuation — even for DC signals. Signal attenuation, ∆VATT , is a result of the resistive divider effect between the resistance of the external filter, RF (see Application 6), and the input impedance and resistance of the customer interface circuit, RINTFC. The transfer function of this resistive divider is given by: Even if RF and RINTFC are designed to match, the two individual resistance values will most likely drift by different amounts over temperature. Therefore, signal attenuation will vary as a function of temperature. Note that, in many cases, the input impedance, RINTFC , of a typical analog-to-digital converter (ADC) can be as low as 10 kΩ. The ACS712 contains an internal resistor, a FILTER pin connection to the printed circuit board, and an internal buffer amplifier. With this circuit architecture, users can implement a simple RC filter via the addition of a capacitor, CF (see Application 7) from the FILTER pin to ground. The buffer amplifier inside of the ACS712 (located after the internal resistor and FILTER pin connection) eliminates the attenuation caused by the resistive divider effect described in the equation for ∆VATT. Therefore, the ACS712 device is ideal for use in high-accuracy applications that cannot afford the signal attenuation associated with the use of an external RC low-pass filter. = ∆VATT RINTFC RF + RINTFC VIOUT ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ . Application 6. When a low pass filter is constructed externally to a standard Hall effect device, a resistive divider may exist between the filter resistor, RF, and the resistance of the customer interface circuit, RINTFC. This resistive divider will cause excessive attenuation, as given by the transfer function for ∆VATT. Application 7. Using the FILTER pin provided on the ACS712 eliminates the attenuation effects of the resistor divider between RF and RINTFC, shown in Application 6. Application Interface Circuit Resistive Divider RINTFC Low Pass Filter RF Amp Out VCC +5 V Pin 8 Pin 7 VIOUT Pin 6 N.C. Input GND Pin 5 Filter Dynamic Offset Cancellation IP+ IP+ 0.1 MF Pin 1 Pin 2 IP– IP– Pin 3 Pin 4 Gain Temperature Coefficient Offset Voltage Regulator Trim Control To all subcircuits Input VCC Pin 8 Pin 7 VIOUT GND Pin 5 FILTER Pin 6 Dynamic Offset Cancellation IP+ Pin 1 IP+ Pin 2 IP– Pin 3 IP– Pin 4 Sense Trim Signal Recovery Sense Temperature Coefficient Trim 0 Ampere Offset Adjust Hall Current Drive +5 V Application Interface Circuit Buffer Amplifier and Resistor RINTFC Allegro ACS712 Allegro ACS706 CF 1 nF CF 1 nF Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 14 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Package LC, 8-pin SOIC C SEATING PLANE 1.27 BSC GAUGE PLANE SEATING PLANE ATerminal #1 mark area B Reference land pattern layout (reference IPC7351 SOIC127P600X175-8M); all pads a minimum of 0.20 mm from all adjacent pads; adjust as necessary to meet application process requirements and PCB layout tolerances B D C 21 8 Branding scale and appearance at supplier discretion C SEATING PLANE C0.10 8X 0.25 BSC 1.04 REF 1.75 MAX For Reference Only; not for tooling use (reference MS-012AA) Dimensions in millimeters Dimensions exclusive of mold flash, gate burrs, and dambar protrusions Exact case and lead configuration at supplier discretion within limits shown 4.90 ±0.10 3.90 ±0.10 6.00 ±0.20 0.51 0.31 0.25 0.10 0.25 0.17 1.27 0.40 8° 0° N = Device part number T = Device temperature range P = Package Designator A = Amperage L = Lot number Belly Brand = Country of Origin NNNNNNN LLLLL 1 TPP-AAA A Standard Branding Reference View 21 8 PCB Layout Reference View C 0.65 1.27 5.60 1.75 Branded Face Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor ACS712 15 Allegro MicroSystems, LLC 115 Northeast Cutoff Worcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A. 1.508.853.5000; www.allegromicro.com Copyright ©2006-2013, Allegro MicroSystems, LLC The products described herein are protected by U.S. patents: 5,621,319; 7,598,601; and 7,709,754. Allegro MicroSystems, LLC reserves the right to make, from time to time, such de par tures from the detail spec i fi ca tions as may be required to permit improvements in the per for mance, reliability, or manufacturability of its products. Before placing an order, the user is cautioned to verify that the information being relied upon is current. Allegro’s products are not to be used in life support devices or systems, if a failure of an Allegro product can reasonably be expected to cause the failure of that life support device or system, or to affect the safety or effectiveness of that device or system. The in for ma tion in clud ed herein is believed to be ac cu rate and reliable. How ev er, Allegro MicroSystems, LLC assumes no re spon si bil i ty for its use; nor for any in fringe ment of patents or other rights of third parties which may result from its use. For the latest version of this document, visit our website: www.allegromicro.com Revision History Revision Revision Date Description of Revision Rev. 15 November 16, 2012 Update rise time and isolation, IOUT reference data, patents 129 129 Diseño de un Cargador de Baterías de Litio 5. Datasheet Placas Sólares