¿Cómo funciona la carga de la batería de un teléfono?

  1. Por ejemplo, si un teléfono viene con un cargador de 5 V y 0,7 A, cuando está enchufado para cargar, ¿qué determina la corriente que consume el teléfono? ¿Es la resistencia del teléfono?

  2. Si I = V/R, ¿los teléfonos suelen proporcionar poca resistencia para que la corriente sea la máxima que puede proporcionar el cargador? es decir, en el ejemplo anterior, si el teléfono estuviera apagado, consumiría constantemente 0,7 A, y si el cargador se cambiara por uno de 5 V y 2 A, ¿el teléfono consumiría más de 0,7 A? ¿podría llegar a 2A?

  3. ... una pequeña pregunta secundaria, pero cuando el teléfono termina de cargarse, ¿cómo deja de consumir corriente? de nuevo, si I = V/R, ¿el teléfono tiene que modificar la cantidad de resistencia que proporciona? ¿Como hace eso?

Para ser honesto, solo estoy buscando respuestas bastante simples, ya que esta es solo una consulta general y no algo en lo que deba profundizar.

Gracias.

Respuestas (2)

Hay un chip controlador de carga dentro del teléfono que determina cuánta corriente poner en la batería. Generalmente, las baterías de iones de litio se cargan con una corriente constante hasta que el voltaje de la celda alcanza un nivel específico, momento en el que el controlador de carga cambia a carga de voltaje constante hasta que la corriente consumida por la celda se reduce a cero. Es un poco difícil pensar en términos de resistencias, ya que la celda en sí tiene reacciones químicas en su interior y el controlador de carga está construido con muchos transistores.

Una cosa a tener en cuenta sobre las clasificaciones: la clasificación de la fuente de alimentación es generalmente el voltaje nominal y la corriente máxima. No suministra la corriente en la etiqueta en todo momento. Es bastante fácil ver por qué sucede esto: cuando no hay nada conectado, no hay un camino para que fluya la corriente, por lo que la corriente es cero.

Los controladores de carga generalmente regulan el flujo de corriente hacia la celda de una de dos maneras. Dependiendo del diseño del controlador de carga, el IC del controlador puede usar un transistor para actuar como un interruptor o como una resistencia variable. Los controladores de carga lineal funcionan como resistencias variables súper sofisticadas, cambiando la resistencia entre la entrada del cargador y el terminal de la batería para que fluya una cantidad específica de corriente. La corriente generalmente se mide con una resistencia de detección de corriente, una resistencia con un valor pequeño (generalmente de 0,01 a 0,5 ohmios) que genera un voltaje pequeño en proporción a la corriente. Luego, la corriente medida se usa en un circuito de retroalimentación analógico para controlar el transistor. Este transistor impulsor disipa la diferencia de voltaje entre la entrada del cargador y la celda como calor, P = (Vcargador-Vcelda) * Icelda. Los controladores de carga lineal son generalmente pequeños y baratos, pero ineficientes. Esta energía disipada puede generar bastante calor adicional que debe disiparse en alguna parte. Los controladores de carga lineal también deben tener un voltaje de entrada más alto que el voltaje de carga de celda deseado. Las baterías de iones de litio generalmente se cargan a alrededor de 4,2 voltios por celda, por lo que una sola celda con una fuente de alimentación de 5v deja al controlador de carga alrededor de 800 mV para trabajar.

Otro diseño de controlador de carga es un controlador de conmutación. Estos controladores usan un convertidor de CC a CC para mover la carga a la celda. Un convertidor de CC a CC utiliza dos interruptores (generalmente un transistor y un diodo) y alguna forma de almacenamiento de energía (generalmente un inductor y varios capacitores) para cambiar de manera eficiente el voltaje de entrada. Un convertidor reductor (también conocido como convertidor reductor) funciona almacenando y drenando alternativamente energía en el inductor a alta frecuencia (cientos de kHz a unos pocos MHz). Dado que los transistores están completamente encendidos o completamente apagados la mayor parte del tiempo, se disipa menos energía, lo que hace que el convertidor sea más eficiente. También es posible diseñar un convertidor que pueda extraer energía de un suministro con un voltaje más bajo que el voltaje de la celda. Además del convertidor de CC a CC, la operación de un controlador de carga de conmutación es esencialmente la misma que la de un controlador de carga lineal: mide la corriente y el voltaje de la celda y genera una señal de control para ajustar el ciclo de trabajo del transistor de conmutación para cambiar la corriente que fluye hacia la batería. Los controladores de carga de conmutación son más complejos y costosos, pero más eficientes que los controladores de carga lineales.

Ahora, en cuanto a la cantidad de corriente que puede consumir el controlador de carga para cargar la batería, esto generalmente está determinado por el software que se ejecuta en el teléfono. Cuando conecta el teléfono al puerto USB de su computadora, solo puede consumir una cantidad limitada de energía antes de tener que pedirle permiso a la computadora para consumir más. Los cargadores de teléfonos celulares generalmente anuncian su límite de corriente a través de una resistencia conectada entre las líneas de datos USB. Esta resistencia se detecta y mide y el límite de corriente correspondiente se transmite al controlador de carga para que sepa cuánta corriente puede consumir de manera segura para cargar la batería.

En cuanto a compartir energía con el cargador de la batería, el teléfono sin duda consumirá energía adicional más allá de lo que entra en la batería. De hecho, dependiendo de cómo esté configurado el teléfono, puede consumir más energía cuando está conectado a un cargador que si se estuviera agotando su batería interna, utilizando esta corriente para proporcionar una pantalla más brillante, una luz de fondo más prolongada antes del modo de espera. , mayor rendimiento de la CPU, etc.

Gracias por todo eso, muy apreciado. Cuando dice 'Generalmente, las baterías de iones de litio se cargan con una corriente constante hasta que el voltaje de la celda alcanza un nivel específico', ¿qué quiere decir con que el voltaje de la celda alcance un cierto nivel? ¿No sería siempre un valor fijo? Además, ¿por qué es malo usar un cargador con un voltaje más alto que el que se suministra con el teléfono? ¿El chip controlador de carga no puede proporcionar suficiente resistencia para reducir la corriente a niveles seguros? Gracias.
El voltaje de carga depende de la química de la batería. Algunas baterías de iones de litio se cargan a 4,2 V, otras a 3,6 V, etc. Y el voltaje de la batería variará con el estado de carga actual: menos carga significa menos voltaje de celda, pero la relación no es lineal (caída rápida de completamente llena, más plana meseta por un tiempo, caída rápida de nuevo cuando baja). Usar un cargador con un voltaje más alto puede ser un problema ya que esa diferencia de voltaje tiene que ir a alguna parte. Para un controlador de carga lineal, esto puede generar MUCHO calor, lo que podría causar daños si no se maneja adecuadamente.
Gracias de nuevo. Volviendo a las 3 preguntas en mi publicación, en términos simples, las siguientes son correctas: 1. El chip controlador de carga dentro del teléfono dicta cuánta corriente se consume, actuando como un interruptor o como una resistencia variable. 2. El software en el teléfono determinaría cuánta corriente puede consumir el teléfono, algunos teléfonos pueden consumir hasta 2A. 3. Una vez más, el chip controlador de carga dentro del teléfono detiene el consumo de corriente de la celda cuando está lleno. ¿Todavía no estoy seguro de cómo lo hace? Disculpa si me lo has explicado y no te he entendido, soy nuevo en todo esto.
¿Cómo, en términos de cómo determina cuándo dejar de cargar, o cómo realmente apaga la corriente? La batería en sí determina cuánta corriente se consume cuando está en modo de voltaje constante, creo que la práctica estándar es desconectar electrónicamente el cargador de la batería una vez que la corriente cae por debajo de un umbral de corriente. Físicamente, esto se implementará con un comparador que analiza la salida de la resistencia de detección de corriente y un transistor. En general, este será el mismo transistor que se usa para limitar la corriente de carga, simplemente debe apagarse por completo.
Gracias por eso, realmente lo aprecio. Perdón por ser quisquilloso, pero ¿puede conformarse con lo siguiente de mi comentario anterior con respecto a mis preguntas originales? "1. Es el chip controlador de carga dentro del teléfono el que dicta la cantidad de corriente que se consume, actuando como un interruptor o como un resistencia variable. 2. El software en el teléfono determinaría cuánta corriente puede consumir el teléfono, algunos teléfonos pueden usar toda la corriente adicional que el cargador puede proporcionar, mientras que algunos teléfonos pueden no usar nada".
Sí, es un resumen bastante bueno.
Lamento molestarle de nuevo. ¿Te importa aclarar 2 cosas que has dicho? 1 - "la clasificación de la fuente de alimentación es generalmente el voltaje nominal y la corriente máxima", ¿es esta la corriente máxima que la fuente de alimentación puede entregar físicamente o lo que puede entregar de manera segura? 2 - Volviendo al uso de una fuente de alimentación con un voltaje demasiado alto, ¿sería el trabajo del controlador de carga tratar de entregar una cantidad segura de corriente a la celda y, por lo tanto, tendría que proporcionar una cantidad de resistencia mayor de lo que era? diseñado para hacer para reducir la corriente y, por lo tanto, generar mucho más calor?
1. es la corriente de diseño, la fuente de alimentación debería poder mantener el voltaje a la corriente especificada, luego el voltaje podría comenzar a caer. En general, las fuentes de alimentación deben estar bien diseñadas para que se comporten de manera segura con cualquier carga razonable (es decir, se apagan/entran en el límite de corriente cuando se cortocircuita en lugar de incendiarse). 2. más o menos, ese voltaje adicional tiene que ir a alguna parte. En un regulador lineal, eso significa más calor. En un regulador de conmutación, consumirá la misma cantidad de energía (voltios por amperios) a una corriente más baja, aunque podría ser menos eficiente.
Lo último, promesa. Usted dice que el voltaje podría comenzar a caer con una corriente más alta que la corriente de diseño, pero ¿no podría esto equilibrarse con aproximadamente la misma cantidad de energía? es decir, P = VI. Supongo que no funciona así, supongo que solo sería una pequeña caída de voltaje en comparación con el aumento de corriente, por lo tanto, ¿seguirá aumentando la potencia?
Depende del diseño de la fuente de alimentación. Para ver un ejemplo del mundo real, consulte la parte inferior de la página 7 de xppower.com/pdfs/LF_ECM40-100.pdf . Ese suministro está clasificado para 24V y 2.5A. En realidad, suministrará 24 V hasta 4 A, aunque es posible que tenga problemas térmicos y de confiabilidad si opera con esa salida durante mucho tiempo. Después de 4A, el voltaje de salida comenzará a caer. Un poco más lejos, y la protección contra sobrecorriente se dispara y restablece el suministro.
Gracias, interesante. Eso es lo que quiero decir, mirando el gráfico, a 4A el voltaje es de 24V, por lo que la potencia es de 96W. A 5A, el voltaje parece ser de 18V, lo que equivale a 90W. Entonces, ¿por qué es peor que la fuente de alimentación funcione a 18V 5A que a 24V 4A? Instintivamente hubiera pensado que sería al revés...
Depende de cómo se construya el suministro. Los suministros lineales tienen un transformador seguido de un rectificador y un regulador lineal. El regulador tiene que disipar el voltaje adicional, por lo que la protección contra sobrecorriente generalmente se incorpora para permitir que el voltaje caiga después de cierto punto. En algunos casos, esta protección también disminuirá el límite de corriente para disminuir la disipación de energía general, ya que obtendrá una mayor disipación en el regulador con un voltaje de salida más bajo a la misma corriente. Esto se llama 'limitación de corriente plegable'.
En un suministro de conmutación, eventualmente llega al límite del ciclo de trabajo. Dado que el ciclo de trabajo es más o menos proporcional a la potencia de salida, el voltaje caerá a medida que aumente la corriente para una potencia de salida más o menos constante. La potencia de salida probablemente también caerá debido a la disminución de la eficiencia a alta salida. Las curvas de eficiencia en la hoja de datos que vinculé solo se representan en la potencia de salida nominal, por lo que no ve esta caída en esas curvas.
No es que sea "mejor" o "peor", así es como funciona el diseño de la fuente de alimentación bajo carga. Además, más información sobre la limitación de retroceso con algunos buenos gráficos: en.wikipedia.org/wiki/Foldback_%28power_supply_design%29
Perdón por seguir molestando, usted dice "El regulador tiene que disipar el voltaje adicional, por lo que la protección contra sobrecorriente generalmente está incorporada para permitir que el voltaje caiga después de cierto punto". ¿Qué quiere decir con voltaje adicional? ¿No es el voltaje siempre el mismo (hasta que cae, es decir, 24 V en el enlace que envió), no es la corriente adicional?
No, me refiero a voltaje extra. En una fuente de alimentación lineal, tiene un transformador y un rectificador que generan, digamos, 36 voltios sin carga, 28 voltios con carga completa (o algo así). Luego, el regulador lineal disipará la diferencia entre el voltaje del transformador y el voltaje de salida como calor. Si proporciona un límite de corriente simple, cuando la carga intenta consumir más corriente, el voltaje de salida cae. Sin embargo, es posible que el voltaje del transformador no caiga tanto, por lo que el regulador tiene que disipar aún más energía. Por lo tanto, por qué se usa la protección de retroceso, también reduce el límite de corriente.
¡Cierto, esto es definitivamente lo último! usted dijo 'Los cargadores de teléfonos celulares generalmente anuncian su límite actual a través de una resistencia'. Si un teléfono viene con un cargador de 2A, entonces usé uno de 0.7A, ¿es peligroso? He leído que lo es, pero con lo que dijiste, ¿el cargador no le diría al controlador de carga que solo puede producir 0.7A y eso es todo lo que el teléfono puede dibujar?
Hola Alex, siento mucho ser una molestia, ¿puedes confirmar mi último mensaje en el chat de arriba? Supongo que la respuesta es sí, solo quiero estar seguro...
Podría haber jurado que publiqué una respuesta a eso. De todos modos, no creo que vaya a ser peligroso. Sin embargo, la batería solo se cargará con la diferencia entre la capacidad de suministro de la fuente de alimentación y el consumo de corriente del propio dispositivo. Si la fuente de alimentación externa emite menos corriente que la corriente requerida por la CPU, la pantalla, la radio, etc., la batería seguirá descargándose. Sin embargo, es poco probable que 700 mA sea menos de lo que el sistema requiere para funcionar, por lo que la batería se cargará, aunque más lentamente que con el suministro de 2A.
Gracias, creo que la sala de chat no funciona correctamente por alguna razón. El último mensaje que publiqué allí fue: "Y supongo que cuando el proceso de negociación falla es cuando pueden ocurrir problemas, con el teléfono tratando de extraer una corriente más alta de la que es capaz el suministro, lo que podría dañarlo". La razón por la que digo eso es por lo que dice aquí , donde dice "corriente demasiado baja" aproximadamente a la mitad. ¿Sería ese el caso si el proceso de negociación fallara?

La carga de la batería del teléfono celular se maneja a través de un IC de carga de batería. Por lo general, un regulador de conmutación que varía el voltaje y la corriente para cargar la batería. También mide el voltaje y la temperatura de la batería para saber cuándo cortar la carga, a través de un mosfet.

¿Cómo funciona la carga de la batería de un teléfono?
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