¿Cómo las computadoras portátiles cambian sin problemas de la alimentación de CA de la pared a la batería?

Entonces, la pregunta radica en cómo la computadora portátil cambia de usar la alimentación de CA de la pared a usar la batería, sin apagarse por esa fracción de segundo cuando desconecta la máquina del adaptador de corriente de la pared.

Respuesta corta: controles muy rápidos.

Hay muchas maneras de implementar esta funcionalidad, pero en las placas base modernas (alrededor de 2020) esto se hace por medio de un IC de cargador dedicado que controla cuándo la energía debe provenir de la fuente de alimentación de CA o de la batería conectando/desconectando la batería por medio de de un MOSFET entre la batería y el resto de la placa base.

El esquema de ejemplo anterior proviene de la hoja de datos ISL9238 . Este IC mide el voltaje de entrada de CA (que es CC en el momento en que llega a este IC) y, si está presente, usa esa entrada para alimentar la placa base + cargar la batería. De lo contrario, el IC cambia para alimentar el sistema solo con la batería y el cambio se produce en unos pocos microsegundos.

Durante esa pequeña ventana de n microsegundos, los condensadores de desacoplamiento en la placa tienen suficiente carga para alimentar la placa base. Y si estos condensadores, por alguna razón, no fueran suficientes para alimentar la placa base durante el período de conmutación, el diodo del cuerpo del MOSFET en serie conducirá hasta que el IC encienda completamente el MOSFET.

Hay otros modos operativos disponibles desde este IC (como el modo suplementario de batería), pero eso está fuera del alcance de esta pregunta.

Hay todo un mundo de circuitos integrados de cargador que hacen esto: el ISL9238 es solo uno de ellos. Consulte la sección Cargadores de batería de Digikey si tiene curiosidad por obtener más información.

Varias computadoras portátiles funcionan tal como usted describe y, de hecho, es muy difícil para las baterías. No solo se carga al 100 %, sino que simplemente permanece inactiva al 100 %, enfatiza una celda de litio.

Algunos sistemas de carga desvían la energía de entrada por separado a la batería y la carga cuando está enchufada. Este es un mejor sistema porque brinda más control sobre la corriente de la batería (ya que se puede medir por separado de la corriente de carga). Sin embargo, esto no resuelve el problema de quedarse inactivo con la carga completa.

Por esta razón, algunas computadoras portátiles tienen una opción de BIOS para cargar la batería solo al 80%. Algunos estudios han demostrado que mantener la batería entre el 20 % y el 80 % puede aumentar la vida útil de la batería en un orden de magnitud en lugar de bajarla a 0 y cargarla a 100.

Los niveles de carga por debajo del 20% también son desproporcionadamente estresantes para las baterías.

Los esquemas de batería y fuente de alimentación para computadoras portátiles son muy complejos. Cuando la computadora portátil está conectada a la fuente de alimentación principal de CA, el voltaje presentado por esa unidad se proporciona tanto a las fuentes de alimentación conmutadas internas como a la unidad de carga de batería interna. La batería tendrá interruptores FET o, como mínimo, estará aislada por diodos en la salida para que una computadora portátil que funcione con su fuente de alimentación de CA NO ESTÉ conectada a la batería en absoluto. El aislamiento de diodo rara vez se usa debido al problema de Vf/potencia, se usan interruptores FET o los llamados diodos activos.

Cargar (y saber el estado de) la batería es una tarea compleja. La mayoría de las computadoras portátiles mostrarán un porcentaje de carga de la batería mientras están conectadas a la red eléctrica, y esto requiere que la batería esté aislada de los convertidores CC-CC de la fuente de alimentación interna principal. Averiguar el estado de carga de la batería implica un control de voltaje complejo o un IC de estado de energía integrado en el paquete de baterías.

Si piensa en las características operativas de una computadora portátil, podría pensar en:

1. El voltaje de la batería no es el mismo que el voltaje de la fuente de alimentación externa y, por lo general, se usaría un convertidor descendente. La mayoría de las computadoras portátiles típicas tienen un nivel de entrada de 19 V (o similar).

2. La mayoría de los paquetes de baterías de portátiles (LiIon) son de 4 celdas, por lo que el voltaje máximo será de unos 16,8 V. Esto permite una caída de voltaje razonable (un cargador de dólar) de 19V.

3. Prácticamente todas las computadoras portátiles tienen un indicador de pantalla para el estado de carga, y esto sería casi imposible de calcular si la computadora portátil consumiera energía tanto de la PS externa como de la batería.

Eso es fácil. Es como tu coche.

El portátil siempre está conectado a la batería y siempre puede extraer de ella.

Mientras tanto, el "alternador" (Power block en este caso) está inyectando energía al sistema.

En su automóvil, el alternador está ajustado para generar exactamente el voltaje de flotación de su batería, por lo que la corriente fluye hasta que está completamente cargada, luego la corriente de la batería simplemente se detiene. Toda la salida del alternador va a los sistemas del automóvil. Esto se marca lo suficientemente bien como para que los automóviles puedan usar baterías SLA como Optima Red-tops.

En su computadora portátil, sucede en gran medida lo mismo, pero la batería de la computadora portátil también está protegida por un circuito protector que impide el flujo de corriente que pondría en peligro o dañaría la batería. Así que nada se deja al azar. Los circuitos de protección detienen el flujo de corriente si es necesario.