Wie funktioniert das Aufladen eines Telefonakkus?

  1. Wenn ein Telefon beispielsweise mit einem Ladegerät mit einer Nennspannung von 5 V und 0,7 A geliefert wird, wenn es zum Aufladen angeschlossen ist, was bestimmt den Strom, den das Telefon zieht, ist es der Widerstand des Telefons?

  2. Wenn I = V / R, bieten Telefone normalerweise wenig Widerstand, sodass der Strom das Maximum ist, das das Ladegerät liefern kann? dh im obigen Beispiel, wenn das Telefon ausgeschaltet wäre, würde es ständig 0,7 A ziehen, und wenn das Ladegerät mit einem mit 5 V und 2 A bewertet wurde, würde das Telefon mehr als 0,7 A ziehen? könnte es 2A erreichen?

  3. ... etwas Nebenfrage, aber wenn das Telefon aufgeladen ist, wie hört es auf, Strom zu ziehen? erneut, wenn I = V/R, muss das Telefon den Betrag des Widerstands ändern, den es bereitstellt? wie macht es das?

Um ehrlich zu sein, suche ich nur nach ziemlich einfachen Antworten, da dies nur eine allgemeine Frage ist und ich nicht in die Tiefe gehen muss.

Danke.

Antworten (2)

Im Inneren des Telefons befindet sich ein Laderegler-Chip, der bestimmt, wie viel Strom in den Akku eingespeist wird. Im Allgemeinen werden Lithium-Ionen-Akkus mit einem konstanten Strom geladen, bis die Zellenspannung ein bestimmtes Niveau erreicht. An diesem Punkt schaltet der Laderegler auf Konstantspannungsladung um, bis der von der Zelle gezogene Strom auf Null abfällt. Es ist ein bisschen schwierig, über Widerstände nachzudenken, da in der Zelle selbst chemische Reaktionen stattfinden und der Laderegler aus vielen Transistoren aufgebaut ist.

Eine Sache, die zu den Nennwerten zu beachten ist: Die Nennleistung auf dem Netzteil ist im Allgemeinen die Nennspannung und der maximale Strom. Es liefert nicht immer den Strom auf dem Etikett. Es ist ganz einfach zu verstehen, warum das so ist: Wenn nichts verbunden ist, gibt es keinen Weg für den Stromfluss, also ist der Strom Null.

Laderegler regulieren im Allgemeinen den Stromfluss in die Zelle auf eine von zwei Arten. Je nach Ausführung des Ladereglers kann der Regler-IC einen Transistor verwenden, der entweder als Schalter oder als variabler Widerstand fungiert. Lineare Laderegler funktionieren wie ausgefallene variable Widerstände, die den Widerstand zwischen dem Eingang des Ladegeräts und dem Batterieanschluss so ändern, dass eine bestimmte Strommenge fließt. Der Strom wird normalerweise mit einem Strommesswiderstand gemessen, einem Widerstand mit kleinem Wert (im Allgemeinen 0,01 bis 0,5 Ohm), der proportional zum Strom eine kleine Spannung erzeugt. Der gemessene Strom wird dann in einer analogen Rückkopplungsschleife verwendet, um den Transistor zu steuern. Dieser Treibertransistor leitet die Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang des Ladegeräts und der Zelle als Wärme ab, P = (Vcharger-Vcell) * Icell. Lineare Laderegler sind im Allgemeinen klein und billig, aber ineffizient. Diese Verlustleistung kann zu ziemlich viel zusätzlicher Wärme führen, die irgendwo abgeführt werden muss. Lineare Laderegler müssen auch eine höhere Eingangsspannung haben als die gewünschte Zellenladespannung. Lithium-Ionen-Akkus werden im Allgemeinen auf etwa 4,2 Volt pro Zelle aufgeladen, sodass eine einzelne Zelle mit einer 5-V-Stromversorgung dem Laderegler etwa 800 mV zum Arbeiten überlässt.

Eine andere Ausführung eines Ladereglers ist ein Schaltregler. Diese Controller verwenden einen DC-zu-DC-Wandler, um Ladung in die Zelle zu bewegen. Ein DC-DC-Wandler verwendet zwei Schalter (im Allgemeinen einen Transistor und eine Diode) und eine Art Energiespeicher (im Allgemeinen eine Induktivität und mehrere Kondensatoren), um die Eingangsspannung effizient zu ändern. Ein Abwärtswandler (auch als Abwärtswandler bekannt) arbeitet, indem er abwechselnd Energie in der Induktivität bei einer hohen Frequenz (100 kHz bis einige MHz) speichert und abführt. Da die Transistoren die meiste Zeit entweder vollständig ein- oder vollständig ausgeschaltet sind, wird weniger Leistung verbraucht, wodurch der Wandler effizienter wird. Es ist auch möglich, einen Wandler zu entwerfen, der Strom aus einer Versorgung mit niedrigerer Spannung als der Zellenspannung ziehen kann. Abgesehen vom DC/DC-Wandler, Der Betrieb eines Schaltladereglers ist im Wesentlichen der gleiche wie bei einem linearen Laderegler: Er misst den Zellenstrom und die Zellenspannung und erzeugt ein Steuersignal, um das Tastverhältnis des Schalttransistors anzupassen, um den in die Batterie fließenden Strom zu ändern. Schaltladeregler sind aufwendiger und teurer, aber effizienter als lineare Laderegler.

Wie viel Strom der Laderegler zum Laden des Akkus ziehen kann, wird im Allgemeinen durch die auf dem Telefon ausgeführte Software bestimmt. Wenn Sie das Telefon an den USB-Anschluss Ihres Computers anschließen, kann es nur eine begrenzte Menge Strom ziehen, bevor es den Computer um Erlaubnis bitten muss, mehr zu ziehen. Handy-Ladegeräte geben ihre Stromgrenze in der Regel über einen zwischen die USB-Datenleitungen geschalteten Widerstand bekannt. Dieser Widerstand wird erkannt und gemessen und die entsprechende Stromgrenze wird dann an den Laderegler weitergegeben, damit dieser weiß, wie viel Strom er sicher ziehen kann, um die Batterie aufzuladen.

Was die gemeinsame Stromversorgung mit dem Akkuladegerät betrifft, so zieht das Telefon mit Sicherheit zusätzlichen Strom über das hinaus, was in den Akku eingespeist wird. Je nachdem, wie das Telefon konfiguriert ist, kann es tatsächlich mehr Strom verbrauchen, wenn es an ein Ladegerät angeschlossen ist, als wenn es von seinem internen Akku betrieben würde, wobei dieser Strom verwendet wird, um ein helleres Display und eine längere Hintergrundbeleuchtung vor dem Standby bereitzustellen , höhere CPU-Leistung usw.

Danke für all das, sehr geschätzt. Wenn Sie sagen „Im Allgemeinen werden Lithium-Ionen-Akkus mit einem konstanten Strom geladen, bis die Zellspannung ein bestimmtes Niveau erreicht“, was meinen Sie damit, wenn die Zellspannung ein bestimmtes Niveau erreicht, wäre dies nicht immer ein fester Wert? Warum ist es außerdem schlecht, ein Ladegerät mit einer höheren Spannung als das mit dem einen Telefon gelieferte zu verwenden, kann der Laderegler-Chip nicht genügend Widerstand bieten, um den Strom auf ein sicheres Niveau zu senken? Danke.
Die Ladespannung hängt von der Batteriechemie ab. Einige Lithium-Ionen-Akkus werden auf 4,2 V geladen, andere auf 3,6 V usw. Und die Akkuspannung variiert mit dem aktuellen Ladezustand - weniger Ladung bedeutet weniger Zellspannung, aber das Verhältnis ist nicht linear (schneller Abfall von vollständig voll, flacher Plateau für eine Weile, schneller Abfall wieder, wenn er niedrig wird). Die Verwendung eines Ladegeräts mit einer höheren Spannung kann ein Problem sein, da diese Spannungsdifferenz irgendwohin führen muss. Bei einem linearen Laderegler kann dies dazu führen, dass VIEL Wärme erzeugt wird, die Schäden verursachen kann, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.
Danke noch einmal. Um auf die 3 Fragen in meinem Beitrag zurückzukommen, sind in einfachen Worten die folgenden richtig: 1. Der Laderegler-Chip im Telefon bestimmt, wie viel Strom gezogen wird, und fungiert entweder als Schalter oder als variabler Widerstand. 2. Die Software auf dem Telefon würde bestimmen, wie viel Strom das Telefon ziehen kann, einige Telefone können möglicherweise bis zu 2 A ziehen. 3. Auch hier stoppt der Laderegler-Chip im Telefon die Stromaufnahme der Zelle, wenn sie voll ist. Ich bin mir immer noch nicht sicher, wie es das macht, obwohl? Entschuldigung, wenn Sie es erklärt haben und ich es nicht verstanden habe, ich bin neu in all dem.
Wie wird bestimmt, wann der Ladevorgang beendet wird oder wie der Strom tatsächlich abgeschaltet wird? Die Batterie selbst bestimmt, wie viel Strom im Konstantspannungsmodus gezogen wird. Ich denke, es ist Standardpraxis, das Ladegerät elektronisch von der Batterie zu trennen, sobald der Strom unter einen bestimmten Schwellenstrom fällt. Physikalisch wird dies mit einem Komparator implementiert, der auf den Ausgang des Strommesswiderstands und eines Transistors schaut. Im Allgemeinen ist dies derselbe Transistor, der zur Begrenzung des Ladestroms verwendet wird, er muss einfach ganz ausgeschaltet werden.
Danke dafür, wirklich zu schätzen. Entschuldigung für die Spitzfindigkeiten, aber können Sie das Folgende aus meinem vorherigen Kommentar zu meinen ursprünglichen Fragen anpassen: „1. Es ist der Laderegler-Chip im Telefon, der vorgibt, wie viel Strom gezogen wird, und entweder als Schalter oder als fungiert variabler Widerstand. 2. Die Software auf dem Telefon würde bestimmen, wie viel Strom das Telefon ziehen kann, einige Telefone können möglicherweise den gesamten zusätzlichen Strom verwenden, den das Ladegerät liefern kann, während einige Telefone möglicherweise keinen verwenden können.
Ja, das ist eine ziemlich gute Zusammenfassung.
Tut mir Leid dass ich dich nochmal störe. Haben Sie etwas dagegen, 2 Dinge zu klären, die Sie gesagt haben? 1 - "Die Nennleistung des Netzteils ist im Allgemeinen die Nennspannung und der maximale Strom", ist dies der maximale Strom, den das Netzteil physikalisch liefern kann, oder was es sicher liefern kann? 2 - Zurück zur Verwendung eines Netzteils mit einer zu hohen Spannung, wäre es die Aufgabe des Ladereglers zu versuchen, eine sichere Strommenge an die Zelle zu liefern, und müsste daher einen höheren Widerstand bieten als er war entwickelt, um den Strom zu senken und daher viel mehr Wärme zu erzeugen?
1. Es ist der Auslegungsstrom, das Netzteil sollte in der Lage sein, die Spannung auf dem angegebenen Strom zu halten, dann könnte die Spannung zu sinken beginnen. Im Allgemeinen sollten Netzteile gut konstruiert sein, damit sie sich bei jeder angemessenen Last sicher verhalten (dh sie werden abgeschaltet / gehen in die Strombegrenzung, wenn Sie sie kurzschließen, anstatt Feuer zu fangen). 2. ziemlich genau, diese zusätzliche Spannung muss irgendwo hin. Bei einem Linearregler bedeutet das mehr Wärme. In einem Schaltregler zieht er die gleiche Menge an Strom (Volt mal Ampere) bei einem niedrigeren Strom, obwohl er weniger effizient sein könnte.
Letzte Sache, versprochen. Sie sagen, die Spannung könnte bei einem höheren Strom als dem Auslegungsstrom abfallen, aber könnte sich dies nicht bei etwa der gleichen Leistung ausgleichen? dh P = VI. Ich nehme an, es funktioniert so nicht, ich vermute, es wäre nur ein kleiner Spannungsabfall im Vergleich zur Stromerhöhung, daher wird die Leistung immer noch erhöht?
Hängt von der Ausführung des Netzteils ab. Ein Beispiel aus der Praxis finden Sie unten auf Seite 7 von xppower.com/pdfs/LF_ECM40-100.pdf . Diese Versorgung ist für 24 V und 2,5 A ausgelegt. Es liefert tatsächlich 24 V bei bis zu 4 A, obwohl es zu thermischen und Zuverlässigkeitsproblemen kommen kann, wenn Sie längere Zeit mit diesem Ausgang arbeiten. Nach 4A beginnt die Ausgangsspannung abzufallen. Etwas weiter, und der Überstromschutz löst aus und setzt die Versorgung zurück.
Danke, interessant. Das ist in etwa das, was ich meine, wenn ich mir das Diagramm anschaue, bei 4 A beträgt die Spannung 24 V, also beträgt die Leistung 96 W. Bei 5 A scheint die Spannung 18 V zu betragen, was 90 W entspricht. Warum ist es dann schlimmer, wenn das Netzteil mit 18 V 5 A läuft als mit 24 V 4 A? Instinktiv hätte ich gedacht, es wäre umgekehrt...
Es kommt darauf an, wie die Versorgung aufgebaut ist. Linearversorgungen haben einen Transformator, gefolgt von einem Gleichrichter und einem Linearregler. Der Regler muss die zusätzliche Spannung ableiten, daher ist normalerweise ein Überstromschutz eingebaut, um die Spannung nach einem bestimmten Punkt abfallen zu lassen. In einigen Fällen verringert dieser Schutz auch die Strombegrenzung, um die Gesamtverlustleistung zu verringern, da Sie bei gleichem Strom eine höhere Verlustleistung im Regler mit einer niedrigeren Ausgangsspannung erhalten. Dies wird als „Foldback-Strombegrenzung“ bezeichnet.
Bei einer Schaltversorgung stoßen Sie schließlich auf die Einschaltdauergrenze. Da die Einschaltdauer mehr oder weniger proportional zur Ausgangsleistung ist, fällt die Spannung mit zunehmendem Strom für mehr oder weniger konstante Ausgangsleistung. Die Ausgangsleistung wird wahrscheinlich auch aufgrund des verringerten Wirkungsgrads bei hoher Leistung sinken. Die Effizienzkurven in dem von mir verlinkten Datenblatt sind nur auf die Nennausgangsleistung aufgetragen, sodass Sie diesen Abfall in diesen Kurven nicht sehen.
Es ist nicht "besser" oder "schlechter", sondern nur so funktioniert das Netzteildesign unter Last. Weitere Informationen zum Foldback-Limiting mit einigen netten Grafiken: en.wikipedia.org/wiki/Foldback_%28power_supply_design%29
Tut mir leid, dass ich nicht weiter picken muss, Sie sagen: "Der Regler muss die zusätzliche Spannung abführen, daher ist normalerweise ein Überstromschutz eingebaut, um die Spannung nach einem bestimmten Punkt abfallen zu lassen." Was meinen Sie mit zusätzlicher Spannung, ist die Spannung nicht immer gleich (bis sie abfällt, dh 24 V in der von Ihnen gesendeten Verbindung), ist es nicht der zusätzliche Strom?
Nein, ich meine zusätzliche Spannung. In einer linearen Stromversorgung haben Sie einen Transformator und einen Gleichrichter, die beispielsweise 36 Volt ohne Last, 28 Volt unter Volllast (oder so) erzeugen. Dann führt der Linearregler die Differenz zwischen der Transformatorspannung und der Ausgangsspannung als Wärme ab. Wenn Sie eine einfache Strombegrenzung bereitstellen, sinkt die Ausgangsspannung, wenn die Last versucht, mehr Strom zu ziehen. Die Spannung vom Transformator fällt jedoch möglicherweise nicht so stark ab, sodass der Regler noch mehr Leistung abführen muss. Aus diesem Grund wird der Foldback-Schutz verwendet, der auch die Stromgrenze senkt.
Richtig, das ist definitiv das Letzte! Sie sagten: "Handy-Ladegeräte geben ihre Strombegrenzung im Allgemeinen über einen Widerstand an". Wenn ein Telefon mit einem Ladegerät mit einer Nennleistung von 2 A geliefert wird und ich eines mit 0,7 A verwendet habe, ist das gefährlich? Ich habe gelesen, dass dies der Fall ist, aber würde das Ladegerät dem Laderegler mit dem, was Sie gesagt haben, nicht mitteilen, dass es nur 0,7 A erzeugen kann, und das ist alles, was das Telefon einmal zieht?
Hey Alex, es tut mir wirklich leid, dass ich lästig bin, kannst du einfach meine letzte Nachricht im obigen Chat bestätigen, ich nehme an, die Antwort ist ja, ich will nur sicher sein...
Ich hätte schwören können, dass ich darauf geantwortet habe. Jedenfalls glaube ich nicht, dass es gefährlich wird. Allerdings wird der Akku nur mit der Differenz zwischen der Lieferfähigkeit der Stromquelle und der Stromaufnahme des Gerätes selbst geladen. Liefert das externe Netzteil weniger Strom als CPU, Bildschirm, Radio etc. benötigen, entlädt sich der Akku tatsächlich weiter. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass 700 mA weniger sind als das, was das System zum Betrieb benötigt, sodass die Batterie aufgeladen wird, wenn auch langsamer als mit der 2-A-Versorgung.
Danke, ich glaube, der Chatroom funktioniert aus irgendeinem Grund nicht richtig. Die letzte Nachricht, die ich dort gepostet habe, war: "Und ich nehme an, wenn der Verhandlungsprozess fehlschlägt, können Probleme auftreten, wenn das Telefon versucht, einen höheren Strom zu ziehen, als die Versorgung fähig ist, was es möglicherweise beschädigen könnte?" Der Grund, warum ich das sage, liegt an dem, was hier steht , wo etwa auf halber Höhe „Strom zu niedrig“ steht. Wäre das der Fall, wenn der Verhandlungsprozess scheiterte?

Das Aufladen des Handyakkus erfolgt über einen Akkulade-IC. Typischerweise ein Schaltregler, der Spannung und Strom variiert, um die Batterie aufzuladen. Es misst auch die Batteriespannung und -temperatur, um zu wissen, wann der Ladevorgang über einen Mosfet unterbrochen werden muss.

Wie funktioniert das Aufladen eines Telefonakkus?
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