Аккумуляторы

Приобретая мобильный телефон, человек, как правило, меньше всего задумывается над сроком его безотказной работы. А если и задумывается, то связывает его прежде всего с ненадежностью микросхем, радиоэлементов и механическими повреждениями. Исследования показывают, что первое место по отказам занимают элементы питания. В настоящее время в мобильных телефонах используют никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторные батареи. Рассмотрим характеристики аккумуляторов.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора – максимальное количество электричества, которое можно получить от одной полной зарядки. Обозначается латинской буквой С и выражается в ампер-часах (А-ч) или миллиампер-часах (мА-ч). Так, например, аккумулятор емкостью 720 мА-ч способен отдавать в нагрузку ток 720 мА в течение оного часа или 360 мА в течение двух часов. При этом, конечно, разрядный ток не должен превышать некоторой максимальной силы для конкретного типа аккумулятора, иначе его пластины быстро выйдут из строя.

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Чем оно меньше, тем больший ток способен отдать аккумулятор в нагрузку. Это очень важная характеристика. В режиме приема мобильный телефон потребляет небольшой ток. Однако во время разговора ток резко возрастает. В этом случае аккумуляторы с различным внутренним сопротивлением ведут себя по-разному. Никель-кадмиевые, обладающие наименьшим внутренним сопротивлением, легко отдают требуемый ток. Никель-металл-гидридные обладают самым высоким сопротивлением, поэтому дают просадку напряжения, которая может привести к сбоям либо ваш телефон выдаст сигнал, что аккумулятор разряжен. Так как мобильные телефоны в процессе работы потребляют более или менее стабильный ток, то для их питания применяют литий-ионные либо литий-полимерные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные применяют при питании устройств, потребляющих стабильный ток.

Плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи

Измеряется в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы аккумулятора (встречается и к литру объема). Здесь лидируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (110... 160 Вт/кг), заметно уступают им аккумуляторы 100… 130 Вт/кг. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют этот показатель 60… 120, никель-кадмиевые - 45… 80 Вт х ч/кг. Из сказанного следует, что наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, несколько большими - никель-металл-гидридные. А литий-полимерным аккумуляторам можно придать практически любую форму.

Время заряда аккумулятора

Это довольно важная характеристика, поскольку при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных телефонов приходится заряжать почти ежедневно. Варьируется от 1 часа у никель-кадмиевых (при необходимости их можно зарядить за 15 минут) и 2… 4 часов у никель-металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных.

Номинальное напряжение одного элемента

У никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 1,25 В, у литий-ионных и литий-полимерных - 3,6 В. Причем у первых двух типов напряжение в процессе разряда практически стабильно, в то время как у литий-ионных аккумуляторов в процессе разряда оно линейно снижается от 4,2 до 2,8 В.

Саморазряд аккумулятора

Саморазряд - уменьшение заряда заряженного, но не подключенного к потребителю энергии аккумулятора в процессе его хранения. Для никель-кадмиевых аккумуляторов это одно из слабых мест. У них потеря заряда достигает 10% в первые сутки после зарядки, а затем по 10% в месяц. Примерно такой же показатель и у никель-металл-гидридных аккумуляторов. Вне конкуренции по этому показателю литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. У них саморазряд не превышает 2 – 5% в месяц, который происходит в основном из-за наличия схем контроля внутри аккумуляторов. Однако ограниченное время «жизни» этих аккумуляторов не дает полностью использовать это положительное качество.

Срок службы

Это одна из важнейших характеристик аккумуляторов, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Для аккумуляторов с различной химией он определяется по-разному. Для одних аккумуляторов критичным является общее число рабочих циклов «заряд - разряд», в то время как для других - общее время их эксплуатации.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выдерживают более 1500 циклов «заряд - разряд», и как показывает опыт, после восстановления могут проработать еще столько же. При правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые аккумуляторы служат от 5 до 10 и более лет, вплоть до механического износа их корпуса и внутренних контактов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы выдерживают около 500 циклов «заряд - разряд» и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном их обслуживании.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать-разряжать от 500 до 1000 раз. Но это число циклов полностью выбрать затруднительно из-за короткого срока службы - не более двух лет (по заявлениям производителей). Практически же литий-ионные аккумуляторы теряют свои эксплуатационные качества уже через год.
У литий-полимерных аккумуляторов число циклов «заряд - разряд» колеблется от 300 до 500, и они также редко служат более года. Кроме того, срок службы зависит и от степени разряда - при частичных разрядах он больше, чем при полных.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют наименьшее время заряда, допускают наибольший ток нагрузки и обладают наименьшим соотношением цена - срок службы, но в то же время они наиболее критичны к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Сравнительная характеристика аккумуляторов

Эффект памяти

Это общеизвестная проблема для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Эффект памяти состоит в частичной (временной) потере емкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Аккумулятор как бы помнит точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдает только полученную во время последней подзарядки емкость. Иными словами, не полностью разряженный аккумулятор помнит свою предыдущую емкость и, будучи снова полностью заряженным, при разряде отдает только такой заряд, какой он отдал в предыдущем цикле разряда. Проявляется в том, что напряжение в цепи нагруженного и, казалось бы, нормально заряженного аккумулятора внезапно, раньше времени, падает. Эффект памяти реально проявляется в том, что в повседневной жизни пользователи редко дожидаются полной разрядки аккумуляторов перед тем, как поставить их на зарядку.
Физическая суть эффекта памяти заключается в том, что при неполном разряде аккумулятора происходит укрупнение частиц рабочего вещества аккумулятора, соответственно общая площадь соприкосновения рабочего вещества с электролитом уменьшается. Вследствие этого всего за несколько месяцев емкость никель-кадмиевого или никель-металл-гидридного аккумулятора может сократиться в несколько раз.
Поэтому весьма важными для этих типов батарей являются периодические обслуживания, которые состоят в полной разрядке, а затем в полной зарядке аккумулятора. Этот процесс принято называть тренировкой аккумулятора. Никель-кадмиевые аккумуляторы требуют ежемесячной тренировки, никель-металл-гидридные - раз в два-три месяца.
При заметном уменьшении емкости никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов их подвергают процедуре восстановления. Она заключается в очень глубоком разряде аккумулятора, дробящем крупные частицы рабочего вещества на более мелкие. Для этого имеется специальное оборудование, к примеру, анализатор аккумуляторных батарей С7000 канадской фирмы CADEX. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы не обладают эффектом памяти.

Устройство

Каждый аккумулятор имеет два электрода - положительный и отрицательный. Между электродами помещается разделительный слой, препятствующий разноименным электродам внутри аккумулятора соприкасаться друг с другом. Пространство между электродами заполнено электролитом (кислотным либо щелочным). Электроды могут быть выполнены как чередующиеся пластины.
Вначале аккумуляторы имели пробки, позволявшие стравливать выделяющиеся при заряде газы и сменять электролит. Позднее разработчики придумали изготавливать разные по размерам электроды, что позволило весь выделяющийся газ поглощать непрореагировавшей частью внутри аккумулятора. А это дало возможность производить аккумуляторы в герметичном корпусе.
В корпусах многих моделей аккумуляторов имеется встроенная электроника, не допускающая глубокого разряда, чрезмерного заряда или высокой температуры.

Заряд аккумуляторов

На сегодняшний день применяют три основных метода заряда аккумуляторов:
- нормальный или медленный заряд;
- быстрый заряд;
- скоростной заряд.

Отключение аккумулятора по окончании заряда производится с использованием:
- контроля температуры;
- контроля напряжения заряда;
- контроля спада напряжения заряда;
- контроля тока в конце заряда;
- таймера.

Нормальный или медленный заряд. Этот метод хотя и редко, но применяют для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Он дешевый, но приводит к кристаллизации элементов аккумулятора, что снижает емкость и срок службы. Для заряда литий-ионных и литий полимерных аккумуляторов данный метод применять нельзя, так как происходят необратимые изменения внутренней структуры аккумуляторов.
Зарядное устройство представляет собой источник постоянного напряжения, в выходную цепь которого последовательно включен задающий ток резистор. Зарядный ток аккумуляторов принято численно выражать в частях емкости аккумулятора С. Ток нормального заряда составляет приблизительно 0,1С. Таким образом при емкости аккумулятора 720 мА/час величина 0,1С будет составлять 72 мА.

Быстрый заряд. Используется только для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов током 0,5С. Окончание заряда определяется достижением напряжения на аккумуляторе определенной величины.

Скоростной заряд. Характеризуется зарядным током 1С и включает в себя все способы отключения аккумулятора по окончании заряда.
Для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов применяют метод контроля окончания заряда по резкому незначительному снижению напряжения на аккумуляторе. Его называют отрицательным дельта V-зарядом. Его величина составляет 10…30 мВ на элемент.
Метод контроля температуры использует то, что в конце заряда проходит более интенсивный нагрев аккумулятора, и окончание заряда можно контролировать по скорости изменения температуры. При заряде никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов окончание заряда определяется в том случае, если изменение температуры достигнет 1°С/мин. Абсолютным порогом перегрева считается 60 °С.
Губительное действие на аккумулятор оказывает перезаряд, особенно если по окончании заряда его принудительно отключают, а затем снова подключают к зарядному устройству. При каждой такой операции инициируется цикл скоростного заряда при его высоком начальном токе. Частые подключения устройств, имеющих никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы, к внешним источникам питания значительно сокращают срок службы аккумуляторов.
Зарядные устройства литий-ионных аккумуляторов умеют определять степень заряда аккумулятора.
Особенностью заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов является ограничение напряжения заряда. В настоящее время эти аккумуляторы можно заряжать до 4,20 В. Допустимое отклонение составляет 0,05 В.
При заряде литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов током 1С время заряда составляет 2-3 часа. В процессе заряда они не нагреваются. Аккумулятор достигает состояния полного заряда, когда напряжение на нем достигает 4,20 В + 0,05 В, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3% от начального тока заряда.

Иногда приходится заряжать полностью разряженные аккумуляторы. В телефоне такой заряд осуществляется автоматически. А если отсутствует зарядное устройство?

При отсутствии специального зарядного устройства заряд аккумуляторов можно осуществить при помощи источника питания с регулируемым на выходе напряжением и максимальным рабочим током 2А и приборами контроля тока и напряжения следующим образом.

Аккумуляторная батарея является важным элементом мобильного устройства, так как снабжает его электрической энергией. Замена аккумулятора — ответственный шаг и не надо пренебрегать важностью этого события.
1. Первым, что необходимо сделать – это убедиться в том, что Ваш аккумулятор действительно неисправен (поверьте, что быстро разряжаться аппарат может не только из-за аккумулятора). Для этого отнесите аккумулятор в сервисный центр, для того чтобы там, на специальном оборудовании смогли проверить основные технические параметры аккумулятора. Основным параметром АКБ является емкость и внутреннее сопротивление. Если емкость аккумулятора меньше 70% от номинальной емкости либо внутреннее сопротивление больше 400 млОм, то аккумулятор необходимо заменить. Если в сервисном центре нет такого специального прибора, то можно исключить неисправность телефона, проверив его потребляемую мощность, в разных режимах подключив телефон к лабораторному блоку питания который наверняка есть в любом сервисном центре.
2. После того, как Вы убедились в неисправности Вашего аккумулятора, настало время выбрать подходящий именно для Вашего устройства аккумулятор. Вот тут и начинается самое интересное.
В настоящее время на рынке появилось большое количество китайских подделок, которые сложно отличить от оригинальных батареек. Важно подчеркнуть, что большинство малоизвестных производителей снижают номинальную емкость батареек. Давайте сравним номинальную емкость представленных на рынке не оригинальных аккумуляторов. Для сравнения возьмем наиболее распространенные виды аккумуляторов: BP-5X, BP-5M, BL-5F и BST-33.

От чего зависит время работы аккумуляторной батареи:

1. от емкости аккумуляторной батареи
2. от продолжительности разговоров по телефону
3. от параметров сети оператора
4. от температуры окружающей среды

Мобильные аккумуляторы — курс молодого бойца

Статистика гласит, что современный мужчина за год бреется в среднем от 150 до 200 раз. Угадайте, что с такой же периодичностью делают и мужчины, и женщины?
Нет, не то, что вы подумали – они подзаряжают мобильный телефон!
Примерно раз в два-три дня мы идем «кормить мобильник», а вот уже что и как они едят – отдельный разговор. Теоретически мобильный телефон может питаться и от обычной батареи, но с современными аппетитами телефонов могут спорить разве что фотоаппараты, поэтому для телефона необходима аккумуляторная батарея. В переводе с латыни слово «аккумулятор» означает ни что иное, как «собиратель». Благодаря возможности превращать электрическую энергию в химическую реакцию, а затем обратно – «химию» превращать в электроэнергию, мы и получаем на выходе такой элемент питания, как аккумулятор. Пресловутая химическая реакция ничем не примечательна — была бы возможность зарядить один электрод положительно, а другой отрицательно. Цель данной статьи – не реферат по физике, а попытка рассказать об аккумуляторах так, что бы любой прочитавший не подвергался сомнениям, домыслам и прочим страхам при приобретении и эксплуатации этих источников питания.

Для мобильных телефонов (и других портативных устройств) исторически использовали четыре типа аккумуляторов в зависимости от применяемых в них тандемах из двух химических элементов: никель-кадмиевые (NiCd & NiCad), никель-металлогидридные (NiMH, по ошибке их называют никель-магниевые), литий-ионные (LiIon), литий-полимерные (LiPol). Для обычного пользователя достаточно знать две основные технические характеристики батарей: емкость и количество циклов перезарядки. Емкость аккумулятора – это то количество энергии, которой обладает полностью заряженный аккумулятор. Измеряется в ампер-час (Ah), то есть то время, при котором проработает аккумулятор при силе тока в 1 Ампер. В мобильных устройствах работают токи гораздо меньшей силы, с приставкой «мили» и, соответственно, емкость принято указывать в милиампер-часах (mAh). Если говорить совсем уже простыми словами, то емкость аккумулятора можно сравнить с емкостью бензобака в машине. Если бензобак вмещает 10л горючего, то мопед смог бы проехать без дозаправки где-то порядка 200 км, а грузовик… ну, в лучшем случае, 30-50 км. С тем же самым успехом можно приводить примеры и относительно мобильных телефонов. Емкость аккумулятора обычно не соответствует номинальной (указанной) емкости, а колеблется в пределах 80-110%. Так, например, емкость в 700 mAh фактически может иметь как 560, так и 770 mAh. Выводы достаточно просты. Дешевый аппарат на уровне «позвонить и отправить СМС» на таком объеме может продержаться неделю без подзарядки, а «монстр» с двумя SIM картами и 4-х дюймовым экраном, с постоянно включенным Wi-Fi и Bluetooth – сутки. Помните анекдот, где абонент жаловался оператору, что он уже привык к тому, что они воруют у него заряд батареи? В принципе, абонент прав. Не только технические характеристики могут повлиять на количество времени без подзарядки. Качество покрытия сети тоже играет немаловажную роль. Попав на местность, где очень слабый сигнал от станции, телефон начинает усиленно «привязываться» к сигналу и, соответственно, поглощать больше энергии. Совсем крайний случай наступает в поездке с включенным Интернет-соединением и проигрыванием музыки (ну чем себя еще развлечь в пути?) – постоянный поиск базовых станций, подсветка экрана и работа с наушниками «приговорит» ваш аккумулятор к весьма непродолжительной работе. Характерной «болезнью» аккумуляторов является саморазряд. Саморазряд — вещь перманентная для всех типов батарей, и охарактеризовать ее можно количеством потерянного заряда в процентах. Известно, что в первые сутки после заряда батарея теряет количество энергии быстрее всего, и чуть медленнее — в оставшиеся время, поэтому в сравнительных анализах указывают саморазряд за сутки и за месяц. Вызвано это окислительно-восстановительными процессами, протекающими самопроизвольно, но на них напрямую влияет температура окружающей среды и при температуре в 100°С саморазряд вполне может увеличиться в два раза. Это, конечно, не причина хранить телефон в морозилке. Эффект не настолько сильный, что бы существенно повлиять на продолжительность работы батареи. Несмотря на то, что родоначальниками производства батарей были европейцы, первенство в мировом производстве держат Япония, Китай и Южная Корея. За годы производства каждый из видов аккумуляторов успел показать, что он может. И первым был кадмий. Никель-кадмиевые батареи, конечно, не состоят только из никеля и кадмия. Анодом здесь служит гидрат закиси никеля, а катодом – гидрат закиси кадмия, но в батарее присутствует и литий, и графит. Для батареи такого типа характерно то, что ее приходится долго заряжать, а разряжается она быстро. Из-за того, что в таких батареях очень низкое внутреннее сопротивление, она не нагревается даже при зарядке большим током. Зато когда зарядится, то нагреется достаточно чувствительно, что бы зарядное устройство уловило это и отключило процесс зарядки. Очень веский аргумент, особенно в те времена, когда об электронных контролерах зарядки даже не слышали. Пусть и принято ругать такие батареи за неудобство в эксплуатации, но кое-какие преимущества у них все-таки есть. Например, они слабочувствительны к коротким замыканиям (плюс для любителей утопить телефон), взрыво-пожаробезопасны и не так быстро портятся при перезарядке. Такие аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить. Основной минус, помимо чувствительных габаритов, так называемый «эффект памяти». «Эффект памяти» проявляется в потере емкости аккумулятора во время его эксплуатации. Происходит это оттого, что не разряженный полностью аккумулятор запоминает свое предыдущее состояние, и остаток неиспользованной энергии больше вам не отдает.

Самое интересное, что пользователь «убивает» батарею своими руками под диктовку телефона. В электрохимической системе аккумулятора появляется еще один электрический слой — с уменьшением напряжения в 0,1В. Контролер напряжения в телефоне понимает это как разрядку и сообщает, что батарея, на его взгляд, плохая. Ведь фактически энергоемкость остается прежней и, возможно, в другом телефоне (кардинально другом) батарея обрела бы новую жизнь. Но телефон упорно доказывает, что нужно еще и еще раз зарядить, таким образом, добавляет все новые «проблемные слои». Ni-Cd необходимо полностью разряжать. Можно гарантированно потерять 50% емкости, а в худшем случае останется только 30% от номинальной емкости. Несмотря на такой «Ой!», Ni-Cad-аккумулятор — большой труженик, он держит напряжение батареи «до последнего» и только когда энергия будет полностью исчерпана, напряжение упадет. Хотя этот эффект вам бы пригодился, в основном, при использовании кассетных музыкальных плееров и в фонариках. В температурном режиме такие аккумуляторы могут работать в диапазоне температур от -15 до +40°С, даже заряжаться могут при отрицательной температуре. Стоят недорого и выдерживают 1000 циклов перезарядки. Такой вот – неприхотливый суровый работяга, у которого есть потомок — Ni-MH. Тот факт, что Ni-Cd маленьким и емким не бывает, и чтобы не допустить габаритов аккумулятора размерами с сам телефон, пришлось искать ему замену. Еще один факт о токсичности самих батарей подстегнул исследователей и ученых к более плодотворной работе по поиску и разработке замены. Так на свет появился никель-металлогидридный аккумулятор. Конструктивно вместо кадмия применили серию из сплавов металлов, которые могут поглощать водород. Тот же самый гидрооксид никеля во время зарядки превращается в оксигидрид, отдавая водород сплавам отрицательного электрода. Сплав специально подбирался таким образом, что бы при реакции соблюдался тепловой баланс. Не получилось. Металлогидридные батареи греются, хоть белье на них суши. Аккумулятор получился емкий и компактный, почти без эффекта памяти. Сначала, даже, думали, что эффекта нет как такового, но ошибались. Честно говоря, потомок Ni-Cd получился дефектным: цикл перезарядки уменьшился до 500 раз, заряжался он дольше, а вот саморазрядка происходила в полтора два раза быстрее, чем у «прародителя». Зато с появлением Ni-MH мы получили такое понятие как «раскачка» аккумулятора. Для того, что бы заряд и емкость набрали полную силу, такой аккумулятор необходимо было несколько раз (2-5) разрядить и зарядить «от А до Я».

Несмотря на семейство никелевых батарей, в наше время преобладают аккумуляторы на основе лития (Li-Ion и Li-Pol). С литием все понятно – это наиболее химически активный металл. Один килограмм лития способен хранить 3860 ампер-часов (для сравнения цинк – 260 Ач). Собственно говоря, вся проблема по созданию литиевых аккумуляторов и заключалась в том, что литий слишком активен. Температура плавления составляет 180°С и при химических реакциях, характерных при окислениях, такой аккумулятор взрывается с весьма печальными последствиями. Так, в Японии взорвавшаяся батарея в мобильном телефоне обожгла несколько человек. Поэтому неустойчивый металлический литий внедрили в графитовую оболочку или применяли оболочки из других металлов. Так же как и в свое время, Нобель додумался закоксовать нитроглицерин, тем самым, создав динамит. То есть в Li-Ion-аккумуляторах в качестве преобразователя энергии используется не взаимодействие двух металлов (как в Ni-Cd, Ni-MH батареях), а ионы лития «завернутые» в безопасную оболочку графита или литийкобальтоксид. В таких батареях нет эффекта памяти, они очень энергоемкие и легкие, саморазряд составляет всего 2-5% от первоначального заряда, быстро заряжаются (1000 mAh за 4 часа), диапазон рабочих температур от -25 до + 60°С – все хорошо… Но, как всегда, своя «ложка дегтя» и здесь найдется. Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Простыми словами это можно отобразить так. Велосипед это транспортное средство, самолет истребитель тоже транспортное средство, только вот для управления вторым нужно иметь высокий уровень образования, навыков и ответственности. Каждый такой «летчик» «вшит» в мобильное устройство, что не делает его дешевле, но без него никак. Мы сравнивали Ni-Cd пакеты с работягой, а Ni-MH с его дефектным потомком. Li-Ion можно сравнить с пилотом военной авиации. Есть и у него «потомок» — Li-Pol аккумулятор. Суть литий-полимерного аккумулятора заключается в том, что катод отделили от анода композитным материалом – полимерной перегородкой. В результате аккумулятор, при тех же объемах, не только добавил 22% емкости (корпус теперь не нужен), но и смог приобретать замысловатые формы. В целом же характеристики остались прежними. Уход за любым аккумулятором достаточно прост: не перегревать, не переохлаждать и использовать сертифицированные зарядные устройства. И вообще читайте инструкцию по эксплуатации – она полезна для здоровья. Любая компания-производитель мобильных устройств старается сделать зарядное устройство максимально соответствующим данному типу аккумулятора. Много времени проводится на испытания всех режимов зарядки батарей, на проверку качества компонентов, из которых сделано зарядное устройство. В общем, старается как может, и оригинальное зарядное устройство стоит именно своих денег, потому что там используются качественные электронные компоненты и был применен квалифицированный труд. Тем не менее, на рынке огромное количество зарядных устройств неизвестных производителей собранных «на коленке» из мусора. Помните о том, что когда вставляете дешевый неликвид в розетку с напряжением в 220 В вы не рискуете недозаряженной батареей, вы не рискуете испорченным устройством. Вы рискуете сжечь свой дом, сгореть сами, потерять близких вам людей.

Аккумулятор - неотъемлемая часть мобильного телефона, которая обеспечивает ему автономную работу. От правильности эксплуатации аккумулятора, а также от возможностей вашего телефона будет зависеть то, как часто вам придется использовать зарядное устройство.

Виды аккумуляторов

Существует три основных вида аккумуляторов, используемых в мобильных телефонах: никель-кадмиевые, литий-ионные и литий-полимерные. На самом деле их больше, но остальные виды не получили массового распространения, поэтому мы оставим их за рамками этой статьи.

Никель-кадмиевые аккумуляторы когда-то были очень популярными, но сегодня от них почти отказались из-за пагубного влияния на экологию и ряда других недостатков. В современных мобильных телефонах их не используют, разве что вы найдете такой аккумулятор в какой-нибудь очень старой модели. В свое время их массовое распространение было обусловлено низкой стоимостью, в остальном же они обладали целым рядом отрицательных качеств: быстрая саморазрядка, низкое соотношение емкости и физических размеров, сильное разогревание в процессе эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым «эффектом памяти», из-за которого их приходится регулярно по несколько циклов подряд заряжать и разряжать полностью. Этот эффект проявляется тогда, когда начинают подзаряжать еще не севший полностью аккумулятор. При этом остается заряд, который не может быть использован, а в результате снижается время автономной работы устройства. Для никель-кадмиевых аккумуляторов в среднем характерно свыше 1000 циклов зарядки-разрядки.

Самое большое распространение в современных мобильных устройствах получили литий-ионные аккумуляторы. Они более долговечные и менее вредные для окружающей среды, чем никель-кадмиевые, и при этом обладают гораздо большей энергетической плотностью: при скромных физических размерах имеют относительно высокую емкость. У них отсутствует «эффект памяти», им свойственна низкая скорость саморазрядки. К недостаткам этого вида аккумуляторов можно отнести старение (даже если они не используются по прямому назначению), поэтому покупать их впрок не рекомендуется. А еще лучше обращать внимание на дату производства при покупке нового литий-ионного аккумулятора. Этот вид аккумуляторов не требует какого-либо особого обслуживания, но при правильном хранении (в заряженном состоянии) и эксплуатации с соблюдением температурного режима он прослужит гораздо дольше. Для литий-ионных аккумуляторов в среднем характерно от 500 до 1000 циклов зарядки-разрядки.

Литий-полимерные аккумуляторы представляют собой усовершенствованную модель литий-ионных аккумуляторов, но при этом стоят дешевле. Они отличаются высокой энергетической плотностью, медленной саморазрядкой, а также они еще более безопасны для окружающей среды. Как и литий-ионным аккумуляторам, им свойственно постепенное старение. Для литий-полимерных аккумуляторов в среднем характерно от 500 до 600 циклов зарядки-разрядки.

Особенности эксплуатации аккумуляторов

Сократить срок службы большинства аккумуляторов или полностью привести их в негодность могут следующие причины:

• несоблюдение правил эксплуатации (переохлаждение, перегрев, попадание влаги);
• физические повреждения контактной группы;
• самостоятельное вскрытие аккумулятора в домашних условиях;
• частые падения и удары;
• подзарядка аккумулятора с включенным телефоном;
• замена аккумулятора с включенным телефоном;
• регулярные длительные подзарядки (больше суток во включенном состоянии);
• длительное хранение без эксплуатации.

Любой из трех рассмотренных видов аккумуляторов со временем теряет свою емкость и через 2-3 года постоянной эксплуатации подлежит замене. Это нормальный процесс - не стоит ругать производителей за некачественный продукт, который часто служит гораздо меньше, чем сам мобильный телефон. Если возникла необходимость замены, следует выбирать более дорогие фирменные аккумуляторы, а не дешевые подделки, так как экономия в этом случае может получиться очень сомнительной.

Также следует знать, что на длительность автономной работы вашего устройства может значительно повлиять расположение базовых станций мобильного оператора. Чем дальше станция, тем больше энергии требуется для получения сигнала и тем быстрее потребуется повторная подзарядка аккумулятора.

Выбор телефона в зависимости от емкости аккумулятора

Сегодня в продаже можно встретить телефоны, которые укомплектованы аккумуляторами емкостью от 800 до 1500 мА·ч. Есть модели телефонов с емкостью аккумулятора вне этого диапазона, но они скорее являются исключением из правил.

При покупке телефона и предварительном расчете времени его автономной работы следует правильно оценивать возможности мобильного устройства в целом. Дело в том, что далеко не каждый телефон или смартфон с аккумулятором емкостью 1300-1500 мА·ч будет работать неделями напролет, все может быть как раз наоборот. Производитель обычно указывает в спецификациях устройства не только емкость аккумулятора, но и время автономной работы в режиме непрерывного разговора по телефону и в режиме ожидания. В первом случае это обычно 5-8 часов, во втором - около двух недель. Но это сухие цифры для крайних случаев - на самом деле мы понимаем, что разговаривать часами или просто смотреть на телефон сутки напролет никто не будет. Поэтому реальное время работы телефона будет зависеть от его технических характеристик и емкости аккумулятора, а не от одного какого-либо фактора.

Обычно чем телефон проще, тем дольше он сможет проработать без подзарядки. Основная часть «долгоиграющих» телефонов - это типичные моноблоки, которые имеют самый обычный экран диагональю до 2 дюймов и не подразумевают постоянное использование беспроводных коммуникаций (модулей Bluetooth, Wi-Fi, GPS и т. п.). Емкость аккумуляторов для большинства этих устройств невелика (до 1000 мА·ч), но отсутствие энергоемких функций и модулей при умеренной нагрузке позволяет подзаряжать его примерно раз в 5-7 дней. Под умеренной нагрузкой мы понимаем ежедневные звонки в течение 30-50 минут, 2-3 отправленных/принятых сообщения, 1-2 сделанных фотокамерой снимка, около получаса работы с дополнительными приложениями (браузером, органайзером, аудиопроигрывателем).

Сегодня очень популярными являются мобильные телефоны и смартфоны с сенсорными экранами . Они современные и удобные, но не могут долго работать без подзарядки. Крупные сенсорные экраны (а чаще всего они имеют 3-4 дюйма по диагонали) являются очень энергоемкими, к тому же значительную нагрузку дает аппаратная платформа (если речь идет о смартфоне). Кроме того, тачфоны чаще других используют для проверки электронной почты, прокладки маршрута, передачи данных, просмотра мультимедийного контента - все эти возможности дополнительно «съедают» изрядную долю емкости аккумулятора. За редким исключением, график работы смартфонов с сенсорными экранами следующий: работа днем, подзарядка вечером.

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC . Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки ("банки") на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная - сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе - это по сути "мозг" контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 - ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 - это MOSFET-транзисторы.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge ) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора - подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge ) - подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты в целом.

Защита от перезаряда (Overcharge Protection).

Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 - 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 - 4,3V (Overcharge Protection Voltage - V OCP ), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 - 4,1V (Overcharge Release Voltage - V OCR ) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от перезаряда (Overdischarge Protection).

Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 - 2,5V (Overdischarge Protection Voltage - V ODP ), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 - он подключен к выводу DO.

Тут есть весьма интересное условие . Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысить 2,9 - 3,1V (Overdischarge Release Voltage - V ODR ), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за "смерть" аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер - G2NK (серия S-8261 ), сборка полевых транзисторов - KC3J1 .

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к "внешнему миру", то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 - 3,1V (V ODR ).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от перезаряда? Как нам снова подзарядить "банку" аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда - FET1?

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P ,G2NK ), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда - Charger Detection . То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядное устройство подключено и разрешит процесс заряда.

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время - несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6 . О том, как это сделать, можно узнать .

Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов ! Вот столько может длиться "восстановительная" зарядка.

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых аккумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection ) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Полевой транзистор с изолированным затвором

На сегодняшний день, среди достаточного количества разновидностей транзисторов выделяют два класса: p-n - переходные транзисторы (биполярные) и транзисторы с изолированным полупроводниковым затвором (полевые). Другое название, которое можно встретить при описании полевых транзисторов - МОП (металл - окисел - полупроводник) обусловлено это тем, что в качестве диэлектрического материала в основном используется окись кремния (SiO 2). Еще одно, довольно распространенное название - МДП (металл - диэлектрик - полупроводник).

Немного пояснений. Очень часто можно услышать термины MOSFET , мосфет , MOS-транзистор . Данный термин порой вводит в заблуждение новичков в электронике.

Что же это такое MOSFET ?

MOSFET - это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл - окисел - полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем). Поэтому MOSFET - это не что иное, как обычный МОП-транзистор.

Думаю, теперь понятно, что термины мосфет, MOSFET, MOS, МДП, МОП обозначают одно и тоже, а именно полевой транзистор с изолированным затвором.

Стоит помнить, что наравне с аббревиатурой MOSFET применяется сокращение J-FET (Junction - переход). Транзисторы J-FET также являются полевыми транзисторами, но управление таким транзистором осуществляется за счёт применения в нём управляющего p-n перехода. Эти транзисторы в отличие от MOSFET имеют немного иную структуру.

Принцип работы полевого транзистора.

Суть работы полевого транзистора заключается в возможности управления протекающим через него током с помощью электрического поля (напряжения). Этим он выгодно отличается от транзисторов биполярного типа, где управление большим выходным током осуществляется с помощью малого входного тока.

Взглянем на упрощённую модель полевого транзистора с изолированным затвором (см. рис.). Поскольку МДП-транзисторы бывают с разным типом проводимости (n или p), то на рисунке изображён полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа.

Основу МДП-транзистора составляет:

Подложка из кремния . Подложка может быть как из полупроводника p-типа, так и n-типа. Если подложка p-типа, то в полупроводнике в большей степени присутствуют положительно заряженные атомы в узлах кристаллической решётки кремния. Если подложка имеет тип n, то в полупроводнике в большей степени присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны. В обоих случаях формирование полупроводника p или n типа достигается за счёт введения примесей.

Области полупроводника n+ . Данные области сильно обогащены свободными электронами (поэтому "+"), что достигается введением примеси в полупроводник. К данным областям подключаются электроды истока и стока.

Диэлектрик . Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO 2). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора - управляющего электрода.

Теперь в двух словах опишем, как это всё работает.

Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом (+ ) к выводу затвора, то между металлическим выводом затвора и подложкой образуется поперечное электрическое поле. Оно в свою очередь начинает притягивать к приповерхностному слою у диэлектрика отрицательно заряженные свободные электроны, которые в небольшом количестве рассредоточены в кремниевой подложке.

В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество электронов и формируется так называемый канал - область проводимости . На рисунке канал показан синим цветом. То, что канал типа n - это значит, что он состоит из электронов. Как видим между выводами истока и стока, и собственно, их областями n+ образуется своеобразный «мостик», который проводит электрический ток.

Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счёт внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор закроется - перестанет пропускать ток. Следует отметить, что на рисунке упрощённой модели показан полевой транзистор с каналом n-типа. Также существуют полевые транзисторы с каналом p-типа.

Показанная модель является сильно упрощённой. В реальности устройство современного MOS-транзистора гораздо сложнее. Но, несмотря на это, упрощённая модель наглядно и просто показывает идею, которая была заложена в устройство полевого транзистора с изолированным затвором.

Кроме всего прочего полевые транзисторы с изолированным затвором бывают обеднённого и обогащённого типа. На рисунке показан как раз полевой транзистор обогащённого типа - в нём канал «обогащается» электронами. В транзисторе обеднённого типа в области канала уже присутствуют электроны, поэтому транзистор пропускает ток уже без управляющего напряжения на затворе. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов обеднённого и обогащённого типа существенно различаются.

О различии MOSFET транзисторов обогащённого и обеднённого типа можно прочесть тут. Там же показано, как МОП-транзисторы обозначаются на принципиальных схемах.

Нетрудно заметить, что электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними, формирует своеобразный электрический конденсатор. Обкладками служат металлический вывод затвора и область подложки, а изолятором между этими электродами - диэлектрик из оксида кремния (SiO 2). Поэтому у полевого транзистора есть существенный параметр, который называется ёмкостью затвора .

Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET-транзисторы. На приборной панели автомобильного ресивера можно встретить надпись “Power MOSFET ” или похожую. Так производитель хвастается, давая понять, что он заботится не только о мощности, но и о качестве звука.

Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому - напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек.

Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологий изготовления полевых транзисторов удалось избавиться от этой проблемы. Современные полевые транзисторы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах.

В результате поисков по улучшению характеристик мощных полевых транзисторов был изобретён гибридный электронный прибор - IGBT-транзистор , который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора.

IGBT транзистор

Биполярный транзистор с изолированным затвором

В современной силовой электронике широкое распространение получили так называемые транзисторы IGBT. Данная аббревиатура заимствована из зарубежной терминологии и расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, а на русский манер звучит как Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором. Поэтому IGBT транзисторы ещё называют БТИЗ. БТИЗ представляет собой электронный силовой прибор, который используется в качестве мощного электронного ключа, устанавливаемого в импульсные источники питания, инверторы, а также системы управления электроприводами.

IGBT транзистор - это довольно хитроумный прибор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора. Данное сочетание привело к тому, что этот тип транзистора унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.

Суть работы IGBT транзистора заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным транзистором. В результате переключение мощной нагрузки становиться возможным при малой управляющей мощности, так как управляющий сигнал поступает на затвор полевого транзистора.

Внутренняя структура БТИЗ - это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом. Далее на рисунке показана упрощённая эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором.

Весь процесс работы БТИЗ может быть представлен двумя этапами: как только подается положительное напряжение, между затвором и истоком открывается полевой транзистор, то есть образуется n - канал между истоком и стоком. При этом начинает происходить движение зарядов из области n в область p , что влечет за собой открытие биполярного транзистора, в результате чего от эмиттера к коллектору устремляется ток.

История появления БТИЗ.

Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979 году была предложена схема составного транзистора, оснащенного управляемым биполярным транзистором при помощи полевого транзистора с изолированным затвором. В ходе тестов было установлено, что при использовании биполярного транзистора в качестве ключа на основном транзисторе насыщение отсутствует, а это значительно снижает задержку в случае выключения ключа.

Несколько позже, в 1985 году был представлен биполярный транзистор с изолированным затвором, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения.

Первое поколение устройств имело некоторые недостатки: переключение происходило медленно, да и надежностью они не отличались. Второе поколение увидело свет в 90-х годах, а третье поколение выпускается по настоящее время: в них устранены подобные недостатки, они имеют высокое сопротивление на входе, управляемая мощность отличается низким уровнем, а во включенном состоянии остаточное напряжение также имеет низкие показатели.

Уже сейчас в магазинах электронных компонентов доступны IGBT транзисторы, которые могут коммутировать токи в диапазоне от нескольких десятков до сотен ампер (I кэ max ), а рабочее напряжение (U кэ max ) может варьироваться от нескольких сотен до тысячи и более вольт.

Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах.

Поскольку IGBT транзистор имеет комбинированную структуру из полевого и биполярного транзистора, то и его выводы получили названия затвор - З (управляющий электрод), эмиттер (Э ) и коллектор (К ). На зарубежный манер вывод затвора обозначается буквой G , вывод эмиттера - E , а вывод коллектора - C .

На рисунке показано условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором. Транзистор также может изображаться со встроенным быстродействующим диодом. Также IGBT транзистор может изображаться следующим образом:

Особенности и сферы применения БТИЗ.

Отличительные качества транзисторов IGBT:

Управляется напряжением (как любой полевой транзистор);

Имеют низкие потери в открытом состоянии;

Могут работать при температуре более 100 0 C;

Способны работать с напряжением более 1000 Вольт и мощностями свыше 5 киловатт.

Перечисленные качества позволили применять IGBT транзисторы в инверторах, частотно-регулируемых приводах и в импульсных регуляторах тока. Кроме того, они часто применяются в источниках сварочного тока, в системах управления мощными электроприводами, которые устанавливаются, например, на электротранспорт: электровозы, трамваи, троллейбусы. Такое решение значительно увеличивает КПД и обеспечивает высокую плавность хода.

Кроме того, устанавливают данные устройства в источниках бесперебойного питания и в сетях с высоким напряжением. IGBT транзисторы можно обнаружить в составе электронных схем стиральных, швейных и посудомоечных машин, инверторных кондиционеров, насосов, системах электронного зажигания автомобилей, системах электропитания серверного и телекоммуникационного оборудования. Как видим, сфера применения БТИЗ довольно велика.

Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных - транзисторам IGBT.

Так, например, IGBT транзисторы прекрасно выполняют свои функции при рабочих частотах до 20-50 килогерц. При более высоких частотах у данного типа транзисторов увеличиваются потери. Также наиболее полно возможности IGBT транзисторов проявляются при рабочем напряжении более 300-400 вольт. Поэтому биполярные транзисторы с изолированным затвором легче всего обнаружить в высоковольтных и мощных электроприборах.

Каждый день мы пользуемся электронными устройствами – телефонами, планшетами, плеерами и многим другим. Вся эта техника, как правило, работает на литий-ионных аккумуляторах – самом популярном виде батарей. И несмотря на то, что любой современный человек имеет при себе как минимум смартфон, далеко не каждый знает о связанных с ним рисках.

Статьи в интернете пугают пользователей историями о взорвавшихся аккумуляторах, о жутких последствиях их неправильного использования или утилизации. Одни смотрят на эти статьи скептически – ведь сотни тысяч людей ежедневно пользуются смартфонами и планшетами на литий-ионных батареях, и не испытывают трудностей. Другие начинают опасливо коситься на собственные гаджеты. Чтобы понять, так ли опасен аккумулятор и как с ним следует обращаться, стоит разобраться в самом его устройстве.

Любые батареи работают за счёт разности напряжения между металлическими пластинами, помещёнными в раствор электролита. Принцип этот существует с 19 века, и со временем менялись только используемые материалы. Так, например, использовать литий для создания батарей задумали ещё в 1912 году, но долгое время идея оставалась нереализуемой из-за нестабильности материала. Только в 1991 году были разработаны литий-ионные батареи, достаточно стабильные, чтобы их использование было безопасным.

На сегодняшний день это – очень простой по конструкции прибор. Два листа – из графита и оксида лития с кобальтом – покрываются электролитом и сворачиваются в цилиндр или прямоугольный рулон (в зависимости от формы будущей батареи). Рулон помещают в герметичный металлический корпус с выведенными наружу контактами. Кстати, некоторые производители оснащают корпус предохранительным клапаном – специальным «окошком», которое открывается, если давление внутри батареи слишком высокое. Это ещё одна мера для обеспечения безопасности.

Готовую батарею укрепляют и дополнительно защищают пластиковым покрытием, выводя контакты и добавляют ещё два очень важных устройства: контроллер заряда и датчиком температуры. Он необходим для контроля нагрева аккумулятора и выглядит, как третий контакт на корпусе батареи.

Но что же происходит внутри аккумулятора?

Ионы лития, из которых состоит электролит, проникают в графическую решётку графита и образуют химические связи с молекулами углерода. Разрываясь, эти связи высвобождают энергию, а та, в свою очередь, концентрируется на полюсах батареи в виде электрического тока. Сам литий представлен в аккумуляторе в виде жидкости, что и было проблемой долгое время – так он менее стабилен, к тому же, при повреждении корпуса может вытекать. Но эффективность лития многократно превышала эффективность твёрдых электролитов за счёт меньшего сопротивления.

Кстати, более современные литий-полимерные аккумуляторы отличаются как раз тем, что совмещают в себе эффективность li-Ion и сухих электролитов. Здесь используются те же самые ионы лития, но для больше безопасности в конструкцию добавлен сухой сепаратор, снижающий риск непредусмотренных химических реакций. Зная обо всех недостатках литий-ионных аккумуляторов, производители хорошенько постарались, чтобы защитить их от повреждений, а покупателей – от возможных последствий. Для этого в литий-ионных батареях используется:

— более стабильный электролит;

— сухой сепаратор из полимерных материалов;

— надёжный корпус, изготовленный с учётом возможного вздутия аккумулятора;

— индикатор температуры и заряда, предотвращающие перегрев.

Но почему тогда, при всех эти мерах, время от времени появляются всё новые истории о взорвавшихся или загоревшихся телефонах? Потому, что, какими бы ни были достоинства современных аккумуляторов, они нуждаются в правильном обращении. Ответственный производитель в инструкции обязательно укажет необходимые меры безопасности, но, чтобы они сработали, нужен ещё и ответственный пользователь. Ведь любые нарушения в процессе эксплуатации могут повредить аккумулятор и привести к печальным последствиям.

Чаще всего, причиной возгорания становится несоблюдение температурного режима – экстремальный нагрев корпуса или резкие перепады высоких и низких температур. От этого внутри аккумулятора начинает вырабатываться газ, батарея раздувается и протекает (особенно, при некачественной сборке). Заметив такие признаки, телефон нужно немедленно выключить, батарею извлечь и утилизировать. Так же опасность несут физические повреждения аккумулятора. Сильный удар или залом могут нарушить внутреннюю конструкцию батареи – и результат будет тот же самый. Химические вещества внутри вступят в неконтролируемую реакцию и произойдёт воспламенение.

Ещё одна причина взрывов – попытка разобрать или отремонтировать аккумулятор самостоятельно. Важно помнить, что эта деталь телефона починке не подлежит – только замене. Старые аккумуляторы представляют собой не меньшую опасность. И не важно, пользовались вы им всё это время или нет. В первом случае изнашиваются детали, ухудшается работа контроллера. Во втором – опасна попытка «оживить» батарею, долгое время пролежавший полностью разряженным. Если сразу подключить его к зарядному устройству, это может привести к замыканию с уже известными последствиями.

Как видите, даже такая простая на вид и привычная всем вещь, как смартфон или планшет, таит в себе опасность. Ведь воспламенение или взрыв аккумулятора могут не только уничтожить ваш гаджет, но и повредить другое ваше имущество и нанести вред здоровью. Чтобы этого избежать, достаточно следовать простым правилам:

— бережно обращаться с техникой;

— приобретать только качественную продукцию и аксессуары к ней;

— за ремонтом обращаться в официальные сервисные центры.

Тогда можно будет пользоваться любимой техникой уверенно и без опаски.

Новости по теме:

Компания Parimatch даст вам возможность погрузиться в мир спорта. Великолепная линия с шикарными коэффициентами пополняется отличными акциями. Вследствие того, что компания Parimatch работает активно над тем, чтобы увеличить количество предложений в своей линии, появляется все больше и больше ее поклонников. Здесь можно найти великолепные коэффициенты на различные события из мира спорта - это в первую очередь. Однако компания не забывает и о других моментах, значимых мероприятиях, которые не проходят мимо пристального внимания людей. Таким образом, Parimatch представляет собой максимально разветвленный сервис, включащий себя не только хорошие коэффициенты, но и постоянно развивающиеся выгодные предложения.