Batérie pre mobilné zariadenia

Zariadenie a základné parametre

Mobilné telefóny a prenosné počítače, rádiové stanice a bezdrôtové telefóny, neprerušiteľné zdroje napájania, filmové kamery a fotoaparáty, výkonné ručné náradie, lekárske prístroje, rôzne priemyselné zariadenia - to nie je úplný zoznam zariadení, ktorých bežná prevádzka priamo závisí od stav batérií. V tomto smere je obzvlášť dôležitá znalosť vlastností, vlastností a prevádzkových podmienok rôznych typov batérií, ktorá je kľúčom k bezproblémovej prevádzke mobilných zariadení a prenosných zariadení.

Ak ste zvedaví a máte nejaké zručnosti v poškodzovaní hračiek nadobudnuté v detstve, potom ste sa pravdepodobne už zoznámili s vnútornou štruktúrou vašej použitej batérie. Čo je vo vnútri? (Neodporúčam rozoberať, je to kvôli riziku fyzického poškodenia). Vlastne nič zvláštne. Okrúhle alebo hranolové „batérie“, ktoré sú vo veľkom v najbližšom obchode a za oveľa nižšiu cenu. Prvý dojem však klame. Pred vami nie sú len batérie, ale aj akumulátory. A líšia sa od batérií tým, že umožňujú (kvôli reverzibilite reakcií, ktoré sa v nich vyskytujú) viacnásobné cykly vybitia a nabíjania. To je ich výhoda oproti batériám, no na druhej strane „bolesť hlavy“, ktorú prinášajú pri strate výkonu. A ak je s prvými všetko jednoduché: kúpil som, vložil, vybehol, vyhodil a kúpil nové, s batériami je situácia komplikovanejšia. Pre nich je postupnosť akcií iná: kúpil; pripravený na prácu; používať podľa prevádzkových pravidiel; a az ked je to uz uplne na nevydrzanie - kupis novy.

Aby vás teda zbytočne netrápili vyhodené peniaze, nižšie sú informácie pre zvedavých a zvedavcov na tému: čo potrebujete vedieť o batériách do mobilných telefónov a notebookov.

Zariadenie

Každá batéria sa spravidla skladá z niekoľkých samostatných článkov zapojených do série na zvýšenie hodnoty generovaného napätia a zabalených v spoločnom puzdre. Dizajn jedného batériového článku, napríklad nikel-metalhydridového, s elektrochemickými reakciami vo vnútri, a ďalšie užitočné informácie (v angličtine) možno nájsť na webovej stránke Panasonic stiahnutím súboru pdf Prehľad informácií o NiMH Batérie vo formáte PDF - 137 kB.

Okrem jednotlivých článkov obsahujú niklové batérie vo vnútri tepelnú poistku a teplotný senzor (ten môže v NiCd batériách chýbať). Tepelná poistka zaisťuje bezpečnosť pri vysokých nabíjacích prúdoch a výstup teplotného senzora spracováva nabíjačka. V závislosti od hodnoty teploty poskytuje „kompetentná“ nabíjačka rôzne režimy nabíjania batérie: rýchle, pomalé a prepínanie z jedného do druhého.

Lítium-iónové batérie okrem tepelnej poistky a teplotného senzora obsahujú špeciálny riadiaci integrovaný obvod a ovládacie klávesy. To všetko spolu je navrhnuté tak, aby chránilo spotrebiteľa pred fyzickým poškodením v prípade porušenia elektrických režimov prevádzky batérie.

ZÁKLADNÉ PARAMETRE BATÉRIE

Nech je známe, že batériu ako elektrické zariadenie charakterizujú tieto hlavné parametre: typ elektrochemického systému, napätie, elektrická kapacita, vnútorný odpor, samovybíjací prúd a životnosť. Okrem toho, v závislosti od rozsahu použitia, prichádza do popredia jeden parameter, potom druhý. Napríklad batéria mobilného telefónu by mala byť hodnotená podľa súhrnu jej troch hlavných charakteristík: skutočná kapacita, vnútorný odpor a samovybíjací prúd, zatiaľ čo batéria domáceho rádia s dosahom do 100 metrov by mala byť hodnotená iba kapacita a samovybíjanie. Pri podceňovaní alebo ignorovaní akéhokoľvek parametra alebo zveličovaní dôležitosti jedného z nich (zvyčajne kapacity) sa môžete ocitnúť v situácii „s rozbitým korytom“.

Napätie. Napätie batérie je určené zariadením, pre ktoré je určená na napájanie. Ak požadovaná hodnota napätia nie je zabezpečená jedným prvkom, potom je batéria zostavená z niekoľkých prvkov zapojených do série. Napríklad mobilné telefóny rôznych modelov používajú batérie s napätím 3,6 V (1 Li-ion článok alebo 3 NiCd alebo 3 NiMH články), 4,8 V (iba 3 NiCd alebo 3 NiMH články), 6 V (iba 5 NiCd resp. 5 NiMH článkov), 7,2 V (2 Li-ion články). Ak teda telefón používa 4 NiMH batérie s celkovým napätím 4,8 V (ako napr. v niektorých najnovších modeloch Ericssonu), tak v ňom nie je možné použiť Li-ion batérie. Napätie batérie nie je počas prevádzky konštantné. Maximálny je ihneď po ukončení nabíjania a následne klesá počas prevádzky alebo skladovania. Nakoniec sa zníži do takej miery, že sa mobil nezapne alebo sa automaticky vypne. Pri posudzovaní stavu batérie je potrebné merať jej napätie pri záťaži, na ktorú je určená.

Elektrická kapacita. Menovitá elektrická kapacita je množstvo energie, ktoré by teoreticky mala mať batéria v nabitom stave. Tento parameter je podobný kapacite akejkoľvek nádoby, napríklad pohára. Do štandardného fazetového pohára (až po okraj) je teda možné naliať 200 ml vody a do konkrétnej batérie načerpať len určité množstvo energie. Toto množstvo energie (kapacita) sa však neurčuje v momente čerpania (napĺňania), ale počas opačného procesu - vybíjania (nalievania energie) batérie jednosmerným prúdom počas meraného časového obdobia, kým sa nedosiahne stanovené prahové napätie. . Kapacita sa meria v ampérhodinách (A hodina) alebo miliampérhodinách (mAh) a je označená písmenom „C“. Hodnota kapacity je uvedená na štítku batérie alebo zakódovaná v jej typovom označení. Skutočná hodnota kapacity novej batérie v čase jej uvedenia do prevádzky sa pohybuje od 80 do 110 % nominálnej hodnoty a závisí od: výrobcu, podmienok a doby skladovania a technológie uvedenia do prevádzky. Teoreticky môže batéria napríklad s nominálnou kapacitou 1000 mAh dodávať prúd 1000 mA počas jednej hodiny, 100 mA počas 10 hodín alebo 10 mA počas 100 hodín. V praxi sa pri vysokej hodnote vybíjacieho prúdu nedosiahne menovitá kapacita a pri malom prúde sa prekročí.

Počas používania sa kapacita batérie znižuje. Rýchlosť poklesu závisí od typu elektrochemického systému, prevádzkovanej servisnej technológie, použitých nabíjačiek, podmienok a veku prevádzky. Rovnakým prirovnaním k poháru môžeme povedať, že množstvo vody naliatej do pohára sa zníži, ak nalejete vodu s veľkým množstvom mechanických nečistôt a usadenú vypustíte. Potom sa sediment bude postupne hromadiť v pohári, čím sa zníži jeho užitočná kapacita. V batérii sa podobný „nános“ vytvára počas cyklov nabíjania / vybíjania.

Vnútorný odpor. Vnútorný odpor batérie (odpor zdroja prúdu) určuje jej schopnosť dodávať veľký prúd do záťaže. Táto závislosť sa riadi Ohmovým zákonom (pamätajte na školský kurz fyziky). Pri nízkej hodnote vnútorného odporu je batéria schopná dodať väčší špičkový prúd do záťaže (bez výrazného poklesu napätia na jej svorkách), a tým aj väčší špičkový výkon. Zatiaľ čo vysoká hodnota odporu vedie k prudkému poklesu napätia na svorkách batérie s prudkým nárastom záťažového prúdu. Takýto kolaps (zníženie) napätia charakterizuje „slabosť“ zjavne dobrej batérie, pretože uloženú energiu nie je možné úplne dodať do záťaže.

Inými slovami, všetko vyššie uvedené o vnútornom odpore batérie možno znázorniť nasledovne. Predstavte si, že potrebujete polievať záhradný pozemok z nádrže (akumulátora), ktorú ste predtým naplnili vodou za hodinu. Za normálneho stavu pripojíte hadicu k vypúšťaciemu kohútiku, naplno otvoríte kohútik a polievate oblasť hodinu, kým sa neminie voda v nádrži. Teraz predpokladajme, že vypúšťací ventil na vašej nádrži je zaseknutý, stačí ho pootvoriť a voda z neho vyteká len v tenkom prúde. Zdá sa, že v nádrži je voda (batéria je nabitá), ale nie je možné normálne zalievať. Kohútik v tomto prípade hrá úlohu vnútorného odporu pre nádrž. Ak je prúd z kohútika veľký, potom je vnútorný odpor nádrže malý, ak je malý, vnútorný odpor nádrže je veľký.

Čo máme v praxi? Mobilný telefón v pohotovostnom režime spotrebúva malý prúd z batérie a kapacita jeho batérie postačuje na napájanie telefónu. Akonáhle príde prichádzajúci hovor alebo začnete volať odchádzajúce, telefón potrebuje desaťkrát viac energie, aby normálne fungoval v režime prenosu, takže musíte zvýšiť kapacitu kohútika. Ak je kohútik normálny, nechá túto zvýšenú energiu pretekať cez seba, ak je zaseknutý, potom nie je a telefón sa vypne. To platí najmä pre mobilné telefóny NMT, štandardy AMPS, diaľkové a konvenčné rádiá a prenosné počítače.

Vnútorný odpor batérie závisí od typu jej elektrochemického systému, kapacity, počtu článkov v batérii zapojených do série a ku koncu životnosti sa zvyšuje.

samovybíjanie. Fenomén samovybíjania je vo väčšej či menšej miere charakteristický pre všetky typy batérií a spočíva v strate ich kapacity po úplnom nabití. Na kvantitatívne posúdenie samovybíjania je vhodné použiť hodnotu nimi stratenej kapacity za určitý čas, vyjadrenú v percentách z hodnoty získanej bezprostredne po nabití. Ako časový interval sa spravidla berie časový interval jeden deň a jeden mesiac. Takže napríklad pre prevádzkyschopné NiCd batérie sa samovybíjanie až do 10% považuje za prijateľné počas prvých 24 hodín po ukončení nabíjania, pre NiMH - o niečo viac a pre Li-ion je zanedbateľné a sa odhaduje na mesiac. Je potrebné poznamenať, že samovybíjanie batérií je maximálne prvých 24 hodín po nabití a potom výrazne klesá.

Samovybíjanie batérií závisí od kvality použitých materiálov, výrobného procesu, typu a konštrukcie batérie. Prudko stúpa so zvyšujúcou sa teplotou okolia, poškodením vnútorného oddeľovača batérie v dôsledku nesprávnej údržby a v dôsledku procesu starnutia.

Životnosť (životnosť) batérie. Zvykne sa hodnotiť podľa počtu cyklov nabitia / vybitia, ktoré batéria vydrží počas prevádzky bez výrazného zhoršenia jej hlavných parametrov: kapacity, samovybíjania a vnútorného odporu. Životnosť závisí od mnohých faktorov: spôsoby nabíjania, hĺbka vybitia, údržba alebo chýbajúce postupy údržby, teplota a elektrochemická povaha batérie. Okrem toho sa určuje podľa času, ktorý uplynul od dátumu výroby, najmä pri lítium-iónových batériách. Batéria sa vo všeobecnosti považuje za zlyhanú, keď jej kapacita klesne pod 80 % nominálnej hodnoty.

Pre podrobnejšie a profesionálne zoznámenie sa s batériami môžete odporučiť stránku Panasonic, ktorá poskytuje podrobné referenčné údaje a analytické materiály o NiCd, NiMH, Li-ion batériách vyrábaných touto spoločnosťou (v angličtine). Žiaľ, firma nedala povolenie na preklad a zverejnenie týchto informácií do ruštiny, pričom uviedla, že nemá v tejto oblasti zastúpenie v Rusku a že preložené materiály nemožno vyhodnotiť. Ale zverejnené informácie sú do určitej miery zaujímavé pre vývojárov zariadení napájaných z batérie, ako aj pre používateľov, takže nasleduje krátky zoznam problémov, ktoré sú tam zahrnuté:

• vzhľad;
• vnútorná organizácia;
• elektrochemické reakcie prebiehajúce vo vnútri batérie;
• zvláštnosti;
• päť hlavných charakteristík: nabíjanie, vybíjanie, počet cyklov nabíjania / vybíjania, skladovanie (samovybíjanie), bezpečnosť s grafmi a vysvetlivkami;
• spôsoby nabíjania;
• balenie článkov do batérií;
• preventívne opatrenia pri navrhovaní zariadení s batériami.

Pri písaní článku boli použité materiály láskavo poskytnuté pánom Isidorom Buchmannom, zakladateľom a šéfom kanadskej spoločnosti Cadex Electronics Inc. .

Podrobnejšie informácie v ruštine o batériách pre mobilné komunikačné zariadenia, počítače a iné prenosné zariadenia, tipy na prevádzku a údržbu sú uvedené v

ODKAZY

1. Spoločnosť Cadex Electronics Inc. , Vancouver, BC , Kanada je vývojár a výrobca nabíjačiek batérií, analyzátorov a systémov údržby batérií (v angličtine).
2. Batérie pre mobilné zariadenia a prenosné počítače. Analyzátory batérií (v ruštine).
3. vyrobené spoločnosťou Panasonic (v angličtine).

Rozprávanie o funkciách batériového zariadenia v mobilných zariadeniach.

Milióny ľudí na celom svete sú aktívnymi používateľmi mobilných zariadení. Toto sú plody gigantického priemyslu v hodnote niekoľkých miliárd dolárov, ktorý raz a navždy zmenil spôsob, akým žijeme. Malé a nie také, funkčné a jednoduché, drahé a lacné mobily, tablety a notebooky majú jeden spoločný faktor – všetky na prácu využívajú energiu batérie. Bez nich by sa všetky tieto zariadenia zmenili na kusy plastu, kovu a textolitu, ktoré by bez zásuvky nemohli žiť ani minúty.

Batérie vo vašom mobilnom zariadení sú zázraky chemického inžinierstva – dokážu uchovať obrovské množstvo energie, ktorá dokáže udržať zariadenia v chode celé hodiny. Ako sú usporiadané?

Väčšina moderných mobilných zariadení používa lítium-iónové (alebo lítium-iónové) batérie, ktoré pozostávajú z dvoch hlavných častí: dvojice elektród a elektrolytu medzi nimi. Materiály, z ktorých sú tieto elektródy vyrobené, sa líšia (lítium, grafit a dokonca aj nanodrôty), ale všetky sa spoliehajú na chemické procesy na báze lítia.

Je to reaktívny kov, čo znamená jeho schopnosť reagovať s inými prvkami. Čisté lítium je také reaktívne, že sa vznieti, keď je vystavené vzduchu, takže väčšina batérií používa bezpečnejšiu odrodu nazývanú oxid lítny a kobaltnatý.

Medzi oboma elektródami je elektrolyt, čo je zvyčajne kvapalné organické rozpúšťadlo schopné prechádzať prúdom. Keď je lítium-iónová batéria nabitá, molekuly oxidu lítneho kobaltu sa držia na elektrónoch, ktoré sa potom uvoľňujú, keď je telefón spustený.

Lítium-iónové batérie sú najbežnejšie, pretože dokážu uložiť veľa náboja v malej veľkosti. Toto sa meria na stupnici hustoty energie na jednotku hmotnosti. Pre lítium-iónovú batériu je toto číslo 0,46-0,72 MJ / kg. Pre porovnanie, nikel-metal hydridová (Ni-MH) batéria má kapacitu 0,33 MJ/kg. Inými slovami, lítium-iónové batérie sú menšie a ľahšie ako iné typy batérií, čo znamená kompaktnejšie zariadenia s dlhšou výdržou batérie.

Kapacita batérie

Kapacita batérie sa meria v miliampérhodinách (mAh), čo znamená, koľko energie dokáže batéria dodať za daný čas. Napríklad, ak je kapacita batérie 1000 mAh, potom vám bude schopná poskytnúť 1000 miliampérov na 1 hodinu. Ak vaše devy spotrebujú 500 miliampérov za hodinu, potom to bude fungovať 2 hodiny.

Koncept „životnosti batérie“ je však trochu komplikovanejší ako princíp opísaný vyššie, pretože spotreba energie sa líši v závislosti od toho, aké úlohy zariadenie vykonáva. Napríklad, ak je obrazovka zapnutá, mobilná anténa je zapnutá a procesor je zaťažený ťažkou prácou, potom zariadenie spotrebuje viac energie, ako keď je obrazovka vypnutá a procesor a anténa sú v pohotovostnom režime.

Preto by ste sa nemali slepo spoliehať na výrobcom deklarované ukazovatele výdrže batérie – výrobca môže tieto čísla udávať na základe jasu obrazovky, bez zapnutia niektorých funkcií, ako je Wi-Fi alebo GPS. Stojí za zmienku, že Apple je v tomto smere úprimnejší, čo naznačuje „prežitie“ zariadenia na základe plnenia konkrétnych úloh. Ak ste zvedaví, koľko energie absorbuje v konkrétnom režime prevádzky, odporúčame použiť špeciálnu aplikáciu Battery Life Pro.

Riadenie toku energie

Keďže lítium-iónové batérie majú tendenciu sa vznietiť, je potrebné ich starostlivo kontrolovať. Výrobcovia batérií to dosiahli zahrnutím špeciálneho ovládača, ktorý monitoruje množstvo prúdu. Výsledkom je, že každá batéria obsahuje vo vnútri malý počítač, ktorý zabraňuje jej príliš rýchlemu vybitiu a strate nabitia na nebezpečne nízku úroveň. Tento komponent tiež reguluje prúd počas nabíjania a znižuje ho, keď sa batéria blíži k maximálnej kapacite, aby sa predišlo prebíjaniu.

Preto sa plne vybité zariadenie, nabité nabitím, zahrieva pri tomto procese oveľa viac ako mierne vybité.

Budúcnosť batérií

Technológia batérií napreduje a mnohé výskumné laboratóriá po celom svete skúmajú nové technológie, ktoré môžu nahradiť lítium, ako aj nové prístupy k vytváraniu lítium-iónových batérií. Spomedzi nových technológií sa veľa popracovalo so superkondenzátormi, v ktorých batéria ukladá energiu vo forme elektriny a následne ju vydáva ako blesk na fotoaparáte.

Superkondenzátory sa nabíjajú oveľa rýchlejšie, pretože v procese nie je zahrnutá žiadna chemická reakcia, ale moderné superkondenzátory sú schopné dodávať náboj iba v krátkych dávkach, čo je opak toho, čo väčšina mobilných zariadení vyžaduje.

Palivové články na báze vodíka sú tiež alternatívou k existujúcim batériám. Systém palivových článkov Nectar, predstavený na nedávnom CES, využíva kazetu za 10 dolárov, ktorá dokáže napájať mobilný telefón až dva týždne. Palivové články sú však stále príliš veľké na to, aby sa zmestili do telefónu – rovnaký systém od spoločnosti Nectar jednoducho dobíja lítium-iónovú batériu, a nie ju vymieňa.

Ale síra môže mať miesto vo vnútri lítium-iónových batérií. Vedci zo Stanfordskej univerzity nedávno predstavili nanotechnológiu na začlenenie síry do chémie batérie, čím sa päťnásobne zvýši jej kapacita a predĺži sa jej životnosť. Zároveň je táto technológia stále v ranom štádiu vývoja a v najbližších rokoch sa na trh nedostane.

P.S. Batérie v mobilných zariadeniach, rovnako ako bežné batérie, vyžadujú určitú likvidáciu – nemôžete ich len tak vyhodiť do koša. Preto vám s radosťou pripomíname, že iLand je pripravený prevziať staré batérie. Stačí ich priniesť do našej kancelárie a my sa postaráme o zvyšok!

Články a Lifehacks

Obsah:

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Batérie v smartfónoch sú z roka na rok dokonalejšie: zvyšuje sa ich kapacita, zmenšuje sa hmotnosť a rozmery, miznú nedostatky.

Nezabudnite na bezpečnosť životného prostredia, pretože tento detail je považovaný za najviac "špinavý" v moderných prístrojoch.

Pozrime sa, aké „batérie“ dnes nájdeme v mobilných zariadeniach.

Hlavné typy batérií

Počas celej histórie mobilných telefónov používali štyri typy batérií:

• nikel-kadmium;
• hybrid niklu a kovu;
• lítium-ión;
• lítiový polymér.

Posledné dva typy dodnes zostali v arzenáli vývojárov ako technologicky najvyspelejšie, najefektívnejšie a „čistejšie“. Práve tieto typy batérií nájdete v popisoch väčšiny smartfónov.

Tento typ napájania pochádza z predmobilnej éry. Prvé vzorky sú známe z konca 19. storočia. Až do konca minulého storočia robili priemyselníci početné pokusy zbaviť sa svojich prirodzených nedostatkov a do určitej miery sa im to podarilo.

Tak či onak, vývojári prvých mobilných zariadení jednoducho nemali príliš na výber. Hlavné nároky boli nasledovné:

• použitie toxických kovov škodlivých pre ľudské zdravie v dizajne;
• nedostatočná kapacita batérie;
• obmedzený počet cyklov nabíjania/vybíjania;
• nízka vyrobiteľnosť vo výrobe, čo vedie k zvýšeniu nákladov;
• takzvaný „pamäťový efekt“.

Tá spočívala v tom, že pri nabíjaní neúplne vybitej batérie sa jej kapacita o určitú mieru znížila. V dôsledku toho bolo potrebné batériu pred prvým použitím niekoľkokrát prebehnúť úplným cyklom nabitia a vybitia.

Takéto zdroje energie mali tiež plusy - široký rozsah prevádzkových teplôt. Nevýhod bolo však podstatne viac a v snahe vyrovnať sa s nimi vznikol nasledujúci typ batérie.

Neobsahovali jedovaté kadmium, pri obyčajnej zmienke o tom prepadne hystéria najmä vnímavým ekológom. Navyše, pamäťový efekt bol oveľa menej výrazný.

Zvýšila sa aj kapacita, zatiaľ čo náklady, naopak, mierne klesli. Ale boli porovnané s NiCd batériami a vážne nedostatky:

• potreba použiť zložitú nabíjačku;
• zníženie počtu cyklov nabíjania/vybíjania.

Oba typy batérií podliehali pomerne vysokému stupňu samovybíjania, čo vážne obmedzovalo autonómiu mobilných zariadení na nich založených. A keď sa na obzore objavila ďalšia generácia, dizajnéri ich s radostným pišťaním hodili na smetisko dejín.

Tento typ batérie spôsobil skutočnú revolúciu vo svete gadgetov.

Odteraz sa doba ich práce v pohotovostnom režime výrazne predĺžila. Zmizol aj pamäťový efekt, ktorý nastavil zuby, hoci niektorí obzvlášť pokročilí používatelia zo starej pamäte naďalej „trénujú“ batérie svojich zariadení.

Väčšina modelov smartfónov na dnešnom trhu je vybavená týmto typom batérie.

Majú však aj nevýhody, a to dosť nepríjemné.:

1. Úzky rozsah prevádzkových teplôt.
2. Pri hlbokom vybití alebo prebití batérie hrozí riziko zničenia.
3. Rýchle "starnutie", po 2-3 rokoch, deaktivácia batérie.
4. Dosť vysoké náklady.

Treba povedať, že od prvého objavenia sa v obchodoch tohto typu napájacieho zdroja sa nedostatky výrazne vyrovnali. Ale producenti chceli viac.

V prvom rade sa neuspokojili s dosť vysokými nákladmi, a tak vznikol iný typ batérie.

V nich výbušný elektrolyt ustúpil polymérnej hmote. Cena takýchto zdrojov mierne klesla, hlavne kvôli potrebe sofistikovanejších ochranných obvodov. Výkon sa tiež príliš nezvýšil.

Ale na druhej strane je pevný polymér dobrý, pretože rozviazal ruky dizajnérom a umožnil im vybrať si tvar a veľkosť prvku podľa vlastného uváženia. Približne v tomto čase sa objavilo veľa ultratenkých modelov smartfónov s nevyberateľnými batériami.

Oba typy lítiových batérií majú spoločnú nevýhodu: bez ohľadu na intenzitu používania a počet cyklov nabíjania/vybíjania sa ich kapacita postupne znižuje. A po niekoľkých rokoch môže byť gadget s čistým svedomím zahodený. Alebo, povedzme, zaveste na stenu ako exotickú dekoráciu.

Predpokladá sa, že lítium-polymérový typ je o niečo menej „odolný“, ale tieto informácie sú z kategórie mýtov, existujú príklady, ktoré toto tvrdenie potvrdzujú aj vyvracajú. Takže je ťažké rozlíšiť fakt od fikcie.

Technológia rýchleho nabíjania

Často od predajcov, ktorí ponúkajú kúpu smartfónu, môžete počuť o určitej batérii s funkciou rýchleho nabíjania. Obzvlášť pokročilé strašia kupujúcich pôsobivo znejúcim Qualcomm Quick Charge a tí najskúsenejší pridávajú aj verziu - 2.0 alebo 3.0. Čo sú to za zázračné batérie?

V skutočnosti táto technológia nemá nič spoločné s typom zdroja energie. Umožňuje vám použiť zvýšenú silu prúdu, takže doba nabíjania sa výrazne skráti.

A aby sa predišlo deštruktívnemu prebitiu a nabíjanie prebehlo správne, monitoruje čipset, v ktorom je táto technológia v skutočnosti implementovaná. K dnešnému dňu je dokonale vyvinutý a pri používaní gadgetu nehrozí žiadne nebezpečenstvo.

Zhrnutie, môžeme povedať: Hlavné typy batérií v smartfónoch sú dnes lítium-iónové (Li-Ion) a lítium-polymérové ​​(Li-Pol). V modeloch mobilných zariadení ich nájdete oboje a nejaká alternatíva k nim v dohľadnej dobe nie je viditeľná.

No na druhej strane masívne zavádzanie takýchto batérií zmenilo lítium na strategicky dôležitý prvok a krajiny, ktoré majú ložiská nerastov, ktoré ho obsahujú, na objekty komerčného (nielen) záujmu nadnárodného kapitálu.

Dnes už len zriedka vidíte zariadenie poháňané mechanickou energiou – drvivá väčšina gadgetov je poháňaná elektrinou. Batérie sa stali neoddeliteľnou súčasťou elektronických zariadení. Ako sa vyrába batéria? Skúsme na to prísť.

Existuje veľa typov batérií, ale v spotrebnej elektronike sa najčastejšie používajú nikel-kadmiové (NiCd), nikel-metal hydridové (NiMh) a lítium-iónové (Li-Ion) batérie.

Najdlhšie používané NiCd batérie vďaka ich jednoduchej výrobe, prevádzke a skladovaniu. Doteraz sú NiCd batérie najpopulárnejšie na napájanie rádiových staníc, lekárskeho vybavenia, profesionálnych videokamier a výkonných nástrojov.

NiMH batérie v porovnaní s NiCd generujú počas nabíjania podstatne viac tepla. Vyžaduje si to aj zložitejší algoritmus na určenie okamihu plného nabitia. Preto je väčšina batérií NiMH vybavená vnútorným snímačom teploty. Navyše, NiMH batériu nie je možné nabíjať rýchlo – doba nabíjania je zvyčajne dvojnásobná v porovnaní s NiCd. Ich kapacita je však väčšia ako kapacita NiCd.

Charakteristiky Li-Ion akumulátorov sú v prepočte na jeden kilogram hmotnosti dvojnásobné oproti NiCd akumulátorom. Preto sa Li-Ion batérie používajú vo všetkých notebookoch a telefónoch, kde je dôležitá hmotnosť a výdrž batérie.

Ako funguje batéria?

Akumulátory a batérie fungujú vďaka rozdielu napätia medzi dvoma kovovými platňami ponorenými do roztoku elektrolytu. Prvýkrát súčasný zdroj fungujúci na tomto princípe vznikol v 19. storočí. Jedna platňa v nej bola medená, druhá zinková, ktorá sa veľmi rýchlo rozpúšťala.

Rozdiel napätia možno vysvetliť analógiou s dvoma nádobami s kvapalinou, ktoré sú spojené trubicou. Aby sa voda v trubici začala pohybovať, musíte vytvoriť rozdiel hladiny, napríklad zdvihnúť jednu nádobu nad druhú. Postupne bude voda pretekať z ľavej fľaše na pravú. Keď sú hladiny rovnaké, prietok vody sa zastaví. Pre batériu to znamená úplné vybitie.

Na jej dobitie je potrebné vrátiť vodu do pôvodnej nádoby. Napríklad pomocou naberačky alebo pohára. Ak naberiete vodu z pravej fľaše a nalejete ju do ľavej, batéria sa nabije. Samozrejme, musíte naberať rovnakou rýchlosťou, akou voda preteká hadicou. V opačnom prípade sa batéria opäť vybije.

Konštrukčne je samotná batéria mimoriadne jednoduché zariadenie. Ide o dva dlhé pláty grafitu a oxidu lítneho s kobaltom. Sú namazané elektrolytom a zrolované. Lítium-iónová batéria je pripravená.

Mýty o batériách

Všeobecne sa verí, že ihneď po zakúpení Li-Ion batérie ju musíte „hojdať“ - vykonať niekoľko cyklov úplného nabitia a vybitia. Zvyčajne tri až päť. Tento mýtus nie je pre batérie veľmi škodlivý, no napriek tomu premrháva ich životné cykly.

Vlastnosťou Li-Ion batérií je, že nemajú pamäťový efekt, ako tomu bolo u NiCd batérií. Tento efekt spočíval v tom, že ak nabíjate neúplne vybitý NiCd akumulátor, jeho kapacita klesá. Li-Ion takúto funkciu nemá. Výrobca navyše garantuje, že kapacita batérie neklesne po 300 cykloch nabíjania a vybíjania.

Ešte raz: prehrávač, telefón, vysielačku, PDA, tablet, hodinky alebo akékoľvek iné mobilné zariadenie s Li-Ion je zbytočné „trénovať“.

Li-Ion batérie vo všeobecnosti nemajú rady prílišné nabíjanie a vybíjanie. Výrobca garantuje 300 cyklov, to však neznamená, že batériu možno vyhodiť na 301 cyklov. Všetko bude závisieť od prevádzkových podmienok. „Skleníkovými“ podmienkami pre Li-Ion je maximálne nabitie až 80% a minimálne vybitie - až 40%. Niektoré modely notebookov umožňujú nastavenie týchto parametrov v servisnom softvéri, čím sa predĺži „životnosť“ batérie. Batérie tiež nenávratne strácajú svoju kapacitu pri teplotách pod nulou stupňov a pri zahriatí nad +40 stupňov. Preto je lepšie chrániť gadgety pred mrazom a vysokým teplom.

Zariadenie a princíp činnosti ochranného regulátora Li-ion / polymérová batéria

Ak otvoríte akúkoľvek batériu mobilného telefónu, zistíte, že na vývodoch článku batérie je prispájkovaný malý plošný spoj. Ide o takzvanú schému ochrany, prípOchranný IC. Vďaka svojim vlastnostiamlítiové batérievyžadujú neustále sledovanie. Pozrime sa bližšie na to, ako je schéma ochrany usporiadaná a z akých prvkov pozostáva.

Obyčajný obvod regulátora nabíjania lítiovej batérie je malá doska, na ktorej je namontovaný elektronický obvod komponentov SMD. Obvod regulátora s 1 článkom ("banka") pri 3,7 V sa spravidla skladá z dvoch mikroobvodov. Jeden mikroobvod je riadiaci a druhý je výkonný - zostava dvoch tranzistorov MOSFET.

Na obrázku je doska regulátora nabíjania batérie 3,7 V.

Čip s označením DW01-P v malom balení je v podstate „mozog“ ovládača. Tu je typická schéma zapojenia tohto čipu. Na diagrame je G1 článok lítium-iónovej alebo polymérovej batérie. FET1, FET2 sú tranzistory MOSFET.

Pinout, vzhľad a priradenie pinov čipu DW01-P.

MOSFET tranzistory nie sú súčasťou čipu DW01-P a sú vyrobené ako samostatný montážny čip 2 MOSFET tranzistorov typu N. Zvyčajne sa používa zostava s označením 8205 a balenie môže byť buď 6-pinové (SOT-23-6) alebo 8-pinové (TSSOP-8). Zostava môže byť označená ako TXY8205A, SSF8205, S8205A atď. Nájdete tu aj zostavy s označením 8814 a podobne.

Tu je pinout a zloženie čipu S8205A v balení TSSOP-8.

Dva FET sa používajú na samostatné riadenie vybíjania a nabíjania batériového článku. Pre pohodlie sú vyrobené v jednom prípade.

Tranzistor (FET1), ktorý je pripojený na kolík OD ( Nadmerné vybitie) Čipy DW01-P, riadi vybíjanie batérie - pripája / odpája záťaž. A ten (FET2), ktorý je pripojený ku kolíku OC ( nadmerný poplatok) - pripája/odpája napájanie (nabíjačku). Otvorením alebo zatvorením príslušného tranzistora je teda možné napríklad vypnúť záťaž (spotrebič) alebo zastaviť nabíjanie batériového článku.

Pozrime sa na logiku riadiaceho čipu a celého ochranného obvodu ako celku.

Ochrana proti prebitiu.

Ako viete, prebíjanie lítiovej batérie nad 4,2 - 4,3 V je plné prehriatia a dokonca aj výbuchu.

Ak napätie článku dosiahne 4,2 - 4,3 V ( Ochranné napätie proti prebitiu - VOCCP), potom riadiaci čip uzavrie tranzistor FET2, čím zabráni ďalšiemu nabíjaniu batérie. Batéria bude odpojená od zdroja energie, kým napätie článku neklesne pod 4 - 4,1V ( Uvoľňovacie napätie prebitia - VOCR) v dôsledku samovybíjania. Je to len vtedy, ak k batérii nie je pripojená žiadna záťaž, napríklad ak je odstránená z mobilného telefónu.

Ak je batéria pripojená k záťaži, potom sa tranzistor FET2 opäť otvorí, keď napätie článku klesne pod 4,2V.

Ochrana proti prebitiu.

Ak napätie batérie klesne pod 2,3 - 2,5 V ( Ochranné napätie proti prebitiu- VODP), potom ovládač vypne FET1 MOSFET - je pripojený na pin DO.

Existuje veľmi zaujímavý stav . Kým napätie na batériovom článku nepresiahne 2,9 - 3,1 V ( Uvoľňovacie napätie pri nadmernom vybití - VODR), záťaž sa úplne odpojí. Svorky ovládača budú 0V. Tí, ktorí nie sú oboznámení s logikou ochranného obvodu, môžu tento stav považovať za "smrť" batérie. Tu je len malý príklad.

Miniatúrna Li-polymérová batéria 3,7V z MP3 prehrávača. Zloženie: riadiaci ovládač - G2NK (séria S-8261), montáž tranzistorov s efektom poľa - KC3J1.

Batéria je vybitá pod 2,5V. Riadiaci obvod ho odpojil od záťaže. Na výstupe regulátora 0V.

Zároveň, ak meriate napätie na batériovom článku, tak po vypnutí záťaže mierne vzrástlo a dosiahlo úroveň 2,7V.

Aby ovládač znovu pripojil batériu k "vonkajšiemu svetu", teda k záťaži, musí byť napätie na batériovom článku 2,9 - 3,1V ( VODR).

To vyvoláva veľmi rozumnú otázku.

Schéma ukazuje, že odtokové svorky (Drain) tranzistorov FET1, FET2 sú navzájom spojené a nie sú nikde spojené. Ako preteká prúd takýmto obvodom pri spustení ochrany proti prebitiu? Ako môžeme znova nabiť „banku“ batérie, aby regulátor opäť zapol vybíjací tranzistor - FET1?

Ak sa prehrabete v technických listoch pre lítium-iónové / polymérové ​​ochranné čipy (vrátane DW01-P,G2NK), potom môžete zistiť, že po spustení ochrany proti hlbokému vybitiu funguje obvod detekcie nabitia - Detekcia nabíjačky. To znamená, že keď je pripojená nabíjačka, obvod určí, že nabíjačka je pripojená a umožní proces nabíjania.

Nabíjanie na úroveň 3,1V po hlbokom vybití lítiového článku môže trvať veľmi dlho – niekoľko hodín.

Na obnovu lítium-iónovej/polymérovej batérie môžete použiť špeciálne nástroje, ako je univerzálna nabíjačka Turnigy Accucell 6. Môžete zistiť, ako to urobiť.

Práve touto metódou sa mi podarilo obnoviť Li-polymérovú 3,7V batériu z MP3 prehrávača. Nabíjanie z 2,7 V na 4,2 V trvalo 554 minút a 52 sekúnd, čo je viac ako 9 hodín ! Toľko môže trvať „zotavovacie“ nabíjanie.

Funkcia ochranných obvodov lítiovej batérie okrem iného zahŕňa nadprúdovú ochranu ( Nadprúdová ochrana) a skrat. Nadprúdová ochrana sa spustí v prípade prudkého poklesu napätia o určitú hodnotu. Potom mikroobvod obmedzí zaťažovací prúd. V prípade skratu (skratu) v záťaži regulátor úplne vypne, kým sa skrat neodstráni.

Tranzistor s izolovaným hradlovým poľom

Dnes sa medzi dostatočným počtom odrôd tranzistorov rozlišujú dve triedy: pn- prechodové tranzistory (bipolárne) a tranzistory s izolovaným polovodičovým hradlom (polom). Ďalší názov, ktorý možno nájsť pri popise tranzistorov s efektom poľa - MOS (kov - oxid - polovodič) je spôsobený tým, že ako dielektrický materiál sa používa hlavne oxid kremičitý (SiO 2). Ďalším, celkom bežným názvom je MIS (kov – dielektrikum – polovodič).

Niekoľko vysvetlení. Často počujete termíny MOSFET, mosfet, MOS tranzistor. Tento výraz je niekedy pre začiatočníkov v elektronike zavádzajúci.

Čo je MOSFET?

MOSFET je skratka pre dve anglické slovné spojenia: Metal-Oxide-Semiconductor (kov - oxid - polovodič) a Field-Effect-Transistors (tranzistor riadený elektrickým poľom). Preto MOSFET nie je nič iné ako normálny MOSFET.

Myslím, že teraz je jasné, že výrazy mosfet, MOSFET, MOS, MIS, MOS znamenajú to isté, konkrétne tranzistor s izolovaným hradlovým poľom.

Je potrebné pripomenúť, že spolu so skratkou MOSFET sa používa aj skratka J-FET (Junction - transition). Tranzistory J-FET sú tiež tranzistory s efektom poľa, ale takýto tranzistor je riadený pomocou riadiaceho p-n prechodu v ňom. Tieto tranzistory majú na rozdiel od MOSFET trochu inú štruktúru.

Princíp činnosti tranzistora s efektom poľa.

Podstatou činnosti tranzistora s efektom poľa je schopnosť ovládať prúd, ktorý ním prechádza, pomocou elektrického poľa (napätia). To je výhodné v porovnaní s tranzistormi bipolárneho typu, kde je veľký výstupný prúd riadený pomocou malého vstupného prúdu.

Pozrime sa na zjednodušený model izolovaného tranzistora s efektom hradlového poľa (pozri obrázok). Pretože tranzistory MOS majú rôzne typy vodivosti (n alebo p), obrázok ukazuje tranzistor s efektom poľa s izolovaným hradlom a kanálom typu n.

Základom tranzistora MIS je:

kremíkový substrát . Substrát môže byť polovodič typu p alebo n. Ak je substrát typu p, potom polovodič obsahuje viac kladne nabitých atómov v miestach mriežky kryštálov kremíka. Ak je substrát typu n, potom polovodič obsahuje viac negatívne nabitých atómov a voľných elektrónov. V oboch prípadoch sa vytvorenie polovodiča typu p alebo n dosiahne zavedením nečistôt.

Oblasti polovodičov n+ . Tieto oblasti sú vysoko obohatené voľnými elektrónmi (preto "+"), čo sa dosiahne zavedením nečistoty do polovodiča. K týmto oblastiam sú pripojené zdrojové a odtokové elektródy.

Dielektrikum . Izoluje hradlovú elektródu od kremíkového substrátu. Samotné dielektrikum je vyrobené z oxidu kremičitého (SiO 2). K povrchu dielektrika je pripojená hradlová elektróda, riadiaca elektróda.

Teraz si stručne popíšeme, ako to celé funguje.

Ak je medzi bránou a zdrojom privedené kladné napätie ( + ) k terminálu hradla, potom sa medzi kovovým terminálom hradla a substrátom vytvorí priečne elektrické pole. Na druhej strane začne priťahovať záporne nabité voľné elektróny na povrchovú vrstvu dielektrika, ktoré sú rozptýlené v malom množstve v kremíkovom substráte.

V dôsledku toho sa v povrchovej vrstve nahromadí dostatočne veľký počet elektrónov a vytvorí sa takzvaný kanál - oblasť vedenia. Kanál je na obrázku znázornený modrou farbou. Skutočnosť, že kanál je typu n, znamená, že pozostáva z elektrónov. Ako vidíte, medzi svorkami zdroja a odtokom a v skutočnosti ich oblasťami n + sa vytvára akýsi „most“, ktorý vedie elektrický prúd.

Prúd tečie medzi zdrojom a odtokom. V dôsledku externého riadiaceho napätia je teda riadená vodivosť tranzistora s efektom poľa. Ak je riadiace napätie z hradla odstránené, potom vodivý kanál v blízkej povrchovej vrstve zmizne a tranzistor sa uzavrie - prestane prechádzať prúdom. Treba poznamenať, že obrázok zjednodušeného modelu ukazuje tranzistor s efektom poľa s kanálom typu n. Existujú tiež tranzistory s efektom poľa s kanálom typu p.

Zobrazený model je veľmi zjednodušený. V skutočnosti je zariadenie moderného MOS tranzistora oveľa komplikovanejšie. Ale napriek tomu zjednodušený model jasne a jednoducho ukazuje myšlienku, ktorá bola začlenená do zariadenia tranzistora s efektom poľa s izolovanou bránou.

Tranzistory s efektom poľa s izolovaným hradlom sú okrem iného ochudobnené a obohatené. Obrázok ukazuje len obohatený typ tranzistora s efektom poľa - v ňom je kanál „obohatený“ o elektróny. V tranzistore s vyčerpaným typom sú elektróny už prítomné v oblasti kanála, takže tranzistor prechádza prúdom bez riadiaceho napätia na hradle. Charakteristiky prúdového napätia tranzistorov s efektom poľa ochudobneného a obohateného typu sa výrazne líšia.

O rozdiele medzi bohatými a ochudobnenými typmi MOSFET tranzistorov si môžete prečítať tu. Je to tam aj zobrazené ako sa označujú MOSFETy na schémach.

Je ľahké vidieť, že hradlová elektróda a substrát spolu s dielektrikom umiestneným medzi nimi tvoria akýsi elektrický kondenzátor. Dosky sú kovovým výstupom brány a oblasťou substrátu a izolátorom medzi týmito elektródami je dielektrikum oxidu kremičitého (SiO2). Preto má tranzistor s efektom poľa podstatný parameter, ktorý je tzv kapacita brány.

Tranzistory s efektom poľa, na rozdiel od bipolárnych, majú menší vlastný šum pri nízkych frekvenciách. Preto sa aktívne používajú v technológii zosilnenia zvuku. Napríklad moderné nízkofrekvenčné mikroobvody výkonového zosilňovača pre CD / MP3 prehrávače do auta obsahujú tranzistory MOSFET. Na prístrojovej doske prijímača automobilu nájdete nápis „ výkonový MOSFET“ alebo podobne. Výrobca sa teda chváli, čím dáva najavo, že mu záleží nielen na výkone, ale aj na kvalite zvuku.

Tranzistor s efektom poľa má v porovnaní s tranzistormi bipolárneho typu vyšší vstupný odpor, ktorý môže dosiahnuť 10 až 9 mocninu ohmov alebo viac. Táto vlastnosť nám umožňuje považovať tieto zariadenia za riadené potenciálom alebo inými slovami napätím. Dnes je to najlepšia možnosť pre vytváranie obvodov s dostatočne nízkou spotrebou energie v statickom pokojovom režime. Táto podmienka je obzvlášť dôležitá pre obvody statickej pamäte s veľkým počtom pamäťových buniek.

Ak hovoríme o kľúčovom režime prevádzky tranzistorov, potom v tomto prípade vykazujú najlepší výkon bipolárne, pretože pokles napätia v možnostiach poľa je veľmi významný, čo znižuje celkovú účinnosť celého obvodu. Napriek tomu sa v dôsledku vývoja technológií výroby tranzistorov s efektom poľa bolo možné tohto problému zbaviť. Moderné FETy majú nízky kanálový odpor a fungujú skvele pri vysokých frekvenciách.

Výsledkom hľadania na zlepšenie charakteristík výkonných tranzistorov s efektom poľa bolo vynájdené hybridné elektronické zariadenie - IGBT tranzistor, ktorý je hybridom poľného a bipolárneho tranzistora.

IGBT tranzistor

Bipolárny tranzistor s izolovaným hradlom

V modernej výkonovej elektronike sú široko používané takzvané IGBT tranzistory. Táto skratka je prevzatá zo zahraničnej terminológie a znamená Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou a v ruštine to znie ako bipolárny tranzistor s izolovanou bránou. Preto sa IGBT tranzistory nazývajú aj IGBT. IGBT je elektronické napájacie zariadenie, ktoré sa používa ako výkonný elektronický kľúč inštalovaný v spínacích zdrojoch, meničoch, ako aj riadiacich systémoch elektrických pohonov.

IGBT tranzistor je pomerne dômyselné zariadenie, ktoré je hybridom tranzistora s efektom poľa a bipolárneho tranzistora. Táto kombinácia viedla k tomu, že tento typ tranzistora zdedil pozitívne vlastnosti tranzistora s efektom poľa aj bipolárneho tranzistora.

Podstatou činnosti tranzistora IGBT je, že tranzistor s efektom poľa riadi výkonný bipolárny tranzistor. Výsledkom je, že spínanie výkonnej záťaže je možné pri nízkom riadiacom výkone, pretože riadiaci signál je privádzaný do brány tranzistora s efektom poľa.

Vnútorná štruktúra IGBT je kaskádové prepojenie dvoch elektronických vstupných spínačov, ktoré ovládajú terminál plus. Obrázok nižšie zobrazuje zjednodušený ekvivalentný obvod IGBT.

Celý proces prevádzky IGBT môže byť reprezentovaný v dvoch fázach: akonáhle je priložené kladné napätie, medzi bránou a zdrojom sa otvorí tranzistor s efektom poľa, to znamená, že medzi zdrojom a kolektorom sa vytvorí n-kanál. V tomto prípade začína pohyb nábojov z regiónu n do regiónu p, čo znamená otvorenie bipolárneho tranzistora, v dôsledku čoho prúd prúdi z emitora do kolektora.

História vzniku IGBT.

Prvýkrát sa výkonné tranzistory s efektom poľa objavili v roku 1973 a už v roku 1979 bol navrhnutý kompozitný tranzistorový obvod vybavený riadeným bipolárnym tranzistorom pomocou izolovaného tranzistora s efektom poľa. Počas testov sa zistilo, že pri použití bipolárneho tranzistora ako kľúča nedochádza k saturácii na hlavnom tranzistore, čo výrazne znižuje oneskorenie v prípade vypnutia spínača.

O niečo neskôr, v roku 1985, bol predstavený bipolárny tranzistor s izolovanou bránou, ktorého charakteristickou črtou bola plochá štruktúra, rozsah prevádzkového napätia sa zväčšil. Takže pri vysokých napätiach a vysokých prúdoch sú straty v zapnutom stave veľmi malé. V tomto prípade má zariadenie podobné spínacie a vodivé charakteristiky ako bipolárny tranzistor a riadenie sa vykonáva napätím.

Prvá generácia zariadení mala určité nevýhody: prepínanie bolo pomalé a nelíšili sa v spoľahlivosti. Druhá generácia bola vydaná v 90-tych rokoch a stále sa vyrába tretia generácia: takéto nedostatky odstránili, majú vysoký vstupný odpor, riadený výkon je nízky a v zapnutom stave je nízke aj zvyškové napätie.

Už teraz sú v predajniach elektronických súčiastok dostupné IGBT tranzistory, ktoré dokážu spínať prúdy v rozsahu od niekoľkých desiatok do stoviek ampérov ( ja mam max ) a prevádzkové napätie ( U ke max ) sa môže pohybovať od niekoľkých stoviek až po tisíc alebo viac voltov.

Symbol IGBT (IGBT) na schémach zapojenia.

Keďže IGBT tranzistor má kombinovanú štruktúru poľa s efektom poľa a bipolárneho tranzistora, jeho výstupy sa tiež nazývajú gate - Z(riadiaca elektróda), žiarič ( E) a zberateľ ( Komu). Cize vystup clony je oznaceny pismenom G, výstup žiariča - E a výstup kolektora - C.

Obrázok znázorňuje symbolický grafický symbol pre bipolárny tranzistor s izolovaným hradlom. Tranzistor je možné zobraziť aj so vstavanou rýchlou diódou. Tiež IGBT tranzistor môže byť znázornený nasledovne:

Vlastnosti a rozsah IGBT.

Charakteristické vlastnosti IGBT tranzistorov:

Riadené napätím (ako každý tranzistor s efektom poľa);

Mať nízke straty v stave;

Môže pracovať pri teplotách nad 100 0 C;

Schopný pracovať s napätím nad 1000 voltov a výkonom nad 5 kilowattov.

Uvedené vlastnosti umožnili použitie IGBT tranzistorov v invertoroch, frekvenčne riadených pohonoch a v regulátoroch spínaného prúdu. Okrem toho sa často používajú v zdrojoch zváracieho prúdu, v riadiacich systémoch pre výkonné elektrické pohony, ktoré sa inštalujú napríklad na elektrické vozidlá: elektrické lokomotívy, električky, trolejbusy. Toto riešenie výrazne zvyšuje účinnosť a zabezpečuje vysokú hladkosť.

Okrem toho sú tieto zariadenia inštalované v zdrojoch neprerušiteľného napájania a vo vysokonapäťových sieťach. IGBT tranzistory možno nájsť v elektronických obvodoch pračiek, šití a umývačiek riadu, invertorových klimatizácií, čerpadiel, elektronických zapaľovacích systémov pre automobily, napájacích systémov serverov a telekomunikačných zariadení. Ako vidíte, rozsah IGBT je pomerne veľký.

Stojí za zmienku, že IGBT a MOSFET sú v niektorých prípadoch zameniteľné, ale MOSFET sú preferované pre vysokofrekvenčné nízkonapäťové stupne a IGBT pre vysokovýkonné vysokonapäťové stupne.

Napríklad tranzistory IGBT dokonale vykonávajú svoje funkcie pri prevádzkových frekvenciách až do 20-50 kilohertzov. Pri vyšších frekvenciách tento typ tranzistora zvyšuje straty. Schopnosti IGBT tranzistorov sa tiež naplno prejavia pri prevádzkovom napätí viac ako 300-400 voltov. Preto sa bipolárne tranzistory s izolovanou bránou najľahšie nachádzajú vo vysokonapäťových a výkonných elektrických spotrebičoch.