- Проблеми затягування термінів виведення пристроїв на ринок
- Проблеми оцінки часу роботи акумулятора
- Використання технології EZ для вирішення проблем
- MAX17055: Fuel Gauge c ModelGauge m5 EZ
- Порівняльний аналіз похибок вимірювання
- Переваги при оцінці часу роботи
- Збільшення терміну служби в порівнянні з конкурентами
- висновок
- Про компанію Maxim Integrated
Всі ми опинялися в ситуації, коли дуже важливо знати, наскільки сильно розряджений акумулятор і скільки часу залишається до відключення пристрою. Максимально точно визначити заряд і час допоможе малопотребляющая мікросхема MAX17055 на базі алгоритму ModelGauge m 5 EZ від Maxim Integrated.
Носяться пристрої є привабливим і зростаючим сегментом ринку, в якому інтелектуальні годинник продовжують утримувати домінуюче становище. Кожен виробник прагне зайняти лідируючу позицію в цій переповненій і конкурентному середовищі, в той час як споживачі вимагають точного визначення заряду акумуляторної батареї і максимально довгої роботи пристроїв (малюнок 1). Розглянемо вимоги, пов'язані з важливою функцією контролю за ємністю акумулятора, а також познайомимося з проривний технологією, яка вирішує ці завдання.
Мал. 1. Розумний годинник повідомляють про розряд акумулятора
Проблеми затягування термінів виведення пристроїв на ринок
Ефективність використання акумулятора залежить від якості застосовуваної математичної моделі, яка лежить в основі алгоритму вимірювання рівня заряду. Якщо витратити час на дослідження індивідуальних характеристик акумулятора, то ви отримаєте більш точний математичний опис, зможете знизити можливість виникнення помилки поточного стану заряду (SOC) і правильно спрогнозувати, коли акумулятор наближається до повного розряду.
Енергія, запасені в батареї (ємність в мА · год), залежить від таких параметрів як навантаження і температура. В результаті розробники повинні знімати характеристики заряду / розряду акумулятора для роботи в найрізноманітніших умовах. Як тільки модель заряду-розряду, що описує поведінку акумулятора, визначена - вона завантажується в спеціалізовану мікросхему, яка стежить за станом SoC в процесі роботи акумулятора (ці мікросхеми часто називають «Паливним» або Fuel Gauge. Прим. Ред.). Ретельний контроль за станом акумулятора дозволяє забезпечити більш високий рівень безпеки при заряді і розряді, продовжити термін служби акумулятора.
Отримання моделі акумулятора є проблемою, що збільшує термін виведення продукту на ринок. Труднощі в обслуговуванні споживачів будь-якого рівня, в тому числі - і найбільш великосерійних, також становить складність для виробників. Постачальники інтегральних схем (ІС) традиційно орієнтовані на виробників великих серій пристроїв, оскільки для отримання моделі часто потрібно велика дослідницька робота, і тільки деякі виробники ІС мають необхідні для цього ресурси.
Проблеми оцінки часу роботи акумулятора
Одним з важливих наслідків використання неточною моделі акумулятора є висока похибка при оцінці часу його роботи. Типовий добовий сценарій роботи інтелектуальних годин включає в себе 5 годин в активному стані, в тому числі таких дій як перевірка часу і повідомлень, використання додатків, відтворення музики, розмови і тренування, і 19 годин в пасивному стані (тільки перевірка часу). Якщо пристрій споживає 40 мА в активному режимі і 4 мА в пасивному, то в цілому споживання складе 276 мА · год в день, що приблизно відповідає ємності типовою акумуляторної батареї. Точне передбачення часу роботи батареї необхідно для запобігання несподіваних або передчасних перерв в роботі пристрою.
Тривалість часу роботи також важлива. У пасивному режимі типова акумуляторна батарея може витримувати до 69 годин роботи (276/4 мА). Типова мікросхема Fuel Gauge, яка споживає 50 мкА, скоротить час роботи батареї в пасивному режимі приблизно на 52 хвилини, а такою величиною вже не можна нехтувати.
Використання технології EZ для вирішення проблем
Компанія Maxim Integrated створила алгоритм для точної оцінки стану заряду і безпечного управління для більшості акумуляторних батарей. Алгоритм був розроблений після вивчення характеристик звичайних літієвих акумуляторів.
В алгоритмі ModelGauge ™ m5 EZ (EZ) використовується модель акумулятора, вбудована в ІС Fuel Gauge, яка налаштована на конкретне застосування. Проектувальники можуть створювати моделі акумуляторів, використовуючи просту утиліту настройки, яка входить до складу програмного забезпечення оціночного набору. Розробнику системи необхідно надати значення тільки трьох параметрів:
- ємність (найчастіше вказується на етикетці або в документації на акумулятор);
- напруга акумулятора, яке буде вважатися напругою повного розряду акумулятора (залежить від програми);
- напруга повного заряду акумулятора (якщо воно вище 4,275 В).
З технологією EZ розробникам більше не потрібно самостійно будувати модель акумулятора, оскільки це вже було зроблено виробником мікросхеми контролю стану заряду (Fuel Gauge).
Кілька адаптивних механізмів, реалізованих в алгоритмі EZ, ще більше підвищують точність вимірювання рівня заряду за рахунок додаткового вивчення характеристик акумуляторної батареї в процесі роботи. Один з таких механізмів гарантує, що в міру розряду акумулятора показання датчика будуть прагнути до 0%. Тому датчик повідомляє про рівень заряду (SOC), що дорівнює 0%, як тільки напруги осередку знизиться до рівня повного розряду.
Мал. 2. Похибки системи EZ
Якщо ми поставимо собі величиною бюджету помилки на рівні 3%, то при вимірюванні повного розряду акумулятора 95,5% всіх моделей EZ пройдуть тестування. Це дуже близько до показників, демонстрованих лабораторними моделями, які успішно проходять випробування в 97,7% тестових випадків. Як показано на малюнку 2, механізм EZ працює приблизно на тому ж рівні точності, коли батарея тільки наближається до повного розряду, і це найбільш важливо.
Для багатьох користувачів недостатньо знати рівень заряду або залишилася ємність акумулятора. Насправді вони хочуть знати, скільки часу залишилося до повного розряду. Спрощені методи, такі як розподіл залишилася ємності на справжню або майбутню навантаження, можуть привести до надмірно оптимістичними оцінками. Алгоритм EZ здатний дати набагато більш точну оцінку часу до повного розряду, грунтуючись на відомих параметрах батареї, температуру, рівень навантаження і значенні напруги повного розряду для конкретного додатка.
Завдяки алгоритму EZ крупносерійні виробники можуть використовувати його в якості відправної точки для швидкої розробки. І тільки після того, як вони отримають робочий прототип, можна перейти на спеціалізовану вивірену модель заряду-розряду. Менші виробники можуть застосовувати алгоритм EZ для найбільш доступних акумуляторів, з тією лише умовою, що розкид параметрів акумуляторів не буде занадто великим.
MAX17055: Fuel Gauge c ModelGauge m5 EZ
Мікросхема MAX17055 на базі алгоритму ModelGauge m5 EZ призначена для роботи з акумулятором, що складається з одного осередку. У режимі "Shutdown Mode" вона споживає 0,7 мкА, а в сплячому режимі - всього 7 мкА і всього 18 мкА в активному стані, що ідеально підходить для носяться пристроїв на батарейках. Інтерфейс I²C забезпечує доступ до регістрів даних і управління та забезпечує повний контроль над мікросхемою.
Порівняльний аналіз похибок вимірювання
На малюнку 3 представлений порівняльний аналіз похибок MAX17055. Ця діаграма показує, що при майже повній розряді акумулятора мікросхема MAX17055 в більшості тестових випадків (15 з 26) забезпечує погрішність не більше 1%, в той час як конкуруючий аналог демонструє набагато вищу похибка для одного і того ж кількості випробувань.
Мал. 3. Порівняння похибок вимірювань
Переваги при оцінці часу роботи
Мала похибка близько значень стану повного розряду акумулятора забезпечує оптимальне використання заряду батареї, збільшення часу роботи і мінімізацію можливості несподіваного або передчасного переривання роботи пристрою, тобто дозволяє краще прогнозувати час роботи до повного розряду.
Збільшення терміну служби в порівнянні з конкурентами
Використання ІС Fuel Gauge з малим значенням струму власного споживання збільшує час роботи акумулятора. Для MAX17055 ток в активному стані становить 18 мкА, що на 64% нижче, ніж у найближчого конкурента. Крім того, в сплячому режимі ток падає до 7 мкА. Застосовуючи ці характеристики до розглянутого на початку статті добовому сценарієм для розумних годин, можна порахувати, що час роботи акумуляторної батареї зменшується вже не на 52 хвилини, а всього лише на 7 хвилин. Це - суттєве збільшення часу роботи.
висновок
Дуже важливо використовувати якісні математичні моделі заряду-розряду акумуляторів для побудови ефективної системи вимірювання заряду, яка визначає час роботи акумулятора з максимальною точністю. Складнощі, що виникають при побудові точних моделей акумуляторів, збільшують час виходу пристроїв на ринок і перешкоджають випуску невеликих серій пристроїв на батарейках. Проривний підхід, заснований на алгоритмі E7 ModelMauge m5 EZ, вбудованому в MAX17055, робить процес розробки швидше, простіше, дешевше і забезпечує більш ефективне використання акумуляторів в широкому спектрі додатків.
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі
