Una solución completa de batería de reserva que utiliza una batería recargable de NiCd

Los sistemas alimentados por batería, incluidos los ordenadores portátiles, los asistentes digitales personales (PDA) y los instrumentos portátiles, requieren sistemas de reserva para mantener viva la memoria mientras se sustituye la batería principal. La solución más común es utilizar una costosa batería de litio no recargable. Esta solución requiere la detección de batería baja, exige el acceso a la batería e invita a retirarla inadvertidamente. El controlador de la batería de reserva LTC1558 elimina estos problemas al permitir el uso de una sola célula de níquel-cadmio (NiCd) recargable de bajo coste. El LTC1558 tiene un cargador rápido/de goteo incorporado que carga la pila de NiCd cuando hay alimentación principal.

La figura 1 muestra un circuito de aplicación típico con un LTC1558-3.3 que proporciona energía de reserva a un regulador reductor síncrono LTC1435. Los componentes del circuito de reserva son la batería de NiCd, R11-R14, C11-C12, L11 y Q11. SW11 y R15 proporcionan una función de reinicio suave o duro.

Figura 1: Sistema de respaldo LTC1558 con el LTC1435 como controlador principal del sistema.

En funcionamiento normal, el LTC1435 se alimenta de la batería principal, que puede oscilar entre 4,5V y 10V (por ejemplo, una batería de iones de litio de 2 series o 2 series × 2 paralelas, o similar) y genera la salida del sistema de 3,3V. El LTC1558 funciona en modo de espera. En el modo de espera, el pin BKUP (reserva) del LTC1558 se pone a nivel bajo y se activa el MOSFET de canal P Q11. La célula de NiCd se carga rápidamente mediante una fuente de corriente de 15mA conectada entre la VDC y SW. Una vez que la célula de NiCd está totalmente cargada (según el medidor de gas del LTC1558), el LTC1558 realiza una carga lenta de la célula de NiCd. R14 ajusta la corriente de carga de goteo según la fórmula I(TRICKLE) = 10 - (VNiCd - 0.5)/R14. La corriente de carga lenta se ajusta para superar la corriente de autodescarga de la célula de NiCd, manteniendo así la carga completa de la célula.

El voltaje de la batería principal se reduce mediante el divisor de resistencia R11-R12 y es controlado por el LTC1558 a través del pin FB. Si la tensión en la patilla FB cae un 7,5% por debajo de la tensión de referencia interna de 1,272 V (debido a la descarga o sustitución de la batería principal), el sistema pasa al modo de reserva. En el modo de espera, los interruptores internos del LTC1558 y L11 forman un convertidor elevador síncrono que genera una tensión regulada de 4V a VBAK. El LTC1435 funciona con esta tensión de alimentación para generar la tensión de salida de 3,3V. El pin BKUP se pone en alto con R13 y Q11 se apaga, dejando su diodo de cuerpo en polarización inversa. El pin BKUP también alerta al microprocesador del sistema. C11, un condensador de 47µ F, proporciona un bypass de baja impedancia para manejar la corriente de carga transitoria del convertidor elevador; de lo contrario, la caída de tensión a través de la resistencia interna de la célula de NiCd activaría la función de bloqueo por subtensión del LTC1558. La tabla 1 muestra varios valores de VFB contra el VBAK de voltaje. La figura 2 muestra la potencia de salida máxima disponible en la salida de 3,3 V frente al voltaje de la célula de NiCd. Se consiguen más de 100mW de potencia de salida con un voltaje de célula de NiCd superior a 1V. La figura 3 muestra el tiempo de reserva frente a la corriente de carga de 3,3 V utilizando una célula Sanyo Cadnica N-110AA (serie estándar con capacidad de 110mAhrs). Se consigue más de una hora de autonomía con menos de 80mW de potencia de salida de 3,3V.

Figura 2. 3.3. Potencia de salida de 3V frente a la tensión de reserva de la célula.

Figura 3: Tiempo de respaldo frente a la corriente de carga de salida de 3,3 V.

Tabla 1. VFB y VBAK tensiones
% relativo por debajo de VREF% de VREFVFBVBAK
-0%100%1.272V4.332V
-6%94%1.196V4.073V
-7.5%92.5%1.177V4.008V

Cuando se inserta un nuevo paquete de pilas principales en el sistema, el diodo del cuerpo de Q11 pasa a estar polarizado hacia delante. Una vez que la tensión en la patilla FB aumenta más de un 6% por debajo de VREFel pin BKUP tira hacia abajo y reactiva Q11. El pin BKUP tira hacia abajo y reactiva Q11, permitiendo que el nuevo paquete de baterías proporcione energía de entrada al LTC1435. El LTC1558 reconstruye ahora con precisión la cantidad de carga extraída de la célula de NiCd mediante el cargador interno y el medidor de gas.

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