Keysight Application Note 5992-1072EN | Evaluating Adaptive Fast USB Battery Charging of Mobile Devices

Application Note :: USB-Schnittstellenuntersuchung für Lithium-Ionen Akku-Schnellladung.

Mobilgeräte, wie z. B. Smart Phones, Tablets und Phablets bieten zwischenzeitlich eine Fülle an innovativen Applikationen und Funktionen, die zwangsläufig zu erhöhtem Batteriestrom führen. 

Um eine akzeptable Betriebsdauer pro Batterieladung zu erhalten, werden Tablets mit Lithium-Ionen Akkus mit einer Kapazität von 9.000 mAh ausgestattet. Trotz dieser Batteriekapazität müssen sie bereits vor dem Arbeitstagende wieder geladen werden. Typischer Weise benötigen diese hohen Kapazitäten eine „Über Nacht-Ladezeit“ aufgrund des, durch die USB-Schnittstelle begrenzten, Ladestromes.

Dieses Dilemma wird durch 2 Lösungsansätze gelöst: Lieferung eines höheren Ladestromes über die Schnittstelle und ein anpassungsfähiges Akku-Lade-Management-System. Beides zusammen führt zu einer Ladezeit von ca. 1 Stunde für eine Ladung bis zu 80 % der Akkukapazität. Dieses nennt man Laderate oder C-Rate. Für einen Lithium-Ionen-Akku wird gewöhnlich 1C als Maximum angesehen, was für den Fall des 9.000mAh-Akkus einen Ladestrom von 9 A über 1 Stunde bedeutet.

Eine adaptive Schnellladung über USB ist deutlich komplexer und muss aus Sicherheitsgründen und für eine lange Lebensdauer des Akkus während der Entwicklungsphase sorgfältig evaluiert werden. Dieser Messprozess wird deutlich vereinfacht, indem spezielles Messequipment verwendet wird.

In dieser Applikationsschrift wird gezeigt, wie mit den SMU-Modulen (Source Measure Unit), den Modulen N6781A (20W, ± 1A, 20 V oder ± 3 A, 6 V) und N6785A (80 W, 20 V, ±4 A oder 6 V, ±8 A), die als 2-Quadranten-Quellen mit entsprechenden Messeinheiten ausgelegt sind, derartige Ladevorgänge an USB-Schnittstellen evaluiert und simuliert werden können. Die Module werden in das Mainframe N6705B, dem DC Power Analyzer, eingeschoben. Zusammen mit der Software 14585A von Keysight wird der Messvorgang zur Evaluation des Akku-Schnelllade-Managements erheblich vereinfacht.

Weitere Abschnitte der Applikationsbroschüre betreffen die elektronischen Grundlagen zur Messung und Auslegung eines adaptiven Ladevorgangs für Lithium-Ionen-Akkus nebst den typischen Strom- Spannungsverhältnissen, die dabei zu beachten sind.

Die Broschüre ist in englischer Sprache