Мобильник: любовь или опасная связь? Правда, которой не расскажут в салонах мобильной связи

Абсолютно каждому пользователю мобильного телефона с определенной периодичностью приходится выполнять одно и то же рутинное действие — ставить его на зарядку. Для чего это нужно? Не сделай этого, и мобильник в любой момент может отказать в порой очень необходимой помощи (заряд аккумулятора иссякнет). Поэтому делать это просто необходимо! Однако в этой на первый взгляд совсем не сложной процедуре — берем зарядное устройство, далее один конец втыкаем в телефон, другой всовываем в розетку — есть множество нюансов, которые требуют наличия не только здравого смысла, но и некоторых познаний в физике, далеко не всегда известных обычному пользователю, а надо бы! В данном материале я постараюсь максимально доступно и интересно рассказать вам о явлениях, происходящих в недрах разных типов мобильных аккумуляторов при зарядке, о классификации питающих элементов и о многом другом.

Состав ЗУ

Состоит из пресловутого сетевого адаптера, который часто и ошибочно именуют зарядным устройством (ЗУ). На самом деле ЗУ состоит из этого адаптера, но не одного, а в сочетании со встроенными в телефон электронными схемами, осуществляющими непосредственное управление зарядкой батареи. Находящийся в адаптере блок питания устроен довольно просто, и в нем нет ничего особенно интересного. Блоки питания бывают следующих видов: обычные (для работы от сети переменного тока), автомобильные, трансформаторные и бестрансформаторные. Друг от друга они отличаются внешним исполнением и — что самое главное — выходными характеристиками. Их функция заключается в том, чтобы выдавать электрический ток с параметрами, необходимыми для питания внутренних схем ЗУ.

Общие процессы

Так что же такого интересного скрыто в самом телефоне, при помощи чего и происходит зарядка его батареи? Это обычный стабилизатор напряжения, который, опять же, не представляет собой ничего интересного, и схемы, реализующие алгоритмы зарядки аккумулятора, то есть лежащие в основе всех тонкостей эксплуатации тех или иных типов батарей.

Когда мы вставляем блок питания в сетевую розетку с благой целью — зарядить аккумулятор своего телефона, — происходит большое количество простых и сложных процессов. Электрический ток выпрямляется, сглаживается и далее по кабелю следует в телефон, где попадает на стабилизатор питания. Этот ток определяется двумя характеристиками — минимальным и максимальным напряжением. Так, если верхний порог составляет 4 В, то при использовании блока питания с выходным напряжением 4,2 В велика вероятность в лучшем случае заблокировать его так, что аккумулятор не будет заряжаться, а в худшем — напрочь сжечь стабилизатор. Если напряжение будет ниже допустимого предела, то телефону это не повредит, но и заряжаться он не будет.

Исходя из вышесказанного следует вывод, что нужно применять только блоки питания, совместимые с каждой конкретной моделью телефона. Главный и в то же время самый простой признак несоответствия — это несовпадение разъемов. Если подобная ситуация с неродным блоком питания имеет место, лучше сразу отказаться, как бы ни был прекрасен «заветный плод». При использовании «правильного» блока питания аппарат начнет инициализацию (специальную проверку) процесса зарядки сразу после того, как появится напряжение на разъеме. В ходе этого процесса проводится проверка типа батареи (если она неисправна — зарядки не произойдет); анализируются напряжение на клеммах батареи и сила тока, которую она пропускает. Во время инициализации индикатор на дисплее телефона начинает двигаться, и это, как правило, убеждает пользователя в том, что процесс зарядки уже пошел. Но не все именно так! Сначала управляющая электроника должна определить, целесообразно ли вообще заряжать аккумулятор, и только в случае положительного ответа начнется зарядка. Как же она происходит? Просто подводится постоянный ток к контактам? Все несколько сложнее. Каждому типу аккумулятора соответствует определенный вид зарядки. На этом остановимся подробнее.

Более детально

Для аккумуляторов на основе никеля — никель-кадмиевых и никель-металлогидридных — используется несколько различающихся видов зарядки, но всех их объединяет одно — обеспечение постоянной силы тока.

Первый тип зарядки — стандартный (струйный). Осуществляется путем подачи тока, величина которого равна десятой части от числовой емкости батареи, на клеммы аккумулятора. Так, например, для аккумулятора емкостью 800 мА/ч это значение равно 80 мА. При этом замеряется напряжение на контактах, что создает возможность определить момент окончания зарядки. Когда батарея полностью заполнится электричеством, напряжение немного возрастет. Вскоре после этого сила тока постепенно уменьшится вплоть до нуля. В настоящее время подобный алгоритм почти не применяется ввиду длительности процесса, разве что в некоторых настольных зарядных устройствах в качестве режима, продлевающего срок службы батарей.

Второй тип — «быстрый заряд». Заключается он в том, что на контакты батареи подается ток, по величине равный промежуточному значению между одной третью и полным значением емкости аккумулятора. Контроль осуществляется аналогично тому, как описано в предыдущем способе. При такой зарядке батареи довольно сильно нагреваются, особенно если подаваемый ток велик. По этой причине после окончания процесса зарядки, обычно длящегося 3–5 часов, блок питания следует сразу же отключать, дабы не случилось какой-нибудь беды.

Третий тип зарядки — так называемый дельта-V. Величина V показывает изменения напряжения на клеммах, благодаря чему системой делается вывод об окончании процесса зарядки. Как правило, значение V принимается равным 10 мВ. Если напряжение упадет на такую величину, схема управления молниеносно зарегистрирует это и уменьшит ток до величины, необходимой для компенсации явления саморазряда. При этом используется контроль температуры: в момент окончания зарядки батарея прилично нагревается, вследствие чего срабатывает температурный датчик, встроенный в управляющую схему. Величина тока в процессе зарядки устанавливается в размере, равном промежутку от половины значения емкости до полной ее величины. Этот способ — самый лучший и самый действенный применительно к никелевым элементам питания и особенно к никель-металлогидридным.

Необходимо помнить, что подача электропитания на клеммы аккумулятора после его полной зарядки вредна для него, тем более при больших значениях тока. Однако следует заметить, что современные алгоритмы и реализующие их схемы контроля позволяют максимально уменьшить эту опасность.

Отдельной строкой следует упомянуть способ реверсивной зарядки. В этом случае короткие импульсы разряда (то есть тока от батареи) чередуются с длинными импульсами заряда, что весьма положительно влияет на работоспособность батареи и препятствует возникновению «эффекта памяти». Данный алгоритм применяется только в анализаторах аккумуляторов.

Отдельным (и я бы даже сказал особым) классом являются автомобильные зарядные устройства. При использовании алгоритма дельта-У-заряда при работе от электросети автомобиля точно определить значение величины V мешают многочисленные шумы и помехи, вызванные недостаточным качеством электропитания в сети, что приводит к повышению заряда аккумулятора и его скоропостижной кончине. Именно поэтому надо с определенной осторожностью относиться к автомобильным ЗУ. Лучше выбирать те из них, которые имеют хорошо работающие сглаживающие фильтры и стабилизаторы.

При зарядке литиево-ионных и литиево-полимерных аккумуляторов применяется постоянное напряжение.

Здесь также проводится контроль напряжения на контактах батареи, причем допустимые значения отклонений очень малы. Верхний предел напряжения на элементе составляет 4,1–4,2 В (в зависимости от типа электрода). Превышение этого значения опасно для батареи, поэтому в аккумуляторы типа Li-Ion встраивают микросхемы контроля, отключающие батарею при скачках напряжения (как при очень низком напряжении на контактах, так и при достижении полного заряда). Используемая микросхема делает аккумулятор более удобным в эксплуатации, за что приходится расплачиваться материально — деньгами. Объясняется это применением более сложных элементов управления.

Сам процесс зарядки литиевых элементов можно разделить на две фазы. Сначала батарея заряжается до тех пор, пока напряжение на клеммах не достигнет максимально возможной величины (4,1–4,2 В). Окончание первой стадии свидетельствует о том, что аккумулятор заряжен на 70 % от максимально возможного значения. Далее процесс зарядки переходит во вторую фазу, в течение которой сила тока начинает постепенно снижаться до нуля, и в конечный момент батарея окажется полностью заряженной. Обычно время зарядки составляет 2–3 часа.

В определенных ситуациях может применяться «прямая» зарядка аккумуляторов вида Li-Ion. Она нужна, если батарею нельзя заполнить с помощью стандартного ЗУ. Такое бывает в случае сильного разряда элемента. При использовании этого метода к клеммам аккумулятора напрямую подключают источник постоянного тока с подходящими параметрами. Если зарядка этим способом не удается (заблокировалась микросхема защиты из-за низкого напряжения), можно попробовать разобрать батарею и подавать питание непосредственно на контакты ее ячеек, минуя микросхему. Однако несмотря на возможную полезность этого способа в некоторых ситуациях, применять его не рекомендуется даже опытным пользователям: один неверный шаг — и все испорчено!

В отличие от батарей на основе никеля для литиево-ионных элементов увеличение силы тока приводит к небольшому сокращению времени зарядки. Дозарядка (как в случае с методом дельта-У) для компенсации явления саморазряда не производится ввиду очень малой величины потерь энергии для литиевых элементов и крайней вредности попыток превышения их емкости.