¿Cómo pueden los ordenadores portátiles cambiar sin problemas de la alimentación de pared a la batería?

Question

Así que esta es probablemente una pregunta bastante simple, pero los circuitos eléctricos no son mi fuerte. Tengo curiosidad por saber cómo los dispositivos, en concreto un ordenador portátil, pueden cambiar sin problemas entre la alimentación de la pared de CA (enchufado) y la alimentación de la batería?

Esto ha estado en mi mente después de hacer algunas investigaciones sobre las baterías de iones de litio y su vida útil en los ordenadores portátiles. Algunas personas dicen que cuando está enchufado, el portátil está utilizando la energía a través de la batería y simplemente la carga constantemente entre ese rango de 90% y 100% a medida que avanza. Ahora bien, esto parece bastante perjudicial para la vida útil de la batería, así que no puedo imaginar que la mayoría de los portátiles estén haciendo esto. En mi opinión, la solución más sencilla es funcionar completamente con la corriente alterna de la pared y dejar la batería en paz cuando esté completamente cargada. Así que la pregunta es cómo puede el portátil pasar de usar la energía de la pared a usar la batería, sin apagarse durante esa fracción de segundo cuando se desenchufa la máquina del adaptador de corriente de la pared.

Mi experiencia es en el ámbito del software, por lo que ignoro cómo funciona la ingeniería eléctrica real en estos casos. Mi simple suposición era que un condensador o condensadores suministraban la energía durante ese corto periodo de tiempo cuando se cambiaba entre fuentes de energía. Así que, ¿podría alguien explicar cómo funciona esto realmente? Siéntase libre de ser tan técnico como quiera. Tengo una mentalidad de ingeniero, así que los detalles de bajo nivel me parecen interesantes.

Gracias. Además, si esta es una pregunta duplicada, no dudes en cerrarla o eliminarla y enlazar el hilo contestado. He buscado un poco y no he encontrado un hilo lo suficientemente similar.

Answer 1

Así que la pregunta es cómo pasa el portátil de usar la alimentación de la pared de CA a usar la batería, sin apagarse durante esa fracción de segundo cuando se desenchufa la máquina del adaptador de corriente de la pared.

Respuesta corta: controles muy rápidos.

Hay muchas formas de implementar esta funcionalidad, pero en las placas base modernas (alrededor de 2020) esto se hace mediante un CI cargador dedicado que controla cuándo la energía debe provenir de la corriente alterna de la pared o de la batería, conectando/desconectando la batería mediante un MOSFET entre la batería y el resto de la placa base.

El esquema de ejemplo anterior procede del ISL9238 ficha técnica. Este CI mide la tensión de entrada de CA (que es de CC cuando llega a este CI) y, si está presente, utiliza esa entrada para alimentar la placa base + cargar la batería. De lo contrario, el CI cambia para alimentar el sistema sólo con la batería, y el cambio se produce en unos pocos microsegundos.

Durante esa pequeña ventana de n-microsegundos, los condensadores de desacoplamiento de la placa mantienen la carga suficiente para alimentar la placa base. Y si estos condensadores, por alguna razón, no son suficientes para alimentar la placa base durante el periodo de conmutación, el diodo del MOSFET en serie conducirá hasta que el CI encienda completamente el MOSFET.

Hay otros modos de funcionamiento disponibles de este IC (como el modo de suplemento de la batería), pero eso está fuera del alcance de esta pregunta.

Hay todo un mundo de circuitos integrados cargadores que hacen esto: el ISL9238 es sólo uno de ellos. Visite Cargadores de baterías de Digikey si tiene curiosidad por saber más.

Answer 2

Varios portátiles funcionan tal y como describes, y de hecho es muy duro para las baterías. No sólo se cargan al 100%, sino que el hecho de estar en reposo al 100%, estresa una célula de litio.

Algunos sistemas de carga desvían la energía de entrada por separado a la batería y a la carga cuando están enchufados. Este es un sistema mejor, porque da más control sobre la corriente de la batería (ya que se puede medir por separado de la corriente de carga). Sin embargo, esto no resuelve el problema de la inactividad cuando la carga está completa.

Por esta razón, algunos portátiles tienen una opción en la BIOS para cargar la batería sólo al 80%. Algunos estudios han demostrado que mantener la batería entre el 20% y el 80% puede aumentar la vida útil de la misma en un orden de magnitud, en contraposición con el funcionamiento a 0 y la carga a 100.

Los niveles de carga por debajo del 20% también son desproporcionadamente estresantes para las baterías.

Answer 3

Los esquemas de la batería y la fuente de alimentación de los ordenadores portátiles son muy complejos. Cuando el portátil está conectado a la fuente de alimentación de CA, el voltaje presentado por esa unidad se proporciona tanto a las fuentes de alimentación de conmutación internas Y a la unidad de carga de la batería interna. La batería tendrá interruptores FET o, como mínimo, estará aislada por diodos en la salida, de modo que un portátil que funcione con su fuente de alimentación de CA NO ESTÁ conectado a la batería en absoluto. El aislamiento por diodos rara vez se utiliza debido al problema de Vf/potencia, se utilizan interruptores FET o los llamados diodos activos.

Cargar (y conocer el estado de) la batería es una tarea compleja. La mayoría de los portátiles muestran un porcentaje de carga de la batería mientras está conectada a la red eléctrica, y esto requiere que la batería esté aislada de los convertidores DC-DC de la fuente de alimentación interna principal. Para averiguar el estado de carga de la batería es necesario un complejo control de la tensión o un circuito integrado del estado de la energía integrado en el paquete de la batería.

Si piensas un poco en las características de funcionamiento de un ordenador portátil, puedes pensar en:

1. El voltaje de la batería no es el mismo que el de la fuente de alimentación externa, por lo que normalmente se utilizaría un convertidor descendente. La mayoría de los portátiles típicos tienen un nivel de entrada de 19V (o más o menos).

2. La mayoría de los paquetes de baterías de portátiles (LiIon) son de 4 celdas, por lo que el voltaje máximo será de unos 16,8V. Esto permite una caída de tensión razonable (un cargador buck) a partir de 19V.

3. Prácticamente todos los portátiles tienen un indicador de pantalla para el estado de carga, y esto sería casi imposible de calcular si el portátil estuviera tomando energía tanto de la fuente de alimentación externa como de la batería.

Answer 4

Eso es fácil. Es como tu coche.

El ordenador portátil siempre está conectado a la batería y siempre puede extraer de ella.

Mientras tanto, el "alternador" (bloque de potencia en este caso) está inyectando energía en el sistema.

En su coche, el alternador está ajustado para producir exactamente el voltaje de flotación de su batería, por lo que la corriente fluye hasta que está completamente cargada, entonces la corriente de la batería simplemente se detiene. Toda la salida del alternador va a los sistemas del coche. Esto está lo suficientemente bien marcado como para que los coches puedan utilizar baterías SLA como las Optima Red-tops.

En su ordenador portátil, en gran medida ocurre lo mismo, pero la batería del ordenador portátil también está protegida por un circuito de protección que impide el flujo de corriente que pondría en riesgo o dañaría la batería. Así que nada se deja al azar. Los circuitos de protección detienen el flujo de corriente si es necesario.