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Energia em Movimento: A Evolução dos Carregadores Portáteis (Power Banks)

No mundo atual dos dispositivos móveis onipresentes, uma notificação de bateria fraca muitas vezes pode parecer o equivalente digital de ficar sem gasolina em uma estrada deserta. Felizmente, os power banks vieram para o resgate, garantindo que nossos dispositivos permaneçam energizados quando mais precisamos deles.

Para ser sincero, eu não fui imediatamente convencido pelos power banks. Em seus primeiros dias, eles pareciam limitados, atendendo a dispositivos específicos, com poucas opções de portas ou capacidade limitada para carregar vários aparelhos simultaneamente. Além disso, suas velocidades de carregamento muitas vezes eram decepcionantes, com as unidades requerendo várias horas para uma recarga completa. Além disso, o desafio da compatibilidade com diferentes padrões de fornecimento de energia era assustador. No entanto, com os avanços na tecnologia, os power banks de hoje resolveram esses problemas, transformando-os em maravilhas tecnológicas indispensáveis.

Carregador Móvel Compacto e Prático

Mas o que exatamente contribuiu para o impressionante crescimento e excelente desempenho desses reservatórios compactos de energia? Eu acredito que é o resultado de uma combinação perfeita: a fusão de tecnologias avançadas de bateria, carregadores inovadores de Nitreto de Gálio (GaN), designs eficientes de entrega de energia (PD) e a ampla aceitação do USB-C™, tudo apoiado por economias de escala.

Por exemplo, considere o Anker 737 PowerCore da Série 7, que eu comprei recentemente (Figura 1). Este carregador portátil de 630g é compatível com Power Delivery (PD3.1) e Quick Charge, e possui seis células de íon de lítio (Li-Ion) de 4.000 miliampere-horas (mAh), resultando em uma capacidade total de 24.000mAh, equivalente a 86,4 watt-horas (Wh), o que o mantém confortavelmente abaixo do limite permitido de 100 watts pela FAA para viagens aéreas.

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Fórmula para converter a capacidade de uma bateria de mAh para Wh: 

(mAh) x (V)/1000 = (Wh). Por exemplo, se você tem uma bateria de 4.000mAh com classificação de 21,6V,

Então a potência é de 4.000mAh x 21,6V / 1000 = 86,4Wh.

Graças ao GaN, o power bank Anker 737 apresenta capacidades de descarga de saída de alta velocidade de 140W. Este banco de energia foi projetado para oferecer conveniência ideal e desempenho rápido em um design elegante e compacto. Ele possui monitoramento de temperatura em tempo real e compatibilidade universal com dispositivos para garantir que seus aparelhos móveis permaneçam energizados sem problemas. Com capacidades de carregamento robustas através de duas portas USB-C (cada uma com saída máxima de 140W) e uma porta USB-A (saída máxima de 18W), ele pode energizar simultaneamente três dispositivos ou permitir o carregamento pass-through para dois dispositivos enquanto recarrega sua própria bateria. Basta conectar seu celular, laptop, câmera ou outros dispositivos ao carregador portátil e conectá-lo à fonte de energia. Este power bank supera até mesmo os celulares mais recentes em velocidade de recarga, apresentando uma capacidade de recarga formidável de 140W que vai de 0% a 100% em menos de uma hora, armazenando mais de 4 vezes o potencial de carga dos celulares mais recentes.

Figura 1: A saída 737 de 140W do Anker pode carregar dispositivos que consomem muita energia, como um MacBook Pro de 16 polegadas, com a mesma facilidade com que carrega um smartphone ou fones de ouvido. (Fonte: Autor)

Carregando o Futuro

Baterias de Íon de Lítio: O Coração do Carregador Portátil

No coração de cada carregador portátil está a sua tecnologia de bateria. As baterias de íon de lítio tornaram-se o padrão da indústria devido à sua alta densidade de energia, longa vida útil e custos em queda. Elas armazenam muita energia em um espaço pequeno, tornando-as ideais para aplicações portáteis. À medida que a tecnologia e os processos de fabricação melhoraram, o custo de produção dessas baterias reduziu significativamente, tornando os carregadores portáteis de alta capacidade mais acessíveis para as massas.

Carregadores de Energia GaN: Uma Mudança Revolucionária

Os carregadores de energia de Nitreto de Gálio (GaN) transformaram a maneira como pensamos sobre velocidades de carregamento. O GaN é um material semicondutor de próxima geração que oferece maior eficiência e pode lidar com tensões mais altas do que os carregadores tradicionais de silício. Isso se traduz em tempos de carregamento mais rápidos e designs compactos de carregadores, garantindo que seu carregador portátil recarregue rapidamente e esteja pronto para uso quando você precisar.

Carregamento Rápido PD e USB-C: Carregamento Universal em Alta Velocidade

O Carregamento Rápido Power Delivery (PD) é um avanço revolucionário, permitindo que os dispositivos carreguem em velocidades otimizadas com segurança. Combinado com a onipresença da porta USB-C — encontrada agora na maioria dos smartphones, tablets e laptops modernos — os usuários podem desfrutar de uma experiência de carregamento padronizada e de alta velocidade em vários dispositivos. Isso simplifica o ecossistema de carregamento, garantindo que um único carregador portátil possa atender a uma variedade de necessidades eletrônicas.

Economias de Escala: Tornando os Produtos Acessíveis para as Massas

Com o aumento da demanda por carregadores portáteis, os processos de fabricação em larga escala evoluíram para atender a essa demanda, resultando em economias de escala. Isso tornou possível para as empresas produzirem carregadores portáteis de alta qualidade a preços verdadeiramente competitivos, tornando-os acessíveis a um público maior.

Segurança em Primeiro Lugar: O Papel do BMS

Com grande potência vem grande responsabilidade. As densidades de energia aumentadas das baterias de íon de lítio vêm com riscos, como o thermal runaway — uma reação em cadeia dentro da bateria que pode levar ao superaquecimento e potenciais explosões. O Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) é um herói desconhecido nessa narrativa. Ele monitora e controla o carregamento e descarregamento da bateria, garantindo que opere dentro de parâmetros seguros. O BMS também gerencia a temperatura da bateria, protegendo-a de riscos potenciais e garantindo sua longevidade.

Produtos em Destaque

Dados os riscos inerentes das baterias de íon de lítio, organizações como a FAA têm prestado atenção. Para garantir a segurança das viagens aéreas, a FAA impôs limites ao transporte de baterias de íon de lítio recarregáveis não instaladas, incluindo os power banks. As baterias recarregáveis de íon de lítio estão limitadas a uma classificação de 100 Wh por bateria. Esses limites permitem que quase todos os tipos de baterias de íon de lítio sejam usados pelas pessoas comuns em seus dispositivos eletrônicos.

O artigo desta semana apresenta dois dispositivos-chave que ajudam a manter os carregadores portáteis de íon de lítio seguros para viagens aéreas.

O Texas Instruments BQ25756 é um controlador versátil de carga de bateria bidirecional buck-boost projetado com Li-Ion, Li-polímero e LiFePO4, abrangendo uma ampla faixa de tensão de entrada de 4,2V a 70V e até 70V de tensão da bateria. Suas características destacadas incluem suporte para 1-14 células Li-Ion e 1-16 células LiFePO4, um controlador buck-boost síncrono com frequências ajustáveis de 200kHz a 600kHz, e uma compensação de loop integrada com partida suave. Com suporte de energia bidirecional, o dispositivo gerencia eficientemente o carregamento, garantindo precisão de ±0,5% na voltagem de carga e precisão de ±3% para regulação de corrente de carga e entrada. Além disso, seu modo reverso está alinhado com o perfil de energia USB-PD EPR, oferecendo regulamentação ajustável de voltagem (3,3V a 65V) e corrente (400mA a 20A). Os projetistas apreciarão a facilidade de controle I²C com opções programáveis por resistor, reforçadas por um ADC de 16 bits para monitoramento abrangente. Garantindo a segurança do dispositivo e da bateria, ele integra proteções contra sobretensão, sobrecorrente, curto-circuito da bateria e desligamento térmico. Indicadores de status informativos fornecem feedback em tempo real, tudo compactado em um invólucro de 36 pinos QFN de 5mm x 6mm.

Em seguida, os Termistores de Chip SMD NTC Qualificados AEC-Q200 da Vishay / BC Components são projetados para precisão, oferecendo uma ampla faixa de temperatura de -55°C a +150°C. Como termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC), eles se destacam na compensação de temperatura, sensoriamento e proteção em diversos setores, desde automotivo até eletrônicos de consumo. A série NTCS se destaca por sua construção robusta e confiabilidade em ambientes de ciclagem térmica, sendo adequada tanto para PCBs quanto para circuitos flexíveis. Esses termistores utilizam tecnologia cerâmica em massa e estão disponíveis em tamanhos padrão de montagem em superfície: 0402, 0603 e 0805. Eles possuem alta sensibilidade, valores de resistência a 25°C variando de 1KΩ a 680KΩ e valores beta variando de 3370K a 4125K. Além disso, são compatíveis com RoHS, reconhecidos pela cULus e podem ser integrados facilmente em processos de fabricação automatizados em alta escala. As principais aplicações incluem gerenciamento de bateria, sistemas automotivos, eletrônicos de consumo e dispositivos médicos.

Conclusão

Em uma era dominada por dispositivos móveis, os carregadores portáteis surgiram como ferramentas essenciais para evitar que nossos dispositivos fiquem sem energia. Apesar das limitações iniciais, os avanços na tecnologia de bateria, a integração de carregadores de Nitreto de Gálio e a adoção do USB-C universal melhoraram significativamente sua funcionalidade e eficiência. Além disso, as economias de escala tornaram essas maravilhas tecnológicas acessíveis para muitos. Tecnologias como o Texas Instruments BQ25756 e os Termistores de Chip SMD NTC da Vishay / BC Components aprimoram ainda mais a segurança e eficiência da bateria. Em última análise, os carregadores portáteis de hoje são um testemunho do progresso tecnológico, garantindo que nossos dispositivos estejam sempre energizados e prontos para acompanhar o ritmo do nosso mundo em constante movimento.

Referências

“Portable Power Bank Market Report Overview.” Business Research Insights, October 16, 2023. https://www.businessresearchinsights.com/market-reports/portable-power-bank-market-103127

Artigo escrito por Rudy e publicado no blog da Mouser Electronics: New Tech Tuesdays: Energy on the Go: The Evolution of Portable Power Banks

Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.
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