Neste artigo será detalhado o funcionamento do circuito de alimentação e de boot dos notebooks. Mas antes de vermos detalhes sobre o funcionamento destes equipamentos, vamos conhecer detalhes sobre o circuito de carregamento destes aparelhos.
Nos artigos anteriores (listar link dos artigos), mostramos o circuito de boot e a sequência de boot num computador de mesa. No notebook este sistema não difere tanto, pois também há um Super I/O no controle de tudo, mas neste caso temos uma bateria para armazenar energia e manter o aparelho sustentável por um tempo. Diferente de um Desktop, um notebook não possui uma fonte chaveada ATX com várias saídas de tensão, isto é, 3,3V, 5V, 12V, 5VSB, enfim, há apenas um carregador de baterias composto por uma fonte chaveada com saída única de tensão.
A tensão de saída de um carregador de notebook não é padronizada. Há modelos de notebook mais antigos que trabalham com 12V, outros com 16V, o mais comum é 19V e em vários modelos é possível obter 19,5V na saída do carregador. Na placa-mãe do notebook é que encontramos os reguladores de tensão e CI’s driver MOSFET que regulam a tensão para os valores necessários, que em um notebook também podem variar de modelo para modelo, já que eles não seguem à risca o padrão ATX dos desktops.
Na interface com a bateria do notebook é que encontramos diversos contatos, pois não há apenas uma “substância à base de Lítio que recebe energia e a armazena”. Observa a imagem dos contatos de uma bateria de Lítio abaixo:
A bateria do notebook normalmente é selada, isto é, parece um bloco de plástico maciço, sem nenhum ponto onde ele pode ser aberto, e isto é justamente para evitar curiosos, já que baterias de Lítio são um grande perigo quando colocadas em mãos inexperientes. Veja a imagem de uma bateria de notebook abaixo:
A bateria do notebook não precisa ter necessariamente a mesma tensão nominal e a mesma corrente nominal do carregador. A bateria mostrada na imagem acima é de um notebook Sony VAIO e possui tensão de 10,8 Volts e corrente de 4,0 Ah (Amperes / Hora), enquanto o carregador deste mesmo notebook possui uma tensão nominal de 19,5 Volts e uma corrente nominal de 4,7 Amperes.
Quando abrimos o bloco plástico, nos deparamos com células de carga com um formato parecido com as velhas pilhas que conhecemos. Veja a imagem abaixo:
Estas células são feitas de Lítio e são associadas em série para formarem uma bateria compatível com a necessidade do dispositivo que será alimentado. Estas células não são apenas formadas de uma “substância à base de Lítio que recebe energia e a armazena”. Em cada célula há um módulo BMS (Battery Management System - Sistema de Gerenciamento de Bateria) que controla o carregamento e pode até guardar informações sobre as características da célula de carga num chip de memória ROM, tanto que na grande maioria dos notebooks, a interface da placa-mãe com a bateria, isto é, o conector da bateria, possui uma interface SMBus, que está ligada diretamente ao Super I/O, para desta forma informar ao aparelho características das células da bateria e a carga das células.
Substituir células de carga numa bateria pode ser inútil devido à este sistema que armazena informações das células. Ao trocar uma célula, o sistema pode não reconhece-la e bloquear o carregamento.
Muitos módulos BMS também possuem um diodo térmico para medir a temperatura da célula. Caso o limite de temperatura programado seja ultrapassado, via interface SMB o BMS informa à placa-mãe que a bateria está superaquecida, quando então o sistema de carregamento e até o aparelho pode ser desligado por segurança.
Veja abaixo, modelos "avulsos" de módulos BMS vendidos pela internet:
Módulo BMS Tenstar Robot modelo HX-3S-01, para até 3 células de Lítio
Módulo BMS "marca diabo" para até 3 células de Lítio
Para conhecer o barramento SMBus de ponta-a-ponta, veja o artigo dedicado à ele aqui no HC! Para isso, CLIQUE AQUI!
Desta forma, no conector da bateria presente na placa-mãe do notebook, podemos encontrar vários contatos, como vemos na imagem abaixo, onde vemos os contatos do conector de bateria de um Notebook Acer Aspire:
Agora, algumas curiosidades sobre as baterias de Lítio.
Uma célula de carga de Lítio, ao contrário das velhas células feitas de Níquel-Cádmio, não é 100% descarregada quando o aparelho está descarregado. Descarregar completamente uma bateria de Lítio só faria com que o composto químico da célula oxidasse e se deteriorasse mais rapidamente. Quando compramos células de Lítio novas para substituir as da bateria do notebook (isto é um procedimento raro, meio caro e complicado), devemos ter muito cuidado para não fazer a uma célula entrar em curto com a outra, pois ela já vem de fábrica com cerca de 40% de carga, tudo para que os seus compostos químicos internos não se deteriorem até serem vendidos.
Uma célula de Lítio também não “vicia” da mesma forma que uma célula feita à base de Níquel- Cádmio, isto porque baterias de Lítio possuem algo chamado “ciclos de carga” onde elas podem ser carregadas algumas centenas de vezes e, após isso perdem cerca de 20% da capacidade e duram mais algumas centenas de ciclos até perderem novamente mais um pouco da eficiência. Com o tempo de uso, tem-se uma bateria ineficiente devido à ela já ter estourado o limite de ciclos, e nisso vem a ilusão de que as células de carga estão “viciadas”.
Células de Lítio possuem tamanhos padronizados, assim como pilhas comum vendidas pelo comércio. Confira a lista abaixo com os principais padrões de tamanho de células:
> 10440: Do tamanho de uma pilha AAA. > 14430: 7/8 do tamanho de uma pilha AA. > 14500: Do tamanho de uma pilha AA. > 14650: Mesmo diâmetro de uma pilha AA porém 15 mm mais longa. > 26650: Mesmo diâmetro de uma pilha C (média) porém mais longa. > CR123: Quase metade do tamanho de uma 18650, com 17×35 mm.
As células CR123 são muito usadas em lanternas, aliás, foi com a popularização das lanternas HPLED que facilitou-se a compra de células de Lítio avulsas, pois antigamente estes componentes não podiam ser vendidos separados da placa controladora, e quando eram encontrados, vinham várias células ligadas e se tinha o trabalho de desconecta-las para poder usa-las individualmente. Veja uma célula de Lítio abaixo:
Existem baterias de notebook que utilizam células quadradas ou retangulares, chamadas de Li-Poly, isto por que ao invés de um ácido é utilizado um polímero sólido, capaz de reduzir o tamanho do componente. Em compensação, este polímero não é bom condutor, fazendo com que a bateria não possa fornecer grandes cargas.
Para saber mais sobre polímeros, CLIQUE AQUI!
Com o tempo surgiram as baterias Li-Poly "Hibridas" que utilizam um gel com eletrólito ao invés das placas de polímero, fazendo com que conseguissem liberar cargas mais altas e mantivessem espessura reduzida. Estas baterias se popularizaram entre celulares e fornecem muito mais segurança que as células de Lítio utilizadas nos notebooks. Veja a imagem de uma bateria Ly-Poly Hibrida abaixo:
Notebooks normalmente usam 6 células de Lítio. Como foi dito mais acima, as células são associadas em série. Normalmente são utilizadas duas séries de três células cada, por isso que há, em quase todos os casos, quatro contatos do conector da bateria para alimentação das células. Veja o diagrama abaixo:
Este é o conector da bateria de um notebook
Assim como em celulares, a porcentagem de carga informada na tela é apenas uma estatística, pois não existe sensor eficaz ao ponto de medir a quantidade de carga dentro de uma célula. Com base em características da célula e da placa-mãe é que o sistema cria uma estimativa de quanto falta para concluir o carregamento, quanto tempo de carga ainda resta e quanto tempo a carga da bateria vai durar. Com o passar dos ciclos de carga é necessário recalibrar o sistema de medição, tanto em celulares (principalmente em celulares e smartphones) quanto em notebooks.
Vou usar como exemplo principal o notebook HP 500, fabricado pela Hewllett-Packard. É um dos circuitos mais simples que encontrei no banco de esquemas do HC.
Agora que já temos uma noção de como tudo é, vamos aos exemplos práticos.
Veja o conector da bateria, o botão Power e Sua ligação com o Super I/O do notebook HP500:
Esquema 1
Observe o "Power BTN", sua ligação com o Super I/O e sua ligação com a entrada de energia do aparelho.
Veja agora o circuito de carregamento "Charger" da bateria deste HP 500:
Esquema 2
Observe as entradas "VIN" de energia que são conectadas diretamente na entrada de energia do aparelho.
Observe, em azul, as saídas "BATT" de alimentação da bateria.
Veja que a linha "Batt_Det" na Esquema 2 e Esquema 3 está ligada no conector da bateria e no circuito Charger.
Esquema 3
A linha "OVP", sensor de temperatura e linhas do Barramento SMBus estão ligadas diretamente ao Super I/O.
Esquema 4
No esquema 4 você vê, circulado em amarelo queimado e preto, a linha "OVP", a linha do sensor de temperatura e as duas linhas do barramento SMBus. Os LED's que acende quando o Notebook é ligado e o LED que informa a carga da bateria também estão ligados no Super I/O. No diagrama 4 eles estão circulados com a cor amarela. Estes LED's também são ligados ao Super I/O.
Em alguns caso, há também linhas de identificação no conector da bateria, como é o caso da placa-mãe Quanta FM8B do notebook Dell modelo Studio 1555. Veja o diagrama abaixo:
Esquema 5
Estas linhas de identificação também são conectadas no(s) módulo(s) BMS da bateria e no Super I/O da placa-mãe.
No caso do Notebook Toshiba NB505, não há identificador de bateria, apenas a interface SMBus e um pino para monitoramento de temperatura. Confira:
Esquema 6
O botão de Power ´tem circuito parecido com o do notebook HP500. Há uma ligação com a entrada de energia e outra com o Super I/O. Quando o botão é pressionado, o Super I/O age da mesma forma que uma placa de Desktop ativando a parte lógica dos demais chips e circuitos. Veja o circuito do botão Power no Toshiba NB505:
Esquema 7
Neste modelo da marca LG, o N450 com placa Quanta LG3 ou LG5, podemos ver todo o circuito de carregamento da bateria:
Esquema 8 - Circuito Charger do notebook LG N450
Este foi uma simples explicação sobre todo o circuito de boot e de alimentação de um notebook. Se tu achas que faltou algo, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com
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FONTES e CRÉDITOS
Texto: Leonardo Ritter.
Imagens: Leonardo Ritter; Google imagens.
Fontes: Hardware.com; Biblioteca de esquemas elétricos do Hardware Central.