Верига за зареждане на литиево-йонна батерия. Li-ion и Li-polymer батерии в нашите проекти. Основни видове използвани батерии

Закупени са десет броя за преобразуване на захранването на някои устройства към литиево-йонни батерии ( В момента използват 3AA батерии.), но в ревюто ще покажа друг вариант за използване на тази платка, която макар и да не използва всичките й възможности. Просто от тези десет броя ще са необходими само шест, а закупуването на 6 броя със защита и чифт без защита се оказва по-малко изгодно.

Базирана на TP4056, зарядната платка със защита за Li-Ion батерии с ток до 1A е предназначена за пълно зареждане и защита на батерии ( например популярния 18650) с възможност за свързване на товар. Тези. Тази платка може лесно да се интегрира в различни устройства, като фенерчета, лампи, радиостанции и др., захранвани от вградена литиева батерия, и да се зарежда, без да се изважда от устройството, с помощта на USB зарядно устройство чрез microUSB конектор. Тази платка също е перфектна за ремонт на изгорели зарядни за Li-Ion батерии.

И така, куп дъски, всяка в отделна торба ( разбира се има по-малко от закупеното)

Шалът изглежда така:

Можете да разгледате по-отблизо инсталираните елементи

Отляво има вход за захранване microUSB, захранването също се дублира от подложките + и - за запояване.

В центъра е контролер за зареждане, Tpower TP4056, над него двойка светодиоди, показващи или процеса на зареждане (червено), или края на зареждането (синьо), под него е резистор R3, като промените стойността на който можете да промените заряден ток на батерията. TP4056 зарежда батериите с помощта на алгоритъма CC/CV и автоматично прекратява процеса на зареждане, ако зарядният ток падне до 1/10 от зададения.

Таблица на номиналните стойности на съпротивлението и тока на зареждане, според спецификацията на контролера.

• R (kOhm) - I (mA)


• 1.2 - 1000


• 1.33 - 900


• 1.5 - 780


• 1.66 - 690


• 2 - 580


• 3 - 400


• 4 - 300


• 5 - 250


• 10 - 130

На гърба на дъската няма нищо, така че можете например да я залепите.

А сега и опция за използване на платка за зареждане и защита на литиево-йонни батерии.

В днешно време почти всички любителски видеокамери използват 3.7V литиево-йонни батерии като източници на захранване, т.е. 1S. Ето една от допълнителните батерии, закупени за моята видеокамера

Защо ми трябва толкова много? Да, разбира се, фотоапаратът ми се зарежда от захранване с мощност 5V 2A и след като закупих отделно USB щепсел и подходящ конектор, вече мога да го зареждам от захранващи банки ( и това е една от причините аз, а и не само аз, да са толкова много), но просто е неудобно да снимате с камера, към която има и кабел. Това означава, че трябва по някакъв начин да заредите батериите извън камерата.

Вече съм показвал този вид упражнение

Да, да, това е, с въртяща се вилка по американски стандарт

Така лесно се разделя

И точно така в него е имплантирана платка за зареждане и защита на литиеви батерии

И разбира се, извадих няколко светодиода, червено - процесът на зареждане, зелено - краят на зареждането на батерията

Втората платка беше инсталирана по подобен начин, в зарядно устройство от видеокамера Sony. Да, разбира се, новите модели видеокамери на Sony се зареждат през USB, те дори имат неразглобяема USB опашка ( глупаво решение според мен). Но отново, в полеви условия снимането с камера, която има кабел от power bank, е по-малко удобно, отколкото без него. Да, и кабелът трябва да е достатъчно дълъг и колкото по-дълъг е кабелът, толкова по-голямо е съпротивлението му и толкова по-големи са загубите по него и намаляването на съпротивлението на кабела чрез увеличаване на дебелината на жилата, кабелът става по-дебел и по-малко гъвкав, което не добавя удобство.

Така че от такива платки за зареждане и защита на литиево-йонни батерии до 1A на TP4056 можете лесно да направите просто зарядно устройство за батерии със собствените си ръце, да конвертирате зарядното устройство към захранване от USB, например за зареждане на батерии от захранваща банка, направи ремонт зарядно устройствоако е необходимо.

Всичко написано в това ревю можете да видите във видео версията:

Първо трябва да вземете решение за терминологията.

Като такъв няма контролери за разреждане-зареждане. Това са глупости. Няма смисъл да управлявате изхвърлянето. Разрядният ток зависи от товара - колкото му трябва, толкова ще вземе. Единственото нещо, което трябва да направите при разреждане е да следите напрежението на батерията, за да предотвратите прекомерно разреждане. За тази цел те използват.

В същото време отделни контролери зарежданене само съществуват, но са абсолютно необходими за процеса на зареждане на литиево-йонни батерии. Те задават необходимия ток, определят края на заряда, следят температурата и т.н. Контролерът за зареждане е неразделна част от всеки.

Въз основа на моя опит мога да кажа, че контролерът за заряд / разряд всъщност означава верига за защита на батерията от твърде дълбоко разреждане и, обратно, презареждане.

С други думи, когато говорим за контролер за зареждане/разреждане, говорим за защитата, вградена в почти всички литиево-йонни батерии (PCB или PCM модули). Ето я:

И ето ги и тях:

Очевидно защитните платки се предлагат в различни форм-фактори и се сглобяват с помощта на различни електронни компоненти. В тази статия ще разгледаме опциите за защитни схеми за литиево-йонни батерии (или, ако предпочитате, контролери за разреждане/зареждане).

Контролери за зареждане-разреждане

Тъй като това име е толкова утвърдено в обществото, ние също ще го използваме. Нека започнем с, може би, най-често срещаната версия на чипа DW01 (Plus).

DW01-Плюс

Такава защитна платка за литиево-йонни батерии има във всяка втора батерия на мобилен телефон. За да стигнете до него, трябва само да откъснете самозалепващото се с надписи, което е залепено на батерията.

Самият чип DW01 е с шест крака, а два полеви транзистора са структурно направени в един пакет под формата на 8-крак монтаж.

Пин 1 и 3 управляват превключвателите за защита от разреждане (FET1) и превключвателите за защита от презареждане (FET2), съответно. Прагови напрежения: 2,4 и 4,25 волта. Пин 2 е сензор, който измерва спада на напрежението в полеви транзистори, което осигурява защита срещу свръхток. Преходното съпротивление на транзисторите действа като измервателен шунт, така че прагът на реакция има много голямо разсейване от продукт на продукт.

Цялата схема изглежда така:

Дясната микросхема, обозначена с 8205A, е транзисторите с полеви ефекти, които действат като ключове във веригата.

Серия S-8241

SEIKO разработи специализирани чипове за защита на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии от прекомерно разреждане/презареждане. За защита на една кутия се използват интегрални схеми от серията S-8241.

Превключвателите за защита от преразреждане и презареждане работят съответно при 2,3 V и 4,35 V. Токовата защита се активира, когато спадът на напрежението на FET1-FET2 е равен на 200 mV.

Серия AAT8660

LV51140T

Подобна схема на защита за едноклетъчни литиеви батерии със защита срещу преразреждане, презареждане и прекомерни зарядни и разрядни токове. Изпълнен с помощта на чип LV51140T.

Прагови напрежения: 2,5 и 4,25 волта. Вторият крак на микросхемата е входът на детектора за свръхток (гранични стойности: 0.2V при разреждане и -0.7V при зареждане). Pin 4 не се използва.

Серия R5421N

Дизайнът на веригата е подобен на предишните. В работен режим микросхемата консумира около 3 μA, в режим на блокиране - около 0,3 μA (буква C в обозначението) и 1 μA (буква F в обозначението).

Серията R5421N съдържа няколко модификации, които се различават по големината на напрежението на реакция по време на презареждане. Подробностите са дадени в таблицата:

SA57608

Друга версия на контролера за зареждане / разреждане, само на чипа SA57608.

Напреженията, при които микросхемата изключва кутията от външни вериги, зависят от буквения индекс. За подробности вижте таблицата:

SA57608 консумира доста голям ток в режим на заспиване - около 300 µA, което го отличава от горепосочените аналози за по-лошо (където консумираният ток е от порядъка на фракции от микроампер).

LC05111CMT

И накрая, предлагаме интересно решение от един от световните лидери в производството на електронни компоненти On Semiconductor - контролер за зареждане и разреждане на чипа LC05111CMT.

Решението е интересно с това, че ключовите MOSFET транзистори са вградени в самата микросхема, така че всичко, което остава от прикрепените елементи, са няколко резистора и един кондензатор.

Преходното съпротивление на вградените транзистори е ~11 милиома (0,011 ома). Максималният ток на зареждане/разреждане е 10А. Максималното напрежение между клеми S1 и S2 е 24 волта (това е важно при комбиниране на батерии в батерии).

Микросхемата се предлага в пакет WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.

Веригата, както се очаква, осигурява защита срещу презареждане/разреждане, ток на претоварване и ток на презареждане.

Контролери за зареждане и защитни схеми - каква е разликата?

Важно е да разберете, че защитният модул и контролерите за зареждане не са едно и също нещо. Да, функциите им се припокриват до известна степен, но да наречем вградения в батерията защитен модул контролер на заряда би било грешка. Сега ще обясня каква е разликата.

Най-важната роля на всеки контролер за зареждане е да реализира правилния профил на зареждане (обикновено CC/CV - постоянен ток/постоянно напрежение). Това означава, че контролерът на заряда трябва да може да ограничи тока на зареждане на дадено ниво, като по този начин контролира количеството енергия, „излято“ в батерията за единица време. Излишната енергия се освобождава под формата на топлина, така че всеки контролер за зареждане се нагрява доста по време на работа.

Поради тази причина контролерите за зареждане никога не са вградени в батерията (за разлика от защитните платки). Контролерите са просто част от правилното зарядно устройство и нищо повече.

В допълнение, нито една защитна платка (или защитен модул, както искате да го наречете) не е в състояние да ограничи зарядния ток. Платката контролира само напрежението на самата банка и ако то надхвърли предварително зададените граници, отваря изходните превключватели, като по този начин изключва банката от външен свят. Между другото, защитата от късо съединение също работи на същия принцип - по време на късо съединение напрежението на банката пада рязко и веригата за защита от дълбок разряд се задейства.

Възникна объркване между защитните схеми за литиеви батерии и контролери за зареждане поради сходството на прага на реакция (~4,2 V). Само при защитен модул кутията е напълно изключена от външните клеми, а при заряден контролер преминава в режим на стабилизиране на напрежението и постепенно намалява тока на зареждане.

В тази статия ще говорим за Li-Ion зарядния контролер на MCP73833.

Снимка 1.

Предишен опит

До този момент използвах контролери LT4054 и честно казано бях доволен от тях:

Позволява зареждане на компактни Li-Pol батерии с капацитет до 3000 mAh

Беше ултракомпактен: sot23-5

Имаше индикатор за зареждане на батерията

Има куп защити, което го прави практически неразрушим чип

Фигура 2.

Допълнително предимство е, че преди да започна да правя нещо с него, купих 50 от тях на много скромна цена.

Открих недостатъци в работата и, честно казано, те ме поставиха в частичен ступор:

Максималният обявен ток е 1А, мислех си. Но вече при 300 mA по време на зареждане, чипът се загрява до 110 * C, дори при наличието на големи радиаторни полигони и радиатор, прикрепен към пластмасовата повърхност на чипа.

Когато термозащитата е включена, очевидно се задейства компаратор, който бързо нулира тока. В резултат на това микросхемата се превръща в генератор, който убива батерията. По този начин убих 2 батерии, докато разбера какво не е наред с осцилоскопа.

С оглед на горното имам проблем с времето за зареждане на устройството от около 10 часа. Разбира се, това много неудовлетвори мен и потребителите на моята електроника, но какво мога да направя: всички искаха да увеличат експлоатационния живот със същите параметри на устройството и понякога консумират много.

В тази връзка започнах да търся контролер, който да има най-добрите параметрии възможности за разсейване на топлината и изборът ми досега се спря на MCP73833, главно поради факта, че моят приятел имаше тези контролери на склад и аз изсвиркнах няколко парчета бързо (по-бързо от него) запоих прототипа и изпълних тестове, от които имах нужда.

Малко за самия контролер.

Позволете ми да не се занимавам с пълен и задълбочен превод на листа с данни (въпреки че това е полезно), но бързо и просто да ви кажа какво погледнах първо в този контролер и дали ми хареса или не.

1. Общата схема на превключване е това, което хваща окото ви от самото начало. Лесно се забелязва, че с изключение на индикацията (която не е нужно да правите), коланът се състои само от 4 части. Те включват два филтърни кондензатора, резистор за програмиране на тока на зареждане на батерията и 10k термистор за контрол на прегряването на литиево-йонната батерия. Тази схема е показана на фигура 3. Това определено е страхотно.

Фигура 3.Схема на свързване MCP73833

2. Тя е много по-добре с топлината. Това се вижда дори от схемата на свързване, тъй като се виждат еднакви крака, които могат да се използват за отвеждане на топлината. В допълнение към това, като се има предвид фактът, че чипът се предлага в пакети msop-10 и DFN-10, които са с по-голяма площ от sot23-5. Освен това в корпуса DFN-10 има специален полигон, който може и трябва да се използва като радиатор към голяма повърхност. Ако не ми вярвате, вижте сами Фигура 4. Тя показва изводите на краката на корпуса DFN-10 и препоръчаното от производителя оформление на печатни платки, с разсейване на топлината с помощта на многоъгълник.

Фигура 4.

3. Наличието на 10k термистор. Разбира се, в повечето случаи няма да го използвам, тъй като съм сигурен, че няма да прегрея батерията, но: има задачи, в които имам предвид пълно зареждане на батерията само за 30 минути работа от захранването. В такива случаи самата батерия може да прегрее.

4. Доста сложна система за индикация за зареждане на батерията. Както разбрах и опитах: има 1 светодиод, който отговаря за това дали се подава захранване от захранването за зареждане. На теория нещото не е толкова необходимо, но: Имах случаи, когато счупих конектора и контролерът просто не получи 5V на входа. В такива случаи веднага се разбираше какво не е наред. Изключително полезна функция за разработчиците. За потребителите той лесно се заменя с просто светодиод по входната линия 5V, инсталиран с резистор за ограничаване на тока.

5. Останалите два светодиода са счупени по време на етапа на зареждане. Това ви позволява да разтоварите MK (ако не е необходимо, например, да показвате заряда на батерията на дисплея) по отношение на обработката на заряда на батерията по време на зареждане (индикация дали е заредена или не).

6. Програмиране на зарядния ток в широк диапазон. Лично аз се опитах да увелича тока на зареждане до 1A на платката, показана на фигура 1, и при около 890mA платката премина в термична защита в стабилен режим. Както казват хората наоколо, с големи диапазони те перфектно извадиха 2A от този контролер и според техническото описание максималният ток на зареждане е 3A, но имам редица съмнения, свързани с термичното натоварване на микросхемата.

7. Ако вярвате на листа с данни, тогава тази микросхема има: Режим на линеен регулатор с ниско отпадане - режим на намалено входно напрежение. В тези режими, използвайки DC-DC преобразувател, можете внимателно да намалите напрежението на входа на микросхемата по време на началото на зареждането, за да намалите генерирането на топлина. Лично аз се опитах да намаля напрежението и топлината логично стана по-малка, но поне 0,3-0,4 V трябва да падне на тази микросхема, за да може удобно да зарежда батерията. Чисто технически смятам да направя малък модул, който прави това автоматично, но нямам пари и време за това, така че с радост моля всички, които се интересуват, да ми пишат. Ако има още малко хора, ще пуснем такова нещо на нашия сайт.

8. Не ми хареса, че тялото беше много малко. Запояването без сешоар (DFN-10) е трудно и няма да се получи добре, както и да го гледате. По-добре е с msop-10, но отнема много време на начинаещите да се научат да го запояват.

9. Не ми хареса, че този контролер няма вграден BMS (защита на батерията от бързо зареждане / разреждане и редица други проблеми). Но по-скъпите контролери от TI имат такива неща.

10. Хареса ми цената. Тези контролери не са скъпи.

Какво следва?

И тогава ще внедря този чип в моите различни идеи за устройства. Например, сега вече се произвежда във фабриката пробна версияразвойна платка, базирана на STM32F103RCT6 и батерии 18650. Вече имам развойна платка за този контролер, която се е доказала много добре и искам да я допълня с преносима версия, за да мога да взема работния си проект със себе си и да не мисля за захранване и търсене на гнездо, в което да поставете захранването.

Ще го използвам и във всички решения, които изискват зарядни токове над 300mA.

Надявам се, че ще можете да използвате този полезен и прост чип във вашите устройства.

Ако изобщо се интересувате от захранването на батерията, ето моето лично видео за захранването на батерията за устройства.

Всички радиолюбители са добре запознати със зарядните табла за една кутия литиево-йонни батерии. Той е в голямо търсене поради ниската си цена и добрите изходни параметри.

Използва се за зареждане на гореспоменатите батерии при напрежение от 5 волта. Такива шалове се използват широко в домашни дизайни с автономен източник на енергия под формата на литиево-йонни батерии.

Тези контролери се произвеждат в два варианта - със и без защита. Тези със защита са малко скъпички.

Защитата изпълнява няколко функции

1) Изключва батерията по време на дълбоко разреждане, презареждане, претоварване и късо съединение.

Днес ще проверим този шал много подробно и ще разберем дали параметрите, обещани от производителя, отговарят на реалните, а също така ще организираме други тестове, да тръгваме.
Параметрите на платката са показани по-долу

И това са веригите, горната със защита, долната без

Под микроскоп се забелязва, че платката е с много добро качество. Двустранен стъклен ламинат, без "двойки", има ситопечат, всички входове и изходи са маркирани, не е възможно да се обърка връзката, ако се внимава.

Микросхемата може да осигури максимален заряден ток от около 1 ампер; този ток може да бъде променен чрез избор на резистор Rx (маркиран в червено).

И това е плоча на изходния ток в зависимост от съпротивлението на посочения по-рано резистор.

Микросхемата задава крайното напрежение на зареждане (около 4,2 волта) и ограничава тока на зареждане. На платката има два светодиода червен и син (цветовете може да са различни).Първият свети по време на зареждане,вторият когато батерията е напълно заредена.

Има Micro USB конектор, който захранва 5 волта.

Първи тест.
Нека проверим изходното напрежение, до което ще се зарежда батерията, трябва да е от 4.1 до 4.2V

Точно така, няма оплаквания.

Втори тест
Нека проверим изходния ток, на тези платки максималният ток е зададен по подразбиране и това е около 1A.
Ще зареждаме изхода на платката, докато защитата работи, като по този начин симулираме висока консумация на входа или разредена батерия.

Максималният ток е близо до декларирания, нека да продължим.

Тест 3
Свързан с местоположението на батерията лабораторен блокзахранване, на което напрежението е предварително зададено около 4 волта. Намаляваме напрежението, докато защитата изключи батерията, мултиметърът показва изходното напрежение.

Както можете да видите, при 2,4-2,5 волта изходното напрежение изчезна, тоест защитата работи. Но това напрежение е под критичното, мисля, че 2,8 волта би било точно, като цяло не съветвам да разреждате батерията до такава степен, че защитата да работи.

Тест 4
Проверка на защитния ток.
За тези цели се използва електронен товар, постепенно увеличаваме тока.

Защитата работи при токове от около 3,5 ампера (ясно се вижда на видеото)

Сред недостатъците ще отбележа само, че микросхемата се нагрява безбожно и дори топлоинтензивната платка не помага.Между другото, самата микросхема има субстрат за ефективен пренос на топлина и този субстрат е запоен към платката, последната играе ролята на радиатор.

Не мисля, че има какво да добавя, видяхме всичко перфектно, дъската е отлична бюджетен вариант, когато става въпрос за контролер на заряда за една кутия литиево-йонна батерия с малък капацитет.
Мисля, че това е едно от най-успешните разработки на китайски инженери, което е достъпно за всички поради незначителната си цена.
Честит престой!