Krug punjenja kontrolera litijum-jonske baterije. Li-ion i Li-polimer baterije u našem dizajnu. Glavne vrste baterija koje se koriste

Kupljeno je puno deset komada za pretvaranje napajanja nekih uređaja u litijum-jonske baterije ( Trenutno koriste 3AA baterije.), ali u pregledu ću pokazati još jednu opciju za korištenje ove ploče, koja, iako ne koristi sve svoje mogućnosti. Samo što će od ovih deset komada biti potrebno samo šest, a kupovina 6 komada sa zaštitom i par bez zaštite ispada manje isplativo.

Zasnovana na TP4056, ploča za punjenje sa zaštitom za Li-Ion baterije sa strujom do 1A je dizajnirana za potpuno punjenje i zaštitu baterija ( na primjer, popularni 18650) sa mogućnošću povezivanja tereta. One. Ova ploča se lako može integrirati u različite uređaje, kao što su baterijske lampe, lampe, radio aparati, itd., napaja se ugrađenom litijumskom baterijom i puni bez vađenja iz uređaja pomoću bilo kojeg USB punjača preko microUSB konektora. Ova ploča je također savršena za popravak pregorjelih punjača Li-Ion baterija.

I tako, gomila dasaka, svaka u posebnoj torbi ( ima naravno manje od kupljenog)

Šal izgleda ovako:

Možete detaljnije pogledati ugrađene elemente

Na lijevoj strani je microUSB ulaz za napajanje, napajanje je također duplicirano + i - jastučićima za lemljenje.

U sredini je kontroler punjenja, Tpower TP4056, iznad njega par LED dioda koje prikazuju ili proces punjenja (crveno) ili kraj punjenja (plavo), ispod njega je otpornik R3, promjenom vrijednosti kojeg možete promijeniti struja punjenja baterije. TP4056 puni baterije koristeći CC/CV algoritam i automatski završava proces punjenja ako struja punjenja padne na 1/10 podešene.

Tabela otpora i struja punjenja, prema specifikaciji kontrolera.

• 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

Na poleđini ploče nema ništa, pa je možete, na primjer, zalijepiti.

A sada i mogućnost korištenja ploče za punjenje i zaštitu li-ion baterija.

Danas gotovo sve amaterske video kamere kao izvor napajanja koriste 3.7V li-ion baterije, tj. 1S. Evo jedne od dodatnih baterija kupljenih za moju video kameru

Zašto mi treba toliko toga? Da, naravno, moja kamera se puni iz izvora napajanja sa naponom od 5V 2A, a nakon što sam posebno kupio USB utikač i odgovarajući konektor, sada ga mogu puniti iz power bank-a ( i to je jedan od razloga zašto ja, i ne samo ja, ima ih toliko), ali jednostavno je nezgodno snimati kamerom na koju je pričvršćena i žica. To znači da morate nekako napuniti baterije izvan kamere.

Već sam pokazao ovu vrstu vježbe

Da, da, to je to, sa američkom standardnom rotirajućom viljuškom

Ovako se lako odvaja

I baš tako, u njega je ugrađena ploča za punjenje i zaštitu litijumskih baterija

I naravno, izvadio sam par LED dioda, crvenu - proces punjenja, zelenu - kraj punjenja baterije

Druga ploča je instalirana na sličan način, u punjač sa Sony video kamere. Da, naravno, novi modeli Sony kamkordera se pune preko USB-a, čak imaju i USB rep koji se ne može odvojiti ( glupa odluka po mom misljenju). Ali opet, u terenskim uslovima, snimanje kamerom koja ima kabl od power banke manje je zgodno nego bez njega. Da, i kabel mora biti dovoljno dugačak, i što je kabel duži, to mu je veći otpor i veći gubici na njemu, a smanjenjem otpora kabela povećanjem debljine žila kabel postaje deblji i manje fleksibilan, što ne dodaje udobnost.

Dakle, od takvih ploča za punjenje i zaštitu litij-ionskih baterija do 1A na TP4056 možete lako napraviti jednostavan punjač baterija vlastitim rukama, pretvoriti punjač u napajanje s USB-a, na primjer, za punjenje baterija iz power banke, izvršiti popravke punjač ako je potrebno.

Sve što je napisano u ovoj recenziji možete pogledati u video verziji:

Prvo morate odlučiti o terminologiji.

Kao takav nema kontrolera pražnjenja i punjenja. Ovo je glupost. Nema smisla upravljati pražnjenjem. Struja pražnjenja ovisi o opterećenju - koliko treba, toliko će i trebati. Jedina stvar koju trebate učiniti prilikom pražnjenja je pratiti napon na bateriji kako biste spriječili njeno preterano pražnjenje. U tu svrhu koriste .

Istovremeno, odvojeni kontroleri naplatiti ne samo da postoje, već su apsolutno neophodni za proces punjenja litij-ionskih baterija. Postavljaju potrebnu struju, određuju kraj punjenja, prate temperaturu itd. Regulator punjenja sastavni je dio bilo kojeg.

Na osnovu svog iskustva, mogu reći da kontroler punjenja/pražnjenja zapravo znači sklop za zaštitu baterije od previše dubokog pražnjenja i, obrnuto, prekomjernog punjenja.

Drugim riječima, kada govorimo o kontroleru punjenja/pražnjenja, govorimo o zaštiti ugrađenoj u gotovo sve litijum-jonske baterije (PCB ili PCM moduli). evo nje:

A evo i njih:

Očigledno, zaštitne ploče su dostupne u različitim oblicima i sastavljaju se pomoću različitih elektronskih komponenti. U ovom članku ćemo pogledati opcije za zaštitne krugove za Li-ion baterije (ili, ako želite, kontrolere za pražnjenje/punjenje).

Kontrolori punjenja-pražnjenja

Pošto je ovo ime tako dobro uvriježeno u društvu, i mi ćemo ga koristiti. Počnimo s, možda, najčešćom verzijom na DW01 (Plus) čipu.

DW01-Plus

Ovakva zaštitna ploča za li-ion baterije nalazi se u svakoj drugoj bateriji mobilnog telefona. Da biste došli do njega, potrebno je samo otkinuti samoljepilo s natpisima koji je zalijepljen na bateriju.

Sam DW01 čip je šestokraki, a dva tranzistora sa efektom polja su strukturno napravljena u jednom paketu u obliku sklopa sa 8 krakova.

Pin 1 i 3 kontrolišu prekidače za zaštitu od pražnjenja (FET1) i prekidače za zaštitu od preopterećenja (FET2), respektivno. Granični naponi: 2,4 i 4,25 volti. Pin 2 je senzor koji mjeri pad napona na tranzistorima s efektom polja, koji pruža zaštitu od prekomjerne struje. Prijelazni otpor tranzistora djeluje kao mjerni šant, tako da prag odziva ima vrlo veliko raspršivanje od proizvoda do proizvoda.

Cijela šema izgleda otprilike ovako:

Desno mikrokolo sa oznakom 8205A je tranzistori sa efektom polja koji djeluju kao ključevi u kolu.

S-8241 serija

SEIKO je razvio specijalizovane čipove za zaštitu litijum-jonskih i litijum-polimerskih baterija od prekomernog pražnjenja/prepunjenja. Za zaštitu jedne limenke koriste se integrisana kola serije S-8241.

Prekidači za zaštitu od prekomjernog pražnjenja i prepunjavanja rade na 2,3V i 4,35V, respektivno. Strujna zaštita se aktivira kada je pad napona na FET1-FET2 jednak 200 mV.

AAT8660 serija

LV51140T

Slična shema zaštite za jednoćelijske litijumske baterije sa zaštitom od prekomjernog pražnjenja, prekomjernog punjenja i prekomjernih struja punjenja i pražnjenja. Implementirano pomoću LV51140T čipa.

Granični naponi: 2,5 i 4,25 volti. Drugi krak mikrokola je ulaz detektora prekomjerne struje (granične vrijednosti: 0,2V pri pražnjenju i -0,7V pri punjenju). Pin 4 se ne koristi.

R5421N serija

Dizajn kola je sličan prethodnim. U radnom režimu, mikrokolo troši oko 3 μA, u režimu blokiranja - oko 0,3 μA (slovo C u oznaci) i 1 μA (slovo F u oznaci).

Serija R5421N sadrži nekoliko modifikacija koje se razlikuju po veličini napona odziva tokom punjenja. Detalji su dati u tabeli:

SA57608

Druga verzija kontrolera punjenja/pražnjenja, samo na SA57608 čipu.

Naponi pri kojima mikrokolo odvaja limenku od vanjskih kola ovise o slovnom indeksu. Za detalje pogledajte tabelu:

SA57608 troši prilično veliku struju u stanju mirovanja - oko 300 µA, što ga razlikuje od gore navedenih analoga na gore (gdje je potrošena struja reda veličine frakcija mikroampera).

LC05111CMT

I na kraju, nudimo zanimljivo rješenje jednog od svjetskih lidera u proizvodnji elektronskih komponenti On Semiconductor - kontroler punjenja-pražnjenja na čipu LC05111CMT.

Rješenje je zanimljivo po tome što su ključni MOSFET-ovi ugrađeni u samo mikrokolo, tako da od dodatnih elemenata ostaje samo par otpornika i jedan kondenzator.

Prijelazni otpor ugrađenih tranzistora je ~11 milliohma (0,011 oma). Maksimalna struja punjenja/pražnjenja je 10A. Maksimalni napon između terminala S1 i S2 je 24 volta (ovo je važno kada se baterije kombinuju u baterije).

Mikrokolo je dostupno u WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag paketu.

Krug, kao što se i očekivalo, pruža zaštitu od prekomjernog punjenja/pražnjenja, struje preopterećenja i struje prekomjernog punjenja.

Kontroleri punjenja i zaštitni krugovi - u čemu je razlika?

Važno je shvatiti da zaštitni modul i kontroleri punjenja nisu ista stvar. Da, njihove funkcije se u određenoj mjeri preklapaju, ali bi bilo pogrešno nazivati ​​zaštitni modul ugrađen u bateriju kontrolerom punjenja. Sada ću objasniti u čemu je razlika.

Najvažnija uloga svakog kontrolera punjenja je implementacija ispravnog profila punjenja (obično CC/CV - konstantna struja/konstantni napon). Odnosno, kontroler punjenja mora biti u stanju ograničiti struju punjenja na datom nivou, kontrolirajući na taj način količinu energije koja se „ulijeva“ u bateriju po jedinici vremena. Višak energije se oslobađa u obliku topline, tako da se svaki regulator punjenja prilično zagrije tokom rada.

Iz tog razloga, kontroleri punjenja nikada nisu ugrađeni u bateriju (za razliku od zaštitnih ploča). Kontroleri su jednostavno dio pravog punjača i ništa više.

Osim toga, niti jedna zaštitna ploča (ili zaštitni modul, kako god želite da je nazovete) nije u stanju ograničiti struju punjenja. Ploča kontroliše samo napon na samoj banci i ako on pređe unapred postavljene granice, otvara izlazne prekidače, čime isključuje banku iz vanjski svijet. Inače, zaštita od kratkog spoja također radi na istom principu - tijekom kratkog spoja, napon na banki naglo pada i pokreće se krug zaštite od dubokog pražnjenja.

Zabuna između zaštitnih krugova za litijumske baterije i kontrolera punjenja nastala je zbog sličnosti praga odziva (~4,2V). Samo u slučaju zaštitnog modula, limenka je potpuno odvojena od eksternih terminala, a u slučaju kontrolera punjenja prelazi u režim stabilizacije napona i postepeno smanjuje struju punjenja.

U ovom članku ćemo govoriti o Li-Ion kontroleru punjenja na MCP73833.

Slika 1.

Prethodno iskustvo

Do sada sam koristio LT4054 kontrolere, i da budem iskren, bio sam zadovoljan njima:

Omogućio je punjenje kompaktnih Li-Pol baterija kapaciteta do 3000 mAh

Bio je ultra-kompaktan: sot23-5

Imao indikator punjenja baterije

Ima gomilu zaštita, što ga čini praktički neuništivim čipom

Slika 2.

Dodatna prednost je što sam prije nego što sam počeo išta s tim, kupio 50 komada, po vrlo skromnoj cijeni.

Uočio sam nedostatke u radu, koji su me, iskreno govoreći, stavili u djelimičnu omamljenost:

Maksimalna deklarisana struja je 1A, pomislio sam. Ali već pri 300 mA tokom punjenja, čip se zagrijava do 110 * C, čak i u prisustvu velikih poligona radijatora i radijatora pričvršćenog na plastičnu površinu čipa.

Kada je termička zaštita uključena, očito se aktivira komparator, koji brzo resetuje struju. Kao rezultat toga, mikrokolo se pretvara u generator, koji ubija bateriju. Ovako sam ubio 2 baterije dok nisam shvatio šta nije u redu sa osciloskopom.

S obzirom na gore navedeno, dobio sam problem sa vremenom punjenja uređaja od oko 10 sati. Naravno, to je bilo jako nezadovoljno mene i potrošača moje elektronike, ali šta da radim: svi su htjeli produžiti vijek trajanja sa istim parametrima uređaja, a ponekad i puno troše.

S tim u vezi, počeo sam tražiti kontroler koji bi imao najbolji parametri i mogućnosti odvođenja toplote, a moj izbor se do sada zaustavio na MCP73833, uglavnom zbog činjenice da je moj prijatelj imao ove kontrolere na lageru, a ja sam zviždao par komada brzo (brže od njega) zalemio prototip i izvršio testovi koji su mi bili potrebni.

Malo o samom kontroleru.

Dozvolite mi da se ne bavim potpunim i temeljitim prijevodom tablice (iako je ovo korisno), već vam brzo i jednostavno kažem šta sam prvo pogledao u ovom kontroleru i sviđalo mi se to ili ne.

1. Opšti dijagram prebacivanja je ono što upada u oči od početka. Lako je primijetiti da se, s izuzetkom indikacije (koju ne morate raditi), pojas sastoji od samo 4 dijela. Oni uključuju dva filter kondenzatora, otpornik za programiranje struje punjenja baterije i 10k termistor za kontrolu pregrijavanja Li-Ion baterije. Ovo kolo je prikazano na slici 3. Ovo je definitivno cool.

Slika 3. Dijagram povezivanja MCP73833

2. Mnogo je bolja s vrućinom. To se može vidjeti čak i iz dijagrama povezivanja, jer su vidljive identične noge koje se mogu koristiti za odvođenje topline. Osim toga, s obzirom na činjenicu da je čip dostupan u msop-10 i DFN-10 paketima, koji su po površini veći od sot23-5. Štaviše, u kućištu DFN-10 postoji poseban poligon, koji se može i treba koristiti kao hladnjak za veliku površinu. Ako mi ne vjerujete, pogledajte i sami sliku 4. Ona prikazuje pinoute nogu kućišta DFN-10 i raspored PCB-a koji je preporučio proizvođač, sa odvođenjem topline pomoću poligona.

Slika 4.

3. Prisutnost 10k termistora. Naravno, u većini slučajeva ga neću koristiti, jer sam siguran da neću pregrijati bateriju, ali: postoje zadaci u kojima mislim na potpuno punjenje baterije za samo 30 minuta rada iz napajanja. U takvim slučajevima, sama baterija se može pregrijati.

4. Prilično složen sistem indikacije punjenja baterije. Kao što sam shvatio i pokušao: postoji 1 LED koja je odgovorna za to da li se napajanje napaja iz napajanja za punjenje. U teoriji, stvar nije toliko potrebna, ali: imao sam slučajeva kada sam pokvario konektor i kontroler jednostavno nije dobio 5V na ulazu. U takvim slučajevima je odmah bilo jasno šta nije u redu. Izuzetno korisna funkcija za programere. Za potrošače se lako zamjenjuje jednostavnom LED diodom duž ulazne linije od 5V, instaliranom sa otpornikom za ograničavanje struje.

5. Preostale dvije LED diode su pokvarene tokom faze punjenja. Ovo vam omogućava da ispraznite MK (ako ne trebate, na primjer, da prikažete napunjenost baterije na displeju) u smislu obrade napunjenosti baterije tokom punjenja (indikacija da li je napunjena ili ne).

6. Programiranje struje punjenja u širokom rasponu. Lično sam pokušao da povećam struju punjenja na 1A na ploči prikazanoj na slici 1, i na oko 890mA ploča je ušla u termičku zaštitu u stabilnom režimu. Kako ljudi iz okoline kažu, sa velikim rasponima su savršeno izvukli 2A iz ovog kontrolera, a prema tehničkom opisu maksimalna struja punjenja je 3A, ali imam niz nedoumica vezanih za termičko opterećenje na mikrokrugu.

7. Ako vjerujete u podatkovnu tablicu, onda ovo mikrokolo ima: Low-Dropout Linear Regulator Mode - način rada smanjenog ulaznog napona. U ovim načinima, koristeći DC-DC pretvarač, možete pažljivo smanjiti napon na ulazu mikrokola tijekom početka punjenja kako biste smanjili njegovu proizvodnju topline. Osobno sam pokušao smanjiti napon, a toplina je logično postala manja, ali bi na ovom mikrokrugu trebalo pasti najmanje 0,3-0,4V kako bi mogao udobno napuniti bateriju. Čisto tehnički, napraviću mali modul koji to radi automatski, ali nemam novca ni vremena za to, pa sa zadovoljstvom molim sve zainteresovane da mi se jave na mejl. Ako bude još nekoliko ljudi, objavit ćemo takvu stvar na našoj web stranici.

8. Nije mi se svidjelo što je tijelo bilo jako malo. Zalemiti ga bez fena za kosu (DFN-10) je teško, i neće dobro ići, kako god gledali. Bolje je sa msop-10, ali je potrebno dosta vremena početnicima da nauče kako ga lemiti.

9. Nije mi se svidjelo što ovaj kontroler nema ugrađen BMS (zaštita baterije od brzog punjenja/pražnjenja i niz drugih problema). Ali skuplji kontroleri iz TI-a imaju takve stvari.

10. Svidjela mi se cijena. Ovi kontroleri nisu skupi.

Šta je sledeće?

A onda ću implementirati ovaj čip u svoje različite ideje o uređajima. Na primjer, sada se već proizvodi u tvornici probna verzija razvojna ploča bazirana na STM32F103RCT6 i 18650 baterijama. Već imam razvojnu ploču za ovaj kontroler, koja se jako dobro dokazala, i želim je dopuniti prijenosnom verzijom kako bih svoj radni projekt ponio sa sobom i ne razmišljao o napajanju i traženju utičnice u koju bih ubacite napajanje.

Također ću ga koristiti u svim rješenjima koja zahtijevaju struje punjenja veće od 300mA.

Nadam se da ćete moći koristiti ovaj koristan i jednostavan čip u svojim uređajima.

Ako vas uopće zanima napajanje baterija, evo mog ličnog videa o baterijskom napajanju uređaja.

Svi radio amateri su dobro upoznati sa pločama za punjenje jedne limenke li-jonskih baterija. Veoma je tražen zbog niske cijene i dobrih izlaznih parametara.

Koristi se za punjenje prethodno navedenih baterija na naponu od 5 volti. Takvi šalovi se široko koriste u domaćim dizajnima s autonomnim izvorom napajanja u obliku litijum-jonskih baterija.

Ovi kontroleri se proizvode u dvije verzije - sa i bez zaštite. Oni sa zaštitom su malo skuplji.

Zaštita obavlja nekoliko funkcija

1) Isključuje bateriju tokom dubokog pražnjenja, prekomernog punjenja, preopterećenja i kratkog spoja.

Danas ćemo detaljno provjeriti ovaj šal i shvatiti da li parametri koje je proizvođač obećao odgovaraju stvarnim, a dogovorit ćemo i druge testove, idemo.
Parametri ploče su prikazani ispod

A ovo su kola, gornja sa zaštitom, donja bez

Pod mikroskopom je vidljivo da je ploča vrlo kvalitetna. Dvostrani laminat od staklenih vlakana, nema "parova", prisutna je sito štampa, svi ulazi i izlazi su označeni, nije moguće pomješati vezu ako se pazi.

Mikrokrug može osigurati maksimalnu struju punjenja od oko 1 Ampera; ova struja se može promijeniti odabirom otpornika Rx (označeno crvenom bojom).

A ovo je ploča izlazne struje ovisno o otporu prethodno naznačenog otpornika.

Mikrokrug postavlja konačni napon punjenja (oko 4,2 volta) i ograničava struju punjenja. Na ploči se nalaze dvije LED diode, crvena i plava (boje mogu biti različite).Prva svijetli tokom punjenja, druga kada je baterija potpuno napunjena.

Postoji mikro USB konektor koji napaja 5 volti.

Prvi test.
Provjerimo izlazni napon na koji će se baterija puniti, trebao bi biti od 4,1 do 4,2V

Tako je, nema pritužbi.

Drugi test
Provjerimo izlaznu struju, na ovim pločama je maksimalna struja postavljena po defaultu, a to je oko 1A.
Učitavaćemo izlaz ploče sve dok se zaštita ne aktivira, čime ćemo simulirati visoku potrošnju na ulazu ili ispražnjenu bateriju.

Maksimalna struja je blizu deklarisanoj, idemo dalje.

Test 3
Povezano na lokaciju baterije laboratorijski blok napajanje na kojem je napon unaprijed podešen oko 4 volta. Smanjujemo napon dok zaštita ne isključi bateriju, multimetar prikazuje izlazni napon.

Kao što vidite, na 2,4-2,5 volti izlazni napon je nestao, odnosno zaštita radi. Ali ovaj napon je ispod kritičnog, mislim da bi 2,8 volti bilo sasvim u redu, općenito, ne savjetujem pražnjenje baterije do te mjere da će zaštita raditi.

Test 4
Provjera struje zaštite.
U te svrhe korišteno je elektronsko opterećenje; postupno smo povećavali struju.

Zaštita radi na strujama od oko 3,5 A (jasno vidljivo na videu)

Od nedostataka, napomenuću samo da se mikrokolo bezbožno grije pa čak ni ploča s intenzivnom toplinom ne pomaže.Inače, sama mikrokola ima podlogu za efikasan prijenos topline i ova podloga je zalemljena na ploču, potonja igra ulogu hladnjaka.

Mislim da nema šta da se doda, sve smo videli savršeno, tabla je odlična budžetska opcija, kada je u pitanju kontroler punjenja za jednu limenku Li-Ion baterije malog kapaciteta.
Mislim da je ovo jedan od najuspješnijih razvoja kineskih inženjera, koji je dostupan svima zbog svoje neznatne cijene.
Sretan boravak!