Circuito de carga del controlador de batería de iones de litio. Baterías de iones de litio y polímeros de litio en nuestros diseños. Principales tipos de baterías utilizadas.

Se compró un lote de diez piezas para convertir la fuente de alimentación de algunos dispositivos en baterías de iones de litio ( Actualmente utilizan pilas 3AA.), pero en la reseña mostraré otra opción para usar esta placa, que aunque no aprovecha todas sus capacidades. Es solo que de estas diez piezas solo se necesitarán seis, y comprar 6 piezas con protección y un par sin protección resulta menos rentable.

Basado en el TP4056, la placa de carga con protección para baterías de Li-Ion con una corriente de hasta 1A está diseñada para la carga completa y protección de las baterías ( por ejemplo, el popular 18650) con capacidad para conectar una carga. Aquellos. Esta placa se puede integrar fácilmente en diversos dispositivos, como linternas, lámparas, radios, etc., alimentada por una batería de litio incorporada, y cargada sin sacarla del dispositivo mediante cualquier cargador USB a través de un conector microUSB. Esta placa también es perfecta para reparar cargadores de baterías de iones de litio quemados.

Y así, un montón de tablas, cada una en una bolsa individual ( por supuesto hay menos de lo que se compró)

La bufanda queda así:

Puedes echar un vistazo más de cerca a los elementos instalados.

A la izquierda hay una entrada de alimentación microUSB, la alimentación también se duplica mediante los pads + y - para soldar.

En el centro hay un controlador de carga, Tpower TP4056, encima hay un par de LED que muestran el proceso de carga (rojo) o el final de la carga (azul), debajo está la resistencia R3, cambiando cuyo valor se puede cambiar el corriente de carga de la batería. TP4056 carga las baterías utilizando el algoritmo CC/CV y finaliza automáticamente el proceso de carga si la corriente de carga cae a 1/10 de la configurada.

Tabla de valores nominales de resistencia y corriente de carga, según especificación del controlador.

• R (kOhmios) - I (mA)


• 1.2 - 1000


• 1.33 - 900


• 1.5 - 780


• 1.66 - 690


• 2 - 580


• 3 - 400


• 4 - 300


• 5 - 250


• 10 - 130

No hay nada en la parte posterior del tablero, así que puedes, por ejemplo, pegarlo.

Y ahora la opción de utilizar una placa para cargar y proteger baterías de iones de litio.

Hoy en día, casi todas las cámaras de vídeo de aficionados utilizan baterías de iones de litio de 3,7 V como fuente de alimentación, es decir, 1S. Aquí está una de las baterías adicionales que compré para mi cámara de video.

¿Por qué necesito tanto? Sí, por supuesto, mi cámara se carga con una fuente de alimentación con una clasificación de 5V 2A, y después de haber comprado un enchufe USB y un conector adecuado por separado, ahora puedo cargarla desde bancos de energía ( y esta es una de las razones por las que yo, y no solo yo, hay tantos), pero es un inconveniente disparar con una cámara que también tiene un cable conectado. Esto significa que necesitas cargar las baterías de alguna manera fuera de la cámara.

Ya he mostrado este tipo de ejercicio.

Sí, sí, esto es todo, con una horquilla giratoria estándar americana.

Así se separa fácilmente

Y así sin más se le implanta una placa de carga y protección para baterías de litio.

Y, por supuesto, saqué un par de LED, rojo - el proceso de carga, verde - el final de la carga de la batería.

La segunda placa se instaló de manera similar, en un cargador de una cámara de video Sony. Sí, por supuesto, los nuevos modelos de videocámaras Sony se cargan mediante USB, incluso tienen una cola USB no desmontable ( decisión estúpida en mi opinión). Pero nuevamente, en condiciones de campo, filmar con una cámara que tiene un cable de un banco de energía es menos conveniente que sin ella. Sí, y el cable debe ser lo suficientemente largo, y cuanto más largo sea el cable, mayor será su resistencia y mayores serán las pérdidas, y al reducir la resistencia del cable al aumentar el grosor de los núcleos, el cable se vuelve más grueso y menos flexible, lo que no añade comodidad.

Entonces, a partir de placas para cargar y proteger baterías de iones de litio de hasta 1 A en el TP4056, puede hacer fácilmente un cargador de batería simple con sus propias manos, convertir el cargador en uno alimentado por USB, por ejemplo, para cargar baterías desde un banco de energía, hacer reparaciones cargador si necesario.

Todo lo escrito en esta reseña se puede ver en la versión en video:

Primero debes decidir la terminología.

Como tal no hay controladores de carga de descarga. Esto no tiene sentido. No tiene sentido gestionar el alta. La corriente de descarga depende de la carga: tanto como sea necesario, tanto se necesitará. Lo único que debe hacer al descargar es controlar el voltaje de la batería para evitar que se descargue excesivamente. Para ello utilizan .

Al mismo tiempo, controladores separados cargar no sólo existen, sino que son absolutamente necesarios para el proceso de carga de baterías de iones de litio. Establecen la corriente requerida, determinan el final de la carga, controlan la temperatura, etc. El controlador de carga es una parte integral de cualquiera.

Según mi experiencia, puedo decir que un controlador de carga/descarga en realidad significa un circuito para proteger la batería de una descarga demasiado profunda y, a la inversa, de una sobrecarga.

En otras palabras, cuando hablamos de un controlador de carga/descarga, nos referimos a la protección incorporada en casi todas las baterías de iones de litio (módulos PCB o PCM). Aqui esta ella:

Y aquí están también:

Obviamente, las placas de protección están disponibles en varios factores de forma y se ensamblan utilizando varios componentes electrónicos. En este artículo veremos opciones para circuitos de protección para baterías de iones de litio (o, si lo prefiere, controladores de carga/descarga).

Controladores de carga-descarga

Como este nombre está tan arraigado en la sociedad, también lo usaremos. Comencemos con quizás la versión más común del chip DW01 (Plus).

DW01-Plus

Una placa protectora de este tipo para baterías de iones de litio se encuentra en una de cada dos baterías de teléfonos móviles. Para llegar a él, basta con arrancar el autoadhesivo con inscripciones que está pegado a la batería.

El chip DW01 en sí tiene seis patas y dos transistores de efecto de campo están fabricados estructuralmente en un paquete en forma de un conjunto de 8 patas.

Los pines 1 y 3 controlan los interruptores de protección de descarga (FET1) y los interruptores de protección de sobrecarga (FET2), respectivamente. Tensiones umbral: 2,4 y 4,25 Voltios. El pin 2 es un sensor que mide la caída de voltaje en los transistores de efecto de campo, lo que brinda protección contra sobrecorriente. La resistencia de transición de los transistores actúa como una derivación de medición, por lo que el umbral de respuesta tiene una dispersión muy grande de un producto a otro.

Todo el esquema se parece a esto:

El microcircuito derecho marcado como 8205A son los transistores de efecto de campo que actúan como claves en el circuito.

Serie S-8241

SEIKO ha desarrollado chips especializados para proteger las baterías de iones de litio y de polímero de litio contra descargas excesivas o sobrecargas. Para proteger una lata se utilizan circuitos integrados de la serie S-8241.

Los interruptores de protección contra sobredescarga y sobrecarga funcionan a 2,3 V y 4,35 V, respectivamente. La protección de corriente se activa cuando la caída de tensión en FET1-FET2 es igual a 200 mV.

Serie AAT8660

LV51140T

Un esquema de protección similar para baterías de litio de una sola celda con protección contra sobredescarga, sobrecarga y exceso de corrientes de carga y descarga. Implementado utilizando el chip LV51140T.

Tensiones umbral: 2,5 y 4,25 Voltios. El segundo tramo del microcircuito es la entrada del detector de sobrecorriente (valores límite: 0,2 V durante la descarga y -0,7 V durante la carga). El pin 4 no se utiliza.

Serie R5421N

El diseño del circuito es similar a los anteriores. En modo de funcionamiento, el microcircuito consume aproximadamente 3 μA, en modo de bloqueo, aproximadamente 0,3 μA (letra C en la designación) y 1 μA (letra F en la designación).

La serie R5421N contiene varias modificaciones que difieren en la magnitud del voltaje de respuesta durante la recarga. Los detalles se dan en la tabla:

SA57608

Otra versión del controlador de carga/descarga, sólo en el chip SA57608.

Los voltajes a los que el microcircuito desconecta la lata de los circuitos externos dependen del índice de letras. Para más detalles, consulte la tabla:

El SA57608 consume una corriente bastante grande en modo de suspensión, alrededor de 300 µA, lo que lo distingue para peor de los análogos mencionados anteriormente (donde la corriente consumida es del orden de fracciones de microamperio).

LC05111CMT

Y, finalmente, ofrecemos una solución interesante de uno de los líderes mundiales en la producción de componentes electrónicos en semiconductores: un controlador de carga y descarga en el chip LC05111CMT.

La solución es interesante porque los MOSFET clave están integrados en el propio microcircuito, por lo que todo lo que queda de los elementos adicionales son un par de resistencias y un condensador.

La resistencia de transición de los transistores incorporados es de ~11 miliohmios (0,011 ohmios). La corriente máxima de carga/descarga es de 10A. El voltaje máximo entre los terminales S1 y S2 es de 24 voltios (esto es importante al combinar baterías).

El microcircuito está disponible en el paquete WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.

El circuito, como se esperaba, proporciona protección contra sobrecarga/descarga, corriente de sobrecarga y corriente de sobrecarga.

Controladores de carga y circuitos de protección: ¿cuál es la diferencia?

Es importante entender que el módulo de protección y los controladores de carga no son lo mismo. Sí, sus funciones se superponen hasta cierto punto, pero llamar controlador de carga al módulo de protección integrado en la batería sería un error. Ahora te explicaré cuál es la diferencia.

La función más importante de cualquier controlador de carga es implementar el perfil de carga correcto (generalmente CC/CV - corriente constante/voltaje constante). Es decir, el controlador de carga debe poder limitar la corriente de carga a un nivel determinado, controlando así la cantidad de energía "vertida" en la batería por unidad de tiempo. El exceso de energía se libera en forma de calor, por lo que cualquier controlador de carga se calienta bastante durante el funcionamiento.

Por este motivo, los controladores de carga nunca están integrados en la batería (a diferencia de las placas de protección). Los controladores son simplemente parte de un cargador adecuado y nada más.

Además, ni una sola placa de protección (o módulo de protección, como quiera llamarlo) es capaz de limitar la corriente de carga. La placa solo controla el voltaje en el propio banco y si excede los límites preestablecidos, abre los interruptores de salida, desconectando así el banco de mundo exterior. Por cierto, la protección contra cortocircuitos también funciona según el mismo principio: durante un cortocircuito, el voltaje en el banco cae bruscamente y se activa el circuito de protección contra descarga profunda.

La confusión entre los circuitos de protección de las baterías de litio y los controladores de carga surgió debido a la similitud del umbral de respuesta (~4,2V). Solo en el caso de un módulo de protección la lata se desconecta completamente de los terminales externos, y en el caso de un controlador de carga se cambia a un modo de estabilización de voltaje y una reducción gradual de la corriente de carga.

En este artículo hablaremos sobre el controlador de carga Li-Ion en el MCP73833.

Foto 1.

Experiencia previa

Hasta este punto he estado usando controladores LT4054 y, para ser honesto, estaba satisfecho con ellos:

Permitió cargar baterías Li-Pol compactas con una capacidad de hasta 3000 mAh.

Era ultracompacto: sot23-5

Tenía un indicador de carga de batería.

Dispone de un montón de protecciones, lo que lo convierte en un chip prácticamente indestructible.

Figura 2.

Una ventaja adicional es que antes de empezar a hacer algo con él, compré 50, a un precio muy módico.

Identifiqué deficiencias en el trabajo y, francamente, me pusieron en un estupor parcial:

La corriente máxima declarada es 1A, pensé. Pero ya a 300 mA durante la carga, el chip se calienta a 110 * C, incluso en presencia de grandes polígonos de radiador y un radiador adherido a la superficie plástica del chip.

Cuando se activa la protección térmica, aparentemente se activa un comparador que restablece rápidamente la corriente. Como resultado, el microcircuito se convierte en un generador que apaga la batería. De esta manera apagué 2 baterías hasta que descubrí qué estaba mal con el osciloscopio.

En vista de lo anterior, tuve un problema con el tiempo de carga del dispositivo de aproximadamente 10 horas. Por supuesto, esto me descontentó mucho a mí y a los consumidores de mis productos electrónicos, pero ¿qué puedo hacer? Todos querían aumentar la vida útil con los mismos parámetros del dispositivo y, a veces, consumen mucho.

En este sentido, comencé a buscar un controlador que tuviera los mejores parámetros y capacidades de disipación de calor, y mi elección hasta ahora se ha centrado en el MCP73833, principalmente debido al hecho de que mi amigo tenía estos controladores en stock, y silbé un par de piezas rápidamente (más rápido que él), soldé el prototipo y realicé el pruebas que necesitaba.

Un poco sobre el propio controlador.

No permítanme dedicarme a una traducción completa y exhaustiva de la hoja de datos (aunque esto es útil), sino decirles de manera rápida y sencilla lo que miré primero en este controlador y si me gustó o no.

1. El diagrama general de conmutación es lo que llama la atención desde el principio. Es fácil notar que, a excepción de la indicación (que no es necesario hacer), el arnés consta de sólo 4 piezas. Incluyen dos condensadores de filtro, una resistencia para programar la corriente de carga de la batería y un termistor de 10k para controlar el sobrecalentamiento de la batería de Li-Ion. Este circuito se muestra en la Figura 3. Esto definitivamente es genial.

Figura 3. Diagrama de conexión MCP73833

2. Ella está mucho mejor con el calor. Esto se puede ver incluso en el diagrama de conexión, ya que se ven patas idénticas que se pueden utilizar para eliminar el calor. Además de esto, hay que tener en cuenta el hecho de que el chip está disponible en paquetes msop-10 y DFN-10, que tienen una superficie más grande que sot23-5. Además, en el caso del DFN-10 hay un polígono especial que puede y debe usarse como disipador de calor para una gran superficie. Si no me cree, mire usted mismo la Figura 4. Muestra los pines de las patas de la caja DFN-10 y el diseño de PCB recomendado por el fabricante, con disipación de calor mediante un polígono.

Figura 4.

3. La presencia de un termistor de 10k. Eso sí, en la mayoría de casos no lo usaré, ya que estoy seguro de que no sobrecalentaré la batería, pero: hay tareas en las que me refiero a una carga completa de la batería en tan solo 30 minutos de funcionamiento desde la fuente de alimentación. En tales casos, la propia batería puede sobrecalentarse.

4. Un sistema de indicación de carga de batería bastante complejo. Como entendí y probé: hay 1 LED responsable de si la fuente de alimentación de carga recibe energía. En teoría, la cosa no es tan necesaria, pero tuve casos en los que rompí el conector y el controlador simplemente no recibió 5V en la entrada. En tales casos, inmediatamente quedó claro lo que estaba mal. Una característica extremadamente útil para los desarrolladores. Para los consumidores, se reemplaza fácilmente por un simple LED a lo largo de la línea de entrada de 5 V, instalado con una resistencia limitadora de corriente.

5. Los dos LED restantes se averían durante la etapa de carga. Esto le permite descargar el MK (si no necesita, por ejemplo, mostrar la carga de la batería en la pantalla) en términos de procesar la carga de la batería durante la carga (indicación de si está cargada o no).

6. Programar la corriente de carga en un amplio rango. Personalmente, intenté aumentar la corriente de carga a 1 A en la placa que se muestra en la Figura 1, y alrededor de 890 mA la placa entró en protección térmica en modo estable. Como dice la gente de alrededor, con rangos grandes sacaron perfectamente 2A de este controlador y, según la descripción técnica, la corriente de carga máxima es 3A, pero tengo varias dudas relacionadas con la carga térmica en el microcircuito.

7. Si cree en la hoja de datos, entonces este microcircuito tiene: Modo de regulador lineal de baja caída: un modo de voltaje de entrada reducido. En estos modos, utilizando un convertidor DC-DC, puede reducir cuidadosamente el voltaje en la entrada del microcircuito durante el inicio de la carga para reducir su generación de calor. Personalmente, intenté reducir el voltaje y, lógicamente, el calor disminuyó, pero este microcircuito debe bajar al menos 0,3-0,4 V para que pueda cargar cómodamente la batería. Desde un punto de vista puramente técnico, voy a crear un pequeño módulo que haga esto automáticamente, pero no tengo el dinero ni el tiempo para ello, así que con mucho gusto les pido a todos los que estén interesados ​​que me envíen un correo electrónico. Si hay algunas personas más, publicaremos algo así en nuestro sitio web.

8. No me gustó que el cuerpo fuera muy pequeño. Soldarlo sin secador de pelo (DFN-10) es difícil y no funcionará bien, se mire como se mire. Es mejor con msop-10, pero los principiantes necesitan mucho tiempo para aprender a soldarlo.

9. No me gustó que este controlador no tenga un BMS incorporado (protección de la batería contra carga/descarga rápida y una serie de otros problemas). Pero los controladores más caros de TI tienen esas cosas.

10. Me gustó el precio. Estos controladores no son caros.

¿Que sigue?

Y luego implementaré este chip en mis diversas ideas de dispositivos. Por ejemplo, ahora ya se produce en la fábrica. versión de prueba Placa de desarrollo basada en baterías STM32F103RCT6 y 18650. Ya tengo una placa de desarrollo para este controlador, que ha demostrado su eficacia, y quiero complementarla con una versión portátil para poder llevarme mi proyecto de trabajo y no pensar en la energía y buscar un enchufe al que conectar. Inserte la fuente de alimentación.

También lo usaré en todas las soluciones que requieran corrientes de carga superiores a 300 mA.

Espero que puedas utilizar este útil y sencillo chip en tus dispositivos.

Si está interesado en la energía de la batería, aquí tiene mi video personal sobre la energía de la batería para dispositivos.

Todos los radioaficionados están muy familiarizados con los paneles de carga para una lata de baterías de iones de litio. Tiene una gran demanda debido a su bajo precio y buenos parámetros de producción.

Se utiliza para cargar las baterías mencionadas anteriormente a un voltaje de 5 Voltios. Estas bufandas se utilizan ampliamente en diseños caseros con una fuente de energía autónoma en forma de baterías de iones de litio.

Estos controladores se fabrican en dos versiones: con y sin protección. Los que tienen protección son un poco caros.

La protección realiza varias funciones.

1) Desconecta la batería durante descarga profunda, sobrecarga, sobrecarga y cortocircuito.

Hoy revisaremos esta bufanda con gran detalle y entenderemos si los parámetros prometidos por el fabricante corresponden a los reales, y también organizaremos otras pruebas, vamos.
Los parámetros de la placa se muestran a continuación.

Y estos son los circuitos, el de arriba con protección, el de abajo sin

Al microscopio se nota que la placa es de muy buena calidad. Laminado de fibra de vidrio de doble cara, sin “parejas”, hay serigrafía, todas las entradas y salidas están marcadas, no es posible confundir la conexión si se tiene cuidado.

El microcircuito puede proporcionar una corriente de carga máxima de alrededor de 1 amperio; esta corriente se puede cambiar seleccionando la resistencia Rx (resaltada en rojo).

Y esta es una placa de la corriente de salida en función de la resistencia de la resistencia indicada anteriormente.

El microcircuito establece el voltaje de carga final (aproximadamente 4,2 voltios) y limita la corriente de carga. Hay dos LED en la placa, rojo y azul (los colores pueden ser diferentes), el primero se enciende durante la carga y el segundo cuando la batería está completamente cargada.

Hay un conector Micro USB que suministra 5 voltios.

Primer examen.
Comprobemos el voltaje de salida al que se cargará la batería, debe ser de 4,1 a 4,2V.

Así es, no hay quejas.

Segunda prueba
Comprobemos la corriente de salida, en estas placas la corriente máxima está configurada por defecto, y es aproximadamente 1A.
Cargaremos la salida de la placa hasta que se dispare la protección, simulando así un alto consumo en la entrada o una batería descargada.

La corriente máxima se acerca a la declarada, sigamos adelante.

Prueba 3
Conectado a la ubicación de la batería bloque de laboratorio fuente de alimentación cuyo voltaje está preestablecido en torno a 4 voltios. Reducimos el voltaje hasta que la protección apaga la batería, el multímetro muestra el voltaje de salida.

Como puede ver, a 2,4-2,5 voltios el voltaje de salida desapareció, es decir, la protección está funcionando. Pero este voltaje está por debajo del crítico, creo que 2,8 voltios sería lo correcto, en general, no recomiendo descargar la batería hasta tal punto que la protección funcione.

Prueba 4
Comprobación de la corriente de protección.
Para estos fines se utilizó una carga electrónica, gradualmente aumentamos la corriente.

La protección funciona con corrientes de unos 3,5 amperios (claramente visible en el vídeo)

Entre las deficiencias, solo señalaré que el microcircuito se calienta impíamente e incluso una placa que consume mucho calor no ayuda. Por cierto, el microcircuito en sí tiene un sustrato para una transferencia de calor efectiva y este sustrato está soldado a la placa, este último desempeña el papel de disipador de calor.

No creo que haya nada que agregar, vimos todo perfecto, el tablero es excelente. opción de presupuesto, cuando se trata de un controlador de carga para una lata de batería de iones de litio de pequeña capacidad.
Creo que este es uno de los desarrollos más exitosos de los ingenieros chinos, que está al alcance de todos debido a su bajo precio.
¡Feliz estancia!