Circuito de carga do controlador de bateria de íon de lítio. Baterias de íon-lítio e polímero de lítio em nossos projetos. Os principais tipos de baterias utilizadas

Comprei um lote de dez peças, para refazer a potência de alguns aparelhos com baterias de íon-lítio ( eles atualmente usam baterias 3AA), mas no review vou mostrar outra opção de utilização desta placa, que, embora não utilize todas as suas capacidades. Só que dessas dez peças serão necessárias apenas seis, e comprar 6 individualmente com proteção e um par sem proteção é menos lucrativo.

Baseada no TP4056, a placa de carregamento com proteção para baterias Li-Ion com corrente de até 1A foi projetada para carregar e proteger totalmente as baterias ( por exemplo, popular 18650) com possibilidade de ligação da carga. Aqueles. esta placa pode ser facilmente integrada em vários dispositivos, como lanternas, lâmpadas, rádios, etc., alimentada por uma bateria de lítio embutida, e carregá-la sem removê-la do dispositivo com qualquer carregador USB através de um conector microUSB. Esta placa também é perfeita para reparar carregadores de bateria de íon de lítio queimados.

E assim, um monte de pranchas, cada uma em uma sacola individual ( certamente há menos do que comprei)

O lenço fica assim:

Você pode dar uma olhada nos elementos instalados

À esquerda está a entrada de alimentação microUSB, a fonte de alimentação também é duplicada por + e - pads para soldagem.

No centro está o controlador de carga, Tpower TP4056, acima dele está um par de LEDs que exibem o processo de carregamento (vermelho) ou o final da carga (azul), abaixo dele está o resistor R3, alterando o valor do qual você pode alterar a corrente de carga da bateria. O TP4056 carrega as baterias de acordo com o algoritmo CC/CV e encerra automaticamente o processo de carregamento se a corrente de carga cair para 1/10 do valor definido.

Placa de identificação da resistência e corrente de carga, conforme especificação do controlador.

• R (kΩ) - I (mA)


• 1.2 - 1000


• 1.33 - 900


• 1.5 - 780


• 1.66 - 690


• 2 - 580


• 3 - 400


• 4 - 300


• 5 - 250


• 10 - 130

Não há nada no verso da placa, então ela pode, por exemplo, ser colada.

E agora a opção de utilizar a placa de carga e proteção para baterias de íon-lítio.

Hoje em dia, quase todas as filmadoras de formato amador usam baterias de íon-lítio de 3,7 V como fontes de energia, ou seja, 1S. Aqui está uma das baterias adicionais adquiridas para minha filmadora

Por que preciso de tantos? Sim, claro, minha câmera é carregada com uma fonte de alimentação de 5V 2A e, depois de comprar um plugue USB e um conector adequado separadamente, agora posso carregá-la em bancos de energia ( e esta é uma das razões pelas quais eu, e não só eu, tenho tantos), mas isso é apenas fotografar com uma câmera, para a qual o fio também se estende - é inconveniente. Então você precisa carregar as baterias fora da câmera de alguma forma.

Eu já mostrei tal cobrança

Sim, sim, é isso, com garfo giratório padrão americano

É assim que ele se divide facilmente.

E assim, uma placa de carga e proteção para baterias de lítio é implantada nele

E, claro, destaquei alguns LEDs, vermelho - o processo de carregamento, verde - o fim da carga da bateria

A segunda placa foi instalada da mesma forma, no carregador da filmadora Sony. Sim, claro, os novos modelos de filmadoras Sony são carregados por USB, possuem até uma cauda USB não removível ( decisão estúpida na minha opinião). Mas, novamente, em campo, fotografar com uma câmera na qual o cabo do banco de potência é puxado é menos conveniente do que sem ela. Sim, e o cabo deve ser longo o suficiente, e quanto mais longo o cabo, maior será sua resistência e maiores serão as perdas nele, e para reduzir a resistência do cabo aumentando a espessura dos núcleos, o cabo fica mais grosso e menos flexível, o que não agrega comodidade.

Portanto, a partir dessas placas para carregar e proteger baterias de íon-lítio de até 1A no TP4056, você pode facilmente fazer um simples carregador de bateria faça você mesmo, converter o carregador para alimentação USB, por exemplo, para carregar baterias de um banco de energia , fazer reparos carregador se necessário.

Tudo o que está escrito nesta revisão pode ser visto na versão em vídeo:

Primeiro você precisa decidir sobre a terminologia.

Como tal controladores de carga-descarga não existem. Isso não faz sentido. Não faz sentido gerir a quitação. A corrente de descarga depende da carga - tanto quanto for necessário, tanto será necessário. A única coisa a fazer durante a descarga é monitorar a tensão da bateria para evitar descarga excessiva. Para isso, inscreva-se.

Ao mesmo tempo, controladores separados cobrar não apenas existem, mas são absolutamente necessários para o processo de carregamento de baterias de íon-lítio. São eles que definem a corrente necessária, determinam o momento em que a carga termina, monitoram a temperatura, etc. O controlador de carregamento é parte integrante de qualquer um.

Com base na minha experiência, posso dizer que um controlador de carga/descarga é na verdade entendido como um circuito para proteger a bateria de descargas muito profundas e, inversamente, de sobrecarga.

Ou seja, quando falamos de controlador de carga/descarga, estamos falando da proteção embutida em quase todas as baterias de íon-lítio (módulos PCB ou PCM). Aqui está ela:

E aqui estão eles também:

É óbvio que as placas de proteção são apresentadas em vários formatos e são montadas com vários componentes eletrônicos. Neste artigo, veremos apenas opções para proteger baterias de íon-lítio (ou, se preferir, controladores de descarga/carga).

Controladores de carga-descarga

Como esse nome está tão bem estabelecido na sociedade, também o utilizaremos. Vamos começar talvez com a opção mais comum no chip DW01 (Plus).

DW01-Plus

Essa placa protetora para baterias de íon-lítio é encontrada em cada segunda bateria de telefone celular. Para acessá-lo, basta arrancar o autoadesivo com as inscrições, que está colado sobre a bateria.

O chip DW01 em si tem seis pernas e dois transistores de efeito de campo são estruturalmente feitos em um pacote na forma de um conjunto de 8 pernas.

Os pinos 1 e 3 são o controle das chaves de proteção de sobrecarga (FET1) e sobrecarga (FET2), respectivamente. Tensões limite: 2,4 e 4,25 Volts. Conclusão 2 - um sensor que mede a queda de tensão nos transistores de efeito de campo, devido ao qual é implementada a proteção contra sobrecorrente. A resistência transitória dos transistores atua como um shunt de medição, de modo que o limite de resposta tem uma dispersão muito grande de produto para produto.

Todo o esquema é mais ou menos assim:

O microcircuito direito marcado com 8205A são os transistores de efeito de campo que atuam como chaves no circuito.

Série S-8241

A SEIKO desenvolveu circuitos especializados para proteger baterias de íon de lítio e polímero de lítio contra descarga excessiva/sobrecarga. Para proteger uma lata, são utilizados circuitos integrados da série S-8241.

As chaves de proteção contra descarga excessiva e sobrecarga operam em 2,3 V e 4,35 V, respectivamente. A proteção de corrente é ativada quando a queda de tensão entre FET1-FET2 é de 200 mV.

Série AAT8660

LV51140T

Um esquema de proteção semelhante para baterias unicelulares de lítio com proteção contra descarga excessiva, sobrecarga, excesso de carga e correntes de descarga. Implementado usando o chip LV51140T.

Tensões limite: 2,5 e 4,25 Volts. A segunda perna do microcircuito é a entrada do detector de sobrecarga de corrente (valores limites: 0,2V durante a descarga e -0,7V durante o carregamento). O pino 4 não é usado.

Série R5421N

O design do circuito é semelhante aos anteriores. No modo de operação, o microcircuito consome cerca de 3 μA, no modo de bloqueio - cerca de 0,3 μA (letra C na designação) e 1 μA (letra F na designação).

A série R5421N contém várias modificações que diferem na magnitude da tensão de resposta durante a recarga. Os detalhes são fornecidos na tabela:

SA57608

Outra versão do controlador de carga/descarga, apenas no chip SA57608.

As tensões nas quais o microcircuito desconecta o jar dos circuitos externos dependem do índice de letras. Veja tabela para detalhes:

O SA57608 consome uma corrente bastante grande no modo de suspensão - cerca de 300 μA, o que o distingue dos análogos acima para pior (as correntes consumidas são da ordem de frações de um microampere).

LC05111CMT

E, finalmente, oferecemos uma solução interessante de um dos líderes mundiais na produção de componentes eletrônicos On Semiconductor - um controlador de carga e descarga em um chip LC05111CMT.

A solução é interessante porque os principais MOSFETs estão embutidos no próprio microcircuito, de modo que apenas alguns resistores e um capacitor permaneceram dos elementos conectados.

A resistência transitória dos transistores integrados é de aproximadamente 11 miliohms (0,011 ohms). A corrente máxima de carga/descarga é 10A. A tensão máxima entre os terminais S1 e S2 é de 24 Volts (isto é importante ao combinar baterias em baterias).

O microcircuito é produzido no pacote WDFN6 2.6x4.0, 0,65P, Dual Flag.

O circuito, como esperado, fornece proteção contra sobrecarga/descarga, sobrecorrente na carga e corrente de sobrecarga.

Controladores de carga e circuitos de proteção – qual a diferença?

É importante compreender que o módulo de proteção e os controladores de carga não são a mesma coisa. Sim, suas funções se sobrepõem até certo ponto, mas seria um erro chamar o módulo de proteção embutido na bateria de controlador de carregamento. Agora deixe-me explicar a diferença.

A função mais importante de qualquer controlador de carga é implementar o perfil de carga correto (geralmente CC/CV - corrente constante/tensão constante). Ou seja, o controlador de carregamento deve ser capaz de limitar a corrente de carregamento em um determinado nível, controlando assim a quantidade de energia “derramada” na bateria por unidade de tempo. O excesso de energia é liberado na forma de calor, portanto, qualquer controlador de carregamento fica bastante quente durante a operação.

Por esta razão, os controladores de carga nunca são integrados à bateria (ao contrário das placas de proteção). Os controladores são apenas parte do carregador certo e nada mais.

Além disso, nenhuma placa de proteção (ou módulo de proteção, chame como quiser) é capaz de limitar a corrente de carga. A placa apenas controla a tensão no próprio banco e, caso ultrapasse os limites pré-determinados, abre as chaves de saída, desconectando assim o banco da mundo exterior. A propósito, a proteção contra curto-circuito também funciona com o mesmo princípio - em caso de curto-circuito, a tensão no banco cai drasticamente e o circuito de proteção contra descarga profunda é acionado.

A confusão entre os circuitos de proteção das baterias de lítio e os controladores de carga surgiu devido à semelhança do limite de resposta (~4,2V). Somente no caso do módulo de proteção a lata é totalmente desconectada dos terminais externos, e no caso do controlador de carregamento passa para o modo de estabilização de tensão e diminuição gradativa da corrente de carga.

No artigo falaremos sobre o controlador de carga Li-Ion no MCP73833.

Imagem 1.

Experiência anterior

Até agora, tenho usado controladores LT4054 e, para ser sincero, fiquei satisfeito com eles:

Permitiu carregar baterias Li-Pol compactas com capacidade de até 3000 mAh.

Era ultracompacto: sot23-5

Possui indicador de carga da bateria

Possui um monte de proteções, o que o torna um chip quase indestrutível

Figura 2.

Um bônus adicional é que antes de começar a fazer qualquer coisa com ele, comprei 50 deles por um preço muito modesto.

Identifiquei deficiências em meu trabalho e, francamente, elas me deixaram parcialmente estupefato:

A corrente máxima declarada é 1A, pensei. Mas já a 300mA durante o carregamento, o chip aquece até 110*C mesmo na presença de grandes polígonos de dissipador de calor e de um dissipador de calor preso à superfície plástica do chip.

Quando a proteção térmica é ativada, aparentemente é acionado um comparador, que rapidamente descarrega a corrente. Com isso, o microcircuito se transforma em um gerador, que descarrega a bateria. Então matei 2 baterias até descobrir o que havia de errado com o osciloscópio.

Diante do exposto, tive um problema com o tempo de carregamento do aparelho de cerca de 10 horas. Claro que isso não agradou muito a mim e aos consumidores dos meus eletrônicos, mas o que fazer: todos queriam aumentar a vida útil com os mesmos parâmetros do aparelho, e às vezes consomem muito de mim.

Nesse sentido, comecei a procurar um controlador que ficasse com onde os melhores parâmetros e capacidades de dissipação de calor, e minha escolha foi por enquanto no MCP73833, principalmente devido ao fato de meu amigo ter esses controladores em estoque, e depois de assobiar algumas peças, eu rapidamente (mais rápido que ele) soldei o protótipo e fiz os testes que precisava.

Um pouco sobre o próprio controlador.

Deixe-me não fazer uma tradução completa e completa da ficha técnica (embora isso seja útil), mas falar de forma rápida e simples sobre o que vi primeiro neste controlador e se gostei ou não.

1. O esquema geral de comutação é o que chama a atenção desde o início. É fácil perceber que, com exceção da indicação (que pode ou não ser feita), o arnês é composto por apenas 4 partes. Eles incluem dois capacitores de filtro, um resistor para programar a corrente de carga da bateria e um termistor de 10k para controlar o superaquecimento da bateria de íons de lítio. Este circuito é mostrado na Figura 3. É definitivamente legal.

Figura 3 Diagrama de fiação MCP73833

2. Ela fica muito melhor com calor. Isso pode ser visto até no diagrama de conexão, pois são visíveis pernas idênticas que podem ser usadas para dissipação de calor. Além disso, observando o fato de que o chip está disponível nos pacotes msop-10 e DFN-10, que são maiores em área de superfície do que sot23-5. Além disso, o gabinete DFN-10 possui um local de teste especial, que pode e deve ser utilizado como dissipação de calor para uma grande superfície. Se você não acredita em mim, veja você mesmo a Figura 4. Ela mostra os pinos das pernas do gabinete DFN-10 e o roteamento da PCB recomendado pelo fabricante, com remoção de calor por meio de um polígono.

Figura 4

3. A presença de um termistor para 10k. Claro que na maioria dos casos não vou usar, pois tenho certeza que não vou superaquecer a bateria, mas: há tarefas em que me refiro a uma carga completa da bateria em apenas 30 minutos da fonte de alimentação. Nesses casos, é possível a opção de superaquecer a própria bateria.

4. Um sistema bastante complexo para indicar o carregamento da bateria. Pelo que entendi e tentei: existe 1 LED responsável por saber se a energia é fornecida pela lateral da fonte de alimentação de carregamento. Em tese a coisa não é tão necessária, mas: tive casos em que quebrei o conector e o controlador simplesmente não recebeu 5V na entrada. Nesses casos, ficou imediatamente claro o que estava errado. Um recurso muito útil para desenvolvedores. Para os consumidores, é facilmente substituído por um simples LED na linha de entrada de 5V, instalado com resistor limitador de corrente.

5. Os outros dois LEDs estão quebrados durante o carregamento. Isso permite descarregar o MK (caso não seja necessário, por exemplo, mostrar a carga da bateria no display) em termos de processamento da carga da bateria durante o carregamento (a indicação está carregada ou não).

6. Programação da corrente de carga em uma ampla faixa. Pessoalmente, tentei extrair a corrente de carga de 1A na placa mostrada na Figura 1 e, na marca de 890mA, a placa entrou em proteção térmica em modo de operação estável. Como dizem as pessoas ao redor, em polígonos grandes eles retiraram perfeitamente 2A deste controlador, e de acordo com a descrição técnica a corrente de carga máxima é 3A, mas tenho uma série de dúvidas relacionadas à carga térmica no microcircuito.

7. Se você acredita na folha de dados, então este microcircuito possui: Modo regulador linear de baixa queda - modo de baixa tensão de entrada. Nestes modos, com a ajuda de um conversor DC-DC, é possível reduzir cuidadosamente a tensão na entrada do microcircuito no momento em que a carga começa a reduzir sua geração de calor. Pessoalmente, tentei reduzir a tensão e o calor ficou logicamente menor, mas pelo menos 0,3-0,4V devem cair neste microcircuito para que ele possa carregar convenientemente a bateria com ele. De forma puramente técnica, vou fazer um pequeno módulo que faz isso automaticamente, mas não tenho dinheiro e tempo para isso, então peço com prazer a todos que têm interesse no correio. Se você conseguir mais algumas pessoas, lançaremos tal coisa em nosso site.

8. Não gostei que o case fosse muito pequeno. É difícil soldá-lo sem secador de cabelo (DFN-10) e não vai funcionar bem, digamos assim. O msop-10 é melhor, mas leva muito tempo para os iniciantes aprenderem como soldá-lo.

9. Não gostei que este controlador não tenha um BMS integrado (protegendo a bateria contra carga/descarga rápida e uma série de outros problemas). Mas controladores mais caros da mesma TI possuem essas coisas.

10. Gostei do preço. Esses controladores não são caros.

Qual é o próximo?

E então vou implementar esse chip em minhas várias ideias de dispositivos. Por exemplo, já está sendo produzido na fábrica versão de teste placa de desenvolvimento baseada em baterias STM32F103RCT6 e 18650. Já tenho uma placa de depuração neste controlador, que se provou muito bem e quero complementá-la com uma versão vestível para poder levar meu projeto de trabalho comigo e não pensar em energia e procurar uma tomada onde possa inserir a fonte de energia.

Também o utilizarei em todas as soluções onde sejam necessárias correntes de carga superiores a 300mA.

Espero que você possa usar este chip simples e útil em seus dispositivos.

Se você está interessado em energia da bateria, aqui está meu vídeo pessoal sobre a energia da bateria dos dispositivos.

Todos os rádios amadores conhecem bem as placas de carga para uma lata de baterias de íon-lítio. É muito procurado devido ao seu baixo preço e bons parâmetros de produção.

É utilizado para carregar as baterias mencionadas anteriormente com uma tensão de 5 volts. Esses lenços são amplamente utilizados em designs caseiros com fonte de energia autônoma na forma de baterias de íons de lítio.

Esses controladores são produzidos em duas versões - com e sem proteção. Aqueles com proteção são um pouco caros.

A proteção desempenha diversas funções

1) Desconecta a bateria durante descarga profunda, sobrecarga, sobrecarga e curto-circuito.

Hoje vamos conferir detalhadamente esse lenço e entender se os parâmetros prometidos pelo fabricante correspondem aos reais, e também faremos outros testes, vamos lá.
Os parâmetros da placa são mostrados abaixo

E estes são os esquemas, o superior com proteção, o inferior sem

Ao microscópio percebe-se que a placa é de muito boa qualidade. Fibra de vidro dupla face, sem "meias", serigrafia presente, todas as entradas e saídas estão marcadas, não é realista confundir a conexão, se você tomar cuidado.

O microcircuito pode fornecer uma corrente de carga máxima na região de 1 Ampere, esta corrente pode ser alterada selecionando um resistor Rx (destacado em vermelho).

E esta é uma placa da corrente de saída, dependendo da resistência do resistor previamente especificado.

O microcircuito define a tensão final de carga (cerca de 4,2 Volts) e limita a corrente de carga. A placa possui dois LEDs, vermelho e azul (as cores podem ser diferentes), o primeiro acende durante o carregamento e o segundo quando a bateria está totalmente carregada.

Existe um conector Micro USB, que é alimentado com uma tensão de 5 volts.

Primeiro teste.
Vamos verificar a tensão de saída na qual a bateria será carregada, ela deve estar entre 4,1 e 4,2V

Isso mesmo, sem queixas.

Segundo teste
Vamos verificar a corrente de saída, nessas placas a corrente máxima está definida por padrão, e isso é cerca de 1A.
Carregaremos a saída da placa até que a proteção funcione, simulando assim um grande consumo na entrada ou uma bateria descarregada.

A corrente máxima está próxima da declarada, vamos em frente.

Teste 3
No lugar da bateria conectada bloco de laboratório fonte de alimentação na qual a tensão é pré-definida na região de 4 volts. Reduzimos a tensão até que a proteção desligue a bateria, o multímetro exibe a tensão de saída.

Como você pode ver, em 2,4-2,5 volts a tensão de saída desapareceu, ou seja, a proteção está funcionando. Mas essa tensão está abaixo do crítico, acho que 2,8 Volts seria o máximo, em geral não aconselho descarregar a bateria a ponto de a proteção funcionar.

Teste 4
Verificação da corrente de operação da proteção.
Para isso foi utilizada uma carga eletrônica, aumentamos gradativamente a corrente.

A proteção funciona com correntes de cerca de 3,5 Amperes (claramente visíveis no vídeo)

Das deficiências, observarei apenas que o microcircuito esquenta descaradamente e mesmo uma placa com uso intensivo de calor não economiza, aliás - o próprio microcircuito possui um substrato para transferência eficiente de calor e esse substrato é soldado à placa, esta última desempenha o papel de um dissipador de calor.

Acho que não há nada a acrescentar, todos viram perfeitamente, a prancha é excelente opção de orçamento quando se trata de um controlador de carga para uma lata de bateria Li-Ion de pequena capacidade.
Acho que este é um dos desenvolvimentos de maior sucesso dos engenheiros chineses, que está ao alcance de todos devido ao preço insignificante.
Feliz por ficar!