Laddningskrets för litiumjonbatterikontroller. Li-ion och Li-polymer batterier i våra konstruktioner. Huvudtyper av batterier som används

En hel del tio stycken köptes för att konvertera strömförsörjningen för vissa enheter till li-jonbatterier ( De använder för närvarande 3AA-batterier.), men i recensionen kommer jag att visa ett annat alternativ för att använda det här kortet, som, även om det inte använder alla dess funktioner. Det är bara det att av dessa tio stycken kommer bara sex att behövas, och att köpa 6 stycken med skydd och ett par utan skydd visar sig vara mindre lönsamt.

Baserat på TP4056 är laddningskortet med skydd för Li-Ion-batterier med en ström på upp till 1A designat för full laddning och skydd av batterier ( till exempel den populära 18650) med möjlighet att ansluta en last. De där. Detta kort kan enkelt integreras i olika enheter, såsom ficklampor, lampor, radioapparater etc., drivs av ett inbyggt litiumbatteri, och laddas utan att ta bort det från enheten med någon USB-laddare via en microUSB-kontakt. Detta kort är också perfekt för att reparera utbrända Li-Ion batteriladdare.

Och så, ett gäng brädor, var och en i en individuell påse ( det finns förstås mindre än vad som köptes)

Halsduken ser ut så här:

Du kan ta en närmare titt på de installerade elementen

Till vänster finns en microUSB-strömingång, strömmen dupliceras också av + och - pads för lödning.

I mitten finns en laddningsregulator, Tpower TP4056, ovanför den ett par lysdioder som visar antingen laddningsprocessen (röd) eller slutet av laddningen (blå), under den finns motståndet R3, genom att ändra värdet för vilket du kan ändra batteriladdningsström. TP4056 laddar batterier med hjälp av CC/CV-algoritmen och avslutar automatiskt laddningsprocessen om laddningsströmmen sjunker till 1/10 av den inställda.

Tabell över resistans och laddningsström, enligt regulatorns specifikationer.

• 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

Det finns inget på baksidan av skivan, så du kan till exempel limma fast.

Och nu möjligheten att använda ett kort för att ladda och skydda li-ion-batterier.

Numera använder nästan alla amatörvideokameror 3,7V li-ion-batterier som strömkällor, d.v.s. 1S. Här är ett av de extra batterierna som jag köpte till min videokamera

Varför behöver jag så mycket? Ja, naturligtvis, min kamera laddas från en strömkälla med en klassificering på 5V 2A, och efter att ha köpt en USB-kontakt och en lämplig kontakt separat, kan jag nu ladda den från powerbanks ( och detta är en av anledningarna till att jag, och inte bara jag, det finns så många av dem), men det är bara obekvämt att fotografera med en kamera som också har en kabel kopplad till den. Det betyder att du på något sätt behöver ladda batterierna utanför kameran.

Jag har redan visat den här typen av övningar

Ja, ja, det här är det, med en roterande gaffel av amerikansk standard

Så här separeras det lätt

Och precis som det är en laddnings- och skyddstavla för litiumbatterier implanterad i den

Och naturligtvis tog jag fram ett par lysdioder, röda - laddningsprocessen, grön - slutet av batteriladdningen

Det andra kortet installerades på liknande sätt, i en laddare från en Sony videokamera. Ja, naturligtvis, nya modeller av Sony-videokameror laddas via USB, de har till och med en ej löstagbar USB-svans ( dumt beslut enligt mig). Men återigen, under fältförhållanden är det mindre bekvämt att filma med en kamera som har en kabel från en powerbank än utan den. Ja, och kabeln måste vara tillräckligt lång, och ju längre kabeln är, desto större motstånd och desto större förluster på den, och minskar kabelmotståndet genom att öka tjockleken på kärnorna, blir kabeln tjockare och mindre flexibel, vilket tillför inte bekvämlighet.

Så från sådana kort för laddning och skydd av li-ion-batterier upp till 1A på TP4056 kan du enkelt göra en enkel batteriladdare med dina egna händer, konvertera laddaren till driven från USB, till exempel för att ladda batterier från en powerbank, göra reparationer laddare om nödvändigt.

Allt som skrivits i denna recension kan ses i videoversionen:

Först måste du bestämma dig för terminologin.

Som sådan det finns inga urladdnings-laddningsregulatorer. Det här är nonsens. Det är ingen idé att hantera utsläppet. Urladdningsströmmen beror på belastningen - så mycket som den behöver, det tar lika mycket. Det enda du behöver göra vid urladdning är att övervaka spänningen på batteriet för att förhindra att det överurladdas. För detta ändamål använder de .

Samtidigt separata kontroller avgift inte bara existerar, utan är absolut nödvändiga för processen att ladda litiumjonbatterier. De ställer in den ström som krävs, bestämmer slutet på laddningen, övervakar temperaturen etc. Laddningsregulatorn är en integrerad del av alla.

Baserat på min erfarenhet kan jag säga att en laddnings-/urladdningskontroller egentligen betyder en krets för att skydda batteriet från för djup urladdning och omvänt överladdning.

Med andra ord, när vi talar om en laddnings-/urladdningskontroller talar vi om skyddet inbyggt i nästan alla litiumjonbatterier (PCB- eller PCM-moduler). Här är hon:

Och här är de också:

Självklart finns skyddskort i olika formfaktorer och sätts ihop med olika elektroniska komponenter. I den här artikeln kommer vi att titta på alternativ för skyddskretsar för Li-ion-batterier (eller, om du föredrar, urladdnings-/laddningskontroller).

Laddnings-urladdningsregulatorer

Eftersom detta namn är så väletablerat i samhället kommer vi också att använda det. Låt oss börja med, kanske, den vanligaste versionen på DW01 (Plus)-chippet.

DW01-Plus

Ett sådant skyddskort för li-jonbatterier finns i vartannat mobiltelefonbatteri. För att komma till det behöver du bara riva av det självhäftande med inskriptioner som är limmade på batteriet.

Själva DW01-chippet är sexbent, och två fälteffekttransistorer är strukturellt gjorda i ett paket i form av en 8-bensenhet.

Stift 1 och 3 styr strömbrytarna för urladdningsskydd (FET1) respektive överladdningsskydd (FET2). Tröskelspänningar: 2,4 och 4,25 Volt. Pin 2 är en sensor som mäter spänningsfallet över fälteffekttransistorer, vilket ger skydd mot överström. Transistorernas övergångsresistans fungerar som en mätshunt, så svarströskeln har en mycket stor spridning från produkt till produkt.

Hela schemat ser ut ungefär så här:

Den högra mikrokretsen märkt 8205A är fälteffekttransistorerna som fungerar som nycklar i kretsen.

S-8241-serien

SEIKO har utvecklat specialiserade chips för att skydda litiumjon- och litiumpolymerbatterier från överladdning/överladdning. För att skydda en burk används integrerade kretsar i S-8241-serien.

Överurladdnings- och överladdningsskyddsomkopplare fungerar på 2,3V respektive 4,35V. Strömskyddet aktiveras när spänningsfallet över FET1-FET2 är lika med 200 mV.

AAT8660-serien

LV51140T

Ett liknande skyddsschema för encelliga litiumbatterier med skydd mot överladdning, överladdning och överladdnings- och urladdningsströmmar. Implementerad med LV51140T-chippet.

Tröskelspänningar: 2,5 och 4,25 Volt. Det andra benet på mikrokretsen är ingången till överströmsdetektorn (gränsvärden: 0,2V vid urladdning och -0,7V vid laddning). Stift 4 används inte.

R5421N-serien

Kretsdesignen liknar de tidigare. I driftläge förbrukar mikrokretsen ca 3 μA, i blockeringsläge - ca 0,3 μA (bokstav C i beteckningen) och 1 μA (bokstav F i beteckning).

R5421N-serien innehåller flera modifieringar som skiljer sig i storleken på svarsspänningen under laddning. Detaljer ges i tabellen:

SA57608

En annan version av laddnings-/urladdningsregulatorn, endast på SA57608-chippet.

Spänningarna vid vilka mikrokretsen kopplar bort burken från externa kretsar beror på bokstavsindex. För detaljer, se tabellen:

SA57608 förbrukar en ganska stor ström i viloläge - cirka 300 µA, vilket skiljer den från de ovan nämnda analogerna till det sämre (där den förbrukade strömmen är i storleksordningen bråkdelar av en mikroampere).

LC05111CMT

Och slutligen erbjuder vi en intressant lösning från en av världsledande inom produktion av elektroniska komponenter On Semiconductor - en laddningsurladdningskontroller på LC05111CMT-chippet.

Lösningen är intressant genom att nyckel-MOSFET:erna är inbyggda i själva mikrokretsen, så allt som återstår av de bifogade elementen är ett par motstånd och en kondensator.

Övergångsresistansen för de inbyggda transistorerna är ~11 milliohm (0,011 ohm). Den maximala laddnings-/urladdningsströmmen är 10A. Den maximala spänningen mellan plintarna S1 och S2 är 24 volt (detta är viktigt när man kombinerar batterier till batterier).

Mikrokretsen finns i paketet WDFN6 2,6x4,0, 0,65P, Dual Flag.

Kretsen ger som förväntat skydd mot överladdning/urladdning, överbelastningsström och överladdningsström.

Laddningskontroller och skyddskretsar - vad är skillnaden?

Det är viktigt att förstå att skyddsmodulen och laddkontrollerna inte är samma sak. Ja, deras funktioner överlappar i viss mån, men att kalla skyddsmodulen inbyggd i batteriet för en laddningsregulator skulle vara ett misstag. Nu ska jag förklara vad skillnaden är.

Den viktigaste rollen för alla laddningsregulatorer är att implementera den korrekta laddningsprofilen (vanligtvis CC/CV - konstant ström/konstant spänning). Det vill säga att laddningsregulatorn måste kunna begränsa laddningsströmmen vid en given nivå och därigenom styra mängden energi som "hälls" in i batteriet per tidsenhet. Överskottsenergi frigörs i form av värme, så vilken laddningsregulator som helst blir ganska varm under drift.

Av denna anledning är laddningskontroller aldrig inbyggda i batteriet (till skillnad från skyddskort). Regulatorerna är helt enkelt en del av en riktig laddare och inget mer.

Dessutom är inte ett enda skyddskort (eller skyddsmodul, vad man nu vill kalla det) kapabelt att begränsa laddningsströmmen. Kortet styr bara spänningen på själva banken och om den går över förinställda gränser öppnar den utgångsbrytarna och kopplar därmed bort banken från världen utanför. Kortslutningsskyddet fungerar förresten också på samma princip - under en kortslutning sjunker spänningen på banken kraftigt och djupurladdningsskyddskretsen utlöses.

Förvirring mellan skyddskretsarna för litiumbatterier och laddningskontroller uppstod på grund av likheten mellan svarströskeln (~4,2V). Endast i fallet med en skyddsmodul kopplas burken helt bort från de externa terminalerna, och i fallet med en laddningsregulator växlar den till spänningsstabiliseringsläget och minskar gradvis laddningsströmmen.

I den här artikeln kommer vi att prata om Li-Ion-laddningsregulatorn på MCP73833.

Bild 1.

Tidigare erfarenhet

Fram till denna punkt har jag använt LT4054-kontroller, och för att vara ärlig var jag nöjd med dem:

Det gjorde det möjligt att ladda kompakta Li-Pol-batterier med en kapacitet på upp till 3000 mAh

Var ultrakompakt: sot23-5

Hade en batteriladdningsindikator

Den har ett gäng skydd, vilket gör det till ett praktiskt taget oförstörbart chip

Figur 2.

En ytterligare fördel är att innan jag började göra något med den köpte jag 50 stycken, till ett väldigt blygsamt pris.

Jag identifierade brister i arbetet, och, ärligt talat, satte de mig i en delvis stupor:

Den maximala deklarerade strömmen är 1A, trodde jag. Men redan vid 300 mA under laddningen värms chipet upp till 110 * C, även i närvaro av stora radiatorpolygoner och en radiator fäst vid chipets plastyta.

När det termiska skyddet slås på utlöses tydligen en komparator, som snabbt återställer strömmen. Som ett resultat förvandlas mikrokretsen till en generator, som dödar batteriet. På så sätt dödade jag 2 batterier tills jag kom på vad som var fel med oscilloskopet.

Med tanke på ovanstående fick jag problem med enhetens laddningstid på cirka 10 timmar. Naturligtvis missnöjde detta mig och konsumenterna av min elektronik mycket, men vad kan jag göra: alla ville öka livslängden med samma parametrar för enheten, och ibland förbrukar de mycket.

I detta avseende började jag leta efter en kontroller som skulle ha de bästa parametrarna och värmeavledningsförmåga, och mitt val hittills har bestämt sig för MCP73833, främst på grund av det faktum att min vän hade dessa kontroller i lager, och jag visslade ett par stycken snabbt (snabbare än han) lödde prototypen och utförde tester jag behövde.

Lite om själva regulatorn.

Låt mig inte engagera mig i en fullständig och noggrann översättning av databladet (även om detta är användbart), utan snabbt och enkelt berätta vad jag först tittade på i den här kontrollern och om jag gillade det eller inte.

1. Det allmänna växlingsdiagrammet är det som fångar ditt öga från början. Det är lätt att märka att, med undantag för indikationen (vilket du inte behöver göra), består selen av endast 4 delar. De inkluderar två filterkondensatorer, ett motstånd för programmering av batteriladdningsströmmen och en 10k termistor för att kontrollera överhettning av Li-Ion-batteriet. Denna krets visas i figur 3. Detta är definitivt coolt.

Figur 3. Kopplingsschema MCP73833

2. Hon är mycket bättre med värme. Detta framgår även av anslutningsschemat, eftersom identiska ben är synliga som kan användas för värmeavledning. Utöver detta, tittar på det faktum att chipet är tillgängligt i msop-10 och DFN-10-paket, som är större i yta än sot23-5. Dessutom, i DFN-10-fallet finns det en speciell polygon, som kan och bör användas som kylfläns till en stor yta. Om du inte tror mig, se då själv på figur 4. Den visar stiften på benen på DFN-10-fodralet och tillverkarens rekommenderade PCB-layout, med värmeavledning med hjälp av en polygon.

Figur 4.

3. Närvaron av en 10k termistor. Naturligtvis kommer jag i de flesta fall inte att använda det, eftersom jag är säker på att jag inte kommer att överhetta batteriet, men: det finns uppgifter där jag menar en full laddning av batteriet på bara 30 minuters drift från strömförsörjningen. I sådana fall kan själva batteriet överhettas.

4. Ett ganska kompliceratm. Som jag förstod och försökte: det finns 1 lysdiod som ansvarar för om ström tillförs från laddningsnätet. I teorin är saken inte så nödvändig, men: Jag hade fall när jag bröt kontakten och styrenheten helt enkelt inte fick 5V vid ingången. I sådana fall stod det direkt klart vad som var fel. En extremt användbar funktion för utvecklare. För konsumenter kan den enkelt ersättas av en lysdiod längs 5V-ingångsledningen, installerad med ett strömbegränsande motstånd.

5. De återstående två lysdioderna är trasiga under laddningsstadiet. Detta gör att du kan ladda ur MK (om du till exempel inte behöver visa batteriladdningen på displayen) när det gäller att bearbeta laddningen på batteriet under laddning (indikering om det är laddat eller inte).

6. Programmering av laddningsströmmen över ett brett område. Personligen försökte jag öka laddningsströmmen till 1A på kortet som visas i figur 1, och vid cirka 890mA gick kortet i termiskt skydd i stabilt läge. Som folk runt säger, med stora räckvidder drog de perfekt ut 2A från den här kontrollern, och enligt den tekniska beskrivningen är den maximala laddningsströmmen 3A, men jag har ett antal tvivel relaterade till den termiska belastningen på mikrokretsen.

7. Om du tror på databladet, så har denna mikrokrets: Låg-Dropout Linjär Regulator Mode - ett läge med reducerad inspänning. I dessa lägen, med hjälp av en DC-DC-omvandlare, kan du försiktigt minska spänningen vid mikrokretsens ingång under starten av laddningen för att minska dess värmealstring. Själv försökte jag minska spänningen, och värmen blev logiskt sett mindre, men minst 0,3-0,4V borde sjunka på denna mikrokrets så att den bekvämt kan ladda batteriet. Rent tekniskt ska jag göra en liten modul som gör detta automatiskt, men jag har varken pengar eller tid för detta, så jag ber gärna alla som är intresserade att mejla mig. Blir det lite fler personer så släpper vi en sådan på vår hemsida.

8. Jag gillade inte att kroppen var väldigt liten. Att löda det utan hårtork (DFN-10) är svårt, och det kommer inte att fungera bra, oavsett hur du ser på det. Det är bättre med msop-10, men det tar mycket tid för nybörjare att lära sig hur man löder den.

9. Jag gillade inte att den här kontrollern inte har ett inbyggt BMS (batteriskydd mot snabbladdning/urladdning och ett antal andra problem). Men dyrare kontroller från TI har sådana saker.

10. Jag gillade priset. Dessa kontroller är inte dyra.

Vad kommer härnäst?

Och sedan ska jag implementera detta chip i mina olika enhetsidéer. Till exempel tillverkas den nu redan på fabriken testversion utvecklingskort baserat på STM32F103RCT6 och 18650 batterier. Jag har redan ett utvecklingskort för den här kontrollern, som har visat sig mycket väl, och jag vill komplettera den med en bärbar version så att jag kan ta med mig mitt arbetsprojekt och inte tänka på ström och söka efter ett uttag att sätt i strömförsörjningen.

Jag kommer även att använda den i alla lösningar som kräver laddningsströmmar på mer än 300mA.

Jag hoppas att du kommer att kunna använda detta användbara och enkla chip i dina enheter.

Om du överhuvudtaget är intresserad av batterikraft, här är min personliga video om batterikraft för enheter.

Alla radioamatörer är mycket bekanta med laddningskort för en burk li-jonbatterier. Det är mycket efterfrågat på grund av dess låga pris och bra utgångsparametrar.

Används för att ladda de tidigare nämnda batterierna med en spänning på 5 Volt. Sådana halsdukar används ofta i hemgjorda mönster med en autonom strömkälla i form av litiumjonbatterier.

Dessa kontroller tillverkas i två versioner - med och utan skydd. De med skydd är lite dyra.

Skydd utför flera funktioner

1) Kopplar bort batteriet vid djupurladdning, överladdning, överbelastning och kortslutning.

Idag kommer vi att kontrollera den här halsduken i detalj och förstå om de parametrar som utlovats av tillverkaren motsvarar de verkliga, och vi kommer också att ordna andra tester, låt oss gå.
Kortets parametrar visas nedan

Och det här är kretsarna, den översta med skydd, den nedre utan

Under ett mikroskop märks att skivan är av mycket god kvalitet. Dubbelsidigt glasfiberlaminat, inga ”par”, silkscreentryck finns, alla in- och utgångar är märkta, det går inte att blanda ihop anslutningen om man är försiktig.

Mikrokretsen kan ge en maximal laddningsström på cirka 1 Ampere, denna ström kan ändras genom att välja motståndet Rx (markerat i rött).

Och detta är en platta av utströmmen beroende på motståndet hos det tidigare indikerade motståndet.

Mikrokretsen ställer in den slutliga laddningsspänningen (ca 4,2 volt) och begränsar laddningsströmmen. Det finns två lysdioder på kortet, röd och blå (färgerna kan skilja sig) Den första lyser under laddning, den andra när batteriet är fulladdat.

Det finns en Micro USB-kontakt som ger 5 volt.

Första testet.
Låt oss kontrollera utspänningen som batteriet kommer att laddas till, den bör vara från 4,1 till 4,2V

Det stämmer, inga klagomål.

Andra provet
Låt oss kontrollera utgångsströmmen, på dessa kort är den maximala strömmen inställd som standard, och det är ungefär 1A.
Vi kommer att ladda kortets utgång tills skyddet fungerar, vilket simulerar hög förbrukning vid ingången eller ett urladdat batteri.

Den maximala strömmen är nära den deklarerade, låt oss gå vidare.

Test 3
Ansluten till batteriplatsen laboratorieblock nätaggregat där spänningen är förinställd på cirka 4 volt. Vi minskar spänningen tills skyddet stänger av batteriet, multimetern visar utspänningen.

Som du kan se, vid 2,4-2,5 volt försvann utspänningen, det vill säga skyddet fungerar. Men den här spänningen är under kritisk, jag tror att 2,8 volt skulle vara helt rätt, generellt sett rekommenderar jag inte att ladda ur batteriet så mycket att skyddet fungerar.

Test 4
Kontrollera skyddsströmmen.
För dessa ändamål användes en elektronisk last, vi ökade gradvis strömmen.

Skyddet fungerar vid strömmar på cirka 3,5 ampere (syns tydligt i videon)

Bland bristerna kommer jag bara att notera att mikrokretsen värms upp ogudaktigt och inte ens ett värmeintensivt kort hjälper förresten, själva mikrokretsen har ett substrat för effektiv värmeöverföring och detta substrat löds fast på kortet, det senare spelar rollen som kylfläns.

Jag tror inte att det finns något att tillägga, vi såg allt perfekt, tavlan är utmärkt budgetalternativ, när det kommer till en laddningsregulator för en burk med liten kapacitet Li-Ion-batteri.
Jag tror att detta är en av de mest framgångsrika utvecklingarna av kinesiska ingenjörer, som är tillgänglig för alla på grund av dess obetydliga pris.
Lycklig vistelse!