Контроль заряда li ion аккумулятора. Схемы защиты Li-ion аккумуляторов от переразряда (контроллеры разряда)
Не секрет, что Li-ion аккумуляторы не любят глубокого разряда. От этого они хиреют и чахнут, а также увеличивают внутреннее сопротивление и теряют емкость. Некоторые экземпляры (те, которые с защитой) могут даже погрузиться в глубокую спячку, откуда их довольно проблематично вытаскивать. Поэтому при использовании литиевых аккумуляторов необходимо как-то ограничить их максимальный разряд.
Для этого применяют специальные схемы, отключающие батарею от нагрузки в нужный момент. Иногда такие схемы называют контроллерами разряда.
Т.к. контроллер разряда не управляет величиной тока разряда, он, строго говоря, никаким контроллером не является. На самом деле это устоявшееся, но некорректное название схем защиты от глубокого разряда.
Вопреки распространенному мнению, встроенные в аккумуляторы (PCB-платы или PCM-модули) не предназначены ни для ограничения тока заряда/разряда, ни для своевременного отключения нагрузки при полном разряде, ни для корректного определения момента окончания заряда.
Во-первых, платы защиты в принципе не способны ограничивать ток заряда или разряда. Этим должно заниматься ЗУ. Максимум, на что они способны - это вырубить аккумулятор при коротком замыкании в нагрузке или при его перегреве.
Во-вторых, большинство модулей защиты отключают li-ion батарею при напряжении 2.5 Вольта или даже меньше. А для подавляющего большинства аккумуляторов - это ооооочень сильный разряд, такого вообще нельзя допускать.
В-третьих, китайцы клепают эти модули миллионами... Вы правда верите, что в них используются качественные прецизионные компоненты? Или что их кто-то там тестирует и настраивает перед установкой в аккумуляторы? Разумеется, это не так. При производстве китайских плат неукоснительно соблюдается лишь один принцип: чем дешевле - тем лучше. Поэтому если защита будет отключать АКБ от зарядного устройства точно при 4.2 ± 0.05 В, то это, скорее, счастливая случайность, чем закономерность.
Хорошо, если вам достался PCB-модуль, который будет срабатывать чуть раньше (например, при 4.1В). Тогда аккумулятор просто не доберет с десяток процентов емкости и все. Гораздо хуже, если аккумулятор будет постоянно перезаряжаться, например, до 4.3В. Тогда и срок службы сокращается и емкость падает и, вообще, может вспухнуть.
Использовать встроенные в литий-ионный аккумуляторы платы защиты в качестве ограничителей разряда НЕЛЬЗЯ! И в качестве ограничителей заряда - тоже. Эти платы предназначены только для аварийного отключения аккумулятора при возникновении нештатных ситуаций.
Поэтому нужны отдельные схемы ограничения заряда и/или защиты от слишком глубокого разряда.
Простые зарядные устройства на дискретных компонентах и специализированных интегральных схемах мы рассматривали в . А сегодня поговорим о существующих на сегодняшний день решениях, позволяющих оградить литиевый аккумулятор от слишком большого разряда.
Для начала предлагаю простую и надежную схему защиты Li-ion от переразряда, состоящую всего из 6 элементов.
Указанные на схеме номиналы дадут приведут к отключению аккумуляторов от нагрузки при снижении напряжения до ~10 Вольт (я делал защиту для 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650, стоящих в моем металлоискателе). Вы можете задать свой собственный порог отключения путем подбора резистора R3.
К слову сказать, напряжение полного разряда Li-ion аккумулятора составляет 3.0 В и никак не меньше.
Полевик (такой как в схеме или ему подобный) можно выколупать из старой материнской платы от компа, обычно их там сразу несколько штук стоит. ТЛ-ку, кстати, тоже можно взять оттуда же.
Конденсатор С1 нужен для первоначального запуска схемы при включении выключателя (он кратковременно подтягивает затвор Т1 к минусу, что открывает транзистор и запитывает делитель напряжения R3,R2). Далее, после заряда С1, нужное для отпирания транзистора напряжение поддерживается микросхемой TL431.
Внимание! Указанный на схеме транзистор IRF4905 отлично будет защищать три последовательно включенных литий-ионных аккумулятора, но совершенно не подойдет для защиты одной банки напряжением 3.7 Вольта. О том, как самому определить подходит полевой транзистор или нет, говорится .
Минус данной схемы: в случае КЗ в нагрузке (или слишком большого потребляемого тока), полевой транзистор закроется далеко не сразу. Время реакции будет зависеть от емкости конденсатора С1. И вполне возможно, что за это время что-нибудь успеет как следует выгореть. Схема, мгновенно реагирующая на коротыш в нагрузке, представлена ниже:
Выключатель SA1 нужен для "перезапуска" схемы после срабатывания защиты. Если конструкция вашего прибора предусматривает извлечение аккумулятора для его зарядки (в отдельном ЗУ), то этот выключатель не нужен.
Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы стабилизатор TL431 выходил на рабочий режим при минимальном напряжении аккумулятора - его подбирают таким образом, чтобы ток анод-катод был не меньше 0.4 мА. Это порождает еще один недостаток данной схемы - после срабатывания защиты схема продолжает потреблять энергию от батареи. Ток хоть и небольшой, но его вполне достаточно, чтобы полностью высосать небольшой аккумулятор за какие-то пару-тройку месяцев.
Приведенная ниже схема самодельного контроля разряда литиевых аккумуляторов лишена указанного недостатка. При срабатывании защиты потребляемый устройством ток настолько мал, что мой тестер его даже не обнаруживает.
Ниже представлен более современный вариант ограничителя разряда литиевого аккумулятора с применением стабилизатора TL431. Это, во-первых, позволяет легко и просто выставить нужный порог срабатывания, а во-вторых, схема имеет высокую температурную стабильность и четкость отключения. Хлоп и все!
Достать ТЛ-ку сегодня вообще не проблема, они продаются по 5 копеек за пучок. Резистор R1 устанавливать не нужно (в некоторых случаях он даже вреден). Подстроечник R6, задающий напряжение срабатывания, можно заменить цепочкой из постоянных резисторов, с подобранными сопротивлениями.
Для выхода из режима блокировки, нужно зарядить аккумулятор выше порога срабатывания защиты, после чего нажать кнопку S1 "Сброс".
Неудобство всех вышеприведенных схем заключается в том, что для возобновления работы схем после ухода в защиту, требуется вмешательство оператора (включить-выключить SA1 или нажать кнопочку). Это плата за простоту и низкое потребление энергии в режиме блокировки.
Простейшая схема защиты li-ion от переразряда, лишенная всех недостатков (ну почти всех) показана ниже:
Принцип действия этой схемки очень похож на первые две (в самом начале статьи), но здесь нет микросхемы TL431, а поэтому собственный ток потребления можно уменьшить до очень небольших значений - порядка десяти микроампер. Выключатель или кнопка сброса также не нужны, схема автоматически подключит аккумулятор к нагрузке как только напряжение на нем превысит заданное пороговое значение.
Конденсатор С1 подавляет ложные срабатывание при работе на импульсную нагрузку. Диоды подойдут любые маломощные, именно их характеристики и количество определяют напряжение срабатывания схемы (придется подобрать по месту).
Полевой транзистор можно использовать любой подходящий n-канальный. Главное, чтобы он не напрягаясь выдерживал ток нагрузки и умел открываться при низком напряжении затвор-исток. Например, P60N03LDG, IRLML6401 или аналогичные (см. ).
Вышеприведенная схема всем хороша, но имеется один неприятный момент - плавное закрытие полевого транзистора. Это происходит из-за пологости начального участка вольт-амперной характеристики диодов.
Устранить этот недостаток можно с помощью современной элементной базы, а именно - с помощью микромощных детекторов напряжения (мониторов питания с экстремально низким энергопотреблением). Очередная схема защиты лития от глубокого разряда представлена ниже:
Микросхемы MCP100 выпускается как в DIP-корпусе, так и в планарном исполнении. Для наших нужд подойдет 3-вольтовый вариант - MCP100T-300i/TT . Типовой потребляемый ток в режиме блокировки - 45 мкА. Стоимость мелким оптом порядка 16 руб/шт .
Еще лучше вместо MCP100 применить монитор BD4730 , т.к. у него выход прямой и, следовательно, нужно будет исключить из схемы транзистор Q1 (выход микросхемы соединить напрямую с затвором Q2 и резистором R2, при этом R2 увеличить до 47 кОм).
В схеме применяется микроомный p-канальный MOSFET IRF7210 , без проблем коммутирующий токи в 10-12 А. Полевик полностью открывается уже при напряжении на затворе около 1.5 В, в открытом состоянии имеет ничтожное сопротивление (менее 0.01 Ом)! Короче, очень крутой транзистор. А, главное, не слишком дорогой.
По-моему, последняя схема наиболее близка к идеалу. Если бы у меня был неограниченный доступ к радиодеталям, я бы выбрал именно ее.
Небольшое изменение схемы позволяет применить и N-канальный транзистор (тогда он включается в минусовую цепь нагрузки):
Мониторы (супервизоры, детекторы) питания BD47xx - это целая линейка микросхем с напряжением срабатывания от 1.9 до 4.6 В с шагом 100 мВ, так что можно всегда подобрать под ваши цели.
Небольшое отступление
Любую из вышеприведенных схем можно подключить к батарее из нескольких аккумуляторов (после некоторой подстройки, конечно). Однако, если банки будут иметь отличающуюся емкость, то самый слабый из аккумуляторов будет постоянно уходить в глубокий разряд задолго до того, как схема будет срабатывать. Поэтому в таких случаях всегда рекомендуется использовать батареи не только одинаковой емкости, но и желательно из одной партии.
И хотя в моем металлодетекторе такая защита работает без нареканий уже года два, все же гораздо правильнее было бы следить за напряжением на каждом аккумуляторе персонально.
Всегда используйте свой персональный контроллер разряда Li-ion аккумулятора на каждую банку. Тогда любая ваша батарея будет служить долго и счастливо.
О том, как подобрать подходящий полевой транзистор
Во всех вышеприведенных схемах защиты литий-ионных аккумуляторов от глубокого разряда применяются MOSFETы, работающие в ключевом режиме. Такие же транзисторы обычно используются и в схемах защиты от перезаряда, защиты от КЗ и в других случаях, когда требуется управление нагрузкой.
Разумеется, для того, чтобы схема работала как надо, полевой транзистор должен удовлетворять определенным требованиям. Сначала мы определимся с этими требованиями, а затем возьмем парочку транзисторов и по их даташитам (по техническим характеристикам) определим, подходят они нам или нет.
Внимание! Мы не будем рассматривать динамические характеристики полевых транзисторов, такие как скорость переключения, емкость затвора и максимальный импульсный ток стока. Указанные параметры становятся критично важными при работе транзистора на высоких частотах (инверторы, генераторы, шим-модуляторы и т.п.), однако обсуждение этой темы выходит за рамки данной статьи.
Итак, мы должны сразу же определиться со схемой, которую хотим собрать. Отсюда первое требование к полевому транзистору - он должен быть подходящего типа (либо N- либо P-канальный). Это первое.
Предположим, что максимальный ток (ток нагрузки или ток заряда - не важно) не будет превышать 3А. Отсюда вытекает второе требование - полевик должен длительное время выдерживать такой ток .
Третье. Допустим наша схема будет обеспечивать защиту аккумулятора 18650 от глубокого разряда (одной банки). Следовательно мы можем сразу же определиться с рабочими напряжениями: от 3.0 до 4.3 Вольта. Значит, максимальное допустимое напряжение сток-исток U ds должно быть больше, чем 4.3 Вольта.
Однако последнее утверждение верно только в случае использования только одной банки литиевого аккумулятора (или нескольких включенных параллельно). Если же для питания вашей нагрузки будет задействована батарея из нескольких последовательно включенных аккумуляторов, то максимальное напряжение сток-исток транзистора должно превышать суммарное напряжение всей батареи .
Вот рисунок, поясняющий этот момент:
Как видно из схемы, для батареи из 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650 в схемах защиты каждой банки необходимо применять полевики с напряжением сток-исток U ds > 12.6В (на практике нужно брать с некоторым запасом, например, в 10%).
В то же время, это означает, что полевой транзистор должен уметь полностью (или хотя бы достаточно сильно) открываться уже при напряжении затвор-исток U gs менее 3 Вольт. На самом деле, лучше ориентироваться на более низкое напряжение, например, на 2.5 Вольта, чтобы с запасом.
Для грубой (первоначальной) прикидки можно глянуть в даташите на показатель "Напряжение отсечки" (Gate Threshold Voltage ) - это напряжение, при котором транзистор находится на пороге открытия. Это напряжение, как правило, измеряется в момент, когда ток стока достигает 250 мкА.
Понятно, что эксплуатировать транзистор в этом режиме нельзя, т.к. его выходное сопротивление еще слишком велико, и он просто сгорит из-за превышения мощности. Поэтому напряжение отсечки транзистора должно быть меньше рабочего напряжения схемы защиты . И чем оно будет меньше, тем лучше.
На практике для защиты одной банки литий-ионного аккумулятора следует подбирать полевой транзистор с напряжением отсечки не более 1.5 - 2 Вольт.
Таким образом, главные требования к полевым транзисторам следующие:
- тип транзистора (p- или n-channel);
- максимально допустимый ток стока;
- максимально допустимое напряжение сток-исток U ds (вспоминаем, как будут включены наши аккумуляторы - последовательно или параллельно);
- низкое выходное сопротивление при определенном напряжение затвор-исток U gs (для защиты одной банки Li-ion следует ориентироваться на 2.5 Вольта);
- максимально допустимая мощность рассеивания.
Теперь давайте на конкретных примерах. Вот, например, в нашем распоряжении имеются транзисторы IRF4905, IRL2505 и IRLMS2002. Взглянем на них поближе.
Пример 1 - IRF4905
Открываем даташит и видим, что это транзистор с каналом p-типа (p-channel). Если нас это устраивает, смотрим дальше.
Максимальный ток стока - 74А. С избытком, конечно, но подходит.
Напряжение сток-исток - 55V. У нас по условию задачи всего одна банка лития, так что напряжение даже больше, чем требуется.
Далее нас интересует вопрос, каким будет сопротивление сток-исток, при открывающем напряжении на затворе 2.5V. Смотрим в даташит и так сходу не видим этой информации. Зато мы видим, что напряжение отсечки U gs(th) лежит в диапазоне 2...4 Вольта. Нас это категорически не устраивает.
Последнее требование не выполняется, поэтому транзистор забраковываем .
Пример 2 - IRL2505
Вот его даташит . Смотрим и сразу же видим, что это очень мощный N-канальный полевик. Ток стока - 104А, напряжение сток-исток - 55В. Пока все устраивает.
Проверяем напряжение V gs(th) - максимум 2.0 В. Отлично!
Но давайте посмотрим, каким сопротивлением будет обладать транзистор при напряжении затвор-исток = 2.5 вольта. Смотрим график:
Получается, что при напряжении на затворе 2.5В и токе через транзистор в 3А, на нем будет падать напряжение в 3В. В соответствии с законом Ома, его сопротивление в этот момент будет составлять 3В/3А=1Ом.
Таким образом, при напряжении на банке аккумулятора около 3 Вольт, он просто не сможет отдать в нагрузку 3А, так как для этого общее сопротивление нагрузки вместе с сопротивлением сток-исток транзистора должно составлять 1 Ом. А у нас только один транзистор уже имеет сопротивление 1 Ом.
К тому же при таком внутреннем сопротивлении и заданном токе, на транзисторе будет выделяться мощность (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Поэтому потребуется установка радиатора (корпус ТО-220 без радиатора сможет рассеивать где-то 0.5...1 Вт).
Дополнительным тревожным звоночком должен стать тот факт, что минимальное напряжение затвора для которого производитель указал выходное сопротивление транзистора равно 4В.
Это как бы намекает на то, что эксплуатация полевика при напряжении U gs менее 4В не предусматривалась.
Учитывая все вышесказанное, транзистор забраковываем .
Пример 3 - IRLMS2002
Итак, достаем из коробочки нашего третьего кандидата. И сразу смотрим его ТТХ .
Канал N-типа, допустим с этим все в порядке.
Ток стока максимальный - 6.5 А. Подходит.
Максимально допустимое напряжение сток-исток V dss = 20V. Отлично.
Напряжение отсечки - макс. 1.2 Вольта. Пока нормально.
Чтобы узнать выходное сопротивление этого транзистора нам даже не придется смотреть графики (как мы это делали в предыдущем случае) - искомое сопротивление сразу приведено в таблице как раз для нашего напряжения на затворе.
Покупался лот из десяти штук, для переделки питания кое-каких устройств на li-ion аккумуляторы (сейчас в них используется 3АА аккумулятора
), но в обзоре я покажу другой вариант применения этой платы, который, хоть и не задействует все её возможности. Просто из этих десяти штук нужны только будут только шесть, а покупать поштучно 6 с защитой и пару без защиты получается менее выгодно.
Основанная на TP4056 плата заряда с защитой для Li-Ion аккумуляторов c током до 1A предназначена для полноценной зарядки и защиты аккумуляторов (к примеру, популярных 18650
) с возможностью подключения нагрузки. Т.е. данную плату можно легко встроить в различные устройства, такие как фонарики, светильники, радиоприемники и т.д.,с питанием от встроенного литиевого аккумулятора, и заряжать его не вынимая из устройства любой USB-зарядкой через microUSB разъем. Ещё эта плата отлично подойдет для ремонта сгоревших зарядок Li-Ion аккумуляторов.
И так, кучка плат, каждая в индивидуальном пакетике (тут уже конечно меньше чем покупалось
)
Выглядит платка вот так:
Можно рассмотреть поближе установленные элементы
Слева microUSB вход питания, питание также продублировано площадками + и - под пайку.
В центре контроллер заряда, Tpower TP4056, над ним пара светодиодов, отображающих либо процесс заряда (красный) либо окончание заряда (синий), под ним резистор R3, изменяя номинал которого можно изменить ток заряда аккумулятора. TP4056 заряжает аккмуляторы по алгоритму CC/CV и автоматически завершает процесс зарядки, если ток заряда снижается до 1/10 от установленного.
Табличка номиналов сопротивления и зарядного тока, согласно спецификации контроллера.
- R (кОм) - I (mA)
- 1.2 - 1000
- 1.33 - 900
- 1.5 - 780
- 1.66 - 690
- 2 - 580
- 3 - 400
- 4 - 300
- 5 - 250
- 10 - 130
С обратной стороны платы нет ничего, так что её можно, например, приклеить.
А теперь вариант применения платы заряда и защиты li-ion аккумуляторов.
Ныне почти во всех видеокамерах любительского формата в качестве источников питания используются li-ion аккумуляторы напряжением 3,7В, т.е. 1S. Вот один из дополнительно купленных аккумуляторов для моей видеокамеры
У меня их несколько, производства (или маркировки ) DSTE модель VW-VBK360 емкостью по 4500мАч (не считая оригинального, на 1790мАч )
Зачем мне столько? Да, конечно, моя камера заряжается от БП с номиналами 5В 2А, и купив отдельно штекер USB и подходящий разъем, я теперь могу её заряжать и от повербанков (и это одна из причин зачем мне, и не только мне, их столько ), да вот только снимать на камеру, к которой ещё и тянется провод - неудобно. Значит надо как-то заряжать аккумуляторы вне камеры.
Я уже показывал в вот такую зарядку
Да-да, это она, с поворачивающейся вилкой американского стандарта
Вот так она легко разделяется
И вот так, в неё вживляется плата заряда и защиты литиевых аккумуляторов
И конечно же, я вывел пару светодиодов, красный - процесс заряда, зеленый - окончание заряда аккумулятора
Вторая плата была установлена аналогично, в зарядку от видеокамеры Sony. Да, конечно, новые модели видеокамер Sony заряжаются от USB, у них даже есть не отсоединяющийся USB-хвостик (глупое на мой взгляд решение ). Но опять же, в полевых условиях, снимать на камеру, к которой тянется кабель от повербанка менее удобно чем без него. Да и кабель должен быть достаточно длинным, а чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление и тем больше на нем потери, а уменьшать сопротивление кабеля увеличивая толщину жил, кабель становится более толстым и менее гибким, что не добавляет удобства.
Так что из таких плат для заряда и защиты li-ion аккумуляторов до1А на TP4056 легко можно сделать простое зарядное устройство для аккумулятора своими руками, переделать зарядное устройство на питание от USB, например для зарядки аккумуляторов от повербанка, сделать ремонт зарядного устройства при необходимости.
Все написанное в этом обзоре можно увидеть в видеоверсии:
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, об одной интересной модификации «народного» зарядного модуля TP4056 на ток 3А и небольшом применении в качестве самодельной зарядки для лития. Будет небольшое тестирование и простенький пример изготовления зарядки из дешевых компонентов, поэтому, кому интересно, милости прошу под кат.
Итак, вот та самая модификация «народной» платки:
Применение данной платы:
- Зарядка Li-Ion аккумуляторов, встроенных в конечное устройство. Частый случай – в устройстве несколько запараллеленных банок и 1А слишком мало. Ну, сами посудите, есть две-три банки по 2,6-3Ач, общая емкость около 6-7Ач. Заряд такой батареи займет около 7-8 часов, а с данной платкой – около 3 часов. Как пример – самодельные ПБ, аккумуляторные отвертки и минишуруповерты
- Сборка своего «быстрого» зарядника на один или два аккумулятора. Современные высокоемкие аккумуляторы на 3300-3500mah спокойно могут принимать 3-4А, а уж две запараллеленные банки тем более (перед зарядом лучше приблизительно уравнять потенциалы). Сами производители допускают заряд некоторых банок током 3-4А, об этом написано в даташитах на эти банки.
- Входной разъем – DC Port 5мм + дублирующие выводы;
- Входное напряжение - 4,5V-5,5V
- Конечное напряжение заряда - 4,2V (Li-Ion аккумуляторы);
- Максимальный зарядный ток - 3А;
- Количество модулей TP4056 - 4 (макс. разгонный ток 4А);
- Индикация – дискретный двухцветный светодиод (красный/зеленый);
- Защита от переполюсовки - нет;
- Размеры - 65мм*15мм.
- Плата заряда 4*TP4056 на 3А;
- Двухцветный трехногий светодиод (красный/синий свет);
- DC разъем 5мм.
Поставляется платка в обычном мелком пакете, до меня доехала за две-три недели. Внутри пакета была своеобразная защита – два склеенных листа пенополиэтилена, внутри которых и была платка:
Плата зарядки крупным планом:
По схемотехнике ничего сверхъестественного – просто взяли и запараллелили 4 контроллера TP4056, одновременно уменьшив максимальный зарядный ток для каждого контроллера с 1А до 750ma. Поначалу я не мог понять, почему максимальный зарядный ток всего 3А, ведь контроллеров то четыре, но приглядевшись, увидел не привычный 1,2Ком SMD резистор, а 1,6Ком. Причем во всех плечах стоит резистор 1,6Ком:
Напомню таблицу максимального зарядного тока в зависимости от номинала токозадающего резистора:
В нашем случае стоят резисторы по 1,6Ком для каждого контроллера, по 750ma на плечо. Следовательно, общий максимальный зарядный ток – 3А. Оно и к лучшему, меньше греется платка, да и 4А уже многовато. С другой стороны, если нужен зарядный ток 4А – меняем 4 резистора.
Регулировать общий зарядный ток подпайкой подстроечного/переменного резистора, скорее всего, не получится, ибо нужно задавать для каждого контроллера.
Итого, кому сложно или не хочет сам спаивать народные платки - неплохое решение проблемы.
Размеры платки:
Платка совсем небольшая, всего 65мм*15мм:
Вот сравнение с «народной» платой TP4056 на 1А, 18650 аккумулятором и холдером:
При необходимости можно откусить переднюю часть платы, на которую впаивается DC разъем и припаяться к контактам 5V+ или 5V-, либо напрямую к соответствующим дорожкам:
Так длина платки станет на 1 сантиметр короче. Ранее я уже переделывал народную платку, вот что получилось:
В нашем случае все просто до невозможности, ибо дорожки на печатной плате не страдают. Разумеется, кому необходим DC разъем – оставляем, либо подпаиваем его через провода к контактам 5V+ или 5V-. Разъемы microUSB и miniUSB здесь нежелательны, будут сильно греться, ибо не рассчитаны на такие токи. Да и незачем они, ибо в большинстве адаптерах стоит ограничение на 2,5А. Но с другой стороны, если адаптер не отключается при перегрузке, то мы экономим на дискретном блоке питания, ну и ток будет чуть меньше. Поэтому, решать вам…
Тестирование платки 4*TP4056 3A:
Теперь протестируем платку. Действительно ли она заряжает 3А? Для этого нам поможет ампервольтметр, который частенько мелькает в моих обзорах (замер тока заряда) и привычный мультиметр (замер напряжения на аккумуляторе). В качестве источника питания – импульсный БП S-30-5 на 5V/6A:
Как видим, заряд действительно идет постоянным током 3А (фаза СС), пока напряжение на банке не превысит 3,9V-3,95V, затем начинает плавно снижаться (начинается фаза CV). Как только напряжение на банке равняется 4,2V, цвет светодиода меняется на зеленый, означая, что заряд окончен. Хотя из-за инерционности ток продолжает еще течь:
После этого еще 10-15 минут ток снижается, при этом напряжение на аккуме 4,21V. Как только ток снизится до 150ма, контроллер полностью отключает заряд, напряжение на банке скидывается до 4,2V.
Практически «выжатую» банку Sanyo UR18650ZY 2600mah модуль зарядил за 75-80 минут. Ну что же, просто великолепно!
Небольшой пример сборки своего зарядника на 3А:
В качестве примера приведу пример постройки своего зарядного устройства из проверенных недорогих компонентов. Что нам для этого понадобится:1) Непосредственно сама обозреваемая плата TP4056* :
Нужен именно медный, а не омедненный. Определить легко – зачищаем ножом и если жилки начинают блестеть и не лудятся, значит, провод омедненный (алюминий покрытый медью). Рекомендую либо качественный акустический, либо бытовые, типа ШВВП.
5) Блок питания (БП) на 5V на 5-6A (с запасом). Я использовал БП S-30-5 на 5V/6A* :
Можно применить часто встречающийся БП на 12V на 2-3A, которые идут в комплекте к различным устройствам и понижающий DC-DC преобразователь на 5А (3А они стабильно держат). Но здесь есть пара минусов, ибо усложняется схема и повышается себестоимость зарядника. Поэтому, если нет в наличии подходящего БП, то используем БП компьютера. Дополнительная нагрузка в 15Вт ему не страшна, если, конечно, он и так не работает на пределе своих возможностей. Если есть в наличии свободный Molex разъем, то подцепить к нему переходник не составит труда. В таком случае нам нужны красный (+) и черный (-) провода.
Итак, с компонентами разобрались. Теперь непосредственно сборка:
Поскольку платка будет использоваться в другом устройстве и у меня уже есть хорошие высокотоковые зарядники, то самодельная зарядка мне не нужна, поэтому сборка, как говорится, на коленке (подпаивать разъемы я не буду):
Берем холдер для аккумулятора и вырезаем пластик на торцах для провода (на фото нижний паз):
Потом припаиваем питающие провода с разъемами или без них, в зависимости от того, какой вариант вы выбрали. Трехногий светодиод изгибаем по своему усмотрению, но чтобы не коротнуть его выводы – натягиваем на них изоляцию от любого провода:
Закрываем плату пластиковой крышкой от кабель-канала или аналогичным кожухом и заматываем всеми известной изолентой, :-). Получается довольно кустарно, но главное работает:
Контрольная проверка, все работает:
Я не стал припаивать разъемы, а подключил напрямую к БП. Я же рекомендую припаять соответствующий разъем, который выдержит длительное протекание тока 3А. На этом у меня все…
Плюсы:
- Надежная, проверенная годами элементная база;
- Высокий ток заряда;
- Возможность увеличения зарядного тока до 4А путем замены токозадающих резисторов;
- Небольшой размер;
- Простота монтажа и эксплуатации.
- Цена великовата;
- Платка не предназначена для зарядки последовательных сборок (2S, 3S, 4S и более не умеет);
- Требуется внешнее питание;
- Боится переполюсовки;
- Некоторая заторможенность последней фазы заряда (CV).
Вывод: полезная модификация
Цена: $0.69
Здравствуйте, друзья! Как и обещал, выкладываю обзор миниатюрной зарядной платы. Она предназначена для заряда литий-ионных аккумуляторов. Основная ее фишка в том, что она не «привязана» в какому-либо конкретному типоразмеру - 186500, 14500 и т.д. Подойдет абсолютно любой литий-ионный аккумулятор, к которому можно подключить «плюс» и «минус».
Плата совсем миниатюрная.
Не смотря на наличие USB-micro входа для подачи питания, входные «плюс» и «минус» продублированы еще и клеммами.
Это очень даже неплохой плюс. Объясню почему.
Во-первых, можно взять какой-нибудь блок питания припаять провода напрямую к плате. Поможет в том случае, если USB-micro вход по каким-то причинам окажется неисправным.
Во-вторых, можно взять, скажем, 3 платы, соединить три входных плюса и три входных минуса (получится параллельное соединение), и тогда от одного блока питания можно будет заряжать одновременно 3 аккумулятора. А если хочется зарядить аккумуляторы побыстрее, то можно будет подключить второе и даже третье зарядное устройство.
Выходы на аккумулятор, кстати, тоже можно запараллелить.
Т.е., если соединить те же 3 платы не только на входе, но и на выходе, то можно получить очень мощное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. В данном случае это будет зарядка на 3А.
Но один достаточно смешной момент все-таки есть - отверстия на выходных плюсе и минусе - разного диаметра. Почему так - не знаю.
Ну да ладно, это мелочь. Главное чтоб она нормально работала. Кстати, именно этим мы сейчас и займемся - проверкой работоспособности данной платы.
Тест 1. Отсечка по факту полного заряда.
Этот тест я проводил на двух аккумуляторах - оригинальном Панасонике на 3400mAh и на фейковом ноунейме на 5000mAh (а если серьезно - 450mAh).
Синий огонек на плате свидетельствует о том, что заряд аккумулятора завершен. Мультиметр при этом показывает 4,23В. Да, я не спорю, 4,25В на заряженном аккумуляторе это как бы тоже в пределах нормы, но… Вообще выше 4,2В как бы не желательно. А может что-то изменится, если плату отключить?
Почти те самые идеальные 4,2В. Т.е. аккумулятор все-таки заряжен «без излишеств». Но что будет, если Вы забыли снять аккумулятор сразу после его полного заряда? Обратите внимание, на приведенном выше фото почти 6 часов вечера. Подключим зарядку обратно и оставим в таком состоянии на несколько часов.
(спустя 5 с чем-то часов)
Я снова отключил плату, чтоб она не мешала измерениям напряжения на аккумуляторе. И что в итоге?
Никакого повышения напряжения на аккумуляторе не произошло. Может дело в емкости аккумулятора? Что будет, если вместо оригинальных Панасоников зарядить фейковые ноунеймы на 450mAh реальной емкости? Так и сделал - сначала разрядил один такой аккумулятор, а потом поставил заряжаться. И уснул.
А на утро… Ну что ж, отключаем зарядную плату и…
Итак, мы выяснили, что отсечка заряда происходит при достижении напряжения в 4,2В. Но на фото напряжение ниже. Т.е. после окончания заряда никакой «дозаправки» не происходит. Поясню. Некоторые зарядные устройства после окончания заряда продалжают подавать небольшой ток (буквально 10-15mA) для того, чтоб компеенсировать саморазряд аккумулятора. Здесь этого не происходит. Но это не страшно. Избыточный заряд - гораздо страшнее.
Подведем черту:
- заряжает до напряжения 4,19В и производит отсечку
- компенсация саморазряда не производится.
Проще говоря, тест пройден с успехом.
Тест 2. Ток.
Китаяц обещал, что данная плата способна заряжать током до 1А. Проверим? Для этого я почти разрядил один из имеющихся Панасоников (примерно до 3,3В), а потом поставил на зарядку. И что мы имеем?
Наблюдательные спросят - «а зачем ты USB-тестер из цепи убрал? ты ему не доверяешь что ли?». Друзья, этот USB-тестер хорош для замера емкости аккумулятора, но для замера мощности зарядной платы он не подходит. И вот почему. Буквально сразу же я встроил uSB-тестер обратно в цепь и…
… и сила тока заряда упала на целых 200mA. Именно по этой причине я ВСЕГДА ставлю дизлайки к тем видео, где чувак берет USB-зарядку, втыкает туда такой тестер, дает нагрузку, токоотдача не соответствует заявленной (например, заявлено 2A, а отдача составляет 1,5A), а потом еще и диспут с продавцом открывает, мол, как это так, мне 1,5А мало, мне 2А подавай! Я не знаю, с чем это связано, но после того, как я сделал эти 2 фото, я снова убрал USB-тестер из цепи и ток заряда восстановился до 1А.
Так что данной характеристике плата полностью соответствует.
Тест 3. Нагрев.
Ну тут все просто - подождал 10 минут, а потом «снял» температуру с помощью пирометра.
Я не буду разбираться нормально это или нет. Я просто добавлю к ней алюминиевый радиатор охлаждения.
Тест 4. Поведение при работе с избыточно заряженными аккумуляторами.
Друзья, параллельно с обзором на эту зарядную плату, я отщелкиваю еще и обзор на панасоники. Поэтому в этих двух обзорах несколько фотографий будет одинаковыми. Так вот. Ради теста я разрядил один из Панасоников до недопустимо низкого напряжения.
И вот сейчас у любителей данных Панасоников сердце облилось кровь. Ведь они ожидали увидеть разряд до 2,4В, может даже 2,2В, но никак не 1,77В.
Я обнулил счетчик тестера и поставил заряжаться. И вот тут я был приятно удивлен. Я ожидал, что из-за малого сопротивления аккумулятора ток будет запредельно высоким, что даже с USB-тестером ток будет ближе к 2А, что зарядная плата будет работать в бешеных перегрузках, почти на коротком замыкании, и прочую драму, которая заставляет радиолюбителей сидеть и трястись от мыслей вроде «да что ж ты делаешь, ублюдок!» Ничего подобного.
Всего 80mA (ОК, округлим до 100) - так называемый «восстановительный» ток. Фантастика! Т.е. эта плата умеет работать еще и с избыточно разряженными аккумуляторами!
А может она просто глючит? Не думаю. Спустя некоторое время, когда аккумулятор принял в себя примерно 35mAh, ток зашкалил за 1А.
Пока включил цифровик, пока настроил, пока туда-сюда, аккумулятор принял в себя 50mAh. Именно их мы и вычтем из итоговой емкости, которую нам покажет USB-тестер. Но это уже совсем другая история.
Друзья, учитывая цену в 50р - данная микросхема достойна аплодисментов.
Мудрость: чем сильнее бабушка любит внука - тем круче этот внук отыгрывается на своих родителях.
Кинокомпания «Разоблачение» представляет… Триллер «Кабелерез». В главных ролях:
Интегральные схемы управления питанием от ON Semiconductor (ONS) уже хорошо известны отечественным разработчикам. Это AC/DC-преобразователи и ШИМ-контроллеры, корректоры коэффициента мощности, DC/DC-преобразователи и, конечно, линейные регуляторы. Однако практически ни одно портативное устройство не может обойтись без аккумулятора и, соответственно, без микросхем для его заряда и защиты. Компания ONS имеет в линейке продукции ряд решений для управления зарядом аккумуляторов, которые традиционно для ONS сочетают достаточную функциональность с невысокой стоимостью и простотой применения.
Основные типы применяемых аккумуляторов
В современной электронике наиболее распространены NiCd/NiMH и Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы дешевы, а также имеют самое большое количество циклов разряда/заряда и большое значение нагрузочного тока. Основными недостатками являются: высокий саморазряд, а также «эффект памяти», который приводит к частичной потере емкости при частом заряде не до конца разряженного аккумулятора.
Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы — это попытка устранения недостатков NiCd, в частности «эффекта памяти». Данные аккумуляторы менее критичны к заряду после неполной разрядки и практически в два раза превосходят NiCd по величине удельной емкости. Не обошлось и без потерь, NiMH аккумуляторы обладают меньшим числом циклов разряд/заряд и более высоким саморазрядом по сравнению с NiCd.
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы обладают самой высокой плотностью энергии, что позволяет им превосходить другие типы аккумуляторов по величине емкости при тех же габаритных размерах. Низкий саморазряд и отсутствие «эффекта памяти» делают этот тип аккумуляторов неприхотливым в использовании. Однако для обеспечения безопасности использования литий-ионные аккумуляторы требуют применения технологий и конструктивных решений (полиолефиновые пористые пленки для изоляции положительного и отрицательного электродов, наличие терморезистора и предохранительного клапана для сброса избыточного давления), которые приводят к увеличению стоимости аккумуляторов на основе лития по сравнению с другими элементами питания.
Литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы — это попытка решить проблему безопасности аккумуляторов на основе лития путем использования твердого сухого электролита вместо электролита в виде геля в Li-Ion. Такое решение позволяет получить схожие с Li-Ion аккумуляторами характеристики при меньшей стоимости. Помимо повышенной безопасности, использование твердого электролита позволяет уменьшить толщину аккумулятора (до 1,5 мм). Единственным недостатком по сравнению с Li-Ion аккумуляторами является менее широкий диапазон рабочих температур, в частности Li-Pol аккумуляторы не рекомендуется заряжать при минусовых температурах.
MC33340/42 — контроль заряда NiCd и NiMH аккумуляторов
В современных портативных приложениях требуется максимально быстрый заряд аккумулятора, предотвращение перезаряда, максимальный срок службы и предотвращение потери емкости. MC33340 и MC33342 — контроллеры заряда от ON Semiconductor, которые сочетают в себе все, что необходимо для быстрого заряда и защиты NiCd и NiMH аккумуляторов.
Контроллеры МС33340/42 реализуют :
- быстрый заряд и «капельную» подзарядку (trickle charge);
- окончание зарядки по изменению напряжения и температуры;
- детектирование одноразовых батарей и отказ от их зарядки;
- программируемое время быстрой зарядки от одного до четырех часов;
- детектирование перезаряда и недозаряда батареи, перегрева и перенапряжения по входу;
- паузу перед отключением зарядки при детектировании по изменению напряжения (177 с для MC33340 и 708 с для MC33342).
Данные контроллеры в сочетании с внешним линейным или импульсным преобразователем образуют законченную систему для зарядки аккумуляторов. Пример такой зарядной схемы с использованием классического стабилизатора LM317 показан на рис. 1.
Рис. 1.
LM317 в данной схеме работает как стабилизированный источник тока с установкой зарядного тока резистором R7:
I chg(fast) = (V ref + I adjR8)/R7. Ток капельной подзарядки устанавливается резистором R5:
I chg(trickle) = (V in — V f(D3) — V batt)/R5. Делитель R2/R1 должен быть рассчитан таким образом, чтобы при полном заряде аккумулятора на входе Vsen было меньше 2 В:
R2 = R1(V batt /V sen — 1).
С помощью выводов t1, t2, t3 трехбитной логикой (ключами на схеме) устанавливается либо время заряда 71…283 мин, либо верхний и нижний пределы детектирования температуры.
На основе представленной схемы компания ON Semiconductor предлагает отладочные платы MC33340EVB и MC33342EVB .
NCP1835B — микросхема для заряда Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов
Литиевые аккумуляторы требуют высокой стабильности зарядного напряжения, например, для аккумулятора LIR14500 от компании EEMB зарядное напряжение должно находиться в пределах 4,2±0,05 В. Для заряда аккумуляторов на основе лития ONS предлагает полностью интегрированное решение — NCP1835B. Это микросхема заряда с линейным регулятором, профилем заряда CCCV (constant current, constant voltage) и зарядным током 30…300 мА. Питание NCP1835B может осуществляться либо от стандартного AC/DC-адаптера, либо от USB-порта. Вариант схемы включения представлен на рис. 2.
Рис. 2.
Основные характеристики :
- интегрированный стабилизатор тока и напряжения;
- возможность зарядки полностью разряженной батареи (током 30мА);
- определение окончания зарядки;
- программируемый зарядный ток;
- выходы статуса и ошибки зарядки;
- выход 2,8В для определения присутствия адаптера на входе или питания микроконтроллера током до 2мА;
- входное напряжение от 2,8 до 6,5В;
- защита от продолжительного заряда (программируемое максимальное время заряда 6,6…784 мин).
NCP349 и NCP360 — защита
от перенапряжения с интегрированным
MOSFET-транзистором
Еще одним важным моментом в системах заряда аккумуляторов является защита от превышения допустимого входного напряжения. Решения, предлагаемые ONS, отключают выход от целевой схемы в случае присутствия на входе недопустимого напряжения.
NCP349 — новинка от ONS, которая защищает от перенапряжения по входу до 28 В. Микросхема отключает выход при превышении верхнего порога входным напряжением или если нижний порог не достигнут. Также предусмотрен выход FLAG# для сигнализации перенапряжения на входе. Типовая схема применения показана на рис. 3.
Рис. 3.
Данная микросхема доступна с различными нижними (2,95 и 3,25 В) и верхними (5,68; 6,02; 6,4; 6,85 В) порогами срабатывания, которые закодированы в наименовании. NCP360 обладает такой же функциональностью, что и NCP349, за исключением максимального напряжения на входе: 20 В.
Заключение
Компания ON Semiconductor по сравнению с конкурентами обладает не очень широкой линейкой микросхем для заряда аккумуляторов. Однако представленные решения в своем сегменте характеризуются конкурентоспособными характеристиками и ценой, а также простотой применения.
