Liitiumaku kontroller lülitab toite välja. Li-Ion laadimiskontroller MCP73833-l

Edusammud liiguvad edasi ja liitiumakud asendavad üha enam traditsiooniliselt kasutatavaid NiCd (nikkel-kaadmium) ja NiMh (nikkel-metallhüdriid) akusid.
Ühe elemendi võrreldava kaaluga on liitiumil suurem võimsus, lisaks on elemendi pinge kolm korda kõrgem - 3,6 V elemendi kohta, 1,2 V asemel.
Liitiumpatareide maksumus on hakanud lähenema tavaliste leelispatareide omale, nende kaal ja suurus on palju väiksemad ning pealegi saab ja tuleb neid laadida. Tootja ütleb, et nad peavad vastu 300-600 tsüklit.
Suurusi on erinevaid ja õige valimine pole keeruline.
Isetühjenemine on nii madal, et istuvad aastaid ja jäävad laetuks, s.t. Seade jääb vajadusel tööle.

"C" tähistab mahtuvust

Sageli leidub tähistust nagu “xC”. See on lihtsalt mugav aku laadimis- või tühjendusvoolu tähistus koos selle mahutavuse osaga. Tuleneb ingliskeelsest sõnast “Capacity” (mahtuvus, maht).
Kui nad räägivad laadimisest vooluga 2C ehk 0,1C, siis tavaliselt mõeldakse, et vool peaks olema vastavalt (2 × aku maht)/h või (0,1 × aku maht)/h.
Näiteks 720 mAh mahutavusega akut, mille laadimisvool on 0,5 C, tuleb laadida vooluga 0,5 × 720 mAh / h = 360 mA, see kehtib ka tühjenemise kohta.

Lihtsa või mitte väga lihtsa laadija saad ise valmistada, olenevalt kogemustest ja võimalustest.

Lihtsa LM317 laadija vooluringi skeem

Riis. 5.

Rakendusahel tagab üsna täpse pinge stabiliseerimise, mis seatakse potentsiomeetriga R2.
Voolu stabiliseerimine ei ole nii kriitiline kui pinge stabiliseerimine, seega piisab voolu stabiliseerimiseks šundi takisti Rx ja NPN-transistori (VT1) abil.

Konkreetse liitiumioon (Li-Ion) ja liitiumpolümeer (Li-Pol) aku vajalik laadimisvool valitakse Rx takistust muutes.
Takistus Rx vastab ligikaudu järgmisele suhtele: 0,95/Imax.
Diagrammil näidatud takisti Rx väärtus vastab voolule 200 mA, see on ligikaudne väärtus, see sõltub ka transistorist.

Sõltuvalt laadimisvoolust ja sisendpingest on vaja varustada radiaatoriga.
Sisendpinge peab stabilisaatori normaalseks tööks olema vähemalt 3 volti kõrgem aku pingest, mis ühe purgi puhul on 7-9 V.

LTC4054 lihtsa laadija vooluringi skeem

Riis. 6.

Laadimiskontrolleri LTC4054 saate eemaldada vanast mobiiltelefonist, näiteks Samsungist (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510).

Riis. 7. Sellel väikesel 5-jalgsel kiibil on silt "LTH7" või "LTADY"

Ma ei lasku mikroskeemiga töötamise pisimatesse üksikasjadesse, kõik on andmelehel. Kirjeldan ainult kõige vajalikumaid funktsioone.
Laadimisvool kuni 800 mA.
Optimaalne toitepinge on 4,3 kuni 6 volti.
Laengu näit.
Väljundi lühisekaitse.
Ülekuumenemiskaitse (laadimisvoolu vähendamine temperatuuril üle 120°).
Ei lae akut, kui selle pinge on alla 2,9 V.

Laadimisvool seatakse takistiga mikrolülituse viienda klemmi ja maanduse vahel vastavalt valemile

I = 1000/R,
kus I on laadimisvool amprites, R on takisti takistus oomides.

Liitiumpatarei tühjenemise indikaator

Siin on lihtne ahel, mis süttib LED-i, kui aku on tühi ja selle jääkpinge on kriitilise lähedal.

Riis. 8.

Kõik väikese võimsusega transistorid. LED-süütepinge valitakse jagaja abil takistitelt R2 ja R3. Parem on ühendada vooluahel pärast kaitseplokki, nii et LED ei tühjendaks akut täielikult.

Vastupidavuse nüanss

Tootja väidab tavaliselt 300 tsüklit, kuid kui laadite liitiumi vaid 0,1 volti vähem, 4,10 V-ni, suureneb tsüklite arv 600-ni või isegi rohkem.

Kasutamine ja ettevaatusabinõud

Etteruttavalt võib öelda, et liitiumpolümeerakud on kõige “õrnemad” akud, mis on olemas, st nõuavad mitme lihtsa, kuid kohustusliku reegli täitmist, mille eiramine võib põhjustada probleeme.
1. Laadimine pingega, mis ületab 4,20 volti purgi kohta, ei ole lubatud.
2. Ärge lühistage akut.
3. Tühjenemine vooludega, mis ületavad koormustaluvust või soojendavad akut üle 60°C, ei ole lubatud. 4. Tühjenemine alla 3,00 V pinge purgi kohta on kahjulik.
5. Aku kuumutamine üle 60°C on kahjulik. 6. Aku rõhu vähendamine on kahjulik.
7. Tühjendatuna hoidmine on kahjulik.

Kolme esimese punkti täitmata jätmine põhjustab tulekahju, ülejäänud - täieliku või osalise võimsuse kaotuse.

Aastatepikkuse kasutuskogemuse põhjal võin öelda, et akude mahutavus muutub vähe, kuid sisetakistus suureneb ja aku hakkab suure voolutarbimise juures vähem aega töötama - tundub, et mahtuvus on langenud.
Sel põhjusel paigaldan tavaliselt suurema konteineri, nagu seadme mõõdud lubavad, ja isegi vanad kümme aastat vanad purgid töötavad päris hästi.

Mitte väga suurte voolude jaoks sobivad vanad mobiiltelefonide akud.

Vanast sülearvuti akust saab palju ideaalselt töötavaid 18650 akusid.

Kus ma saan kasutada liitiumakusid?

Ma muutsin oma kruvikeeraja ja elektrilise kruvikeeraja liitiumiks juba tükk aega tagasi. Ma ei kasuta neid tööriistu regulaarselt. Nüüd, isegi pärast aastast mittekasutamist, töötavad need ilma laadimiseta!

Väikesed patareid panin laste mänguasjadesse, kelladesse jne, kuhu sai tehasest paigaldatud 2-3 “nupu” elementi. Kus täpselt 3V vaja on, lisan ühe dioodi järjest ja töötab täpselt.

Panin need LED taskulampidesse.

Kalli ja väikese võimsusega Krona 9V asemel paigaldasin testrisse 2 purki ja unustasin kõik probleemid ja lisakulud.

Üldiselt panen seda kuhu saan, akude asemel.

Kust osta liitiumi ja sellega seotud kommunaalteenuseid

Müügiks. Samalt lingilt leiate laadimismoodulid ja muud isetegijatele kasulikud asjad.

Hiinlased tavaliselt valetavad mahutavuse kohta ja seda on vähem, kui kirjas.

Aus Sanyo 18650

Liitium-ioonakude kaitse (Li-ion). Ma arvan, et paljud teist teavad, et näiteks mobiiltelefoni aku sees on ka kaitseahel (kaitsekontroller), mis tagab, et aku (element, pank jne...) üle pinge ei laetaks. 4,2 V , või tühjeneb alla 2...3 V. Samuti säästab kaitseahel lühiste eest, ühendades lühise hetkel purgi enda tarbija küljest lahti. Kui aku tööiga jõuab lõpule, saate sellelt kaitsekontrolleri plaadi eemaldada ja aku enda ära visata. Kaitseplaat võib olla kasulik mõne teise aku parandamiseks, purgi kaitsmiseks (millel pole kaitseahelaid) või lihtsalt ühendada plaadi vooluvõrku ja sellega katsetada.

Mul oli palju kasutuskõlbmatuks muutunud patareide kaitseplaate. Kuid mikroskeemide märgistuse otsimine Internetist ei andnud midagi, nagu oleks mikroskeemid salastatud. Internetis oli dokumentatsioon ainult väljatransistoride komplektide kohta, mis sisalduvad kaitseplaatides. Vaatame tüüpilise liitiumioonaku kaitseahela konstruktsiooni. Allpool on kaitsekontrolleri plaat, mis on kokku pandud kontrolleri kiibile nimega VC87 ja transistorisõlmele 8814 ():

Fotol näeme: 1 - kaitsekontroller (kogu vooluringi süda), 2 - kahe väljatransistori kokkupanek (nendest kirjutan allpool), 3 - takisti, mis määrab kaitse töövoolu (näiteks lühis), 4 - toiteallika kondensaator, 5 - takisti (kontrolleri kiibi toiteks), 6 - termistor (leitud mõnel plaadil aku temperatuuri juhtimiseks).

Siin on veel üks kontrolleri versioon (sellel tahvlil pole termistorit), see on kokku pandud kiibile tähisega G2JH ja transistorisõlmele 8205A ():

Vaja on kahte väljatransistori, et saaksite eraldi juhtida aku laadimiskaitset (Charge) ja tühjenemiskaitset (Discharge). Transistoride jaoks olid peaaegu alati andmelehed, kontrolleri kiipide kohta aga mitte ühtegi!! Ja teisel päeval sattusin ootamatult huvitavale andmelehele mingi liitium-ioonaku kaitsekontrolleri kohta ().

Ja siis, tühjalt kohalt, ilmus ime - pärast andmelehel oleva vooluringi võrdlemist oma kaitseplaatidega sain aru: vooluringid klapivad, need on üks ja sama asi, kloonikiibid! Pärast andmelehe lugemist saate omatehtud toodetes kasutada sarnaseid kontrollereid ning takisti väärtust muutes saate suurendada lubatud voolu, mida kontroller suudab anda enne kaitse rakendumist.

ON Semiconductori (ONS) integreeritud toitehaldusahelad on kodumaistele arendajatele juba hästi teada. Need on AC/DC muundurid ja PWM kontrollerid, võimsusteguri korrektorid, DC/DC muundurid ja loomulikult lineaarregulaatorid. Peaaegu ükski kaasaskantav seade ei saa aga hakkama ilma akuta ja seega ilma selle laadimiseks ja kaitsmiseks mõeldud mikroskeemideta. ONS-i ettevõtte tootesarjas on aku laetuse haldamiseks mitmeid lahendusi, mis traditsiooniliselt ONS-i jaoks ühendavad piisava funktsionaalsuse madalate kulude ja kasutusmugavusega.

Peamised kasutatavad akude tüübid

Kaasaegses elektroonikas on levinumad NiCd/NiMH ja Li-Ion/Li-Pol akud. Igal neist on oma eelised ja puudused. Nikkel-kaadmium (NiCd) akud on odavad ning neil on ka suurim tühjenemis-/laadimistsükleid ja kõrge koormusvool. Peamised puudused on: suur isetühjenemine, samuti "mäluefekt", mis põhjustab mittetäielikult tühjenenud aku sagedase laadimise korral osalise võimsuse kaotuse.

Nikkelmetallhüdriid (NiMH) akud on katse kõrvaldada NiCd puudused, eelkõige “mäluefekt”. Need akud on pärast mittetäielikku tühjenemist laadimiseks vähem kriitilised ja nende erimahtuvus on peaaegu kaks korda kõrgem kui NiCd. Samuti on kadusid; NiMH akudel on NiCd-ga võrreldes väiksem tühjenemis-/laadimistsüklite arv ja suurem isetühjenemine.

Liitium-ioon (Li-Ion) akud on kõrgeima energiatihedusega, mis võimaldab neil samade üldmõõtmetega mahtuvuse poolest ületada muud tüüpi akusid. Madal isetühjenemine ja "mäluefekti" puudumine muudavad seda tüüpi akude kasutamise tagasihoidlikuks. Kuid liitiumioonakude ohutuks kasutamiseks on vaja kasutada tehnoloogiaid ja disainilahendusi (poorsed polüolefiinkiled positiivsete ja negatiivsete elektroodide isoleerimiseks, termistori ja kaitseklapi olemasolu ülerõhu leevendamiseks), mis viivad liitiumpatareide maksumuse tõus võrreldes teiste toiteelementidega.

Liitiumpolümeer (Li-Pol) akud on katse lahendada liitiumipõhiste akude ohutusprobleem, kasutades Li-Ion geelelektrolüüdi asemel tahket kuiva elektrolüüti. See lahendus võimaldab teil saavutada Li-Ion akudele sarnased omadused madalama hinnaga. Lisaks ohutuse suurendamisele võimaldab tahke elektrolüüdi kasutamine vähendada aku paksust (kuni 1,5 mm). Ainus puudus võrreldes liitiumioonakudega on väiksem töötemperatuuri vahemik, eriti ei soovitata Li-Pol akusid laadida miinustemperatuuridel.

MC33340/42 - NiCd ja NiMH akude laadimise juhtimine

Tänapäeva kaasaskantavad rakendused nõuavad aku võimalikult kiiret laadimist, vältides ülelaadimist, maksimeerides aku kasutusaega ja vältides võimsuse vähenemist. MC33340 Ja MC33342- ON Semiconductori laadimiskontrollerid, mis ühendavad kõike, mida vajate NiCd ja NiMH akude kiireks laadimiseks ja kaitsmiseks.

MC33340/42 kontrollerid:

kiirlaadimine ja nihkelaadimine;
laadimise lõpp pinge ja temperatuuri muutuste põhjal;
ühekordselt kasutatavate patareide tuvastamine ja nende laadimisest keeldumine;
programmeeritav kiirlaadimisaeg ühest kuni nelja tunnini;
aku üle- ja alalaadimise, ülekuumenemise ja sisendi ülepinge tuvastamine;
peatage enne laadimise väljalülitamist, kui tuvastate pinge muutuse (177 s MC33340 ja 708 s MC33342 puhul).

Need kontrollerid koos välise lineaar- või impulssmuunduriga moodustavad tervikliku akulaadimissüsteemi. Sellise laadimisahela näide, kasutades klassikalist stabilisaatorit LM317 näidatud joonisel fig. 1.

Riis. 1.

Selles vooluringis olev LM317 töötab stabiliseeritud vooluallikana takistiga R7 seatud laadimisvooluga:

I chg(kiire) = (V ref + I adjR8)/R7. Laadimisvool määratakse takistiga R5:

I chg(trikle) = (V in - V f(D3) - V batt)/R5. R2/R1 jaotur peab olema konstrueeritud nii, et kui aku on täis laetud, oleks Vseni sisend alla 2 V:

R2 = R1 (V batt /V sen - 1).

Kasutades kontakte t1, t2, t3, määrab kolmebitine loogika (diagrammil olevad võtmed) kas laadimisajaks 71...283 minutit või temperatuuri tuvastamise ülemise ja alumise piiri.

Esitatud vooluringi põhjal pakub ON Semiconductor arendusplaate MC33340EVB Ja MC33342EVB.

NCP1835B - mikroskeem Li-Ion ja Li-Pol akude laadimiseks

Liitiumakud nõuavad kõrget laadimispinge stabiilsust, näiteks EEMB LIR14500 aku puhul peab laadimispinge jääma vahemikku 4,2±0,05 V. Liitiumipõhiste akude laadimiseks pakub ONS täisintegreeritud lahendust - NCP1835B. See on laadimiskiip, millel on lineaarne regulaator, CCCV (constant current, constant voltage) laadimisprofiil ja laadimisvool 30...300 mA. Toitumine NCP1835B saab teostada kas tavalisest AC/DC adapterist või USB-pordist. Ühendusahela variant on näidatud joonisel fig. 2.

Riis. 2.

Peamised omadused:

integreeritud voolu ja pinge stabilisaator;
võimalus laadida täielikult tühjenenud akut (vool 30mA);
laadimise lõpu määramine;
programmeeritav laadimisvool;
oleku ja laadimisvea väljundid;
2,8V väljund adapteri olemasolu kindlakstegemiseks sisendis või mikrokontrolleri toiteks kuni 2mA vooluga;
sisendpinge 2,8 kuni 6,5 V;
kaitse pikaajalise laadimise eest (programmeeritav maksimaalne laadimisaeg 6,6...784 min).

NCP349 ja NCP360 - kaitse
integreeritud liigpingekaitse
MOSFET transistor

Teine oluline punkt akulaadimissüsteemides on kaitse lubatud sisendpinge ületamise eest. ONS-lahendused katkestavad väljundi sihtahelast, kui sisendis on vastuvõetamatu pinge.

NCP349- ONS-i uus toode, mis kaitseb sisendi liigpinge eest kuni 28 V. Mikroskeem lülitab väljundi välja, kui sisendpinge ületab ülemise läve või kui alumist läve ei saavutata. Sisendliigpinge näitamiseks on olemas ka FLAG# väljund. Tüüpiline rakendusskeem on näidatud joonisel fig. 3.

Riis. 3.

See mikroskeem on saadaval erinevate alumise (2,95 ja 3,25 V) ja ülemise (5,68; 6,02; 6,4; 6,85 V) reaktsioonilävega, mis on nimesse kodeeritud. NCP360 funktsionaalsus on sama, mis NCP349, välja arvatud maksimaalne sisendpinge: 20 V.

Järeldus

ON Semiconductoril pole konkurentidega võrreldes väga laia valikut mikroskeeme akude laadimiseks. Esitletud lahendusi omas segmendis iseloomustavad aga konkurentsivõimelised omadused ja hind ning kasutusmugavus.

Saabusid liitiumioonaku miniatuursed laadimiskontrolleri plaadid. Aliexpressi tellimuste ja arvustuste arvu järgi otsustades on asi megapopulaarne. Ma ei suutnud ka vastu panna ja tellisin 3 tükki. kokku 1 dollari eest. Veelgi enam, sugulased on pikka aega palunud vigase happeakuga LED-taskulampi parandada. Hiljem parandan, aga praegu katsetasin ja mõtlesin veidi.

Tegelikult näete plaadi enda üksikasjalikku kirjeldust. Kontrolleri jaoks on olemas ka andmeleht. Seetõttu ma ei hakka ennast kordama. Enda nimel lisan lihtsalt, et laadimisvoolul 1 A kuumeneb kontrolleri mikroskeem märgatavalt, sellega seoses jootsin seadistustakisti R3 ümber 2,4 kOhmini, vool langes 550 mA-ni. Pärast modifikatsiooni hakkas plaat soojenema umbes 60 kraadini, mis on üsna talutav.

Kontrollisin kaitserežiime koormuse lühise ja aku sügava tühjenemise vastu. Kõik toimib nii nagu öeldud. Kui aku pinge on alla 2,5 V, lülitatakse koormus ohutult välja.

Väga tühjenenud aku laadimine (U< 3 В), происходит малым током и только при достижении напряжения 3 В, включается зарядка номинальным током. На аккумуляторе с заявленной ёмкостью 3 А*ч данный процесс занимает время порядка 1 минуты. В этом режиме нагрузка должна быть отключена, иначе заряд аккумулятора происходить не будет. Данную особенность необходимо учитывать если вдруг захочется собрать маломощный низковольтный источник бесперебойного питания. При этом, в случае глубокого разряда аккумулятора, плата автоматически отключит потребителя, а вот его последующее включение необходимо обеспечить только при достижении U >3,6 V. Kuid normaalsete laadimistingimuste loomiseks peate ikkagi arvutama voolutarbimise. Võib-olla on ka muid lõkse, mida esmapilgul ei paista. Näiteks kuidas aku käitub pidevalt rakendatava pinge ja/või kroonilise alalaadimise režiimis?

Kui väljund on lühis, siis kaitse rakendub ja isegi pärast lühise kõrvaldamist on vaja koormus lahti ühendada, alles pärast seda kaitse lähtestatakse. Plaadil pole ka tihvti aku temperatuurianduri ühendamiseks, kuigi kontroller annab selle võimaluse. Kui väga tahta, saab joota, aga palju parem oleks, kui oleks tavaline kontaktipadi ja jääks ruumi takistusjaguri jootmiseks.

Lüüriline kõrvalepõige. Mitu aastat tagasi seisin silmitsi väikesemahuliste madalpinge hõõglampide nappusega, oodates, et asi ainult hullemaks läheb, nägin neid kogemata müügil ja ostsin kohe hulgi. Fotol on Hiinas toodetud pirn 3,8 V, 0,3 A. Lühikese hõõgumise järel märkasin, et pirn on seest suitsune! Ma pole seda kunagi varem näinud

Ja jälle seade isetehtud jaoks.
Moodul võimaldab laadida Li-Ion akusid (nii kaitstud kui ka kaitsmata) USB pesast kasutades miniUSB kaablit.

Trükkplaat on kahepoolne metalliseeritud klaaskiud, paigaldus korralik.

Laadimine on kokku pandud spetsiaalse laadimiskontrolleri TP4056 alusel.
Tõeline skeem.

Aku poole pealt ei tarbi seade midagi ja selle võib jätta pidevalt aku külge ühendatuks. Väljundis lühisekaitse - jah (voolupiiranguga 110mA). Aku vastupidise polaarsuse eest kaitset ei ole.
MiniUSB toiteallikat dubleerivad plaadil olevad niklid.

Seade töötab järgmiselt:
Kui ühendate toite ilma akuta, süttib punane LED ja sinine LED vilgub perioodiliselt.
Kui ühendate tühja aku, kustub punane LED ja sinine LED süttib – laadimisprotsess algab. Kuni aku pinge on alla 2,9 V, on laadimisvool piiratud 90-100 mA-ga. Kui pinge tõuseb üle 2,9 V, suureneb laadimisvool järsult 800 mA-ni ja veelgi sujuvalt nominaalväärtuseni 1000 mA.
Kui pinge jõuab 4,1 V-ni, hakkab laadimisvool järk-järgult vähenema, seejärel stabiliseerub pinge 4,2 V juures ja pärast laadimisvoolu vähenemist 105 mA-ni hakkavad LED-id perioodiliselt lülituma, mis näitab laadimise lõppu, samal ajal kui laadimine jätkub. lülitudes sinisele LED-ile. Lülitamine toimub vastavalt aku pinge juhtimise hüstereesile.
Laadimisvoolu nimivool määratakse 1,2 kOhm takistiga. Vajadusel saab voolu vähendada, suurendades takisti väärtust vastavalt kontrolleri spetsifikatsioonile.
R (kOhm) – I (mA)
10 - 130
5 - 250
4 - 300
3 - 400
2 - 580
1.66 - 690
1.5 - 780
1.33 - 900
1.2 - 1000