Універсальний зарядний пристрій літій-полімерних акумуляторів на мікросхемі MCP73833. Li-ion та Li-polymer акумулятори у наших конструкціях Виготовлення зарядного пристрою
Так як кількість заходів на сторінки сайту на запит «схема зарядки li-ion акумулятора» істотно зросла. Можна навіть сказати ці запити більшість за день. Тому, щоб задовольнити інформаційний попит, присвятимо цій темі окрему рубрику.
Для початку уявляю вам найпростішу схему заряджання для 3,7 вольтових, літій іонних акумуляторів. Живлення 5 вольт, у цій схемі здійснюється від USB комп'ютера, Адаптера постійного струму на 5 вольт (наприклад, зарядне від мобільного телефону) або малопотужної сонячної батареї. Потужність зарядного пристрою передбачається близько 1 ампера.
Мозком та серцем схеми служить мікрочіп MCP73831. Досить легко дістати або придбати в радіо магазині. Середня ціна близько 1,5 - 2 американських вічнозелених. Можна замовити у китайців за посиланням лише за $3.88 за 10 шт. MCP73831 є одним із не дорогих мікрочіпів у лінійці контролерів управління заряду для використання на обмеженому просторі на платі. Даташит на MCP73831 можна переглянути по . Ця мікросхема використовує постійний струм/постійний алгоритм заряду. А також припиняє заряджання при повністю зарядженому акумуляторі.
Наведу загальну схему:
Стали популярними в портативній електроніці, тому що вони можуть похвалитися найвищою щільністю енергії серед будь-якої батареї, яка використовується в комерційних цілях. Переваги включають тисячі перезарядок і не виникнення «», на відміну від акумуляторів. Тим не менш, літій-іонні акумулятори повинні заряджатися при ретельному контролі постійного струму та постійної напруги. Надлишок заряду та необережне поводження з літій-іонними елементами може призвести до пошкодження або нестабільної роботи батареї.
Отже, як говорилося, струм заряду має бути близько 1 ампера. Напруга, що подається, не повинна перевищувати 5 вольт. Очікувані розміри плати зарядного пристрою, не великі, близько 25 х 19 х 10 мм.
Усі необхідні елементи показані на схемі. Як приймач 5 вольт служить гніздо під міні USB, але ваша фантазія не обмежена. Можна хоч прямо впаяти дроти від адаптера 5 v.
- Амперметр може бути підключений тільки до входу +5 v.
- Їли вхідна напруга, все ж таки буде трохи більше, то струм заряду відповідно теж буде більшим. Але це нічого страшного, тому що мікрочіп MCP73831 відсіче зайву напругу на виході.
- Також мікросхема припинить зарядку при досягненні акумулятором напруги в 3,7 v.
- Найкраще, щоб зарядний струм становив 35 - 37% від ємності акумулятора, що заряджається. Тобто якщо АКБ на 1000 мА, то струм заряду має бути близько 400 мА.
Готові хустки під пайку:
Так виглядає готова плата зарядного пристрою літій іонних акумуляторів.
Нагадаю, розміри мають вийти близько 25 х 19 х 10 мм.
Хоча схема вкрай проста в розробці та складанні і зібрати її не складе особливих труднощів, вважаю за необхідне вас повідомити, що цю схему ви можете придбати за ціною не більше $2, як ви вже здогадалися, у китайців. 
Кріпити ж банку акумулятора можна, наприклад, за допомогою неодимових магнітів, а також дивіться інші варіанти кріплення контактів для банкових акумуляторів
На цьому все скоро покажу інші і схеми балансуючих зарядних пристроїв.
Data Sheet MCP73831, довідкові дані |
Детальний опис мікроскладання від фірми виробника - Довідник. Мікросхема розташована у зручному корпусі SOT-23-5. З довідкових даних, струм заряду заданий - 250ма
Типова схема включення в ролі зарядного пристрою, рекомендована МікроЧіп:
Плюсом такої схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують зарядний струм. У цьому випадку він задається резистором, підключеним до п'ятого піна мікросхеми. Його опір лежить в інтервалі від 2 до 10 кОм.
Зарядка в зборі на малюнку нижче, як бачите дуже мініатюрна та компактна:
Мікросхема в процесі роботи сильно нагрівається, але, як показали проведені випробування. Свою головну функцію виконує відмінно.
Це одна з найпростіших схем зарядних пристроїв для літій-іонних акумуляторів, яку можна зібрати своїми руками. Підходить, зокрема й для li-pol батарей.
Друковані плати 2 варіанти під схему вище, можна тут:
Під час тесту готового складання: розпочав зарядку двох літієвих батарей типу 18650 загальною ємністю 4,4 а/год. розрядив їх до 3,2 вольт і підключив зарядку, зачекав хвилин 10 і виміряв температуру мікроскладання термопарою - 67 градусів. Якщо вірити довіднику то максимальна нормальна робоча температура для даної мікросхеми 85 градусів, так що вважаю, що такий нагрівання цілком нормальним, тим більше що в процесі зарядки температура буде знижуватися так як акумулятор буде заряджатися меншим струмом, але більше 500мА я б не ризикнув тягнути з неї без радіатора.
Зарядний струм літієвого акумулятора може налаштовуватись у широкому діапазоні за допомогою зовнішніх опорів. Світлодіодний індикатор показує стан, коли батарея повністю заряджена. Максимальна зарядна напруга встановлюється в межах з 4,1 до 4,5 вольт, зазвичай вибирають 4,2 - це стандарт для більшості існуючих літієвих акумуляторів. Для різних мікроскладання серії воно складає: MCP73831-2 4,2 В, MCP73831-3 4.3, MCP73831-4 4.4В, MCP73831-5 - 4,5 вольт. Усього два опори, парочка конденсаторів, індикаторний світлодіод - і ось зарядний пристрій повністю готовий.
Оцінка характеристик того чи іншого зарядного пристрою важко без розуміння того, як власне повинен протікати зразковий заряд li-ion акумулятора. Тому перш ніж перейти безпосередньо до схем, давайте трохи згадаємо теорію.
Якими бувають літієві акумулятори
Залежно від того, з якого матеріалу виготовлений позитивний електрод літієвого акумулятора, існує кілька різновидів:
- з катодом із кобальтату літію;
- з катодом на основі літованого фосфату заліза;
- на основі нікель-кобальт-алюмінію;
- на основі нікель-кобальт-марганцю.
У всіх цих акумуляторів є свої особливості, але так як для широкого споживача ці нюанси не мають принципового значення, у цій статті вони не розглядатимуться.
Також всі li-ion акумулятори виробляють у різних типорозмірах та форм-факторах. Вони можуть бути як у корпусному виконанні (наприклад, популярні сьогодні 18650), так і в ламінованому або призматичному виконанні (гель-полімерні акумулятори). Останні є герметично запаяні пакети з особливої плівки, в яких знаходяться електроди і електродна маса.
Найбільш поширені типорозміри li-ion акумуляторів наведені в таблиці нижче (всі вони мають номінальну напругу 3.7 вольта):
| Позначення | Типорозмір | Подібний типорозмір |
|---|---|---|
| XXYY0, де XX- Вказівка діаметра в мм, YY- значення довжини в мм, 0 - відбиває виконання у вигляді циліндра |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø відповідає ААА, але на половину довжини) | |
| 10280 | ||
| 10430 | ААА | |
| 10440 | ААА | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø АА, довжина CR2 | |
| 14430 | Ø 14 мм (як у АА), але довжина менша | |
| 14500 | АА | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (або 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (або 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (або 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | З | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Внутрішні електрохімічні процеси протікають однаково і не залежать від форм-фактора та виконання АКБ, тому все, сказане нижче, однаково відноситься до всіх літієвих акумуляторів.
Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори
Найбільш правильним способом заряду літієвих акумуляторів є заряд у два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sony у всіх своїх зарядниках. Незважаючи на більш складний контролер заряду, це забезпечує повніший заряд li-ion акумуляторів, не знижуючи термін їхньої служби.
Тут йдеться про двоетапний профіль заряду літієвих акумуляторів, скорочено іменованим CC/CV (constant current, constant voltage). Є ще варіанти з іпульсним та ступінчастим струмами, але в цій статті вони не розглядаються. Докладніше про зарядку імпульсним струмом можна прочитати.
Отже, розглянемо обидва етапи заряду докладніше.
1. На першому етапіповинен забезпечуватись постійний струм заряду. Розмір струму становить 0.2-0.5С. Для прискореного заряду допускається збільшення струму до 0.5-1.0С (де - це ємність акумулятора).
Наприклад, для акумулятора ємністю 3000 мА/год, номінальний струм заряду першому етапі дорівнює 600-1500 мА, а струм прискореного заряду може лежати не більше 1.5-3А.
Для забезпечення постійного зарядного струму заданої величини схема зарядного пристрою (ЗП) повинна вміти піднімати напругу на клемах акумулятора. На першому етапі ЗУ працює як класичний стабілізатор струму.
Важливо:якщо планується заряд акумуляторів із вбудованою платою захисту (PCB), то при конструюванні схеми ЗУ необхідно переконатися, що напруга холостого ходу схеми ніколи не зможе перевищити 6-7 вольт. В іншому випадку плата захисту може вийти з ладу.
У момент, коли напруга на акумуляторі підніметься до значення 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності (конкретне значення ємності залежить від струму заряду: при прискореному заряді трохи менше, при номінальному - трохи більше). Цей момент є закінченням першого етапу заряду і є сигналом для переходу до другого (і останнього) етапу.
2. Другий етап заряду- це заряд акумулятора постійною напругою, але струмом, що поступово знижується (падаючим).
На цьому етапі ЗП підтримує на акумуляторі напругу 4.15-4.25 вольта та контролює значення струму.
У міру набору ємності зарядний струм буде знижуватися. Як його значення зменшиться до 0.05-0.01С, процес заряду вважається закінченим.
Важливим нюансом роботи правильного зарядного пристрою є повне відключення від акумулятора після закінчення зарядки. Це пов'язано з тим, що для літієвих акумуляторів є вкрай небажаним їхнє тривале перебування під підвищеною напругою, що зазвичай забезпечує ЗП (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складу акумулятора і, як наслідок, зниження його ємності. Під тривалим перебуванням мається на увазі десятки годин і більше.
За час другого етапу заряду акумулятор встигає набрати ще приблизно 0.1-0.15 своєї ємності. Загальний заряд акумулятора у такий спосіб досягає 90-95%, що є відмінним показником.
Ми розглянули два основні етапи заряду. Однак, висвітлення питання заряджання літієвих акумуляторів було б неповним, якби не було згадано ще один етап заряду - т.зв. передзаряд.
Попередній етап заряду (передзаряд)- цей етап використовується лише для глибоко розряджених акумуляторів (нижче 2.5 В) для виведення їх на нормальний експлуатаційний режим.
На цьому етапі заряд забезпечується постійним струмом зниженої величини доти, доки напруга на акумуляторі не досягне значення 2.8 Ст.
Попередній етап необхідний для запобігання спучування та розгерметизації (або навіть вибуху з займанням) пошкоджених акумуляторів, що мають, наприклад, внутрішнє коротке замикання між електродами. Якщо через такий акумулятор відразу пропустити великий струм заряду, це неминуче призведе до його розігріву, а як пощастить.
Ще одна користь передзаряду - це попередній прогрів акумулятора, що актуально при заряді при низьких температурах навколишнього середовища (у приміщенні, що не опалюється, в холодну пору року).
Інтелектуальна зарядка повинна вміти контролювати напругу на акумуляторі під час попереднього етапу заряду і, якщо напруга тривалий час не піднімається, робити висновок про несправність акумулятора.
Усі етапи заряду літій-іонного акумулятора (включаючи етап передзаряду) схематично зображені на цьому графіку: 
Перевищення номінальної зарядної напруги на 0,15В може скоротити термін служби акумулятора вдвічі. Зниження напруги заряду на 0,1 вольт зменшує ємність зарядженої батареї приблизно на 10%, але значно продовжує термін служби. Напруга повністю зарядженого акумулятора після вилучення його із зарядного пристрою становить 4.1-4.15 вольта.
Резюмую сказане вище, позначимо основні тези:
1. Яким струмом заряджати акумулятор li-ion (наприклад, 18650 або будь-який інший)?
Струм буде залежати від того, як швидко ви хотіли б його зарядити і може лежати в межах від 0.2С до 1С.
Наприклад, для акумулятора типорозміру 18650 ємністю 3400 мА/год мінімальний струм заряду становить 680 мА, а максимальний - 3400 мА.
2. Скільки часу потрібно заряджати, наприклад, акумуляторні батареї 18650?
Час заряду залежить від струму заряду і розраховується за формулою:
T = З/I зар.
Наприклад, час заряду акумулятора ємністю 3400 мА/год струмом в 1А складе близько 3.5 годин.
3. Як правильно зарядити літій-полімерний акумулятор?
Будь-які літієві акумулятори заряджаються однаково. Не важливо, літій-полімерний він чи літій-іонний. Для нас, споживачів, жодної різниці немає.
Що таке захист захисту?
Плата захисту (або PCB - power control board) призначена для захисту від короткого замикання, перезаряджання та перерозряджання літієвої батареї. Як правило, в модулі захисту також вбудована і захист від перегріву.
З метою дотримання техніки безпеки заборонено використання літієвих акумуляторів у побутових приладах, якщо в них не вбудована плата захисту. Тому у всіх акумуляторах від мобільних телефонів завжди є PCB-плата. Вихідні клеми АКБ розміщені прямо на платі: 
У цих платах використовується шестиногий контролер заряду на спеціалізованій мікрохвілі (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 та ін. аналоги). Завданням цього контролера є відключення батареї від навантаження при повному розряді батареї та відключення акумулятора від зарядки при досягненні 4,25В.
Ось, наприклад, схема плати захисту від акумулятора BP-6M, якими постачалися старі нокіївські телефони: 
Якщо говорити про 18650, то вони можуть випускатися як із платою захисту так і без неї. Модуль захисту знаходиться в районі мінусової клеми акумулятора. 
Плата підвищує довжину акумулятора на 2-3 мм. 
Акумулятори без PCB-модуля зазвичай входять до складу батарей, що комплектуються власними схемами захисту.
Будь-який акумулятор із захистом легко перетворюється на акумулятор без захисту, досить просто розпотрошити його. 
Сьогодні максимальна ємність акумулятора 18650 становить 3400 мА/ч. Акумулятори із захистом обов'язково мають відповідне позначення на корпусі (“Protected”). 
Не слід плутати PCB-плату з PCM-модулем (PCM - power charge module). Якщо перші служать лише цілям захисту акумулятора, то другі призначені для управління процесом заряду - обмежують струм заряду на заданому рівні, контролюють температуру і забезпечують весь процес. PCM-плата - це те, що ми називаємо контролером заряду.
Сподіваюся, тепер не залишилося питань, як зарядити акумулятор 18650 чи будь-який інший літієвий? Тоді переходимо до невеликої добірки готових схемотехнічних рішень зарядних пристроїв (тих контролерів заряду).
Схеми заряджання li-ion акумуляторів
Всі схеми підходять для заряджання будь-якого літієвого акумулятора, залишається тільки визначитися із зарядним струмом та елементною базою.
LM317
Схема простого зарядного пристрою на основі мікросхеми LM317 з індикатором заряду: 
Схема найпростіша, все налаштування зводиться до встановлення вихідної напруги 4.2 вольта за допомогою підстроювального резистора R8 (без підключеного акумулятора!) та встановлення струму заряду шляхом підбору резисторів R4, R6. Потужність резистора R1 – не менше 1 Ватт.
Як тільки згасне світлодіод, процес заряду можна вважати закінченим (зарядний струм до нуля ніколи не зменшиться). Не рекомендується довго тримати акумулятор у цій зарядці після того, як він повністю зарядиться.
Мікросхема lm317 широко застосовується у різних стабілізаторах напруги та струму (залежно від схеми включення). Продається на кожному кутку і коштує взагалі копійки (можна взяти 10 шт. За 55 рублів).
LM317 буває в різних корпусах: 
Призначення висновків (цоколівка): 
Аналогами мікросхеми LM317 є: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (останні два – вітчизняного виробництва).
Зарядний струм можна збільшити до 3А, якщо замість LM317 взяти LM350. Вона, щоправда, дорожче буде – 11 руб/шт.
Друкована плата та схема у зборі наведені нижче: 
Старий радянський транзистор КТ361 можна замінити на аналогічний p-n-p транзистор (наприклад, КТ3107, КТ3108 або буржуазні 2N5086, 2SA733, BC308A). Його можна взагалі забрати, якщо індикатор заряду не потрібен.
Недолік схеми: напруга живлення має бути в межах 8-12В. Це пов'язано з тим, що для нормальної роботи мікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі та напругою живлення має бути не менше 4.25 Вольт. Таким чином, від USB-порту запитати не вдасться.
MAX1555 або MAX1551
MAX1551/MAX1555 - спеціалізовані зарядні пристрої для Li+ акумуляторів, здатні працювати від USB або окремого адаптера живлення (наприклад, зарядника від телефону).
Єдина відмінність цих мікросхем – МАХ1555 видає сигнал для індикатора процесу заряду, а МАХ1551 – сигнал того, що живлення включене. Тобто. 1555 в більшості випадків все-таки краще, тому 1551 зараз вже важко знайти у продажу.
Детальний опис цих мікросхем від виробника.
Максимальна вхідна напруга від DC-адаптера – 7 В, при живленні від USB – 6 В. При зниженні напруги живлення до 3.52 В мікросхема відключається і заряд припиняється.
Мікросхема сама детектує на якому вході є напруга живлення і підключається до нього. Якщо живлення йде по ЮСБ-шині, то максимальний струм заряду обмежується 100 мА - це дозволяє встромити зарядник в USB-порт будь-якого комп'ютера, не побоюючись спалити південний міст.
При живленні від окремого блоку живлення типове значення зарядного струму становить 280 мА.
У мікросхеми вбудовано захист від перегріву. Але навіть у цьому випадку схема продовжує працювати, зменшуючи струм заряду на 17 мА на кожний градус вище за 110°C.
Є функція попереднього заряду (див. вище): доки напруга на акумуляторі знаходиться нижче 3В, мікросхема обмежує струм заряду на рівні 40 мА.
Мікросхема має 5 висновків. Ось типова схема включення: 
Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга за жодних обставин не зможе перевищити 7 вольт, можна обійтися без стабілізатора 7805.
Варіант зарядки від USB можна зібрати, наприклад, на . 
Мікросхеми не потребує ні зовнішніх діодів, ні зовнішніх транзисторів. Взагалі, звісно, шикарні мікрохи! Тільки вони маленькі надто, паяти незручно. І ще коштують дорого().
LP2951
Стабілізатор LP2951 виробляється фірмою National Semiconductors(). Він забезпечує реалізацію вбудованої функції обмеження струму та дозволяє формувати на виході схеми стабільний рівень напруги заряду літій-іонного акумулятора.
Розмір напруги заряду становить 4,08 - 4,26 вольта і виставляється резистором R3 при відключеному акумуляторі. Напруга тримається дуже точно.
Струм заряду становить 150 - 300мА, це значення обмежено внутрішніми ланцюгами мікросхеми LP2951 (залежить від виробника).
Діод застосовувати з невеликим зворотним струмом. Наприклад, він може бути будь-яким із серії 1N400X, який вдасться придбати. Діод використовується як блокувальний для запобігання зворотного струму від акумулятора в мікросхему LP2951 при відключенні вхідної напруги. 
Ця зарядка видає досить низький зарядний струм, тому який-небудь акумулятор 18650 може заряджатися всю ніч.
Мікросхему можна купити як у DIP-корпусі, так і в корпусі SOIC (вартість близько 10 рублів за штучку).
MCP73831
Мікросхема дозволяє створювати правильні зарядні пристрої, до того ж вона дешевша, ніж розкручена MAX1555. 
Типова схема включення взята з: 
Важливою перевагою схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують струм заряду. Тут струм задається резистором, підключеним до 5-го виведення мікросхеми. Його опір має лежати у діапазоні 2-10 кОм.
Зарядка у зборі виглядає так: 
Мікросхема в процесі роботи непогано так нагрівається, але це їй не заважає. Свою функцію виконує.
Ось ще один варіант друкованої плати із smd світлодіодом та роз'ємом мікро-USB: 
LTC4054 (STC4054)
Дуже проста схема, чудовий варіант! Дозволяє заряджати струмом до 800 мА (див. ). Щоправда, вона має властивість сильно нагріватися, але в цьому випадку вбудований захист від перегріву знижує струм. 
Схему можна суттєво спростити, викинувши один або навіть обидва світлодіоди з транзистором. Тоді вона виглядатиме ось так (погодьтеся, простіше нікуди: пара резисторів і один кондер): 
Один з варіантів друкованої плати доступний . Плата розрахована під елементи типорозміру 0805.
I=1000/R. Відразу великий струм виставляти не варто, спочатку подивіться, наскільки сильно грітиметься мікросхема. Я для своїх цілей взяв резистор на 2.7 ком, при цьому струм заряду вийшов близько 360 мА.
Радіатор до цієї мікросхеми навряд чи вдасться пристосувати, та й не факт, що він буде ефективним через високий тепловий опір переходу кристал-корпус. Виробник рекомендує робити тепловідведення "через висновки" - робити якомога товстіші доріжки та залишати фольгу під корпусом мікросхеми. І взагалі чим більше буде залишено "земляної" фольги, тим краще.
До речі кажучи, більша частина тепла відводиться через 3 ногу, так що можна зробити цю доріжку дуже широкою і товстою (залити її надмірною кількістю припою). 
Корпус мікросхеми LTC4054 може мати маркування LTH7 чи LTADY.
LTH7 від LTADY відрізняються тим, що перша може підняти акумулятор, що сильно сів (на якому напруга менше 2.9 вольт), а друга - ні (потрібно окремо розгойдувати).
Мікросхема вийшла дуже вдалою, тому має купу аналогів: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054 , VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Перш, ніж використовувати будь-який з аналогів, звіряйтеся по датацит.
TP4056
Мікросхема виконана в корпусі SOP-8 (див. ), має на череві металевий теплознімач не з'єднаний з контактами, що дозволяє ефективніше відводити тепло. Дозволяє заряджати акумулятор струмом до 1А (струм залежить від резистора, що струмозадає). 
Схема підключення вимагає мінімум навісних елементів: 
Схема реалізує класичний процес заряду - спочатку заряд постійним струмом, потім постійною напругою і струмом, що падає. Все по-науковому. Якщо розібрати зарядку по кроках, можна виділити кілька етапів:
- Контролює напругу підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
- Етап передзаряду (якщо акумулятор розряджено нижче 2.9 В). Заряд струмом 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) рівня 2.9 В.
- Заряджання максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
- При досягненні на батареї 4.2 В напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
- При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядний пристрій вимикається.
- Після закінчення заряджання контролер продовжує моніторинг напруги акумулятора (див. п.1). Струм, що споживається схемою моніторингу 2-3 мкА. Після падіння напруги до 4.0В, заряджання вмикається знову. І так по колу.
Струм заряду (в амперах) розраховується за формулою I=1200/R prog. Допустимий максимум - 1000 мА.
Реальний тест зарядки з акумулятором 18650 на 3400 мА/год показано на графіку: 
Гідність мікросхеми в тому, що струм заряду задається лише одним резистором. Не потрібні потужні низькоомні резистори. Плюс є індикатор процесу заряджання, а також індикація закінчення заряджання. При непідключеному акумуляторі індикатор блимає з періодичністю раз на кілька секунд.
Напруга живлення схеми має лежати не більше 4.5...8 вольт. Чим ближче до 4.5В – тим краще (так чіп менше гріється).
Перша нога використовується для підключення датчика температури, вбудованого в літій-іонну батарею (зазвичай це середнє виведення акумулятора стільникового телефону). Якщо на виводі напруга буде нижчою за 45% або вище 80% від напруги живлення, то зарядка припиняється. Якщо контроль температури вам не потрібний, просто посадіть цю ногу на землю.
Увага! Ця схема має один істотний недолік: відсутність схеми захисту від переполюсування батареї. У цьому випадку контролер гарантовано вигоряє з ладу через перевищення максимального струму. У цьому напруга живлення схеми безпосередньо потрапляє на акумулятор, що дуже небезпечно.
Печатка проста, робиться за годину на коліні. Якщо час терпить, можна замовити готові модулі. Деякі виробники готових модулів додають захист від перевантаження по струму та перерозряду ( , наприклад, можна вибрати яка плата вам потрібна - із захистом або без, та з яким роз'ємом). 
Також можна знайти готові плати з виведеним контактом під температурний датчик. Або навіть модуль зарядки з кількома запаралеленими мікросхемами TP4056 для збільшення зарядного струму та із захистом від переполюсування (приклад).
LTC1734
Теж дуже проста схема. Струм заряду задається резистором R prog (наприклад, якщо поставити резистор на 3 ком, струм дорівнюватиме 500 мА).
Мікросхеми зазвичай мають маркування на корпусі: LTRG (їх можна часто зустріти у старих телефонах від самсунгів). 
Транзистор підійде взагалі будь-який p-n-p, головне щоб він був розрахований на заданий струм зарядки.
Індикатора заряду на зазначеній схемі немає, але на LTC1734 сказано, що висновок "4" (Prog) має дві функції - установку струму і контроль закінчення заряду батареї. Для прикладу наведено схему з контролем закінчення заряду за допомогою компаратора LT1716. 
Компаратор LT1716 у цьому випадку можна замінити дешевим LM358.
TL431 + транзистор
Напевно, складно вигадати схему з більш доступних компонентів. Тут найскладніше - це знайти джерело опорної напруги TL431. Але вони настільки поширені, що зустрічаються практично всюди (рідко яке джерело живлення обходиться без цієї мікросхеми). 
Ну а транзистор TIP41 можна замінити будь-яким іншим з відповідним струмом колектора. Підійдуть навіть старі радянські КТ819, КТ805 (чи менш потужні КТ815, КТ817).
Налаштування схеми зводиться до встановлення вихідної напруги (без акумулятора!!!) за допомогою підстроювального резистора на рівні 4.2 вольта. Резистор R1 визначає максимальне значення зарядного струму.
Дана схема повноцінно реалізує двоетапний процес заряду літієвих акумуляторів - спочатку заряджання постійним струмом, потім перехід до фази стабілізації напруги і плавне зниження струму практично до нуля. Єдиний недолік - погана повторюваність схеми (примхлива в налаштуванні і вимоглива до компонентів, що використовуються).
MCP73812
Є ще одна незаслужено обділена увагою мікросхема компанії Microchip - MCP73812 (див. ). На її базі виходить дуже бюджетний варіант зарядки (і недорогий!). Весь обвіс - всього один резистор!
До речі, мікросхема виконана у зручному для паяння корпусі – SOT23-5. 
Єдиний мінус сильно гріється і немає індикації заряду. Ще вона якось не дуже надійно працює, якщо у вас малопотужне джерело живлення (яке дає просідання напруги). 
Загалом, якщо вам індикація заряду не важлива, і струм в 500 мА вас влаштовує, то МСР73812 - дуже непоганий варіант.
NCP1835
Пропонується повністю інтегроване рішення - NCP1835B, що забезпечує високу стабільність зарядної напруги (4.2±0.05 В).
Мабуть, єдиним недоліком даної мікросхеми є її мініатюрний розмір (корпус DFN-10, розмір 3х3 мм). Не кожному під силу забезпечити якісне паяння таких мініатюрних елементів. 
З незаперечних переваг хотілося б відзначити таке:
- Мінімальна кількість деталей обважування.
- Можливість заряджання повністю розрядженої батареї (передзаряд струмом 30мА);
- Визначення закінчення заряджання.
- Програмований зарядний струм – до 1000 мА.
- Індикація заряду та помилок (здатна детектувати незаряджувані батареї та сигналізувати про це).
- Захист від тривалого заряду (змінюючи ємність конденсатора С, можна задати максимальний час заряду від 6,6 до 784 хвилин).
Вартість мікросхеми не те щоб копійчана, а й не настільки велика (~1$), щоб відмовитися від її застосування. Якщо ви дружите з паяльником, я б порекомендував зупинити свій вибір на цьому варіанті.
Більш докладний опис знаходиться у .
Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера?
Так можна. Однак це вимагатиме щільного контролю за зарядним струмом та напругою.
Взагалі, зарядити АКБ, наприклад, наш 18650 без зарядного пристрою не вийде. Все одно потрібно якось обмежувати максимальний струм заряду, так що хоча б найпримітивніше ЗУ, але все ж таки буде потрібно.
Найпростіший зарядний пристрій для будь-якого літієвого акумулятора - це резистор, послідовно включений з акумулятором: 
Опір та потужність розсіювання резистора залежать від напруги джерела живлення, яке використовуватиметься для заряджання.
Давайте як приклад, розрахуємо резистор для блоку живлення напругою 5 Вольт. Заряджатимемо акумулятор 18650, ємністю 2400 мА/год.
Отже, на початку зарядки падіння напруга на резисторі становитиме:
U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта
Припустимо, що наш 5-вольтовий блок живлення розрахований на максимальний струм 1А. Найбільший струм схема буде споживати на початку заряду, коли напруга на акумуляторі мінімальна і становить 2.7-2.8 Вольта.
Увага: у цих розрахунках не враховується ймовірність того, що акумулятор може бути дуже глибоко розрядженим і напруга на ньому може бути набагато нижчою, аж до нуля.
Таким чином, опір резистора, необхідне обмеження струму на початку заряду лише на рівні 1 Ампера, має становити:
R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом
Потужність розсіювання резистора:
P r = I 2 R = 1 * 1 * 2.2 = 2.2 Вт
В самому кінці заряду акумулятора, коли напруга на ньому наблизиться до 4.2, струм заряду становитиме:
I зар = (U іп – 4.2) / R = (5 – 4.2) / 2.2 = 0.3 А
Тобто, як ми бачимо, всі значення не виходять за рамки допустимих для даного акумулятора: початковий струм не перевищує максимально допустимий струм заряду для даного акумулятора (2.4 А), а кінцевий струм перевищує струм, при якому акумулятор перестає набирати ємність ( 0.24 А).
Найголовнішим недоліком такої зарядки є необхідність постійно контролювати напругу на акумуляторі. І вручну вимкнути заряд, як тільки напруга досягне 4.2 Вольта. Справа в тому, що літієві акумулятори дуже погано переносять навіть короткочасну перенапругу - електродні маси починають швидко деградувати, що неминуче призводить до втрати ємності. Поруч із створюються всі передумови для перегріву і розгерметизації.
Якщо у ваш акумулятор вбудована плата захисту, про які йшлося трохи вище, все спрощується. Після досягнення певної напруги на акумуляторі, плата сама відключить його від зарядного пристрою. Однак такий спосіб зарядки має суттєві мінуси, про які ми розповідали у .
Захист, вбудований в акумулятор, не дозволить його перезарядити за жодних обставин. Все, що вам залишається зробити, це проконтролювати струм заряду, щоб він не перевищив допустимі значення для акумулятора (плати захисту не вміють обмежувати струм заряду, на жаль).
Заряджання за допомогою лабораторного блоку живлення
Якщо у вашому розпорядженні є блок живлення із захистом (обмеженням) по струму, то ви врятовані! Таке джерело живлення є повноцінним зарядним пристроєм, що реалізує правильний профіль заряду, про який ми писали вище (СС/СV).
Все, що потрібно зробити для заряджання li-ion - це виставити на блоці живлення 4.2 вольта і встановити бажане обмеження струму. Можна підключати акумулятор.
Спочатку, коли акумулятор ще розряджений, лабораторний блок живлення працюватиме в режимі захисту струму (тобто стабілізуватиме вихідний струм на заданому рівні). Потім, коли напруга на банку підніметься до 4.2В, блок живлення перейде в режим стабілізації напруги, а струм при цьому почне падати.
Коли струм впаде до 0.05-0.1С, акумулятор можна вважати повністю зарядженим.
Як бачите, лабораторний БП – практично ідеальний зарядний пристрій! Єдине, що він не вміє робити автоматично, це приймати рішення про повну зарядку акумулятора та відключатися. Але це дрібниця, яку навіть не варто звертати уваги.
Як заряджати літієві батареї?
І якщо ми говоримо про одноразову батарейку, не призначену для перезарядки, то правильна (і єдино правильна) відповідь на це питання - НІЯК.
Справа в тому, що будь-яка літієва батарейка (наприклад, поширена CR2032 у вигляді плоскої таблетки) характеризується наявністю внутрішнього шару, що пасивує, яким покритий літієвий анод. Цей шар запобігає хімічній реакції анода з електролітом. А подача стороннього струму руйнує вищезгаданий захисний шар, приводячи до псування елемента живлення.
До речі, якщо говорити про батарею CR2032, що незаряджається, тобто дуже схожа на неї LIR2032 - це вже повноцінний акумулятор. Її можна і потрібно заряджати. Тільки в неї напруга не 3, а 3.6В.
Про те ж, як заряджати літієві акумулятори (чи то акумулятор телефону, 18650 або будь-який інший li-ion акумулятор) йшлося на початку статті.
Для своїх останніх проектів я використав Li-Pol акумулятори від мобільних телефонів. Вони справді чудові. Висока енергетична густина, низький рівень саморозряду, немає ефекту пам'яті. Але Li-Pol акумулятори, на відміну від інших, потребують складніших зарядних пристроїв. Ви повинні не допустити перевищення зарядної напруги та перезаряджання - це може пошкодити акумулятор.
Протягом деякого часу я використовував зарядний пристрій Sparkfun LiPoly charger на базі MAX1555, і він працював дійсно добре. Єдине, що не виходило - керувати струмом заряду. Після проведення кількох дослідів я вирішив спробувати інший чіп - MCP73833.
Характерні особливості MC73833
(Скопійовано зі специфікації):
- Висока точність встановлення вихідної напруги
- Опції керування вихідною напругою
- Програмований користувачем вихідний струм до 1 А
- Два статусні виходи з відкритим стоком
- Опції передзаряду та завершення заряду
- Захист від перевищення напруги
- Вихід «заряд завершено»
Мені сподобалися можливості чіпа зі встановлення струму зарядки та статусні виходи, які у серйозних пристроях винятково корисні.
Схема
Резистором R4 встановлюється струм заряду. Я встановив цей резистор у контакти від роз'єму, щоб зручніше було змінювати струм для заряду акумуляторів інших типів. При опорі резистора 10 кОм струм заряду акумулятора дорівнює 100 мА.
Результат
Усі використані компоненти – 0805 SMD, крім чіпа MCP73833, який має корпус MSOP-10. Це була моя перша спроба виготовити пристрій із застосуванням SMD компонентів. Я використав паяльну станцію. Виявилося, що потрібно дуже точне дозування паяльної пасти. Зайвий припій необхідно видаляти спеціальним обплетенням для зняття припою.
Висновки
Наступна версія повинна мати гніздо для підключення адаптера. Два штирі незручні для підключення джерела живлення.
Примітка: як бачите, на платі є роз'єм міні-USB, щоб мати можливість для підключення зарядного пристрою до ноутбука.
Я настійно рекомендую використовувати щось типу USB хаба для перевірки будь-якого зібраного вами USB пристрою.
Я не зробив цього, і тепер маю згорілий перший макет зарядного пристрою і єдиний порт USB в ноутбуку. І хоча ОС попереджала мене "Великий струм споживання, порт буде відключено", було вже пізно. Коротше, ви попереджені.
Мікросхеми імпортні / MICROCHIP 1A Li-Ion/Li-Poly Charge mgmt controller, PG output MSOP10
| Постачальник | Виробник | Найменування | Ціна |
|---|---|---|---|
| Трієма | MCP73833-CNI/MF | 1 руб. | |
| Стандарт ЗІЗ | Microchip | MCP73833T-FCI/UN | 20 руб. |
| Дессі | Microchip | MCP73833T-FCI/UN | 72 руб. |
| LifeElectronics | Microchip | MCP73833T-FCI/MF | за запитом |
- ВЕСЬМА, ВЕСЬМА КОРИСНА СТАТТЯ АВТОМАТИЧНА ЗАРЯДКА АКУМУЛЯТОРІВ АКТУАЛЬНА.
- Мені теж сподобалося дуже актуально, а головне є практична цінність.
- Як додаткова інформація щодо акумуляторів. http://www.compitech.ru/html.cgi/arh...9/stat_116.htm
- Вірно помічено - саме практична цінність. І добавка від lllll дуже...
- Підкажіть де 2 частина, Li Ion акумулятори для роб. техніки?
- Якщо мається на увазі стаття Літій-іонні акумулятори для робототехніки. Частина 1. Введення те, по-перше, це питання треба було ставити не в цій темі, а в коментарі саме тієї статті по-друге, подивіться на дату виходу статті - вчора, 23 червня. Далі дивимося самий низ статті - Далі буде На мій погляд - все логічно. Чи все не очевидно? Ну дайте перекладачам і редакторам будь-який час для підготовки продовження.
- Мікросхема хороша, а ось як її автор статті використав мені не сподобалося, не дивно що він порт у ноуті спалив. Придивіться частину схеми роз'єму мініUSB.
- Підкажіть, як змінити схему, щоб убезпечити ЮСБ-порт при зарядці від нього? Але можна було живити зарядне та від мережевого адаптера.
- постав резистор відповідний, 3-5ком, брати буде близько 350-200мА від порту, 1ком потягне 1А струму. зібрав схему з даташиту і тепер є два питання, які ніяк не зрозумію: чому мікросхема заряджає лише до 4.10-4.13в? і як підключити лампочку, щоб вона вимикалася, коли досягнуто мінімальної для акумулятора напруги?
Простий відлякувач дворових алкоголіків. У мене під вікном у дворі – дитячий майданчик. Вдень дітлахи пораються в пісочниці, а вечорами майданчик окупували алконавти-малолітки. До пізньої ночі пиво пиячать, неподобства порушують, розмовляють матюки -
|
Деяких автомобілістів не влаштовує якість звучання штатної мультимедійної системи. У цьому випадку необов'язково змінювати в машині динаміки або аудіосистему. Ситуацію можна покращити шляхом встановлення підсилювача потужності. Підібравши пристрій під свої запити,
|
LM317T: схема блоку живлення потужного регульованого. Блок живлення - необхідна річ в арсеналі будь-якого радіоаматора. І я пропоную зібрати дуже просту, але водночас стабільну схему такого пристрою. Схема не складна, а
|
У наш бурхливий вік електроніки головними перевагами електронного виробу є малі габарити, надійність, зручність монтажу та демонтажу (розбирання обладнання), мале споживання енергії а також зручне юзабіліті (від англійської – зручність використання).
|