Мікросхема контролю заряду акумулятора. Схеми захисту Li-ion акумуляторів від перерозряду (контролери розряду). NCP1835B - мікросхема для заряду Li-Ion та Li-Pol акумуляторів
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 варто плутати PCB-плату із 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, правда, 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 з 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 і перерозряду (наприклад, можна вибрати яка плата вам потрібна - із захистом або без, і 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 товаришуєте з паяльником, я б порадив 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.
Не секрет, що Li-ion акумулятори не люблять глибокого розряду. Від цього вони хиріють і марніють, а також збільшують внутрішній опір і втрачають ємність. Деякі екземпляри (ті, які із захистом) можуть навіть поринути у глибоку сплячку, звідки їх досить проблематично витягувати. Тому при використанні літієвих акумуляторів необхідно обмежити їх максимальний розряд.
Для цього застосовують спеціальні схеми, що відключають батарею від навантаження у потрібний момент. Іноді такі схеми називають контролерами розряду.
Т.к. Контролер розряду не управляє величиною струму розряду, він, строго кажучи, ніяким контролером не є. Насправді це стала, але некоректна назва схем захисту від глибокого розряду.
Попри поширену думку, вбудовані в акумулятори (PCB-плати або PCM-модулі) не призначені ні для обмеження струму заряду/розряду, ні для своєчасного відключення навантаження при повному розряді, ні для коректного визначення моменту закінчення заряду.
По перше,плати захисту у принципі неспроможні обмежувати струм заряду чи розряду. Цим має займатися ЗП. Максимум, на що вони здатні - це вирубати акумулятор при короткому замиканні навантаження або при його перегріві.
По-друге,більшість модулів захисту відключають li-ion батарею при напрузі 2.5 Вольта чи навіть менше. А для переважної більшості акумуляторів - це дуже сильний розряд, такого взагалі не можна допускати.
По-третє,китайці клепають ці модулі мільйонами... Ви вірите, що в них використовуються якісні прецизійні компоненти? Або що їх хтось там тестує та налаштовує перед встановленням в акумулятори? Зрозуміло, це негаразд. При виробництві китайських плат неухильно дотримується лише один принцип: що дешевше - то краще. Тому якщо захист відключатиме АКБ від зарядного пристрою точно при 4.2 ± 0.05, то це, швидше, щаслива випадковість, ніж закономірність.
Добре, якщо вам дістався PCB-модуль, який спрацьовуватиме трохи раніше (наприклад, при 4.1В). Тоді акумулятор просто не добере з десяток відсотків ємності та все. Набагато гірше, якщо акумулятор постійно перезаряджатиметься, наприклад, до 4.3В. Тоді і термін служби скорочується і ємність падає і взагалі може спалахнути.
Використовувати вбудовані в літій-іонний акумулятори плати захисту як обмежувачі розряду НЕ МОЖНА! І як обмежувач заряду - теж. Ці плати призначені лише для аварійного відключення акумулятора у разі виникнення нештатних ситуацій.
Тому потрібні окремі схеми обмеження заряду та/або захисту від надто глибокого розряду.
Прості зарядні пристрої на дискретних компонентах та спеціалізованих інтегральних схемах ми розглядали. А сьогодні поговоримо про існуючі на сьогоднішній день рішення, що дозволяють захистити літієвий акумулятор від великого розряду.
Для початку пропоную просту та надійну схему захисту Li-ion від перерозряду, що складається лише з 6 елементів. 
Вказані на схемі номінали дадуть приведуть до відключення акумуляторів від навантаження при зниженні напруги до ~10 Вольт (я робив захист для 3х послідовно включених акумуляторів 18650, що стоять у моєму металошукачі). Ви можете встановити свій власний поріг відключення шляхом підбору резистора R3.
До речі, напруга повного розряду Li-ion акумулятора становить 3.0 В і не менше.
Полевик (такий як у схемі або йому подібний) можна виколупати зі старої материнської плати від комп'ютера, зазвичай їх там відразу кілька штук коштує. ТЛ-ку, до речі, теж можна взяти звідти.
Конденсатор С1 потрібен для початкового запуску схеми при включенні вимикача (він короткочасно підтягує затвор Т1 до мінусу, що відкриває транзистор і випробовує дільник напруги R3, R2). Далі, після заряду С1, необхідне відмикання транзистора напруга підтримується мікросхемою TL431.
Увага! Вказаний на схемі транзистор IRF4905 відмінно захищатиме три послідовно включені літій-іонні акумулятори, але зовсім не підійде для захисту однієї банки напругою 3.7 Вольта. Про те, як самому визначити, чи підходить польовий транзистор чи ні, йдеться.
Мінус цієї схеми: у разі КЗ в навантаженні (або занадто великого струму, що споживається), польовий транзистор закриється далеко не відразу. Час реакції залежатиме від ємності конденсатора С1. І цілком можливо, що за цей час щось встигне як слід вигоріти. Схема, що миттєво реагує на коротун у навантаженні, представлена нижче: 
Вимикач SA1 потрібний для "перезапуску" схеми після спрацьовування захисту. Якщо конструкція вашого приладу передбачає вилучення акумулятора для його заряджання (в окремому ЗУ), цей вимикач не потрібен.
Опір резистора R1 має бути таким, щоб стабілізатор TL431 виходив на робочий режим при мінімальній напрузі акумулятора - його підбирають таким чином, щоб струм анод-катод був не менше 0.4 мА. Це породжує ще один недолік цієї схеми – після спрацьовування захисту схема продовжує споживати енергію від батареї. Струм хоч і невеликий, але його цілком достатньо, щоб повністю висмоктати невеликий акумулятор за якісь пару-трійку місяців.
Нижче наведена схема саморобного контролю розряду літієвих акумуляторів позбавлена зазначеного недоліку. При спрацьовуванні захисту струм, що споживається пристроєм, настільки малий, що мій тестер його навіть не виявляє. 
Нижче представлений більш сучасний варіант обмежувача розряду літієвого акумулятора із застосуванням стабілізатора TL431. Це, по-перше, дозволяє легко і просто виставити потрібний поріг спрацьовування, а по-друге схема має високу температурну стабільність і чіткість відключення. Хлоп і все! 
Дістати ТЛ-ку сьогодні взагалі не проблема, вони продаються по 5 копійок за пучок. Резистор R1 не потрібно встановлювати (у деяких випадках він навіть шкідливий). Підстроєчник R6, що задає напругу спрацьовування, можна замінити ланцюжком з постійних резисторів з підібраними опорами.
Для виходу з режиму блокування потрібно зарядити акумулятор вище порога спрацьовування захисту, після чого натиснути кнопку S1 "Скинути".
Незручність всіх наведених вище схем полягає в тому, що для відновлення роботи схем після відходу в захист, потрібне втручання оператора (включити-вимкнути SA1 або натиснути кнопочку). Це плата за простоту та низьке споживання енергії у режимі блокування.
Найпростіша схема захисту li-ion від перерозряду, позбавлена всіх недоліків (ну майже всіх), показана нижче: 
Принцип дії цієї схеми дуже схожий на перші дві (на початку статті), але тут немає мікросхеми TL431, а тому власний струм споживання можна зменшити до дуже невеликих значень - близько десяти мікроампер. Вимикач або кнопка скидання також не потрібні, схема автоматично підключить акумулятор до навантаження, як тільки напруга на ньому перевищить задане граничне значення.
Конденсатор С1 пригнічує помилкові спрацьовування під час роботи на імпульсне навантаження. Діоди підійдуть будь-які малопотужні, саме їх характеристики та кількість визначають напругу спрацьовування схеми (доведеться підібрати за місцем).
Польовий транзистор можна використовувати будь-який n-канальний. Головне, щоб він не напружуючись витримував струм навантаження і вмів відкриватися при низькій напрузі затвор-витік. Наприклад, P60N03LDG, IRLML6401 або аналогічні (див. ).
Наведена вище схема всім хороша, але є один неприємний момент - плавне закриття польового транзистора. Це відбувається через пологість початкової ділянки вольт-амперної характеристики діодів.
Усунути цей недолік можна за допомогою сучасної елементної бази, а саме – за допомогою мікропотужних детекторів напруги (моніторів живлення з екстремально низьким енергоспоживанням). Чергова схема захисту літію від глибокого розряду представлена нижче: 
Мікросхеми MCP100 випускається як у DIP-корпусі, так і в планарному виконанні. Для наших потреб підійде 3-вольтовий варіант - MCP100T-300i/TT. Типовий струм споживання в режимі блокування - 45 мкА. Вартість дрібним оптом близько 16 руб/шт.
Ще краще замість MCP100 застосувати монітор BD4730, т.к. у нього вихід прямий і, отже, потрібно буде виключити із схеми транзистор Q1 (вихід мікросхеми з'єднати безпосередньо із затвором Q2 та резистором R2, при цьому R2 збільшити до 47 кОм).
У схемі застосовується мікроомний p-канальний MOSFET IRF7210, що без проблем комутує струми в 10-12 А. Полевик повністю відкривається вже при напрузі на затворі близько 1.5 В, у відкритому стані має мізерний опір (менше 0.01 Ом)! Коротше, дуже крутий транзистор. А, головне, не надто дорогий.
На мою думку, остання схема найбільш близька до ідеалу. Якби я мав необмежений доступ до радіодеталей, я б вибрав саме її.
Невелика зміна схеми дозволяє застосувати і N-канальний транзистор (тоді він включається до мінусового ланцюга навантаження): 
Монітори (супервізори, детектори) живлення BD47xx - це ціла лінійка мікросхем з напругою спрацьовування від 1.9 до 4.6 з кроком 100 мВ, так що можна завжди підібрати під ваші цілі.
Невеликий відступ
Будь-яку з наведених вище схем можна підключити до батареї з декількох акумуляторів (після деякої підстроювання, звичайно). Однак, якщо банки будуть мати ємність, то найслабший з акумуляторів буде постійно йти в глибокий розряд задовго до того, як схема спрацьовуватиме. Тому в таких випадках завжди рекомендується використовувати батареї не лише однакової ємності, а й бажано з однієї партії.
І хоча в моєму металодетекторі такий захист працює без нарікань вже років зо два, все ж таки набагато правильніше було б стежити за напругою на кожному акумуляторі персонально.
Завжди використовуйте персональний контролер розряду Li-ion акумулятора на кожну банку. Тоді будь-яка ваша батарея буде служити довго та щасливо.
Про те, як підібрати потрібний польовий транзистор
У всіх наведених вище схемах захисту літій-іонних акумуляторів від глибокого розряду застосовуються MOSFETи, що працюють у ключовому режимі. Такі ж транзистори зазвичай використовуються і в схемах захисту від перезаряду, захисту від КЗ та інших випадках, коли потрібно управління навантаженням.
Зрозуміло, щоб схема працювала як треба, польовий транзистор повинен задовольняти певним вимогам. Спочатку ми визначимося з цими вимогами, а потім візьмемо парочку транзисторів і за їхніми даташитами (за технічними характеристиками) визначимо, чи підходять вони нам чи ні.
Увага! Ми не розглядатимемо динамічні характеристики польових транзисторів, такі як швидкість перемикання, ємність затвора та максимальний імпульсний струм стоку. Зазначені параметри стають критично важливими під час роботи транзистора на високих частотах (інвертори, генератори, шим-модулятори тощо), проте обговорення цієї теми виходить за межі цієї статті.
Отже, ми маємо відразу ж визначитися зі схемою, яку хочемо зібрати. Звідси перша вимога до польового транзистора. він повинен бути відповідного типу(або N-або P-канальний). Це перше.
Припустимо, що максимальний струм (струм навантаження або струм заряду – не важливо) не перевищуватиме 3А. Звідси випливає друга вимога - полівик повинен тривалий час витримувати такий струм.
Третє. Допустимо наша схема забезпечуватиме захист акумулятора 18650 від глибокого розряду (однієї банки). Отже ми можемо відразу ж визначитися з робочою напругою: від 3.0 до 4.3 Вольта. Значить, максимальна допустима напруга сток-витік U dsмає бути більше ніж 4.3 Вольта.
Однак останнє твердження правильне лише у разі використання лише однієї банки літієвого акумулятора (або кількох включених паралельно). Якщо для живлення вашого навантаження буде задіяна батарея з декількох послідовно включених акумуляторів, то максимальна напруга сток-витік транзистора повинна перевищувати сумарну напругу всієї батареї.
Ось малюнок, який пояснює цей момент: 
Як видно зі схеми, для батареї з 3х послідовно включених акумуляторів 18650 у схемах захисту кожної банки необхідно застосовувати польовики з напругою сток-витік U ds > 12.6В (на практиці потрібно брати з деяким запасом, наприклад, 10%).
У той же час, це означає, що польовий транзистор повинен вміти повністю (або хоча б досить сильно) відкриватися вже при напрузі затвор-витік Ugs менше 3 Вольт. Насправді краще орієнтуватися на більш низьку напругу, наприклад, на 2.5 Вольта, щоб з запасом.
Для грубої (початкової) прикидки можна глянути в датасіті на показник "Напруга відсічення" ( Gate Threshold Voltage) - це напруга, у якому транзистор перебуває в порозі відкриття. Ця напруга, як правило, вимірюється в момент, коли струм стоку досягає 250 мкА.
Відомо, що експлуатувати транзистор у режимі не можна, т.к. його вихідний опір ще занадто великий, і він просто згорить через перевищення потужності. Тому напруга відсічення транзистора має бути меншою від робочої напруги схеми захисту. І чим воно буде менше, тим краще.
На практиці для захисту однієї банки літій-іонного акумулятора слід підбирати польовий транзистор з напругою відсічення не більше 1.5 – 2 Вольт.
Таким чином, головні вимоги до польових транзисторів такі:
- тип транзистора (p-або n-channel);
- максимально допустимий струм стоку;
- максимально допустима напруга сток-витік U ds (згадуємо, як будуть включені наші акумулятори – послідовно чи паралельно);
- низький вихідний опір при певному напруженні затвор-витік U gs (для захисту однієї банки Li-ion слід орієнтуватися на 2.5 Вольта);
- максимально допустима потужність розсіювання.
Тепер на конкретних прикладах. Ось, наприклад, у нашому розпорядженні є транзистори IRF4905, IRL2505 та IRLMS2002. Погляньмо на них ближче.
Приклад 1 - IRF4905
Відкриваємо даташит і бачимо, що це транзистор із каналом p-типу (p-channel). Якщо нас це влаштовує, дивимось далі.
Максимальний струм стоку – 74А. З надлишком, звісно, але підходить.
Напруга стік-витік - 55V. У нас за умовою завдання лише одна банка літію, тож напруга навіть більша, ніж потрібно.
Далі нас цікавить питання, яким буде опір сток-витік, при напрузі на затворі 2.5V. Дивимося в даташит і так відразу не бачимо цієї інформації. Зате бачимо, що напруга відсічки U gs(th) лежить у діапазоні 2...4 Вольта. Нас це категорично не влаштовує.
Остання вимога не виконується, тому транзистор забраковуємо.
Приклад 2 - IRL2505
Ось його даташить. Дивимося й одразу бачимо, що це дуже потужний N-канальний полевик. Струм стоку - 104А, напруга стік-витік - 55В. Поки що все влаштовує.
Перевіряємо напругу V gs(th) – максимум 2.0 В. Відмінно!
Але давайте подивимося, який опір матиме транзистор при напрузі затвор-витік = 2.5 вольта. Дивимося графік: 
Виходить, що при напрузі на затворі 2.5В і струмі через транзистор 3А, на ньому падатиме напруга 3В. Відповідно до закону Ома, його опір у цей момент становитиме 3В/3А=1Ом.
Таким чином, при напрузі на банку акумулятора близько 3 Вольт він просто не зможе віддати в навантаження 3А, так як для цього загальний опір навантаження разом з опором сток-витік транзистора повинен становити 1 Ом. А у нас лише один транзистор вже має опір 1 Ом.
До того ж за такого внутрішнього опору і заданого струму, на транзисторі виділятиметься потужність (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Тому знадобиться встановлення радіатора (корпус ТО-220 без радіатора зможе розсіювати десь 0.5...1 Вт).
Додатковим тривожним дзвінком повинен стати той факт, що мінімальна напруга затвора для якого виробник вказав вихідний опір транзистора 4В.
Це натякає на те, що експлуатація польовика при напрузі Ugs менше 4В не передбачалася.
Враховуючи все вищесказане, транзистор забраковуємо.
Приклад 3 - IRLMS2002
Отже, дістаємо із коробочки нашого третього кандидата. І відразу дивимося його ТТХ.
Канал N-типу, допустимо з цим все гаразд.
Струм стоку максимальний – 6.5 А. Підходить.
Максимально допустима напруга стік-витік V dss = 20V. Чудово.
Напруга відсічення – макс. 1.2 Вольта. Поки нормально.
Щоб дізнатися вихідний опір цього транзистора нам навіть не доведеться дивитися графіки (як ми це робили в попередньому випадку) - опір, що шукає, відразу наведено в таблиці якраз для нашої напруги на затворі.
Захист літій-іонних акумуляторів (Li-ion). Я думаю, що багато хто з вас знає, що, наприклад, всередині акумулятора від мобільного телефону є ще й схема захисту (контролер захисту), яка стежить за тим, щоб акумулятор (комірка, банку, ітд ...) не був перезаряджений вище напруги 4.2 В , або розряджений менше 2…3 У. Також схема захисту рятує від коротких замикань, відключаючи саму банку від споживача на момент короткого замикання. Коли акумулятор вичерпує термін служби, з нього можна дістати плату контролера захисту, а сам акумулятор викинути. Плата захисту може стати в нагоді для ремонту іншого акумулятора, для захисту банки (у якої немає схем захисту), або ж можна підключити плату до блоку живлення, і поекспериментувати з нею.
У мене було багато плат захисту від акумуляторів, що прийшли в непридатність. Але пошук в інеті по маркуванням мікросхем нічого не давав, наче мікросхеми засекречені. В інеті знаходилася документація лише на складання польових транзисторів, які є у складі плат захисту. Погляньмо на пристрій типової схеми захисту літій-іонного акумулятора. Нижче представлена плата контролера захисту, зібрана на мікросхемі контролера з позначенням VC87, та транзисторної збірки 8814 ():
На фото ми бачимо: 1 - контролер захисту (серце всієї схеми), 2 - складання з двох польових транзисторів (про них напишу нижче), 3 - резистор, що задає струм спрацьовування захисту (наприклад при КЗ), 4 - конденсатор живлення, 5 - резистор (на живлення мікросхеми-контролера), 6 - терморезистор (коштує деяких платах, контролю температури акумулятора).
Ось ще один варіант контролера (на цій платі терморезистор відсутній), зібраний на мікросхемі з позначенням G2JH, і на транзисторній збірці 8205A ():
Два польові транзистори потрібні для того, щоб можна було окремо керувати захистом при заряді (Charge) та захистом при розряді (Discharge) акумулятора. Даташити на транзистори знаходилися практично завжди, а ось на мікросхеми контролерів – ні в яку!! І днями раптом я натрапив на один цікавий даташит на якийсь контролер захисту літій-іонного акумулятора.
І тут, звідки не візьмись, з'явилося диво - порівнявши схему з даташита зі своїми платами захисту, я зрозумів: Схеми збігаються, це те саме, мікросхеми-клони! Прочитавши даташит, можна застосовувати подібні контролери у своїх саморобках, а змінивши номінал резистора, можна збільшити допустимий струм, який може віддати контролер до спрацьовування захисту.
Спочатку потрібно визначитися з термінологією.
Як таких контролерів розряду-заряду не існує. Це – нонсенс. Немає жодного сенсу керувати розрядом. Струм розряду залежить від навантаження - скільки їй треба, стільки воно і візьме. Єдине, що потрібно робити при розряді, - це стежити за напругою на акумуляторі, щоб не допустити його перерозряду. Для цього застосовують.
При цьому окремо контролери зарядуне тільки існують, але й необхідні для здійснення процесу зарядки li-ion акумуляторів. Саме вони задають потрібний струм, визначають момент закінчення заряду, стежать за температурою тощо. Контролер заряду є невід'ємною частиною будь-якого.
Виходячи зі свого досвіду, можу сказати, що під контролером заряду/розряду насправді розуміють схему захисту акумулятора від занадто глибокого розряду і, навпаки, перезарядження.
Іншими словами, коли говорять про контролера заряду/розряду, йдеться про вбудований майже у всі літій-іонні акумулятори захисту (PCB-або PCM-модулях). Ось вона:
І ось також вони: 
Очевидно, що плати захисту представлені у різних форм-факторах та зібрані із застосуванням різних електронних компонентів. У цій статті ми розглянемо варіанти схем захисту Li-ion акумуляторів (або, якщо хочете, контролерів розряду/заряду).
Контролери заряду-розряду
Якщо ця назва так добре зміцнилася в суспільстві, ми теж її використовуватимемо. Почнемо, мабуть, із найпоширенішого варіанту на мікросхемі DW01 (Plus).
DW01-Plus
Така захисна плата для акумуляторів li-ion зустрічається у кожному другому акумуляторі від мобільного телефону. Щоб дістатися до неї, досить просто відірвати самоклейку з написами, якою обклеєний акумулятор.
Сама мікросхема DW01 - шестинога, а два польові транзистори конструктивно виконані в одному корпусі у вигляді 8-ногого складання.
Висновок 1 і 3 – це управління ключами захисту від розряду (FET1) та перезаряду (FET2) відповідно. Порогові напруги: 2.4 та 4.25 Вольта. Висновок 2 - датчик, що вимірює падіння напруги на польових транзисторах, завдяки чому реалізовано захист від перевантаження струмом. Перехідний опір транзисторів виступає ролі вимірювального шунта, тому поріг спрацьовування має дуже великий розкид від виробу до виробу.
Вся схема виглядає приблизно так: 
Права мікросхема з маркуванням 8205А - і є польові транзистори, виконують у схемі роль ключів.
S-8241 Series
Фірма SEIKO розробила спеціалізовані мікросхеми для захисту літій-іонних та літій-полімерних акумуляторів від перерозряду/перезаряду. Для захисту однієї банки застосовуються інтегральні схеми серії S-8241. 
Ключі захисту від перерозряду та перезаряду спрацьовують відповідно при 2.3В та 4.35В. Захист струму включається при падінні напруги на FET1-FET2 рівному 200 мВ.
AAT8660 Series
LV51140T
Аналогічна схема протекції літієвих однобанкових акумуляторів із захистом від перерозряду, перезаряду, перевищення струмів заряду та розряду. Реалізована із застосуванням мікросхеми LV51140T. 
Порогові напруги: 2.5 та 4.25 Вольта. Друга ніжка мікросхеми - вхід детектора перевантаження струмом (граничні значення: 0.2В при розряді і -0.7В при зарядці). Висновок 4 не задіяний.
R5421N Series
Схемотехнічне рішення аналогічне попереднім. У робочому режимі мікросхема споживає близько 3 мкА, в режимі блокування - близько 0.3 мкА (літера С у позначенні) та 1 мкА (літера F у позначенні). 
Серія R5421N містить кілька модифікацій, що відрізняються величиною напруги спрацьовування при перезарядженні. Подробиці наведено в таблиці:
SA57608
Ще один варіант контролера заряду/розряду, тільки вже на мікросхемі SA57608. 
Напруги, у яких мікросхема відключає банку від зовнішніх ланцюгів, залежить від буквеного індексу. Подробиці див. у таблиці:
SA57608 споживає досить великий струм у сплячому режимі - близько 300 мкА, що відрізняє її від перерахованих вище аналогів в гірший бік (там споживані струми порядку часток мікроампера).
LC05111CMT
Ну і насамкінець пропонуємо цікаве рішення від одного зі світових лідерів з виробництва електронних компонентів On Semiconductor - контролер заряду-розряду на мікросхемі LC05111CMT. 
Рішення цікаво тим, що ключові MOSFET вбудовані в саму мікросхему, тому з навісних елементів залишилися тільки кілька резисторів і один конденсатор.
Перехідний опір вбудованих транзисторів становить ~11 міліом (0.011 Ом). Максимальний струм заряду/розряду – 10А. Максимальна напруга між виводами S1 та S2 – 24 Вольта (це важливо при об'єднанні акумуляторів у батареї).
Мікросхема випускається у корпусі WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.
Схема, як і очікувалося, забезпечує захист від перезаряджання/розряду, від перевищення струму в навантаженні та від надмірного зарядного струму.
Контролери заряду та схеми захисту – у чому різниця?
Важливо розуміти, що модуль захисту та контролери заряду - це не одне й те саме. Так, їх функції до певної міри перетинаються, але називати вбудований в акумулятор модуль захисту контролером заряду було б помилкою. Зараз поясню у чому різниця.
Найважливіша роль будь-якого контролера заряду полягає у реалізації правильного профілю заряду (як правило, це CC/CV - постійний струм/постійна напруга). Тобто контролер заряду повинен вміти обмежувати струм зарядки на заданому рівні, тим самим контролюючи кількість енергії, що "заливається" в батарею в одиницю часу. Надлишок енергії виділяється у вигляді тепла, тому будь-який контролер заряду у процесі роботи досить сильно розігрівається.
Тому контролери заряду ніколи не вбудовують в акумулятор (на відміну від плат захисту). Контролери просто є частиною правильного зарядного пристрою та не більше.
Крім того, жодна плата захисту (або модуль захисту, називайте як хочете) не здатна обмежувати струм заряду. Плата лише контролює напруга на самій банку і у разі виходу його за заздалегідь встановлені межі, розмикає вихідні ключі, відключаючи тим самим банку від зовнішнього світу. До речі, захист від КЗ теж працює за таким самим принципом - при короткому замиканні напруга на банку різко просаджується і спрацьовує схема захисту від глибокого розряду.
Плутанина між схемами захисту літієвих акумуляторів і контролерів заряду виникла через схожість порога спрацьовування (~4.2В). Тільки у випадку з модулем захисту відбувається повне відключення банки від зовнішніх клем, а у випадку з контролером заряду відбувається перемикання в режим стабілізації напруги та поступового зниження зарядного струму.
Цін вказано за 2 штуки.
Знадобилося мені запитувати від літієвого АКБ 18650 один пристрій, який працює від 3-4 вольт. Для втілення цієї ідеї знадобилася схема, яка вміє:
1 - захищати АКБ від перерозряду
2 - заряджати літієві АКБ
На Аліекспресі було знайдено маленьку хустку, яка все це робила і коштувала зовсім не дорого. 
Не довго думаючи одразу купив лот із двох таких плат за $3.88. Звичайно, якщо купити їх 10 штук, можна знайти і по 1 долару. Але мені 10 штук не треба.
Через два тижні плати були у мене в руках.
Кому цікаво, то процес розпаковування та побіжний огляд можна подивитися тут:
Схема заряду виконана на спеціалізованому контролері TP4056
Опис якого:
З другої ноги на "землю" йде опір 1.2 кОм (на платі позначено R3), змінюючи номінал цього опору, можна змінювати струм заряду акумулятора. 
Спочатку коштує 1.2 кОм, отже струм заряду дорівнює 1 Амперу.
До цієї плати можна підключати різні інші перетворювачі. наприклад, якщо підключити такий DC/DC перетворювач 
То отримаємо щось на кшталт повербанку. Так як на виході ми будемо +5в.
А якщо підключити універсальний перетворювач, що підвищує DC/DC, на LM2577S 
То отримаємо на виході від 4 до 26 вольт. Що дуже добре, і перекриє всі наші потреби.
Загалом, маючи літієвий АКБ, навіть від старого телефону і таку плату, ми отримуємо універсальний комплект для багатьох завдань живлення наших пристроїв.
Детально можна переглянути у відео-огляді:
Планую купити +138 Додати в обране Огляд сподобався +56 +153
