Mikropiiri akun latauksen valvontaan. Piirit Li-ion-akkujen suojaamiseen ylipurkautumiselta (purkausohjaimet). NCP1835B - mikropiiri Li-Ion- ja Li-Pol-akkujen lataamiseen
Tietyn laturin ominaisuuksien arvioiminen on vaikeaa ymmärtämättä, miten Li-ion-akun esimerkillisen latauksen pitäisi todellisuudessa edetä. Siksi, ennen kuin siirrymme suoraan kaavioihin, muistetaan pieni teoria.
Mitä ovat litiumparistot?
Riippuen siitä, mistä materiaalista litiumakun positiivinen elektrodi on valmistettu, on olemassa useita lajikkeita:
- litiumkoboltaattikatodilla;
- litioituun rautafosfaattiin perustuvalla katodilla;
- perustuu nikkeli-koboltti-alumiiniin;
- perustuu nikkeli-koboltti-mangaaniin.
Kaikilla näillä akuilla on omat ominaisuutensa, mutta koska nämä vivahteet eivät ole perustavanlaatuisia yleisen kuluttajan kannalta, niitä ei käsitellä tässä artikkelissa.
Lisäksi kaikkia litiumioniakkuja valmistetaan eri kokoisina ja eri muotoisina. Ne voivat olla joko koteloituja (esim. suosittu 18650 nykyään) tai laminoituja tai prismaattisia (geelipolymeeriakut). Jälkimmäiset ovat hermeettisesti suljettuja erikoiskalvosta valmistettuja pusseja, jotka sisältävät elektrodeja ja elektrodimassaa.
Li-ion-akkujen yleisimmät koot on esitetty alla olevassa taulukossa (kaikkien nimellisjännite on 3,7 volttia):
| Nimitys | Vakiokoko | Samankokoinen |
|---|---|---|
| XXYY0, Missä XX- halkaisija millimetreinä, YY- pituusarvo millimetreinä, 0 - heijastaa mallia sylinterin muodossa |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø vastaa AAA, mutta puolet pituudesta) | |
| 10280 | ||
| 10430 | AAA | |
| 10440 | AAA | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø AA, pituus CR2 | |
| 14430 | Ø 14 mm (sama kuin AA), mutta lyhyempi pituus | |
| 14500 | AA | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (tai 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (tai 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (tai 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | KANSSA | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Sisäiset sähkökemialliset prosessit etenevät samalla tavalla eivätkä riipu akun muotokertoimesta ja rakenteesta, joten kaikki alla sanottu koskee yhtä lailla kaikkia litiumakkuja.
Kuinka ladata litiumioniakkuja oikein
Oikein tapa ladata litiumakkuja on ladata kahdessa vaiheessa. Tätä menetelmää Sony käyttää kaikissa latureissaan. Monimutkaisemmasta lataussäätimestä huolimatta tämä varmistaa litiumioniakkujen täydellisemmän latauksen lyhentämättä niiden käyttöikää.
Tässä puhutaan litiumakkujen kaksivaiheisesta latausprofiilista, lyhennettynä CC/CV (vakiovirta, vakiojännite). On myös vaihtoehtoja pulssi- ja askelvirroilla, mutta niitä ei käsitellä tässä artikkelissa. Voit lukea lisää lataamisesta pulssivirralla.
Tarkastellaan siis kumpaakin latausvaihetta tarkemmin.
1. Ensimmäisessä vaiheessa Jatkuva latausvirta on varmistettava. Nykyinen arvo on 0,2-0,5C. Nopeutettua latausta varten virtaa saa nostaa 0,5-1,0 C:een (jossa C on akun kapasiteetti).
Esimerkiksi akulle, jonka kapasiteetti on 3000 mAh, nimellinen latausvirta ensimmäisessä vaiheessa on 600-1500 mA ja kiihdytetty latausvirta voi olla välillä 1,5-3A.
Tietyn arvon jatkuvan latausvirran varmistamiseksi latauspiirin on kyettävä nostamaan jännitettä akun navoissa. Itse asiassa ensimmäisessä vaiheessa laturi toimii klassisena virran stabilisaattorina.
Tärkeä: Jos aiot ladata akkuja sisäänrakennetulla suojalevyllä (PCB), niin latauspiiriä suunniteltaessa on varmistettava, että piirin avoimen piirin jännite ei koskaan saa ylittää 6-7 volttia. Muuten suojalevy voi vaurioitua.
Sillä hetkellä, kun akun jännite nousee 4,2 volttiin, akku saa noin 70-80% kapasiteetistaan (ominaiskapasiteetin arvo riippuu latausvirrasta: kiihdytetyllä latauksella se on hieman pienempi, nimellinen lataus - hieman enemmän). Tämä hetki merkitsee ensimmäisen latausvaiheen loppua ja toimii signaalina siirtymiselle toiseen (ja viimeiseen) vaiheeseen.
2. Toinen latausvaihe- tämä on akun lataamista vakiojännitteellä, mutta vähitellen laskevalla (laskevalla) virralla.
Tässä vaiheessa laturi ylläpitää 4,15-4,25 voltin jännitettä akussa ja ohjaa virran arvoa.
Kapasiteetin kasvaessa latausvirta pienenee. Heti kun sen arvo laskee 0,05-0,01 C:een, latausprosessi katsotaan päättyneeksi.
Tärkeä vivahde oikean laturin toiminnassa on sen täydellinen irrottaminen akusta latauksen päätyttyä. Tämä johtuu siitä, että litiumakkujen ei ole äärimmäisen toivottavaa, että ne pysyvät pitkään korkean jännitteen alaisena, jonka yleensä tarjoaa laturi (eli 4,18-4,24 volttia). Tämä johtaa akun kemiallisen koostumuksen nopeutuneeseen hajoamiseen ja sen seurauksena sen kapasiteetin heikkenemiseen. Pitkäaikainen oleskelu tarkoittaa kymmeniä tunteja tai enemmän.
Toisessa latausvaiheessa akku onnistuu kasvattamaan kapasiteettiaan noin 0,1-0,15 lisää. Akun kokonaislataus saavuttaa siten 90-95 %, mikä on erinomainen indikaattori.
Tarkastelimme kahta latauksen päävaihetta. Litiumakkujen latauskysymyksen kattavuus olisi kuitenkin epätäydellinen, jos toista latausvaihetta ei mainita - ns. esilataa.
Alustava latausvaihe (esilataus)- tätä vaihetta käytetään vain syväpurkautuneille akuille (alle 2,5 V) niiden saattamiseksi normaaliin toimintatilaan.
Tässä vaiheessa lataukseen tarjotaan alennettu vakiovirta, kunnes akun jännite saavuttaa 2,8 V.
Esivaihe on välttämätön, jotta estetään vaurioituneiden akkujen turpoaminen ja paineen aleneminen (tai jopa tulen aiheuttama räjähdys), joissa on esimerkiksi sisäinen oikosulku elektrodien välillä. Jos suuri latausvirta johdetaan välittömästi tällaisen akun läpi, tämä johtaa väistämättä sen kuumenemiseen, ja sitten se riippuu.
Toinen esilatauksen etu on akun esilämmitys, mikä on tärkeää ladattaessa matalissa ympäristön lämpötiloissa (kylmänä vuodenaikana lämmittämättömässä huoneessa).
Älykkään latauksen tulee pystyä tarkkailemaan akun jännitettä esilatausvaiheessa ja, jos jännite ei nouse pitkään aikaan, tehdä johtopäätös, että akku on viallinen.
Kaikki litiumioniakun latauksen vaiheet (mukaan lukien esilatausvaihe) on kuvattu kaaviomaisesti tässä kaaviossa: 
Nimellislatausjännitteen ylittäminen 0,15 V voi lyhentää akun käyttöikää puoleen. Latausjännitteen alentaminen 0,1 voltilla vähentää ladatun akun kapasiteettia noin 10 %, mutta pidentää merkittävästi sen käyttöikää. Täyteen ladatun akun jännite laturista poistamisen jälkeen on 4,1-4,15 volttia.
Sallikaa minun tehdä yhteenveto yllä olevasta ja hahmotella pääkohdat:
1. Mitä virtaa minun tulee käyttää litiumioniakun lataamiseen (esimerkiksi 18650 tai mikä tahansa muu)?
Virta riippuu siitä, kuinka nopeasti haluat ladata sen, ja se voi vaihdella 0,2 C - 1 C.
Esimerkiksi akun kooltaan 18650, jonka kapasiteetti on 3400 mAh, pienin latausvirta on 680 mA ja suurin 3400 mA.
2. Kuinka kauan esimerkiksi samojen 18650 akkujen lataaminen kestää?
Latausaika riippuu suoraan latausvirrasta ja lasketaan kaavalla:
T = C / I lataus.
Esimerkiksi 3400 mAh:n akun latausaika 1A virralla on noin 3,5 tuntia.
3. Kuinka ladata litiumpolymeeriakku oikein?
Kaikki litiumakut latautuvat samalla tavalla. Sillä ei ole väliä, onko kyseessä litiumpolymeeri vai litiumioni. Meille kuluttajille ei ole eroa.
Mikä on suojalevy?
Suojalevy (tai PCB - tehonohjauskortti) on suunniteltu suojaamaan litiumakun oikosululta, ylilataukselta ja ylipurkaukselta. Pääsääntöisesti suojamoduuleissa on myös ylikuumenemissuoja.
Litiumparistojen käyttö kodinkoneissa on turvallisuussyistä kiellettyä, ellei niissä ole sisäänrakennettua suojalevyä. Siksi kaikissa matkapuhelinakuissa on aina PCB-levy. Akun lähtöliittimet sijaitsevat suoraan kortilla: 
Nämä levyt käyttävät kuusijalkaista latausohjainta erikoislaitteessa (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 ja muut analogit). Tämän ohjaimen tehtävänä on irrottaa akku kuormasta, kun akku on täysin tyhjä, ja irrottaa akku latauksesta, kun se saavuttaa 4,25 V.
Tässä on esimerkiksi kaavio BP-6M akun suojalevystä, joka toimitettiin vanhojen Nokia-puhelimien mukana: 
Jos puhumme 18650:stä, ne voidaan valmistaa joko suojalevyllä tai ilman. Suojamoduuli sijaitsee lähellä akun negatiivista napaa. 
Levy lisää akun pituutta 2-3 mm. 
Akut, joissa ei ole PCB-moduulia, sisältyvät yleensä akkuihin, joissa on oma suojapiirinsä.
Mikä tahansa suojattu akku voi helposti muuttua akuksi ilman suojaa, sinun tarvitsee vain tyhjentää se. 
Nykyään 18650-akun maksimikapasiteetti on 3400 mAh. Suojatuilla akuilla on oltava vastaava merkintä kotelossa ("Suojattu"). 
Älä sekoita piirikorttia PCM-moduuliin (PCM - teholatausmoduuli). Jos ensimmäiset palvelevat vain akun suojaamista, jälkimmäiset on suunniteltu ohjaamaan latausprosessia - ne rajoittavat latausvirtaa tietyllä tasolla, ohjaavat lämpötilaa ja yleensä varmistavat koko prosessin. PCM-korttia kutsutaan latausohjaimeksi.
Toivottavasti nyt ei ole enää kysymyksiä, kuinka ladata 18650-akku tai jokin muu litiumakku? Sitten siirrytään pieneen valikoimaan valmiita piiriratkaisuja latureita varten (samat latausohjaimet).
Li-ion-akkujen latausjärjestelmät
Kaikki piirit soveltuvat minkä tahansa litiumakun lataamiseen, jää vain päättää latausvirta ja elementtipohja.
LM317
Kaavio yksinkertaisesta laturista, joka perustuu LM317-siruun latausilmaisimella: 
Piiri on yksinkertaisin, koko kokoonpano rajoittuu lähtöjännitteen asettamiseen 4,2 volttiin trimmausvastuksella R8 (ilman kytkettyä akkua!) ja latausvirran asettamiseen valitsemalla vastukset R4, R6. Vastuksen R1 teho on vähintään 1 watti.
Heti kun LED-valo sammuu, latausprosessi voidaan katsoa päättyneeksi (latausvirta ei koskaan laske nollaan). Ei ole suositeltavaa pitää akkua tällä latauksella pitkään sen jälkeen, kun se on ladattu täyteen.
Lm317-mikropiiriä käytetään laajalti erilaisissa jännitteen ja virran stabilaattoreissa (kytkentäpiiristä riippuen). Sitä myydään joka kulmassa ja se maksaa penniä (voit ottaa 10 kappaletta vain 55 ruplaa).
LM317 toimitetaan eri koteloissa: 
Pin-määritys (pinout): 
LM317-sirun analogit ovat: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (kaksi viimeistä ovat kotimaisia).
Latausvirtaa voidaan nostaa 3A:iin, jos otat LM350:n LM317:n sijaan. Se tulee kuitenkin kalliimmaksi - 11 ruplaa/kpl.
Painettu piirilevy ja piirikokoonpano on esitetty alla: 
Vanha Neuvostoliiton transistori KT361 voidaan korvata vastaavalla pnp-transistorilla (esimerkiksi KT3107, KT3108 tai bourgeois 2N5086, 2SA733, BC308A). Se voidaan poistaa kokonaan, jos latausilmaisinta ei tarvita.
Piirin haittapuoli: syöttöjännitteen tulee olla välillä 8-12V. Tämä johtuu siitä, että LM317-sirun normaalia toimintaa varten akkujännitteen ja syöttöjännitteen välisen eron on oltava vähintään 4,25 volttia. Siksi sitä ei voi saada virtaa USB-portista.
MAX1555 tai MAX1551
MAX1551/MAX1555 ovat erikoislatureita Li+-akuille, jotka toimivat USB:stä tai erillisestä virtalähteestä (esim. puhelimen laturi).
Ainoa ero näiden mikropiirien välillä on, että MAX1555 tuottaa signaalin, joka ilmaisee latausprosessin, ja MAX1551 tuottaa signaalin, että virta on päällä. Nuo. 1555 on edelleen suositeltava useimmissa tapauksissa, joten 1551 on nyt vaikea löytää myynnistä.
Yksityiskohtainen kuvaus näistä mikropiireistä valmistajalta on.
DC-adapterin maksimitulojännite on 7 V, kun se saa virtaa USB:stä - 6 V. Kun syöttöjännite putoaa 3,52 V:iin, mikropiiri sammuu ja lataus pysähtyy.
Mikropiiri itse tunnistaa, missä tulossa syöttöjännite on ja muodostaa yhteyden siihen. Jos virta syötetään USB-väylän kautta, enimmäislatausvirta on rajoitettu 100 mA:iin - tämän avulla voit kytkeä laturin minkä tahansa tietokoneen USB-porttiin ilman pelkoa eteläsillan polttamisesta.
Kun laite saa virtaa erillisestä virtalähteestä, tyypillinen latausvirta on 280 mA.
Siruissa on sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja. Mutta myös tässä tapauksessa piiri jatkaa toimintaansa vähentäen latausvirtaa 17 mA jokaista astetta kohti yli 110 ° C.
Siinä on esilataustoiminto (katso yllä): niin kauan kuin akun jännite on alle 3 V, mikropiiri rajoittaa latausvirran 40 mA:iin.
Mikropiirissä on 5 nastaa. Tässä on tyypillinen kytkentäkaavio: 
Jos on takuu, että sovittimen lähdön jännite ei missään olosuhteissa voi ylittää 7 volttia, voit tehdä ilman 7805-stabilisaattoria.
USB-latausvaihtoehto voidaan koota esimerkiksi tähän. 
Mikropiiri ei vaadi ulkoisia diodeja tai ulkoisia transistoreita. Yleensä tietysti upeita pieniä asioita! Vain ne ovat liian pieniä ja epämukavia juotettavaksi. Ja ne ovat myös kalliita ().
LP2951
LP2951-stabilisaattorin valmistaa National Semiconductors (). Se tarjoaa sisäänrakennetun virranrajoitustoiminnon toteutuksen ja antaa sinun luoda vakaan latausjännitetason litiumioniakulle piirin lähdössä.
Latausjännite on 4,08 - 4,26 volttia ja se asetetaan vastuksella R3, kun akku on irrotettuna. Jännite pidetään erittäin tarkasti.
Latausvirta on 150 - 300 mA, tätä arvoa rajoittavat LP2951-sirun sisäiset piirit (valmistajasta riippuen).
Käytä diodia pienellä käänteisvirralla. Se voi olla esimerkiksi mikä tahansa 1N400X-sarja, jonka voit ostaa. Diodia käytetään estodiodina estämään käänteistä virtaa akusta LP2951-sirulle, kun tulojännite on kytketty pois päältä. 
Tämä laturi tuottaa melko alhaisen latausvirran, joten mikä tahansa 18650-akku voi latautua yön yli.
Mikropiiri voidaan ostaa sekä DIP- että SOIC-paketissa (maksaa noin 10 ruplaa kappaleelta).
MCP73831
Sirun avulla voit luoda oikeat laturit, ja se on myös halvempi kuin paljon huumattu MAX1555. 
Tyypillinen kytkentäkaavio on otettu: 
Piirin tärkeä etu on matalaresistanssisten voimakkaiden vastusten puuttuminen, jotka rajoittavat latausvirtaa. Tässä virran asetetaan vastuksella, joka on kytketty mikropiirin 5. nastaan. Sen vastuksen tulisi olla välillä 2-10 kOhm.
Koottu laturi näyttää tältä: 
Mikropiiri lämpenee melko hyvin käytön aikana, mutta tämä ei näytä häiritsevän sitä. Se täyttää tehtävänsä.
Tässä on toinen versio painetusta piirilevystä, jossa on SMD-LED ja mikro-USB-liitin: 
LTC4054 (STC4054)
Erittäin yksinkertainen kaava, loistava vaihtoehto! Mahdollistaa latauksen virralla 800 mA asti (katso). Totta, se yleensä kuumenee, mutta tässä tapauksessa sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja vähentää virtaa. 
Piiriä voidaan yksinkertaistaa merkittävästi heittämällä yksi tai jopa molemmat LEDit ulos transistorilla. Sitten se näyttää tältä (sinun on myönnettävä, se ei voisi olla yksinkertaisempaa: vastuspari ja yksi kondensaattori): 
Yksi piirilevyvaihtoehdoista on saatavilla osoitteessa . Levy on suunniteltu vakiokoon 0805 elementeille.
I = 1000/R. Älä aseta suurta virtaa heti; katso ensin kuinka kuuma mikropiiri lämpenee. Omaan tarkoitukseen otin 2,7 kOhm vastuksen, ja latausvirta osoittautui noin 360 mA.
On epätodennäköistä, että on mahdollista sovittaa jäähdytin tähän mikropiiriin, eikä se ole tosiasia, että se on tehokas kidekotelon liitoksen korkean lämpövastuksen vuoksi. Valmistaja suosittelee, että jäähdytyselementti tehdään "johtojen läpi" - tehdään jäljet mahdollisimman paksuiksi ja jätetään kalvo lastun rungon alle. Yleensä mitä enemmän "maa"foliota on jäljellä, sitä parempi.
Muuten, suurin osa lämmöstä haihtuu 3. jalan kautta, joten voit tehdä tästä jäljestä erittäin leveän ja paksun (täytä se ylimääräisellä juotteella). 
LTC4054-sirupakkauksessa voi olla merkintä LTH7 tai LTADY.
LTH7 eroaa LTADY:stä siinä, että ensimmäinen pystyy nostamaan erittäin alhaisen akun (jossa jännite on alle 2,9 volttia), kun taas toinen ei (se täytyy heiluta erikseen).
Siru osoittautui erittäin onnistuneeksi, joten siinä on joukko analogeja: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, 8PT405, 8PT , 2, HX6001 , LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Ennen kuin käytät mitään analogeista, tarkista tietolomakkeet.
TP4056
Mikropiiri on tehty SOP-8-koteloon (katso), sen vatsassa on metallinen jäähdytyselementti, joka ei ole kytketty koskettimiin, mikä mahdollistaa tehokkaamman lämmönpoiston. Mahdollistaa akun lataamisen jopa 1 A:n virralla (virta riippuu virransäätövastuksesta). 
Kytkentäkaavio vaatii vähimmäismäärän ripustuselementtejä: 
Piiri toteuttaa klassisen latausprosessin - ensin lataus vakiovirralla, sitten vakiojännitteellä ja laskevalla virralla. Kaikki on tieteellistä. Jos tarkastelet latausta askel askeleelta, voit erottaa useita vaiheita:
- Kytketyn akun jännitteen valvonta (tätä tapahtuu koko ajan).
- Esilatausvaihe (jos akun varaus on alle 2,9 V). Lataa 1/10 virralla vastuksen R prog ohjelmoimasta virrasta (100 mA R prog = 1,2 kOhm) tasolle 2,9 V.
- Lataus suurimmalla vakiovirralla (1000 mA, R prog = 1,2 kOhm);
- Kun akku saavuttaa 4,2 V, akun jännite on kiinteä tälle tasolle. Latausvirran asteittainen lasku alkaa.
- Kun virta saavuttaa 1/10 vastuksen R prog ohjelmoimasta virrasta (100 mA R prog = 1,2 kOhm), laturi sammuu.
- Kun lataus on valmis, säädin jatkaa akun jännitteen valvontaa (katso kohta 1). Valvontapiirin käyttämä virta on 2-3 µA. Kun jännite putoaa 4,0 V:iin, lataus alkaa uudelleen. Ja niin edelleen ympyrässä.
Latausvirta (ampeereina) lasketaan kaavalla I=1200/R prog. Suurin sallittu jännite on 1000 mA.
Todellinen lataustesti 3400 mAh 18650 akulla näkyy kaaviossa: 
Mikropiirin etuna on, että latausvirta säädetään vain yhdellä vastuksella. Tehokkaita matalaresistanssisia vastuksia ei tarvita. Lisäksi siinä on latausprosessin ilmaisin sekä osoitus latauksen päättymisestä. Kun akkua ei ole kytketty, merkkivalo vilkkuu muutaman sekunnin välein.
Piirin syöttöjännitteen tulee olla 4,5...8 voltin sisällä. Mitä lähempänä 4,5 V, sitä parempi (joten siru lämpenee vähemmän).
Ensimmäistä jalkaa käytetään litiumioniakun (yleensä matkapuhelimen akun keskinapaan) sisäänrakennetun lämpötila-anturin kytkemiseen. Jos lähtöjännite on alle 45 % tai yli 80 % syöttöjännitteestä, lataus keskeytyy. Jos et tarvitse lämpötilan säätöä, istuta jalka maahan.
Huomio! Tällä piirillä on yksi merkittävä haittapuoli: akun käänteisen napaisuuden suojapiirin puuttuminen. Tässä tapauksessa säätimen taataan palavan loppuun maksimivirran ylityksen vuoksi. Tässä tapauksessa piirin syöttöjännite menee suoraan akkuun, mikä on erittäin vaarallista.
Sinetti on yksinkertainen ja voidaan tehdä tunnissa polvellasi. Jos aika on tärkeää, voit tilata valmiita moduuleja. Jotkut valmiiden moduulien valmistajat lisäävät suojan ylivirtaa ja ylipurkausta vastaan (voit esimerkiksi valita, minkä levyn tarvitset - suojauksella tai ilman ja millä liittimellä). 
Löydät myös valmiita levyjä, joissa on kosketin lämpötila-anturille. Tai jopa latausmoduuli, jossa on useita rinnakkaisia TP4056-mikropiirejä latausvirran lisäämiseksi ja käänteisen napaisuuden suojauksella (esimerkki).
LTC1734
Myös hyvin yksinkertainen kaava. Latausvirta asetetaan vastuksella R prog (esim. jos asennat 3 kOhm vastuksen, virta on 500 mA).
Mikropiirit on yleensä merkitty koteloon: LTRG (ne löytyvät usein vanhoista Samsung-puhelimista). 
Mikä tahansa pnp-transistori sopii, tärkeintä on, että se on suunniteltu tietylle latausvirralle.
Esitetyssä kaaviossa ei ole latausilmaisinta, mutta LTC1734:ssä sanotaan, että nastalla "4" (Prog) on kaksi toimintoa - virran asettaminen ja akun latauksen loppumisen valvonta. Esimerkiksi piiri, jossa ohjataan latauksen päättymistä LT1716-vertailijan avulla. 
LT1716-vertailija voidaan tässä tapauksessa korvata halvalla LM358:lla.
TL431 + transistori
On luultavasti vaikea keksiä piiriä, jossa käytetään edullisempia komponentteja. Vaikeinta tässä on löytää TL431-viitejännitelähde. Mutta ne ovat niin yleisiä, että niitä löytyy melkein kaikkialta (harvoin virtalähde pärjää ilman tätä mikropiiriä). 
No, TIP41-transistori voidaan korvata millä tahansa muulla sopivalla kollektorivirralla. Jopa vanha Neuvostoliiton KT819, KT805 (tai vähemmän tehokas KT815, KT817) käy.
Piirin asettaminen tarkoittaa lähtöjännitteen asettelua (ilman akkua!!!) trimmivastuksen avulla 4,2 volttiin. Vastus R1 asettaa latausvirran maksimiarvon.
Tämä piiri toteuttaa täysin kaksivaiheisen litiumakkujen latausprosessin - ensin latautuu tasavirralla, sitten siirtyy jännitteen stabilointivaiheeseen ja virran pienentäminen tasaisesti lähes nollaan. Ainoa haittapuoli on piirin huono toistettavuus (se on oikukas asennuksessa ja vaatii käytetyiltä komponenteilta).
MCP73812
Microchipistä löytyy toinenkin ansaittomasti laiminlyöty mikropiiri - MCP73812 (katso). Sen perusteella saadaan erittäin edullinen latausvaihtoehto (ja edullinen!). Koko runkosarja on vain yksi vastus!
Muuten, mikropiiri on valmistettu juotosystävällisessä pakkauksessa - SOT23-5. 
Ainoa negatiivinen asia on, että se kuumenee hyvin eikä latausilmaisua ole. Se ei myöskään jotenkin toimi kovin luotettavasti, jos sinulla on pienitehoinen virtalähde (joka aiheuttaa jännitteen pudotuksen). 
Yleensä, jos latausilmoitus ei ole sinulle tärkeä ja 500 mA:n virta sopii sinulle, MCP73812 on erittäin hyvä vaihtoehto.
NCP1835
Tarjolla on täysin integroitu ratkaisu - NCP1835B, joka tarjoaa erittäin vakaan latausjännitteen (4,2 ±0,05 V).
Ehkä tämän mikropiirin ainoa haittapuoli on sen liian pieni koko (DFN-10 kotelo, koko 3x3 mm). Kaikki eivät voi tarjota tällaisten minielementtien korkealaatuista juottamista. 
Kiistattomista eduista haluaisin mainita seuraavat:
- Vähimmäismäärä kehon osia.
- Mahdollisuus ladata täysin tyhjä akku (esilatausvirta 30 mA);
- Latauksen päättymisen määrittäminen.
- Ohjelmoitava latausvirta - jopa 1000 mA.
- Lataus- ja virheilmaisin (pystyy havaitsemaan ei-ladattavat akut ja ilmoittamaan tästä).
- Suojaus pitkäaikaista latausta vastaan (muutamalla kondensaattorin C t kapasitanssia, voit asettaa enimmäislatausajan 6,6 - 784 minuuttiin).
Mikropiirin hinta ei ole aivan halpa, mutta ei myöskään niin korkea (~ 1 dollari), että voit kieltäytyä käyttämästä sitä. Jos olet tyytyväinen juotosraudaan, suosittelen valitsemaan tämän vaihtoehdon.
Tarkempi kuvaus löytyy.
Voinko ladata litiumioniakkua ilman ohjainta?
Kyllä sinä voit. Tämä edellyttää kuitenkin latausvirran ja -jännitteen tarkkaa hallintaa.
Yleensä akkua, esimerkiksi 18650-malliamme, ei voi ladata ilman laturia. Sinun on silti rajoitettava jotenkin maksimilatausvirtaa, joten ainakin alkeellisinta muistia tarvitaan edelleen.
Yksinkertaisin laturi mille tahansa litiumakulle on vastus, joka on kytketty sarjaan akun kanssa: 
Vastuksen resistanssi ja tehohäviö riippuvat lataukseen käytettävän virtalähteen jännitteestä.
Esimerkkinä lasketaan vastus 5 voltin virtalähteelle. Lataamme 18650 akun, jonka kapasiteetti on 2400 mAh.
Joten latauksen alussa jännitehäviö vastuksen yli on:
U r = 5 - 2,8 = 2,2 volttia
Oletetaan, että 5 V virtalähteemme on mitoitettu maksimivirralle 1 A. Piiri kuluttaa suurimman virran latauksen alussa, kun akun jännite on minimaalinen ja on 2,7-2,8 volttia.
Huomio: näissä laskelmissa ei oteta huomioon mahdollisuutta, että akku voi olla hyvin syväpurkautunut ja sen jännite voi olla paljon pienempi, jopa nollaan.
Siten vastuksen vastuksen, joka tarvitaan rajoittamaan virtaa latauksen alussa 1 ampeerilla, tulisi olla:
R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ohm
Vastuksen tehohäviö:
P r = I 2 R = 1 * 1 * 2,2 = 2,2 W
Akun latauksen lopussa, kun sen jännite lähestyy 4,2 V, latausvirta on:
I lataus = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A
Eli, kuten näemme, kaikki arvot eivät ylitä tietyn akun sallittuja rajoja: alkuvirta ei ylitä tietyn akun suurinta sallittua latausvirtaa (2,4 A), ja loppuvirta ylittää virran. jolloin akun kapasiteetti ei enää kasva ( 0,24 A).
Tällaisen latauksen suurin haitta on tarve seurata jatkuvasti akun jännitettä. Ja sammuta lataus manuaalisesti heti, kun jännite saavuttaa 4,2 voltin. Tosiasia on, että litiumparistot sietävät jopa lyhytaikaista ylijännitettä erittäin huonosti - elektrodien massat alkavat hajota nopeasti, mikä väistämättä johtaa kapasiteetin menettämiseen. Samalla luodaan kaikki edellytykset ylikuumenemiselle ja paineenpoistolle.
Jos akussasi on sisäänrakennettu suojalevy, josta keskusteltiin juuri edellä, kaikki yksinkertaistuu. Kun akussa saavutetaan tietty jännite, kortti itse irrottaa sen laturista. Tällä latausmenetelmällä on kuitenkin merkittäviä haittoja, joista keskustelimme.
Akun sisäänrakennettu suojaus ei salli sen ylilatautumista missään olosuhteissa. Sinun tarvitsee vain ohjata latausvirtaa niin, että se ei ylitä tietyn akun sallittuja arvoja (suojalevyt eivät valitettavasti voi rajoittaa latausvirtaa).
Lataus laboratoriovirtalähteellä
Jos sinulla on virtalähde, jossa on virtasuoja (rajoitus), olet pelastettu! Tällainen virtalähde on jo täysimittainen laturi, joka toteuttaa oikean latausprofiilin, josta kirjoitimme yllä (CC/CV).
Li-ionin lataamiseen tarvitsee vain asettaa virtalähde 4,2 volttiin ja asettaa haluttu virtaraja. Ja voit kytkeä akun.
Aluksi, kun akku on vielä tyhjä, laboratorion virtalähde toimii virtasuojatilassa (eli stabiloi lähtövirran tietylle tasolle). Sitten, kun pankin jännite nousee asetettuun 4,2 V:iin, virtalähde siirtyy jännitteen stabilointitilaan ja virta alkaa laskea.
Kun virta putoaa 0,05-0,1 C:een, akkua voidaan pitää täyteen ladattuna.
Kuten näette, laboratorion virtalähde on melkein ihanteellinen laturi! Ainoa asia, jota se ei voi tehdä automaattisesti, on päättää ladata akku täyteen ja sammuttaa. Mutta tämä on pieni asia, johon sinun ei pitäisi edes kiinnittää huomiota.
Kuinka ladata litiumakkuja?
Ja jos puhumme kertakäyttöisestä akusta, jota ei ole tarkoitettu lataukseen, oikea (ja ainoa oikea) vastaus tähän kysymykseen on EI.
Tosiasia on, että jokaiselle litiumakulle (esimerkiksi tavalliselle CR2032:lle litteän tabletin muodossa) on ominaista sisäinen passivoiva kerros, joka peittää litiumanodin. Tämä kerros estää kemiallisen reaktion anodin ja elektrolyytin välillä. Ja ulkoisen virran syöttö tuhoaa yllä olevan suojakerroksen, mikä johtaa akun vaurioitumiseen.
Muuten, jos puhumme ei-ladattavasta CR2032-akusta, niin LIR2032, joka on hyvin samanlainen kuin se, on jo täysi akku. Se voidaan ja pitää ladata. Vain sen jännite ei ole 3, vaan 3,6 V.
Litiumakkujen lataamisesta (olipa se sitten puhelimen akku, 18650 tai mikä tahansa muu Li-ion-akku) keskusteltiin artikkelin alussa.
Ei ole mikään salaisuus, että Li-ion-akut eivät pidä syväpurkauksesta. Tämä saa ne kuihtumaan ja kuihtumaan sekä lisää sisäistä vastusta ja menettää kapasiteettia. Jotkut näytteet (joilla on suojaus) voivat jopa sukeltaa syvään horrostilaan, josta on melko ongelmallista vetää ne ulos. Siksi litiumakkuja käytettäessä on jotenkin rajoitettava niiden maksimipurkausta.
Tätä varten käytetään erityisiä piirejä, jotka irrottavat akun kuormasta oikeaan aikaan. Joskus tällaisia piirejä kutsutaan purkausohjaimiksi.
Koska Purkaussäädin ei tarkkaan ottaen ohjaa purkausvirran suuruutta, se ei ole minkäänlainen ohjain. Itse asiassa tämä on vakiintunut, mutta virheellinen nimi syväpurkaussuojapiireille.
Vastoin yleistä uskomusta, sisäänrakennettuja akkuja (piirilevyt tai PCM-moduulit) ei ole suunniteltu rajoittamaan lataus-/purkausvirtaa tai katkaisemaan kuormaa ajoissa, kun ne ovat täysin purkautuneet, tai määrittämään oikein latauksen päättymistä.
Ensinnäkin Suojalevyt eivät periaatteessa pysty rajoittamaan lataus- tai purkausvirtaa. Tämä tulee hoitaa muistiosastolla. Maksimi, mitä he voivat tehdä, on sammuttaa akku, kun kuormassa on oikosulku tai kun se ylikuumenee.
Toiseksi, Useimmat suojamoduulit sammuttavat litiumioniakun jännitteellä 2,5 volttia tai jopa vähemmän. Ja suurimmalle osalle akuista tämä on erittäin voimakas purkaus, jota ei pitäisi sallia.
Kolmas, Kiinalaiset niitataan näitä moduuleja miljoonilla... Uskotko todella, että niissä käytetään korkealaatuisia tarkkuuskomponentteja? Tai että joku siellä testaa ja säätää ne ennen akkujen asentamista? Tämä ei tietenkään pidä paikkaansa. Kiinalaisia emolevyjä valmistettaessa noudatetaan tiukasti vain yhtä periaatetta: mitä halvempi, sitä parempi. Siksi, jos suoja irrottaa akun laturista täsmälleen 4,2 ± 0,05 V jännitteellä, tämä on todennäköisemmin onnellinen onnettomuus kuin kuvio.
On hyvä, jos sinulla on PCB-moduuli, joka toimii hieman aikaisemmin (esimerkiksi 4,1 V:lla). Silloin akku ei yksinkertaisesti saavuta kymmentä prosenttia kapasiteetistaan ja se on siinä. On paljon pahempaa, jos akkua ladataan jatkuvasti, esimerkiksi 4,3 V:iin. Silloin käyttöikä lyhenee ja kapasiteetti laskee ja voi yleensä turvota.
Litiumioniakkuihin rakennettuja suojalevyjä on MAHDOLLINEN käyttää purkausrajoittimina! Ja myös latausrajoittimina. Nämä levyt on tarkoitettu vain akun hätäkatkaisuun hätätilanteissa.
Tästä syystä tarvitaan erilliset piirit latauksen rajoittamiseksi ja/tai liian syväpurkaukselta suojaamiseksi.
Tarkastelimme yksinkertaisia latureita, jotka perustuvat erillisiin komponentteihin ja erikoistuneisiin integroituihin piireihin. Ja tänään puhumme nykyisistä ratkaisuista litiumakun suojaamiseksi liialliselta purkaukselta.
Aluksi ehdotan yksinkertaista ja luotettavaa Li-ion-ylipurkaussuojapiiriä, joka koostuu vain 6 elementistä. 
Kaaviossa ilmoitetut arvot johtavat siihen, että akut irrotetaan kuormasta, kun jännite putoaa ~10 volttiin (tein suojauksen kolmelle sarjaan kytketylle 18650-paristolle metallinpaljastimessani). Voit asettaa oman sammutuskynnyksesi valitsemalla vastuksen R3.
Muuten, Li-ion-akun täysi purkausjännite on 3,0 V ja ei vähemmän.
Kenttäsiru (kuten kaaviossa tai jotain vastaavaa) voidaan kaivaa esiin vanhasta tietokoneen emolevystä, yleensä niitä on useita kerralla. TL-ku, muuten, voidaan myös ottaa sieltä.
Kondensaattori C1 tarvitaan piirin alkukäynnistykseen, kun kytkin kytketään päälle (se vetää lyhyesti hilan T1 miinusasentoon, mikä avaa transistorin ja antaa virran jännitteenjakajalle R3, R2). Lisäksi C1:n lataamisen jälkeen TL431-mikropiiri ylläpitää transistorin lukituksen avaamiseen tarvittavaa jännitettä.
Huomio! Kaaviossa esitetty IRF4905-transistori suojaa täydellisesti kolmea sarjaan kytkettyä litiumioniakkua, mutta ei sovellu suojaamaan yhtä 3,7 voltin akkua. Sanotaan, kuinka voit määrittää itse, sopiiko kenttätransistori vai ei.
Tämän piirin haittapuoli: jos kuormassa tapahtuu oikosulku (tai liian paljon kulutettua virtaa), kenttätransistori ei sulkeudu välittömästi. Reaktioaika riippuu kondensaattorin C1 kapasitanssista. Ja on täysin mahdollista, että tänä aikana jokin ehtii palaa kunnolla loppuun. Alla on esitetty piiri, joka reagoi välittömästi lyhyisiin kuormitukseen kuormitettuna: 
Kytkin SA1 tarvitaan piirin "uudelleenkäynnistämiseen" suojauksen lauenttua. Jos laitteesi suunnittelu mahdollistaa akun poistamisen lataamista varten (erilliseen laturiin), tätä kytkintä ei tarvita.
Vastuksen R1 resistanssin tulee olla sellainen, että TL431-stabilisaattori saavuttaa toimintatilan minimiakkujännitteellä - se valitaan siten, että anodi-katodivirta on vähintään 0,4 mA. Tämä aiheuttaa tämän piirin toisen haittapuolen - suojauksen lauetun jälkeen piiri kuluttaa edelleen energiaa akusta. Vaikka virta on pieni, se riittää tyhjentämään pienen akun kokonaan vain parissa kuukaudessa.
Alla oleva kaavio litiumakkujen purkauksen kotitekoisesta ohjauksesta ei sisällä tätä haittaa. Kun suoja laukeaa, laitteen kuluttama virta on niin pieni, ettei testeri edes havaitse sitä. 
Alla on nykyaikaisempi versio litiumakun purkausrajoittimesta, jossa käytetään TL431-stabilisaattoria. Tämän avulla voit ensinnäkin asettaa halutun vastekynnyksen helposti ja yksinkertaisesti, ja toiseksi piirissä on korkea lämpötilan stabiilisuus ja selkeä sammutus. Taputa ja se on siinä! 
TL-ku:n saaminen tänään ei ole ollenkaan ongelma, niitä myydään 5 kopeikalla per nippu. Vastusta R1 ei tarvitse asentaa (joissain tapauksissa se on jopa haitallista). Trimmeri R6, joka asettaa vastejännitteen, voidaan korvata vakiovastusten ketjulla valituilla vastuksilla.
Estotilasta poistumiseksi sinun on ladattava akku suojakynnyksen yläpuolella ja painettava sitten S1 "Reset" -painiketta.
Kaikkien yllä olevien järjestelmien haittana on, että järjestelmien toiminnan jatkaminen suojauksen jälkeen edellyttää käyttäjän toimia (käännä SA1 päälle ja pois päältä tai paina painiketta). Tämä on hinta, joka maksetaan yksinkertaisuudesta ja alhaisesta virrankulutuksesta lukitustilassa.
Yksinkertaisin Li-ion-ylipurkaussuojapiiri, jolla ei ole kaikkia haittoja (no, melkein kaikki), on esitetty alla: 
Tämän piirin toimintaperiaate on hyvin samanlainen kuin kaksi ensimmäistä (hyvin artikkelin alussa), mutta TL431-mikropiiriä ei ole, ja siksi sen oma virrankulutus voidaan vähentää hyvin pieniin arvoihin - noin kymmeneen mikroampeeriin. . Kytkintä tai nollauspainiketta ei myöskään tarvita, piiri kytkee akun automaattisesti kuormaan heti, kun sen yli oleva jännite ylittää esiasetetun kynnysarvon.
Kondensaattori C1 vaimentaa väärät hälytykset käytettäessä pulssikuormaa. Kaikki pienitehoiset diodit sopivat, niiden ominaisuudet ja määrä määräävät piirin käyttöjännitteen (sinun on valittava se paikallisesti).
Mitä tahansa sopivaa n-kanavaista kenttätransistoria voidaan käyttää. Pääasia, että se kestää kuormitusvirran ilman rasitusta ja pystyy avautumaan alhaisella hilalähdejännitteellä. Esimerkiksi P60N03LDG, IRLML6401 tai vastaava (katso).
Yllä oleva piiri on hyvä kaikille, mutta on yksi epämiellyttävä hetki - kenttätransistorin sujuva sulkeminen. Tämä johtuu diodien virta-jännite-ominaisuuden alkuosan tasaisuudesta.
Tämä epäkohta voidaan poistaa nykyaikaisen elementtipohjan avulla, nimittäin mikrotehojänniteilmaisimien (erittäin alhaisen virrankulutuksen tehomonitorit) avulla. Seuraava järjestelmä litiumin suojaamiseksi syväpurkaukselta on esitetty alla: 
MCP100-mikropiirejä on saatavana sekä DIP-paketteina että tasomaisina versioina. Tarpeisiimme sopii 3 voltin vaihtoehto - MCP100T-300i/TT. Tyypillinen virrankulutus estotilassa on 45 µA. Pienen tukkumyynnin hinta on noin 16 ruplaa/kpl.
On vielä parempi käyttää BD4730-näyttöä MCP100:n sijaan, koska sillä on suora lähtö, ja siksi transistori Q1 on suljettava pois piiristä (kytke mikropiirin lähtö suoraan Q2:n ja vastuksen R2 hilaan, samalla kun nostat R2:ta 47 kOhmiin).
Piirissä on käytössä mikroohminen p-kanava MOSFET IRF7210, joka kytkee helposti 10-12 A virrat. Kenttäkytkin on täysin auki jo noin 1,5 V:n hilajännitteellä ja avoimessa tilassa sen vastus on mitätön (vähemmän kuin 0,01 ohmia)! Lyhyesti sanottuna erittäin siisti transistori. Ja mikä tärkeintä, ei liian kallis.
Mielestäni viimeinen malli on lähinnä ihannetta. Jos minulla olisi rajoittamaton pääsy radiokomponentteihin, valitsisin tämän.
Pieni muutos piirissä antaa sinun käyttää N-kanavaista transistoria (sitten se kytketään negatiiviseen kuormituspiiriin): 
BD47xx-virtalähdemonitorit (valvojat, ilmaisimet) ovat koko sarja mikropiirejä, joiden vastejännitteet ovat 1,9 - 4,6 V 100 mV:n välein, joten voit aina valita ne käyttötarkoituksiisi sopiviksi.
Pieni retriitti
Mikä tahansa yllä olevista piireistä voidaan kytkeä useiden akkujen akkuun (tietysti tietyn säädön jälkeen). Kuitenkin, jos pankeilla on erilaiset kapasiteetit, heikoimmat akut purkavat jatkuvasti syväpurkauksia kauan ennen kuin piiri toimii. Siksi tällaisissa tapauksissa on aina suositeltavaa käyttää ei vain saman kapasiteetin akkuja, vaan mieluiten samasta erästä.
Ja vaikka tämä suojaus on toiminut moitteettomasti metallinpaljastimessani nyt kaksi vuotta, olisi silti paljon oikeampaa seurata jokaisen akun jännitettä henkilökohtaisesti.
Käytä aina henkilökohtaista Li-ion-akun purkaussäädintä jokaiselle purkille. Silloin mikä tahansa akkusi palvelee sinua onnellisena ikuisesti.
Kuinka valita sopiva kenttätransistori
Kaikissa yllä olevissa järjestelmissä litiumioniakkujen suojaamiseksi syväpurkaukselta käytetään kytkentätilassa toimivia MOSFET-laitteita. Samoja transistoreja käytetään yleensä ylilataussuojapiireissä, oikosulkusuojapiireissä ja muissa tapauksissa, joissa tarvitaan kuorman hallintaa.
Tietenkin, jotta piiri toimisi niin kuin sen pitäisi, kenttätransistorin on täytettävä tietyt vaatimukset. Ensin päätämme näistä vaatimuksista, ja sitten otamme pari transistoria ja määritämme niiden tietosivujen (teknisten ominaisuuksien) perusteella, sopivatko ne meille vai eivät.
Huomio! Emme ota huomioon FET:ien dynaamisia ominaisuuksia, kuten kytkentänopeutta, hilakapasitanssia ja maksimipulssivirtaa. Näistä parametreista tulee erittäin tärkeitä, kun transistori toimii korkeilla taajuuksilla (invertterit, generaattorit, PWM-modulaattorit jne.), mutta tämän aiheen käsittely ei kuulu tämän artikkelin piiriin.
Joten meidän on välittömästi päätettävä piiri, jonka haluamme koota. Siksi ensimmäinen vaatimus kenttätransistorille - sen täytyy olla oikeaa tyyppiä(joko N- tai P-kanava). Tämä on ensimmäinen.
Oletetaan, että maksimivirta (kuormitusvirta tai latausvirta - ei väliä) ei ylitä 3A. Tämä johtaa toiseen vaatimukseen - kenttätyöntekijän on kestettävä tällainen virta pitkään.
Kolmas. Oletetaan, että piirimme suojaa 18650-akkua syväpurkaukselta (yksi pankki). Siksi voimme välittömästi päättää käyttöjännitteistä: 3,0 - 4,3 volttia. tarkoittaa, suurin sallittu nielulähteen jännite U ds sen pitäisi olla yli 4,3 volttia.
Viimeinen väite on kuitenkin totta vain, jos käytetään vain yhtä litiumakkupankkia (tai useita rinnakkain kytkettyjä). Jos kuormasi virtalähteenä käytetään useiden sarjaan kytkettyjen akkujen akkua, niin transistorin suurimman nielulähteen jännitteen tulee ylittää koko akun kokonaisjännite.
Tässä on kuva, joka selittää asian: 
Kuten kaaviosta näkyy, 3 18650 akun sarjaan kytketylle akulle on jokaisen pankin suojapiireissä käytettävä kenttälaitteita, joiden lähdejännite U ds > 12,6 V (käytännössä sinun on otettava se marginaalilla, esimerkiksi 10 %).
Samalla tämä tarkoittaa, että kenttätransistorin on kyettävä avautumaan kokonaan (tai ainakin riittävän voimakkaasti) jo alle 3 voltin hilalähdejännitteellä U gs. Itse asiassa on parempi keskittyä pienempään jännitteeseen, esimerkiksi 2,5 volttiin, jotta marginaali jää.
Karkean (alkuperäisen) arvion saamiseksi voit katsoa tietolomakkeesta "katkaisujännite" -ilmaisimen ( Portin kynnysjännite) on jännite, jolla transistori on avautumiskynnyksellä. Tämä jännite mitataan tyypillisesti, kun nieluvirta saavuttaa 250 µA.
On selvää, että transistoria ei voida käyttää tässä tilassa, koska sen lähtöimpedanssi on edelleen liian korkea, ja se yksinkertaisesti palaa loppuun ylitehon takia. Siksi Transistorin katkaisujännitteen tulee olla pienempi kuin suojapiirin käyttöjännite. Ja mitä pienempi se on, sen parempi.
Käytännössä litiumioniakun tölkin suojaamiseksi tulisi valita kenttätransistori, jonka katkaisujännite on enintään 1,5 - 2 volttia.
Siten päävaatimukset kenttätransistoreille ovat seuraavat:
- transistorin tyyppi (p- tai n-kanava);
- suurin sallittu tyhjennysvirta;
- suurin sallittu tyhjennyslähteen jännite U ds (muista kuinka akut kytketään - sarjaan tai rinnan);
- alhainen lähtövastus tietyllä hilalähdejännitteellä U gs (yhden Li-ion-tölkin suojaamiseksi kannattaa keskittyä 2,5 volttiin);
- suurin sallittu tehohäviö.
Katsotaan nyt konkreettisia esimerkkejä. Meillä on esimerkiksi käytössämme transistorit IRF4905, IRL2505 ja IRLMS2002. Katsotaanpa niitä tarkemmin.
Esimerkki 1 - IRF4905
Avaamme tietolomakkeen ja näemme, että tämä on transistori, jossa on p-tyyppinen kanava (p-kanava). Jos olemme tähän tyytyväisiä, katsomme pidemmälle.
Suurin tyhjennysvirta on 74A. Ylimääräinen tietysti, mutta se sopii.
Viemärilähteen jännite - 55V. Ongelman ehtojen mukaan meillä on vain yksi litiumpankki, joten jännite on jopa vaadittua suurempi.
Seuraavaksi meitä kiinnostaa kysymys, mikä on nielulähteen resistanssi, kun portin avautumisjännite on 2,5 V. Katsomme datalehteä, emmekä näe näitä tietoja heti. Mutta näemme, että katkaisujännite U gs(th) on alueella 2...4 volttia. Emme ole täysin tyytyväisiä tähän.
Viimeinen vaatimus ei siis täyty hylkää transistori.
Esimerkki 2 - IRL2505
Tässä on hänen datalehtensä. Katsomme ja näemme heti, että tämä on erittäin tehokas N-kanavainen kenttälaite. Tyhjennysvirta - 104A, tyhjennyslähdejännite - 55V. Toistaiseksi kaikki on hyvin.
Tarkista jännite V gs(th) - maksimi 2,0 V. Erinomainen!
Mutta katsotaanpa, mikä vastus transistorilla on hilalähteen jännitteellä = 2,5 volttia. Katsotaanpa kaaviota: 
Osoittautuu, että 2,5 V:n hilajännitteellä ja 3A:n transistorin läpi kulkevalla virralla sen yli putoaa 3 V jännite. Ohmin lain mukaan sen vastus on tällä hetkellä 3V/3A=1Ohm.
Siten, kun akkupankin jännite on noin 3 volttia, se ei yksinkertaisesti voi syöttää 3A kuormaan, koska tätä varten kokonaiskuormitusvastuksen tulee yhdessä transistorin tyhjennyslähteen resistanssin kanssa olla 1 ohm. Ja meillä on vain yksi transistori, jonka resistanssi on jo 1 ohm.
Lisäksi tällaisella sisäisellä resistanssilla ja tietyllä virralla transistori vapauttaa tehon (3 A) 2 * 3 ohm = 9 W. Siksi sinun on asennettava patteri (TO-220-kotelo ilman patteria voi haihtua noin 0,5...1 W).
Lisähälytyskellona pitäisi olla se, että vähimmäishilajännite, jolle valmistaja on määrittänyt transistorin lähtöresistanssin, on 4V.
Tämä näyttää viittaavan siihen, että kenttätyöntekijän toimintaa jännitteellä U gs alle 4 V ei suunniteltu.
Ottaen huomioon kaikki edellä mainitut, hylkää transistori.
Esimerkki 3 - IRLMS2002
Otetaan siis kolmas ehdokkaamme laatikosta. Ja katso heti sen suorituskykyominaisuudet.
N-tyypin kanava, sanotaan, että kaikki on kunnossa.
Suurin tyhjennysvirta - 6,5 A. Sopiva.
Suurin sallittu nielulähdejännite V dss = 20V. Loistava.
Katkaisujännite - max. 1,2 volttia. Edelleen kunnossa.
Tämän transistorin lähtöresistanssin selvittämiseksi meidän ei tarvitse edes katsoa kaavioita (kuten teimme edellisessä tapauksessa) - tarvittava resistanssi annetaan heti taulukossa vain meidän hilajännitteellemme.
Litiumioniakkujen suojaus (Li-ion). Luulen, että monet teistä tietävät, että esimerkiksi matkapuhelimen akun sisällä on myös suojapiiri (suojaohjain), joka varmistaa, että akku (kenno, pankki jne...) ei ylilataudu jännitteen yli 4,2 V tai purkautuu alle 2...3 V. Suojapiiri säästää myös oikosululta irrottamalla itse tölkin kuluttajasta oikosulun sattuessa. Kun akku saavuttaa käyttöikänsä lopun, voit irrottaa ohjainkortin siitä ja heittää akun pois. Suojalevystä voi olla hyötyä toisen akun korjaamisessa, tölkin (jossa ei ole suojapiirejä) suojaamiseen tai voit yksinkertaisesti kytkeä levyn virtalähteeseen ja kokeilla sitä.
Minulla oli useita suojalevyjä akuille, jotka olivat tulleet käyttökelvottomiksi. Mutta mikropiirien merkintöjen etsiminen Internetistä ei tuottanut mitään, ikään kuin mikropiirit olisivat luokiteltu. Internetissä oli dokumentaatiota vain kenttätransistoreiden kokoonpanoista, jotka sisältyvät suojalevyihin. Katsotaanpa tyypillisen litiumioniakun suojapiirin rakennetta. Alla on suojausohjainkortti, joka on koottu VC87-ohjainpiirille ja transistorikokoonpanolle 8814 ():
Kuvassa näemme: 1 - suojaohjain (koko piirin sydän), 2 - kahden kenttätransistorin kokoonpano (kirjoitan niistä alla), 3 - vastus, joka asettaa suojaustoimintavirran (esimerkiksi oikosulku), 4 - virtalähteen kondensaattori, 5 - vastus (ohjaimen sirulle), 6 - termistori (joistakin levyistä akun lämpötilan säätämiseksi).
Tässä on toinen versio ohjaimesta (tässä levyssä ei ole termistoria), se on koottu sirulle, jonka nimi on G2JH, ja transistorikokoonpanoon 8205A ():
Kaksi kenttätransistoria tarvitaan, jotta voit ohjata erikseen akun lataussuojaa (Charge) ja purkaussuojaa (Discharge). Transistoreille oli lähes aina datalehtiä, mutta ohjainsiruille ei yhtään!! Ja eräänä päivänä törmäsin yhtäkkiä mielenkiintoiseen tietolomakkeeseen jonkinlaisesta litium-ioniakun suojausohjaimesta ().
Ja sitten, tyhjästä, ilmestyi ihme - vertailtuani datalehden piiriä suojalevyihini, tajusin: Piirit sopivat yhteen, ne ovat yksi ja sama asia, kloonisirut! Esitteen lukemisen jälkeen voit käyttää vastaavia ohjaimia kotitekoisissa tuotteissasi, ja vastuksen arvoa muuttamalla voit kasvattaa sallittua virtaa, jonka säädin voi antaa ennen suojauksen laukeamista.
Ensin sinun on päätettävä terminologiasta.
Sellaisenaan purkauslatausohjaimia ei ole. Tämä on hölynpölyä. Ei ole mitään järkeä hallita purkamista. Purkausvirta riippuu kuormasta - niin paljon kuin se tarvitsee, se kestää niin paljon. Ainoa asia, mitä sinun tarvitsee tehdä purkamisen aikana, on valvoa akun jännitettä, jotta se ei purkaudu liikaa. Tätä tarkoitusta varten he käyttävät.
Samalla erilliset ohjaimet veloittaa ei vain ole olemassa, vaan ne ovat ehdottoman välttämättömiä li-ion-akkujen latausprosessissa. He asettavat tarvittavan virran, määrittävät latauksen lopun, valvovat lämpötilaa jne. Latausohjain on olennainen osa mitä tahansa.
Kokemukseni perusteella voin sanoa, että lataus/purkausohjain tarkoittaa itse asiassa piiriä, joka suojaa akkua liian syvältä purkaukselta ja päinvastoin ylilataukselta.
Toisin sanoen, kun puhumme lataus-/purkausohjaimesta, puhumme lähes kaikkiin litiumioniakkuihin (PCB- tai PCM-moduulit) sisäänrakennetusta suojauksesta. Tässä hän on:
Ja tässä ne myös: 
On selvää, että suojalevyjä on saatavana eri muotoisina ja ne kootaan erilaisilla elektronisilla komponenteilla. Tässä artikkelissa tarkastelemme vaihtoehtoja Li-ion-akkujen suojapiireille (tai halutessasi purkaus-/latausohjaimille).
Lataus-purkausohjaimet
Koska tämä nimi on niin vakiintunut yhteiskunnassa, käytämme sitä myös. Aloitetaan ehkä DW01 (Plus) -sirun yleisimmästä versiosta.
DW01-Plus
Tällainen litiumioniakkujen suojalevy löytyy joka toisesta matkapuhelimen akusta. Päästäksesi siihen, sinun tarvitsee vain repiä irti akkuun liimattu itseliimautuva merkintä.
Itse DW01-siru on kuusijalkainen, ja kaksi kenttätransistoria on rakenteellisesti valmistettu samassa paketissa 8-jalkaisen kokoonpanon muodossa.
Pin 1 ja 3 ohjaavat purkaussuojakytkimiä (FET1) ja ylilataussuojakytkimiä (FET2). Kynnysjännitteet: 2,4 ja 4,25 volttia. Pin 2 on anturi, joka mittaa jännitehäviötä kenttätransistorien välillä, mikä suojaa ylivirralta. Transistorien siirtymäresistanssi toimii mittausshunttina, joten vastekynnyksellä on erittäin suuri hajonta tuotteesta toiseen.
Koko kaava näyttää suunnilleen tältä: 
Oikea mikropiiri, jossa on merkintä 8205A, on kenttätransistorit, jotka toimivat piirin avaimina.
S-8241-sarja
SEIKO on kehittänyt erikoissiruja suojaamaan litiumioni- ja litiumpolymeeriakkuja ylipurkautumiselta/ylilataukselta. Tölkin suojaamiseksi käytetään S-8241-sarjan integroituja piirejä. 
Ylipurkaus- ja ylilataussuojakytkimet toimivat 2,3 V:lla ja 4,35 V:lla. Virtasuoja aktivoituu, kun jännitehäviö FET1-FET2:ssa on 200 mV.
AAT8660-sarja
LV51140T
Samanlainen suojajärjestelmä yksikennoisille litiumakuille suojauksella ylipurkautumista, ylilatausta ja ylimääräisiä lataus- ja purkausvirtoja vastaan. Toteutettu käyttämällä LV51140T-sirua. 
Kynnysjännitteet: 2,5 ja 4,25 volttia. Mikropiirin toinen haara on ylivirtatunnistimen tulo (raja-arvot: 0,2V purettaessa ja -0,7V latauksen aikana). Pin 4 ei ole käytössä.
R5421N-sarja
Piirirakenne on samanlainen kuin edellisissä. Toimintatilassa mikropiiri kuluttaa noin 3 μA, estotilassa - noin 0,3 μA (merkinnässä C-kirjain) ja 1 μA (merkinnässä F-kirjain). 
R5421N-sarja sisältää useita muunnelmia, jotka eroavat vastejännitteen suuruudesta latauksen aikana. Yksityiskohdat on esitetty taulukossa:
SA57608
Toinen versio lataus-/purkausohjaimesta, vain SA57608-sirulla. 
Jännitteet, joilla mikropiiri katkaisee purkin ulkoisista piireistä, riippuvat kirjainindeksistä. Katso lisätietoja taulukosta:
SA57608 kuluttaa lepotilassa melko suurta virtaa - noin 300 µA, mikä erottaa sen edellä mainituista analogeista huonompaan suuntaan (jossa kulutettu virta on mikroampeerin murto-osien luokkaa).
LC05111CMT
Ja lopuksi tarjoamme mielenkiintoisen ratkaisun yhdeltä maailman johtajista elektronisten komponenttien valmistajalta On Semiconductor - lataus-purkausohjain LC05111CMT-sirulle. 
Ratkaisu on mielenkiintoinen siinä mielessä, että avain-MOSFETit on rakennettu itse mikropiiriin, joten lisäelementeistä on jäljellä vain pari vastusta ja yksi kondensaattori.
Sisäänrakennettujen transistorien siirtymäresistanssi on ~11 milliohmia (0,011 ohmia). Suurin lataus-/purkausvirta on 10A. Maksimijännite napojen S1 ja S2 välillä on 24 volttia (tämä on tärkeää, kun paristot yhdistetään akkuihin).
Mikropiiri on saatavana WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag -paketissa.
Piiri tarjoaa odotetusti suojan ylilataukselta/purkaukselta, ylivirtakuormalta ja ylilatausvirralta.
Latausohjaimet ja suojapiirit - mitä eroa niillä on?
On tärkeää ymmärtää, että suojamoduuli ja latausohjaimet eivät ole sama asia. Kyllä, niiden toiminnot menevät jossain määrin päällekkäin, mutta akun sisäänrakennetun suojamoduulin kutsuminen latausohjaimeksi olisi virhe. Selitän nyt mikä ero on.
Varausohjaimen tärkein tehtävä on toteuttaa oikea latausprofiili (tyypillisesti CC/CV - vakiovirta/vakiojännite). Toisin sanoen latausohjaimen on kyettävä rajoittamaan latausvirtaa tietyllä tasolla, mikä ohjaa akkuun "kaadettavan" energian määrää aikayksikköä kohti. Ylimääräistä energiaa vapautuu lämmön muodossa, joten kaikki lataussäätimet kuumenevat käytön aikana.
Tästä syystä lataussäätimiä ei koskaan rakenneta akkuun (toisin kuin suojalevyt). Ohjaimet ovat vain osa oikeaa laturia, ei mitään muuta.
Lisäksi yksikään suojakortti (tai suojamoduuli, miksi haluat sitä kutsua) ei pysty rajoittamaan latausvirtaa. Kortti ohjaa vain itse pankin jännitettä ja, jos se ylittää ennalta määrätyt rajat, avaa lähtökytkimet ja irrottaa siten pankin ulkomaailmasta. Muuten, oikosulkusuojaus toimii myös samalla periaatteella - oikosulun aikana pankin jännite laskee jyrkästi ja syväpurkaussuojapiiri laukeaa.
Litiumakkujen suojapiirien ja lataussäätimien välillä syntyi sekaannuksia vastekynnyksen (~4,2V) samankaltaisuudesta johtuen. Vain suojamoduulin tapauksessa tölkki irrotetaan kokonaan ulkoisista liittimistä, ja lataussäätimen tapauksessa se siirtyy jännitteen stabilointitilaan ja vähentää vähitellen latausvirtaa.
Hinta on 2 kpl.
Minun piti saada virtaa yhteen laitteeseen 18650 litiumakusta, joka toimii 3-4 voltilla. Tämän idean toteuttamiseksi tarvitsimme piirin, joka voi:
1 - suojaa akkua ylipurkautumiselta
2 - lataa litiumakkuja
Löysin Aliexpressistä pienen huivin, joka teki kaiken tämän eikä ollut ollenkaan kallis. 
Epäröimättä ostin heti paljon kahta tällaista lautaa hintaan 3,88 dollaria. Tietenkin, jos ostat niitä 10, löydät ne 1 dollarilla. Mutta en tarvitse 10 kpl.
2 viikon kuluttua laudat olivat käsissäni.
Kiinnostuneille pakkausten purkuprosessin ja nopean yleiskatsauksen voi katsoa täältä:
Latauspiiri on tehty erikoistuneella TP4056-ohjaimella
Kuvaus josta:
Toisesta jalasta maahan on 1,2 kOhm resistanssi (merkitty levyllä R3), muuttamalla tämän vastuksen arvoa voit muuttaa akun latausvirtaa. 
Aluksi se maksaa 1,2 kOhm, mikä tarkoittaa, että latausvirta on 1 ampeeri.
Tälle levylle voidaan liittää useita muita muuntajia. esimerkiksi jos liität tällaisen DC/DC-muuntimen 
Sitten saamme jotain tehopankin kaltaista. Koska lähtöön tulee +5V.
Ja jos liität yleisen DC/DC-muuntimen LM2577S:ään 
Sitten saamme ulostulon 4 - 26 volttia. Mikä on erittäin hyvä ja kattaa kaikki tarpeemme.
Yleensä, kun meillä on litiumakku, jopa vanhasta puhelimesta, ja tällainen kortti, saamme yleispakkauksen moniin tehtäviin laitteidemme virransyöttöä varten.
Voit katsoa videokatsauksen yksityiskohtaisesti:
Ostosuunnitelmissa +138 Lisää suosikkeihin Pidin arvostelusta +56 +153
