Схема заряда аккумулятора. Зарядные устройства для аккумуляторов: схемы, принципы работы и инструкции по изготовлению

Как работают зарядные устройства для аккумуляторов. Какие существуют схемы зарядных устройств. Как самостоятельно изготовить зарядное устройство для аккумулятора. Основные принципы и нюансы зарядки различных типов аккумуляторов.

Основные принципы работы зарядных устройств для аккумуляторов

Зарядное устройство (ЗУ) для аккумуляторов — это электронное устройство, предназначенное для восполнения заряда аккумуляторных батарей путем пропускания через них электрического тока. Основные принципы работы ЗУ:

• Преобразование переменного тока сети в постоянный ток заряда
• Стабилизация зарядного тока и напряжения
• Контроль процесса заряда и отключение по достижении полного заряда
• Защита от перезаряда, короткого замыкания и неправильной полярности

Как правильно заряжать аккумуляторы разных типов? Основные рекомендации:

• Свинцово-кислотные: зарядка постоянным током до напряжения 2.3-2.4 В на элемент
• Литий-ионные: постоянный ток до 4.2 В на элемент, затем постоянное напряжение
• Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные: импульсная зарядка с контролем температуры

Схемы простых зарядных устройств для аккумуляторов

Рассмотрим несколько схем простых зарядных устройств, которые можно изготовить самостоятельно:

1. Бестрансформаторное ЗУ на конденсаторе

Простейшая схема ЗУ без трансформатора:

• Конденсатор C1 ограничивает зарядный ток
• Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет ток
• Резистор R1 разряжает конденсатор при отключении

Ток заряда зависит от емкости C1. Для зарядки 12В аккумулятора током 100 мА подойдет конденсатор 1-2 мкФ на 400В.

2. Трансформаторное ЗУ со стабилизацией тока

Более совершенная схема с трансформатором и стабилизацией тока:

• Трансформатор понижает сетевое напряжение
• Диодный мост выпрямляет ток
• Транзистор VT1 стабилизирует ток заряда
• Резистор R3 задает ток стабилизации

Такая схема обеспечивает стабильный ток заряда независимо от напряжения аккумулятора.

Зарядное устройство с контролем процесса заряда

Более сложная схема ЗУ с автоматическим контролем процесса заряда:

• Микроконтроллер управляет процессом заряда
• Измеряется напряжение и ток аккумулятора
• Заряд прекращается при достижении полного заряда
• Имеется защита от перегрева и перезаряда

Такое ЗУ обеспечивает оптимальные режимы заряда для различных типов аккумуляторов.

Как правильно заряжать различные типы аккумуляторов

Для каждого типа аккумуляторов существуют свои оптимальные режимы заряда:

Свинцово-кислотные аккумуляторы:

• Ток заряда: 0.1-0.3C (где C — емкость аккумулятора)
• Напряжение заряда: 2.3-2.4В на элемент
• Время заряда: 10-16 часов

Литий-ионные аккумуляторы:

• Ток заряда: 0.5-1C
• Напряжение заряда: 4.2В на элемент
• Заряд постоянным током до 4.2В, затем постоянным напряжением

Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные:

• Импульсный режим заряда
• Ток заряда: 0.5-1C
• Контроль температуры и напряжения
• Прекращение заряда по ΔV или ΔT

Правильный выбор режима заряда обеспечивает максимальный срок службы аккумуляторов.

Меры безопасности при изготовлении и использовании зарядных устройств

При самостоятельном изготовлении и использовании зарядных устройств необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать качественные компоненты с соответствующими номиналами
• Обеспечить надежную изоляцию силовых цепей
• Не превышать максимально допустимые токи и напряжения
• Использовать предохранители для защиты от короткого замыкания
• Обеспечить хорошую вентиляцию во избежание перегрева
• Не оставлять работающее ЗУ без присмотра
• Заряжать аккумуляторы только в хорошо проветриваемом помещении

Соблюдение этих мер позволит безопасно изготовить и использовать зарядное устройство для аккумуляторов.

Выбор компонентов для сборки зарядного устройства

При самостоятельной сборке зарядного устройства важно правильно подобрать компоненты:

• Трансформатор: мощность на 20-30% больше расчетной
• Диоды: прямой ток в 2-3 раза больше зарядного
• Транзисторы: рассчитаны на максимальный ток и напряжение с запасом
• Конденсаторы: низкий ESR, высокое рабочее напряжение
• Резисторы: мощность с двукратным запасом
• Радиаторы: обеспечивают эффективный отвод тепла

Качественные компоненты обеспечат надежную и безопасную работу зарядного устройства.

Настройка и тестирование собранного зарядного устройства

После сборки зарядное устройство необходимо настроить и протестировать:

1. Проверить отсутствие короткого замыкания
2. Измерить выходное напряжение без нагрузки
3. Настроить ограничение тока заряда
4. Проверить работу защиты от перегрузки
5. Измерить пульсации выходного напряжения
6. Протестировать на реальном аккумуляторе
7. Проверить нагрев компонентов под нагрузкой

Тщательная настройка и тестирование гарантируют правильную и безопасную работу собранного зарядного устройства.

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Успешный пуск автомобильного двигателя во многом зависит от состояния заряда аккумулятора. Регулярно проверять напряжение на клеммах с помощью мультиметра – неудобно. Гораздо практичнее воспользоваться цифровым или аналоговым индикатором, расположенным рядом с приборной панелью. Простейший индикатор заряда аккумулятора можно сделать своими руками, в котором пять светодиодов помогают отслеживать постепенный разряд либо заряд батареи.

Принципиальная схема

Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт.

Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.

Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.

Принцип работы

Работает схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах следующим образом. Застабилизированное с помощью резистора R7 и стабилитрона VD2 напряжение 6,2 вольт поступает на резистивный делитель, собранный из R8-R12. Как видно из схемы между каждой парой этих резисторов формируются опорные напряжения разного уровня, которые поступают на прямые входы компараторов. В свою очередь, инверсные входы объединены между собой и через резисторы R5 и R6 подключены к клеммам аккумуляторной батарее (АКБ).

В процессе заряда (разряда) аккумулятора постепенно изменяется напряжение на инверсных входах, что приводит к поочередному переключению компараторов. Рассмотрим работу операционного усилителя OP1, который отвечает за индикацию максимального уровня заряда АКБ. Зададим условие, если заряженный аккумулятор имеет напряжение 13,5 В, то последний светодиод начинает гореть. Пороговое напряжение на его прямом входе, при котором засветится этот светодиод, рассчитаем по формуле:
U_OP1+ = U_{СТ VD2} – U_R8,
U_{СТ VD2} =U_R8+ U_R9+ U_R10+ U_R11+ U_R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U_{СТ VD2} /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U_R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U_OP1+ = 6,2-1,7 = 4,5 В

Это означает, что при достижении на инверсном входе потенциала величиной более 4,5 вольт компаратор OP1 переключится и на его выходе появится низкий уровень напряжения, а светодиод засветится. По указанным формулам можно рассчитать потенциал на прямых входах каждого операционного усилителя. Потенциал на инверсных входах находят из равенства: U_OP1- = I*R5 = U_БАТ – I*R6.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать здесь. Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:

• резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24)
  R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм,
  R5, R8 – 5,1 кОм,
  R6, R12 – 10 кОм;
• диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
• стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
• светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа АЛ307 любого цвета свечения.

Данную схему можно использовать не только для контроля напряжения на 12 вольтовых аккумуляторах. Пересчитав номиналы резисторов, расположенных во входных цепях, получаем светодиодный индикатор на любое желаемое напряжение. Для этого следует задаться пороговыми напряжениями, при которых будут включаться светодиоды, а затем воспользоваться формулами для пересчёта сопротивлений, приведенные выше.

Схемы зарядных устройств и выпрямителей для аккумуляторов

Наиболее выгодными и удобными источниками питания карманных приемников являются герметизированные никель-кадмиевые аккумуляторы, которые отличаются высокой удельной емкостью, большой механической прочностью, малым внутренним сопротивлением и, самое главное, возможностью многократного их применения после соответствующей зарядки. Они выдерживают большое число циклов заряд-разрядов, что обеспечивает большой срок службы.

Заряжать аккумуляторы можно от любого источника постоянного тока, обеспечивающего нормальный зарядный ток. Чтобы не испортить аккумуляторы при заряде, необходимо строго соблюдать полярность включения и не превышать зарядный ток, указанный в таблице, в противном случае отдельные аккумуляторные элементы разрушатся (могут взорваться). Не рекомендуется также разряжать аккумулятор до напряжения ниже 1 в (на элемент).

Таблица

Схема простого зарядного устройства

Простейшая схема выпрямительного устройства для зарядки аккумуляторной батареи от сети переменного тока приведена на рис. 1. Как видно из рисунка, в качестве вентиля использован диод Д1, который пропускает ток только в прямом направлении.

При подключении к выпрямителю переменного напряжения через диод, а следовательно, и через аккумулятор Ак будут протекать отдельные импульсы электрического тока одного направления. Такой ток называется пульсирующим.

Рис. 1. Схема бестрансформаторного зарядного устройства для аккумуляторов 7Д-0,1.

Резисторы R1, R2 служат для ограничения величины зарядного тока до требуемой величины. На рис. 1 приведены сопротивления резисторов для зарядки аккумуляторов типа 7Д-0,1.

Переключатель В1 позволяет включать выпрямитель для работы от сети переменного тока напряжением 127 или 220 в. Выпрямители, предназначенные для зарядки аккумуляторов, называют зарядными устройствами (ЗУ).

Недостатком приведенной схемы является наличие гасящих резисторов, на которых бесполезно рассеивается мощность. Нагрев резисторов приводит к повышению температуры корпуса, в котором обычно монтируется ЗУ, а это резко снижает величину допустимого обратного напряжения диода и может привести к выходу его из строя.

Зарядное устройство с конденсатором

Наибольшее распространение находят зарядные устройства, в которых в качестве ограничительного сопротивления используется безваттное сопротивление —  конденсатор постоянной емкости (рис 2).

Работает такое ЗУ следующим образом. Во время одного полупериода переменного напряжения, когда на гнезде 1 питающей сети получается положительная полярность, а на гнезде 2 отрицательная, через диод Д1 проходит ток, заряжающий конденсатор С1.

Рис. 2. Схема бестрансформаторного зарядного устройства с конденсатором для аккумуляторов.

При этом правая обкладка конденсатора С1 оказывается заряженной положительно. В следующий полупериод, когда полярность напряжения на гнездах 1— 2 изменится, происходит перезарядка конденсатора С1 и через диод Д2 и аккумулятор пройдет импульс тока, величина которого зависит (при данных напряжениях сети и аккумулятора) от емкости конденсатора С1.

Таким образом, изменяя емкость этого конденсатора, можно изменять величину зарядного тока. Рабочее напряжение конденсатора С1 должно быть не менее 350 и 600 в для сети 127 и 220 в соответственно.

Конденсатор С1 должен быть обязательно бумажным. Необходимую емкость обычно получают путем параллельного соединения нескольких конденсаторов с различными номиналами.

Зарядное устройство с диодным мостом

На рис. 3 представлен другой вариант ЗУ, которое используется для зарядки аккумулятора типа 7Д-0.1 в приемнике «Селга». В этом устройстве выпрямительная часть собрана по обычной мостовой схеме па диодах Д1— Д4.

Для получения необходимого зарядного тока используются конденсаторы С1, С2 типа МБМ, сравнительно небольшой емкости, что является преимуществом этой схемы по сравнению с предыдущей.

Рис. 3. Другой вариант ЗУ, которое используется для зарядки аккумулятора типа 7Д-0,1.

При напряжении сети 127 в, переключателем В1 оба конденсатора соединяют параллельно. Резистор R1 ограничивает максимальную величину импульса тока.

Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов после отключения ЗУ от сети. (R2 — 470 ком).

Выпрямитель для зарядки аккумуляторов

Для зарядки аккумуляторов напряжением 2,5 или 3,75 а можно воспользоваться схемой ЗУ, приведенной на рис. 4. Подобным устройством снабжены приемники «Космос».

По этой же схеме смонтированы и ЗУ приемников «Рубин», «Сюрприз» и др. Сопротивление резисторов R3, R2 выбирают равными: 620 ом — для зарядки аккумуляторов типа 2Д— 0,1. 3 ком — для аккумуляторов типа 2Д— 0,06 и 1,6 ком — для аккумуляторов типа ЗД— 0,1.

Рис. 4. Схема для зарядки аккумуляторов напряжением 2,5 или 3,75.

Выпрямитель собран по двухполупериодной схеме на диодах Д1, Д2 Функции гасящих резисторов выполняют конденсаторы С1, С2, соединенные последовательно.

При работе ЗУ от сети напряжением 127 а, конденсатор С1 замыкается переключателем В1. Такая схема переключения позволяет использовать конденсаторы с меньшим рабочим напряжением.

Резисторы R2, R3 и R1 имеют то же назначение, что и соответствующие резисторы R1 и R2 в схеме рис. 3 .

Зарядно-питающий блок

На рис. 5 приведена схема зарядно-питающего блока, основной частью которого является выпрямитель со стабилизацией выходного напряжения. С помощью ручного регулятора выходное напряжение может быть установлено в пределах 1— 14 а при токе нагрузки до 300 ма.

Выпрямитель собран по двухполупериодной мостовой схеме на диодах Д1— Д4. Выпрямленное напряжение поступает на вход транзисторного стабилизатора, смонтированного на составном транзисторе Т1.Т2 и стабилитроне Д5, создающем опорное напряжение на базе транзистора Т1 Напряжение на выходе такого стабилизатора (гнездах Гн1, Гн2) близко к опорному, поэтому если его изменять с помощью потенциометра R1 будет изменяться и напряжение на нагрузке.

Подобная схема стабилизатора позволяет получить стабилизированное напряжение с малым внутренним сопротивлением источника питания и с малым коэффициентом пульсаций, что обеспечивает высокое качество звучания транзисторного приемника при питании его от сети.

При использовании блока для зарядки аккумуляторов переключатель В1 устанавливается в положение 1. Аккумулятор присоединяют к гнездам Гн3, Гн4. Сопротивление резистора R4 зависит от типа аккумулятора, используемого в приемнике, и подбирается опытным путем.

Чтобы ослабить помехи, проникающие из сети в цепи приемника, между обмотками / и // трансформатора Тр1 имеется электростатический экран, а каждая из секций Іа, 1б заблокирована конденсаторами С1, С2.

Трансформатор Тр1 выполнен на сердечнике УШ16, толщина набора 32 мм. Обмотка /а содержит 1270 витков провода ПЭВ-1 0,15; обмотка 1б — 930 витков провода ПЭВ-1, 0,12.

Электростатический экран имеет один слой провода ПЭВ-1 0,12. Обмотка П содержит 160—170 витков провода ПЭВ-1 0,47. В качестве изоляционных прокладок между обмотками и электростатическим экраном используют тонкую вощенную бумагу (1— 2 слоя).

Практически при изготовлении такого блока можно использовать любой трансформатор питания, у которого оставляют только сетевую обмотку, а число витков обмотки накала увеличивают в 2,5— 3 раза.

В блоке можно использовать транзисторы П13—П16, МП39—МП42, МП104— МП 106 (Т1), П201—П203, П213, П214 (Т2), диоды Д7, Д226, конденсаторы К50— 6, резисторы МЛТ, СП и др.

Рис. 5. Схема зарядно-питающего блока.

Конструктивное оформление устройства может быть самым различным. Если все детали исправны и при монтаже не допущено ошибок, оно сразу начинает работать. После включения в сеть, переключатель В1 устанавливают в положение 2 и измеряют напряжение на гнездах Гн1, Гн2.

При вращении ручки потенциометра R1 по часовой стрелке выходное напряжение должно плавно изменяться от нуля до значения, соответствующего напряжению стабилизации стабилитрона.

Затем включают миллиамперметр последовательно со стабилитроном (в точку «а») и подбирают сопротивление резистора R2 так, чтобы при отсутствии нагрузки ток через стабилитрон был равен .15— 20 ма. На этом налаживание заканчивается.

Для удобства работы шкалу потенциометра R1 желательно проградуировать в вольтах.

Подобный зарядно-питающий блок представляет интерес для радиолюбителей, занимающихся конструированием различной транзисторной аппаратуры В том случае, если от блока требуется получить фиксированное напряжение 6, 9, 12 а, нужно потенциометр R1 из схемы исключить и базу транзистора Т1 присоединить к верхнему (по схеме) концу резистора R2.

Для получения напряжения порядка 6 а надо использовать стабилитрон типа КС156А, 9 в — Д809, 12 а— Д813. После установки нужного стабилитрона, резистором R2 устанавливают необходимый ток стабилизации: порядка 20— 25 ма для стабилитрона Д809, 14— 16 ма для стабилитрона Д813 н 45— 50 ма для стабилитрона КС156А.

Источник: С. Л. Матлин — Радиосхемы (пособие для радиокружков), 1974г.

Индикатор заряда аккумулятора | Каталог самоделок

Очень удивительно, что во многих автомобилях, пусть даже донехочу напичканной всякой электроникой отсутствует банальный индикатор заряда АКБ. Как определить уровень заряда аккумулятора особенно зимой, когда аккумуляторы особо уязвимы?

 Для решения данной проблемы я и смастерил индикатор, схема и сборка которой не займет много времени и особых профессиональных навыков, но базовые умения должны присутствовать. Еще одним плюсом сборки – маленькая себестоимость по отношению к дешевым китайским аналогам, качество которых оставляет желать лучшего.

Схема.

В схеме присутствуют светодиоды, цвета которых и будут обозначать степень зарядки – Красный – от 6-ти до 11-ти вольт; Синий – от 11-ти до 13-ти вольт; Зеленый от 13 вольт. Советую также ознакомиться со статьей “Как определить катод и анод у светодиода“

 Запитывать схему рекомендуется от замка зажигания, чтобы индикатор не работал постоянно.

Необходимые элементы:

• Резисторы:
  • 1 КОм – 2 шт;
  • 220 ОМ – 3 шт;
  • 2 КОм – 1 шт.
• Транзисторы:
  • ВС547 – 1 шт;
  • BC557 – 1 шт.
• Светодиоды:
  • RGB светодиод – 3 шт.(можно любые светодиоды)
• Стабилитроны:
  • 9.1 v – 1 шт; (9v1)
  • 10 v – 1 шт.

Проверяем светодиод тестером на работоспособность, определяем выводы.

Далее примеряем элементы к плате и вырезаем кусок, необходимой величины.

 Далее необходимо приклеить светодиод к плате и начать монтаж деталей. Светодиоды рекомендуется выводить на проводах, а не припаивать намертво к плате, так как (скорее всего) эти индикаторы вы будете фиксировать где-то в приборной панели вашего авто. А для наглядности сборки они будут установлены прямо на плате.

Транзисторы.

Конечная сборка.

Заключение.

Данная схема тестировалась около получаса (не на авто) прогоном напряжения. Источником тока был обычный блок питания с регулируемым напряжением от ноутбука. Одним единственным сбоем срабатываения было, то что при переходе от красного и от синего цветов индикатор немного тупил, это связано с тем, что падения напряжения было очень резким и тестер не успевал вовремя фиксировать это, а на обычный АКБ – работать сборка будет безотказно.

Также советую ознакомиться с еще одним вариантом изготовления таких индикаторов – Простой высокоточный индикатор разряда АКБ и Простой индикатор разряда АКБ

Удачи на дорогах.

 

Автор: Скрыльников Валерий. г. Москва. 

---

 ОБЯЗАТЕЛЬНО !!! 

Приборы, действия и свойства которых вам мало известны, особенно самоделки, подключайте через предохранители. 

---

Индикатор напряжения для сборок литиевых батарей 1-7S. Обзор электронного измерительного оборудования индикатора напряжения

Иногда заказываю для сборок аккумуляторов небольшие измерители и вот дошли руки протестировать их, ну и заодно написать микрообзор.
Осмотр, немножко тестов и выводов, надеюсь что будет полезно.

К сожалению доставка в магазине платная, потому заказывал сразу по нескольку штук чтобы компенсировать это.
На момент заказа у продавца вроде были только четыре версии, 1S, 2S, 3S, 4S, но сейчас появились 6S и 7S, при этом странно что нет в продаже версии 5S, подозреваю что скоро появится.

Большая часть измерителей отдал товарищу, но по одной штучке оставил и себе.
Каждый измеритель упакован в отдельный пакет, из отличий только наклейка с маркировкой на китайском и указанием диапазона измеряемого напряжения.
1S — 3.3-4.3 Вольта
2S — 6.6-8.4 Вольта
3S — 11.1-12.6 Вольта
4S — 13.2-16.8 Вольта

Также имеется маркировка цвета свечения (предположительно), но у продавца они только в одном варианте.

Если покупается несколько разных вариантов, то лучше их пометить сразу, так как сами по себе они ни маркировки, ни внешних отличий нет.

На одной из сторон платы есть место под кнопку, скорее всего для включения индикатора, но ни кнопки, ни сопутствующих компонентов на плате нет.

Когда получил индикаторы, то немного удивил размер, почему-то я ожидал что они будут меньше, тем более зная как в китайских магазинах любят делать фото.
Размеры самого индикатора — 31.5х20 мм, общие размеры — 43.5х20х9.5мм, расстояние между крепежными отверстиями — 36мм.

Чтобы не запутаться где какой индикатор, пришлось маркером сделать отметки на каждом из них.

Общее качество на троечку, есть следы флюса, пайка так себе, индикатор на некоторых платах припаян криво относительно самих плат.

Схемотехника довольно проста, стабилизатора напряжения питания нет, потому яркость зависит от напряжения питания. Имеется источник опорного напряжения на базе регулируемого стабилитрона TL431, а также защита от неправильной подачи питания.
Что за чип занимается измерением я определить не смог, сначала думал что это четырехканальный компаратор LM339, но у него выходы выведены на 1, 2, 13 и 14 контакты, а у чипа обозреваемой платы на 1, 7, 8, 14 выводы.

Ниже на фото две платы, 1S и 4S, чтобы понять в чем между ними отличия.
1. Резисторы через которые питаются сегменты индикатора (R1-R5).
2. Резистор R9.

Все остальные компоненты идентичны на всех платах.
При этом номинал резистора питания TL431 одинаков для всех плат и из-за этого ток потребления будет зависеть от входного напряжения.

Индикатор пятисегментный, один общий в виде символа батарейки и четыре сегмента для индикации уровня заряда (собственно потому я и думал что здесь применен LM339), но при этом существует и индикатор с пятью сегментами уровня заряда, мне такой попадался на Таобао.
Мало того, есть еще и много вариантов цветов индикации.

Размеры индикатора платы в обзоре и показанного выше очень похожи, 30.8х17.8мм против 31.5х20мм у обозреваемой платы.

Теперь немного тестов.
Индикатор обозреваемой платы имеет два цвета свечения, символ батарейки — красный, сегменты — синий. При этом символ батарейки состоит из шести параллельно включенных светодиодов.

Яркость достаточная, но у самой низковольтной версии сильно зависит от напряжения питания, но это вполне предсказуемо, остальные ведут себя гораздо стабильнее.
Есть и небольшая сложность, из-за того что цвета свечения синий и красный, то лучше использовать нейтральный светофильтр.
Для примера ниже четыре варианта —
1. Без светофильтра
2. Зеленый светофильтр, видны все сегменты, но яркость сильно падает и становятся более заметны светодиоды подсветки символа батарейки.
3. Красный светофильтр — виден только символ батарейки
4. Синий светофильтр, отлично видны сегменты, но символ батарейки почти не виден.

Измерения, для начала ток потребления.
Ниже на фото результат измерений для четырех режимов из пяти — только символ батарейки, + один сегмент, + два сегмента и + четыре сегмента, фото с тремя сегментами выкладывать не стал, но думаю что можно принять среднее между третьим и четвертым фото.
На всех фото где включены сегменты измерен ток сразу после его включения.
1-4, 1S
5-8, 2S
9-12, 3S
13-16, 4S

Видно что ток постоянно растет, хотя номиналы резисторов, через которые питаются светодиоды сегментов, разные. Происходит это из-за того, что резистор питания TL431 один и тот же на всех платах. Если необходимо уменьшить ток потребления, то можно номинал этого резистора (R14) пропорционально увеличить, например для платы 2S поставить 2кОм.

А теперь напряжение включения сегментов. Сразу сделаю отступление, гистерезиса или нет или он очень мал, потому у самой низковольтной версии бывает «дрожание» яркости, хотя в тесте я поднимал напряжение с дискретностью в 10мВ.

Также я сделал пересчет зависимости напряжения индикации к одному аккумулятору в зависимости от версии измерителя и у меня получилось:
1S…….2S…….3S…….4S
3.35 — 3.36 — 3.43 — 3.37
3.57 — 3.53 — 3.64 — 3.57
3.72 — 3.70 — 3.81 — 3.76
3.92 — 3.90 — 4.03 — 3.97

Видно что результаты немного «плавают», но в целом картина довольно ясна, диапазон измерения примерно 3.4-4.0 Вольта, что примерно соответствует почти полностью разряженному и заряженному аккумулятору. Напряжение литиевого аккумулятора обычно резко снижается с 4.2 до 4 Вольт, затем идет относительно плавное снижение до 3.3-3.4 Вольта и далее опять более резкое падение. Я бы сказал, что индикатор отображает примерно диапазон от 15 до 90%.

Уже позже было найдено еще пару вариантов более простых измерителей.
Например влагозащищенный — ссылка.

И вариант «с циферками» — ссылка

Мой читатель из Франции прислал вариант схемы данного измерителя, изначально он настроен на сборку 4S, за что ему большое спасибо 🙂

По итогам осмотра и тестов могу сказать, что индикаторы вполне работоспособны и полезны, но есть несколько замечаний:
1. Заметны отдельные светодиоды у символа батарейки
2. Ток потребления заметно растет с ростом напряжения, исправляется заменой резистора R14
3. Нет кнопки включения.

По последнему пункту поясню. Так как нет кнопки «программно» включающей индикатор, то сделать это можно только подачей питания, но обычно нет смысла держать его всегда включенным, а обычная мелкая кнопка имеет относительно высокое сопротивление и результат измерения будет сильно зависеть как от силы нажатия не кнопку, так и от срока ее службы.

В остальном вещь полезная и на мой взгляд недорогая, а большой выбор вариантов дает возможность использовать в разных устройствах, например в шуруповерте.

На этом у меня все, надеюсь что обзор пыл полезен, как всегда жду вопросов и просто комментариев.

Схемы зарядных устройств для аккумуляторов

Предлагаемое зарядное устройство предназначено для заряда аккумуляторов напряжением до 28 В и емкостью не более 20 А · ч, а также подзаряда аккумуляторов емкостью до 3000 А · ч.

Подзаряд аккумуляторов (компенсационный заряд) необходим в тех случаях, когда аккумуляторы длительное время не эксплуатируются. В результате саморазряда аккумуляторы разряжаются примерно на 1% за сутки (для разных типов аккумуляторов норма саморазряда своя). Компенсационный ток заряда можно рассчитать по приближенной формуле I_mA*0,5С (С — емкость аккумулятора, А · ч), исходя из указанной нормы саморазряда 1 % за сутки и зарядки на 20% большей, чем саморазряд. К примеру, для аккумуляторов емкостью 60 А · ч компенсационный ток заряда составит 30 mA. Следует заметить, что при высокой температуре саморазряд аккумулятора больше в связи с увеличением плотности электролита.

В инструкциях по эксплуатации свинцовых стартерных аккумуляторов, если они длительное время не эксплуатируются, рекомендуется заряжать их 1 раз в месяц или же держать на постоянном подзаряде. Лучше — второй вариант, так как при этом аккумулятор всегда готов к эксплуатации. На предприятиях, где используются резервные дизель-генераторы для стартерных аккумуляторов, применяется именно второй вариант.

В разработанном зарядном устройстве (рис.1) заряд производится стабильным током. Стабилизация тока происходит за счет включения балластных конденсаторов в цепь выпрямительного моста. Идея применения конденсатора как балластного сопротивления не новая, однако обычно конденсаторы включают в первичную обмотку силового трансформатора, а это приводит к тому, что устройство нельзя включать без нагрузки (при обрыве в цепи нагрузки происходят переходные процессы, и на обмотке силового трансформатора появляется высокое напряжение, что приводит к выходу из строя его или балластных конденсаторов).

Со вторичной обмотки (две обмотки включены последовательно) силового трансформатора Т1 переменный ток через один или несколько включенных параллельно конденсаторов С1 …С11 поступает на мостовой выпрямитель на диодах VD6…VD9, а с выхода выпрямителя через тиристор VS2, амперметр РА1 и предохранитель FU2 — на клемму “+” аккумулятора. Клемма аккумулятора подсоединяется к мостовой схеме непосредственно.

Управляющее напряжение для открывания тиристора VS2 формируется выпрямителем на диодах VD1…VD4 от отдельной обмотки трансформатора. В “ручном” режиме тиристор VS1 закрыт, и положительное напряжение через резисторы R3 и R6 поступает на управляющий электрод тиристора VS2. Тиристор открывается и пропускает зарядный ток в аккумулятор. Необходимый ток задается коммутацией включателей SA2…SA11. К примеру, чтобы получить зарядный ток 140 mA, необходимо замкнуть SA4 и SA6.

В режиме “автомат” замыкается SA12. При этом напряжение с аккумулятора через последовательно включенные светодиод HL3 и стабилитрон VD10 подается на управляющий электрод тиристора VS1. При заряде и увеличении напряжения на аккумуляторе до 14,5 В “пробивается” стабилитрон VD10, зажигается светодиод HL3 и открывается тиристор VS1, который дальше остается в открытом состоянии, шунтируя цепь управления тиристора VS2. Тиристор VS2 также закрывается по окончании очередной полуволны сетевого напряжения и падении напряжения на аноде до нуля. Заряд аккумулятора прекращается.

Свечение светодиода HL2 сигнализирует о включении зарядного устройства в сеть, светодиода HL1 — о наличии тока заряда (компенсационного заряда), a HL3 — о прекращении заряда.

Работу зарядного устройства можно проверить в “ручном” режиме без аккумулятора, соединив накоротко выходные клеммы и по показаниям амперметра РА1 оценить ток заряда. Настройка зярядного устройства сводится к проверке показаний вольтметра, подключенного к аккумулятору. В момент автоматического откпючения заряда 12-вольтового аккумулятора на нем должно быть напряжение порядка 14,5 В.

Если возникает необходимость увеличить порог срабатывания, то последовательно со светодиодом HL3 включается германиевый диод (Д7Г) либо кремниевый (Д226Б). Падение напряжения на германиевом диоде будет 0,5 В, а на кремниевом— 0,7…1 В. Полярность включения диода такая же, как и светодиода HL3. Для уменьшения порога срабатывания необходимо заменить стабилитрон VD10 (Д814Д на Д814Г).

В качестве силового трансформатора Т1 использован трансформатор ТС90-1. Первичные обмотки включены полностью (две обмотки на 127 В последовательно). Таким образом, трансформатор может свободно выдерживать напряжение 254 В и совершенно не греется даже при круглосуточной работе при напряжении в сети 220 В. Можно использовать также унифицированный трансформатор типа ТПП295, который обеспечивает выходное напряжение 40,4 В (две обмотки по 20,2 В включены последовательно) при токе 1,84 А и 20 В (четыре обмотки по 5 В включены последовательно) при токе 1,84 А. Данный трансформатор также можно включить в облегченном режиме, соединив последовательно первичные обмотки на 127 В. Выходные напряжения при этом понизятся до 36 и 18 В соответственно.

Если исключить схему автоматического отключения аккумулятора и ограничить емкость заряжаемых аккмуляторов до 4 А · ч с напряжением до 28 В, то схема зарядного устройства значительно упрощается (рис.2). Это зарядное устройство можно применять и для подзаряда аккумуляторов емкостью до 360 А · ч. Амперметр в данной схеме практически не нужен, поскольку ток заряда (компенсационного заряда)определяется по замкнутым включателям SA2…SA7. Индикация заряда осуществляется светодиодом HL1.

Для упрощенной схемы подобрать силовой трансформатор еще проще. Здесь подойдет любой понижающий трансформатор для питания низковольтных электропаяльников на 36 В или на 42 В. Возможно также применение унифицированных трансформаторов типа ТАН2, ТАН14, которые имеют по две обмотки на 40 В и обеспечивают ток 0,2 А. Эти обмотки можно включить параллельно для умощ-нения. В этих трансформаторах есть также возможность включить первичные обмотки последовательно, но не по стандартной схеме (110 В+110 В), а по “полной” (127В+127В). При этом выходное напряжение понизится до 36 В. Подойдет также и трансформатор ТС90-1, который применялся в предыдущей схеме (рис.1). Схема на рис.2 приведена как раз с использованием трансформатора ТС90-1.

Предложенные схемы зарядных устройств безопасны в эксплуатации, имеют высокую надежность и экономичность в связи с тем, что на балластных конденсаторах активная мощность не расходуется.

Источник: Радиомир  Автор: Д.С.Бабын, пгт. Кельменцы Черновицкой обл.

Похожие радиосхемы и статьи:

Гаражная схема — зарядки аккумулятора » Автосхемы, схемы для авто, своими руками

Сейчас во всех новых автомобилях, да и не только в них нет выключателя массы. Поэтому аккумулятор при длительной стоянке автомобиля 1-2 недели, практически полностью разрядится. Вот что-бы этого не происходило и служит данная статья и схема, которая подзаряжает аккумулятор малым током, примерно около 0.3 А. Приехал в гараж, вставил штекер в прикуриватель и всё, можешь не волноваться за свой аккумулятор с ним все будет в порядке.

Данная схема выпрямителя, поддерживает заряд акккумулятора, равным напряжению работы генератора и подзаряжает аккумулятор при стоянке малым током.

При сборке данной схемы, прошу обратить внимание, что данное устройство в большинстве случаев будет работать без присмотра, поэтому позаботьтесь о безопасности. Я имею ввиду поставьте обязательно предохранители, обязательно со стороны 220 вольт и в самом штекере прикуривателя, как говорится бережено бог бережет. Данным устройством пользуюсь уже год, очень доволен, а сейчас с наступлением зимы, ой как будет не хватать нашему аккумулятору заряда. Поэтому я даже ( при минусовой температуре ) приехав в гараж обязательно включаю устройство на ночь, стартер утром крутит уверенней.

Выпрямитель, конечно лучше всего монтировать металлическом ящечке или можно в электрощитке, где у вас расположены все электрические прибамбасы. Лучше запитать устройство от отдельного выключателя, минуя главный выключатель гаража. Детали в схеме самые простые и распространенные, их можно найти в отслуживших телевизорах или магнитофонах. Единственное трансформатор требует немногой переделки.

Он берется от любого радиоприемника, телевизора или магнитофона. Удаляются с него все обмотки, оставляем только первичную на 220 вольт. А вот вторичную намотаем сами, проводом не менее 0.5 мм. на напряжение 18 вольт. Транзистор и тиристор устанавливаем на общем радиаторе без всяких изолирующих прокладок. Конденсатор берем на напряжение не менее 400 вольт.

Самую первую настройку можно выполнить без приборов — при подключенном выпрямителе и
работающем двигателе автомобиля установить движок подстроечного резистора в положение на
границе резкого уменьшения яркости свечения индикатора.

СХЕМА ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

СХЕМА ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

     Представляю известную и проверенную схему зарядного устройства практически для всех типов аккумуляторов. Не смотря на то, что в продаже имеется множество крутых и серьёзных устройств, с зарядкой аккумуляторов токами различной формы и амплитуды, системами контроля и компенсации зарядного процесса, долгие эксперименты с различными схемами зарядных устройств и алгоритмами привели к простому выводу, что всё намного проще. Зарядный ток 10% от ёмкости АКБ подходит для любых видов аккумуляторов — хоть NiCd, хоть Li-Ion, хоть Pb. А чтоб полностью зарядить аккумулятор, ему надо дать время зарядки около 10 — 12 часов. Значит когда нужно зарядить какой — нибудь пальчиковый никель кадмиевый аккумулятор на 2500 мА, нужно выбрать ток 2500/10 = 250 мА и заряжать им в течении десяти часов, проще говоря оставить зарядку на ночь. Просто? Просто. И не надо ничего усложнять.

     Схема зарядного устройства:

     В этой схеме ЗУ относительная стабильность будет сохранятся и при изменении тока нагрузки или изменении питающего напряжения. Ток заряда определяется сопротивлением резистора R1. Различные значения этого сопротивления соответствуют току заряда от 0.01 до 1,5 A. Расчет зарядного тока – ток равен 1,2В деленное на сопротивление резистора R1 I=U/R или для расчёта резистора: R=U/I. Например для зарядного тока 250 мА (те же пальчиковые аккумуляторы), выбираем резистор R1 = 1,2В/0,25А = 4,8 Ома. А мощность этого резистора равна ток умножить на напряжение: P=UхI; Р=1,2В х 0,25А = 0,3 ватта. Для запаса берём минимум двухкратный запас по мощности.

     Детали зарядного устройства. Предохранители F1 и F2 защищают ЗУ от различных проблемных ситуаций. Емкость конденсатора С1 выбирается в пределах 1000 — 2000 мкФ. Выпрямительный диодный мост можно взять готовый, а можно составить из 4-х диодов на ток 1 — 5 А и напряжение от 50 В. Микросхему — стабилизатор LM317 можно заменить на любые аналоги, в том числе и советские, типа КРЕН5, КР142ЕН12 и так далее. Только выбирайте их согласно паспортным данным по заданному току (обычно 1-1,5А).

     Но так как цена LM317 (LM117) очень низкая, а параметры заметно лучше, чем у отечественных аналогов, рекомендую использовать именно её. Эта микросхема представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения с выходным напряжением в пределах от 1,2 до 36 В при выходном токе 1,5 А. Она снабжена защитой от короткого замыкания, выходной ток не зависит от температуры, максимальная нестабильность выходного напряжения 0,3%, подавление пульсаций — 80 дБ. Если нужно получить больший выходной ток ЗУ, лучше использовать другие микросхемы: LM150 — на ток до 3А; LM138, LM338 — на ток до 5А.  

     Главное достоинство этой схемы зарядного устройства — оно не боится коротких замыканий; в не зависимости от числа элементов в аккумуляторе и типа – можно заряжать и кислотный герметичный, и литий ионный, и щелочной, и никель кадмиевый. Для удобства и универсальности можно добавить в схему зарядного устройства переключатель тока для каждого вида заряжаемых аккумуляторов. Вообще, за долгие годы радиолюбительства, эту схему лично повторял десятки раз для разных целей — и всегда с успехом.

     Естественно, при выборе питающего трансформатора нужно учесть, что максимальное напряжение заряжаемого аккумулятора должно быть меньше, чем напряжение питания зарядки минимум на 3 вольта, иначе и заряд то идти не будет. Микросхему нужно установить на алюминиевый радиатор размерами с пачку сигарет, или если ток больше 1 ампера — соответственно тоже большего размера. 

     ФОРУМ по зарядным устройствам.

Зарядка аккумулятора

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdfЗарядка аккумулятора

Примечания по применению

Texas Instruments, Incorporated [SNVA557,0]

iText 2.1.7 от 1T3XTSNVA5572011-12-08T01: 06: 25.000Z2011-12-08T01: 06: 25.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

Знакомство с зарядными устройствами

Одним из наиболее распространенных типов электронных схем, используемых в современных портативных электронных устройствах, являются зарядные устройства, в частности, для зарядки литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов.

В этой статье будут рассмотрены три распространенных зарядных устройства, от простых до более сложных.

Опубликовано 6 января 2021 г. Джон Тил

Во-первых, я делаю обзор Microchip MCP73831, который прост в использовании и является отличным аккумулятором для начала. Далее я рассмотрю Texas Instruments BQ24092, которая представляет собой немного более совершенное зарядное устройство.

Наконец, мы рассмотрим значительно более сложное зарядное устройство Texas Instruments BQ24703.Я немного углублюсь в память, поскольку BQ24703 оказался зарядным устройством, которое я разработал много лет назад, когда был дизайнером микросхем в Texas Instruments.

Первые два зарядных устройства (MCP73831 и BQ24092) оба являются линейными зарядными устройствами, тогда как BQ24703 — это понижающее зарядное устройство с переключателем.

Если вам нужно узнать разницу между линейным зарядным устройством и импульсным зарядным устройством, обязательно прочтите мою предыдущую статью о регуляторах напряжения. В этой статье я подробно обсуждаю разницу между линейным регулятором и импульсным регулятором, и те же принципы применимы к зарядным устройствам.

MCP73831

Первое зарядное устройство, которое я рассмотрю, — это Microchip MCP73831. Это зарядное устройство предназначено для зарядки одного элемента и предназначено для литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов.

Рисунок 1. Принципиальная схема типичного приложения, использующего MCP73831.

Одноэлементная литиевая батарея выдает около 3,6 В. Итак, если вы видите литиевую батарею с номинальным выходным напряжением 7,2 В, то она состоит из двух элементов, соединенных последовательно. Если напряжение АКБ 14.4 В, значит, это 4-элементный аккумулятор.

Для того, чтобы заряжать многоэлементные аккумуляторные блоки, необходимо, чтобы входное напряжение питания превышало напряжение зарядки аккумулятора, либо вам необходимо импульсное импульсное зарядное устройство, которое может создавать напряжение заряда выше, чем входное напряжение.

Три этапа зарядки литиевой батареи

Существует три стадии зарядки литиевой батареи: стадия предварительной зарядки, стадия быстрой зарядки и стадия завершения заряда.

В режиме предварительной зарядки или быстрой зарядки зарядное устройство регулирует величину тока, подаваемого в аккумулятор.Но во время завершения заряда зарядное устройство регулирует напряжение, поступающее на батарею, одновременно измеряя ток, протекающий в батарею.

Рисунок 2 — Этапы зарядки перезаряжаемых литиевых батарей (график взят из таблицы данных Texas Instruments BQ24092)

1 — Этап предварительной зарядки

Первый этап — это этап предварительной зарядки, также известный как этап подзарядки. На этом этапе зарядное устройство посылает в батарею только небольшой ток (непрерывный заряд).Если аккумулятор обнаружен, зарядное устройство начнет процесс зарядки.

Постоянный заряд — это небольшой процент от полного тока заряда. Цель этого этапа — зарядить аккумулятор до определенного уровня, чтобы его можно было быстро зарядить на следующем этапе (см. Ниже).

Зарядное устройство автоматически переходит в стадию предварительной зарядки, когда батарея сильно разряжена и напряжение ниже определенного порога.

После начала предварительной зарядки напряжение аккумулятора контролируется зарядным устройством до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения предварительной зарядки.

Пороговое значение напряжения предварительной зарядки — это заранее определенный процент от максимального тока заряда, который вы отвечаете за программирование.

Когда напряжение батареи превышает пороговое значение напряжения предварительной зарядки, зарядное устройство переходит в стадию быстрой зарядки.

2 — Ступень быстрой зарядки

Ступень быстрой зарядки, также известная как ступень постоянного тока, регулирует величину тока, поступающего в батарею.

И ток предварительной зарядки, и ток быстрой зарядки устанавливаются одним резистором на выводе PROG MCP73831.

Для зарядки аккумулятора используется постоянный ток, который регулируется в зависимости от выбранного вами максимального тока заряда.

Для MCP73831 максимальный ток заряда устанавливается путем подключения резистора между выводом программы и землей (см. Рисунок 1). Вы можете выбрать ток заряда от 15 мА до 500 мА.

Когда аккумулятор почти полностью заряжается во время этапа быстрой зарядки, он переключается на этап завершения зарядки.

3 — Этап прекращения заряда

Конечная стадия зарядки называется стадией завершения заряда или стадией постоянного напряжения.На этом этапе зарядное устройство аккумулятора переключается в режим управления напряжением, где оно регулирует напряжение, поступающее на аккумулятор, а не ток.

Хотя напряжение на аккумуляторе регулируется, зарядное устройство контролирует процесс зарядки, измеряя ток заряда.

Как только зарядный ток в режиме управления напряжением падает ниже заранее определенного процента запрограммированного тока, зарядное устройство знает, что аккумулятор полностью заряжен, и процесс зарядки прекращается.

После завершения цикла зарядки зарядное устройство продолжит отслеживать напряжение аккумулятора. Если напряжение аккумулятора упадет ниже предварительно установленного порога зарядки, зарядное устройство инициирует новый цикл зарядки, и весь процесс будет повторяться.

На графике на Рисунке 2 вы заметите, что существует также четвертая стадия, называемая терморегулированием. Однако этот этап вступает в игру только в том случае, если рассеиваемая мощность достаточно высока, и внутренняя температура зарядного устройства превышает 125 ° C.

Если система спроектирована так, что зарядное устройство никогда не достигает этой температуры, то этап терморегулирования не включается. Я обсуждаю это более подробно в разделе о рассеянии мощности ниже.

Установка тока быстрой зарядки

Ток быстрой зарядки для MCP73831 устанавливается резистором, помещенным на программный вывод (PROG) на землю. Ток быстрой зарядки рассчитывается по следующей формуле:

Ток заряда = 1000 / сопротивление (уравнение 1)

Например, если резистор представляет собой резистор на 2000 Ом, то ток быстрой зарядки будет рассчитан как:

Ток заряда = 1000/2000 = 0.5 А = 500 мА (Уравнение 2)

Обратите внимание, что 500 мА — это максимальный ток заряда для этого зарядного устройства. Если бы вместо него был использован резистор на 4000 Ом, максимальный ток заряда был бы только 250 мА.

Точная установка тока быстрой зарядки будет зависеть от емкости аккумулятора и максимального тока, который может подаваться от внешнего источника напряжения.

При зарядке литиевой батареи максимальная скорость заряда обычно должна составлять 1 ° C, что означает:

Ток заряда = 1 x Емкость аккумулятора (уравнение 3)

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, то скорость заряда 1 C составляет 500 мА.Если у вас аккумулятор емкостью 150 мАч, то скорость заряда 1 C составит 150 мА.

Абсолютный максимальный ток заряда для литиевой батареи обычно составляет 2 C. Следовательно, если у вас батарея емкостью 150 мАч, то абсолютный максимальный ток заряда будет 300 мАч.

Хотя некоторые аккумуляторы могут разогреться до такого уровня, обычно рекомендуется придерживаться скорости 1 C, если только в аккумуляторе не указано, что его можно заряжать с более высокой скоростью заряда.

Также необходимо учитывать максимальный ток, который может обеспечивать внешний источник питания.Вам необходимо спроектировать систему так, чтобы входной ток никогда не превышал максимальный номинальный ток для внешнего источника питания.

Для линейного зарядного устройства входной ток от внешнего источника по существу равен уставке тока быстрой зарядки.

Однако для импульсных регуляторов входной ток питания будет значительно отличаться от тока быстрой зарядки, идущего к аккумулятору.

Для понижающего зарядного устройства входной ток будет меньше, чем ток батареи, но для повышающего зарядного устройства он будет выше, чем ток батареи.

Рассеиваемая мощность

При работе с зарядными устройствами, особенно линейными, такими как MCP73831, важно учитывать рассеиваемую мощность. Линейные зарядные устройства не очень эффективны при определенных обстоятельствах, и очень важно, чтобы зарядное устройство не перегревалось. В противном случае зарядный ток будет автоматически снижен ниже желаемого уровня, чтобы температура не превысила максимум.

Рассеиваемая мощность в линейном зарядном устройстве (или линейном регуляторе) определяется на основании:

• Величина тока нагрузки
• Дифференциал напряжения между входом и выходом

Чем выше ток нагрузки или дифференциал напряжения, тем выше мощность (помните: мощность = напряжение x ток).

Максимальная рассеиваемая мощность и вероятность перегрева обычно возникают при переходе от фазы предварительной зарядки к фазе быстрой зарядки.

В этот момент напряжение аккумулятора находится на самом низком уровне, поэтому разница напряжений на зарядном устройстве максимальна, а ток также максимален в режиме быстрой зарядки. Это точка, в которой перепад напряжения и ток нагрузки максимальны.

MCP738 доступен с различными уставками порогового напряжения батареи при переходе от предварительной зарядки к быстрой.В качестве примера предположим, что этот порог составляет 70%. Это означает, что когда напряжение аккумулятора достигнет 70% от регулируемого выходного напряжения, зарядное устройство переключится в режим быстрой зарядки.

Для литиевой батареи 3,6 В регулируемое напряжение заряда в режиме постоянного напряжения составляет 4,2 В. 70% от этого значения составляет примерно 3 В, поэтому при переходе от предварительной зарядки к быстрой зарядке аккумулятор будет иметь напряжение 3 В.

Обратите внимание, что MCP73831 доступен с 4 различными регулируемыми напряжениями заряда: 4.2 В, 4,35 В, 4,4 В и 4,5 В.

Предположим, мы заряжаемся от порта USB, который обеспечивает напряжение 5 В. Следовательно, в начале фазы быстрой зарядки на входе 5 В и 3 В на выходе. Это соответствует дифференциальному напряжению 2 В.

Если ток быстрой зарядки установлен на 500 мА, тогда при этом переходе зарядное устройство будет рассеивать 1 Вт мощности.

Чтобы определить рейтинг Theta-JA, обратитесь к таблице данных зарядного устройства. Обычно это указывается в разделе «тепловые характеристики» или «температурные характеристики».Тета-JA будет выражаться в Кл / ватт.

Рисунок 3 — Температурные характеристики из таблицы данных MCP73831.

Чтобы определить, насколько нагревается зарядное устройство, используйте уравнение:

Прирост температуры = Рассеиваемая ватт x Theta-JA (Уравнение 4)

Это уравнение показывает, насколько компонент нагревается выше температуры окружающего воздуха. Чтобы получить абсолютную температуру, вы все равно должны добавить температуру окружающего воздуха в уравнение 4.

Например, если вы рассчитываете, что прирост температуры составляет 50 ° C, а температура окружающего воздуха равна 40 ° C, тогда компонент будет иметь температуру 90 ° C.

Большинство электронных компонентов рассчитаны на температуру до 125 ° C. Всегда избегайте превышения этой температуры, в противном случае зарядное устройство снизит ток заряда по мере необходимости, чтобы поддерживать температуру ниже 125 ° C.

Тип упаковки: SOT 23 по сравнению с DFN

MCP738 доступен в двух пакетах, включая пакет SOT-23 с выводами и пакет DFN без вывода выводов. DFN имеет значительно лучшие тепловые характеристики, чем SOT-23.

Рисунок 4 — Два доступных пакета для MCP73831.

SOT-23: SOT-23 имеет рейтинг Theta-JA 230 C / Вт. Таким образом, если зарядное устройство рассеивает один ватт мощности, оно нагревается на 230 C. Если вы предположите, что вы находитесь при комнатной температуре (25 C), зарядное устройство на самом деле нагреется до 255 C.

Это определенно запустит стадию терморегулирования, которая снизит ток заряда, чтобы температура зарядного устройства оставалась ниже 125 ° C. Пакет SOT-23 следует выбирать только для приложений с низким энергопотреблением.

DFN. Пакет DFN, с другой стороны, имеет Theta-JA всего 76 C. Следовательно, на каждый 1 ватт мощности продукт будет нагреваться только на 76 C. Опять же, если вы находитесь при комнатной температуре, продукт будет нагреваться до 101 C. Это ниже порога 125 C и намного лучше, чем у SOT-23.

Таким образом, для приложений с высокими требованиями к рассеиваемой мощности пакет DFN является лучшим выбором.

Ключевыми критериями выбора линейного зарядного устройства для удовлетворения требуемых требований к мощности являются корпус (с учетом спецификации Theta-JA), рассеиваемая мощность и максимальная температура окружающей среды, при которой продукт будет работать.

С переключаемыми зарядными устройствами перегрев становится меньшей проблемой, потому что они, как правило, намного более энергоэффективны и обычно не рассеивают много энергии.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Защита аккумулятора

Как вы, возможно, знаете, литиевые батареи могут быть очень летучими. Если вы перезарядите их или они закорочены, они могут загореться или взорваться.

Вы, наверное, слышали о телефонах Samsung Galaxy, которые продолжали гореть. По этой причине при работе с этими батареями очень важно учитывать защиту.

Рис. 5 — Без надлежащей защиты литиевая аккумуляторная батарея может загореться или взорваться.

Есть два варианта защиты:

Вариант №1: Выбрать аккумулятор со встроенной защитой . Я почти всегда рекомендую использовать аккумулятор со встроенной защитой, по крайней мере, на начальном этапе.

Если вы посмотрите, например, на литий-полимерную батарею, у многих из них будет крошечная печатная плата под лентой (обычно золотого цвета), которая расположена вверху, где выходят выводы.

Эта печатная плата уже встроена и защищает аккумулятор. Это предотвращает его перезарядку или короткое замыкание.

Рис. 6. Я рекомендую сначала использовать литиевые батареи, в которые уже встроена необходимая плата защиты.

Вариант № 2: Спроектировать защиту самостоятельно. Вы можете спроектировать защиту отдельно как часть вашего собственного продукта или на вашей собственной плате. Однако я обычно не рекомендую это вначале.

Если ваша цепь работает неправильно, вы рискуете взорвать аккумулятор, пока пытаетесь заставить цепь работать.

Я почти всегда рекомендую использовать аккумуляторы со встроенной защитой. Таким образом, вам просто не придется об этом беспокоиться.

Краткое описание MCP73831:

• Ограничен максимальным током заряда 500 мА
• Только одноэлементное зарядное устройство
• Линейное зарядное устройство (вместо импульсного зарядного устройства)
• Всего пять контактов
• Вывод одиночного выхода состояния
• Один контакт для установки различных зарядных токов
• Нет возможности контролировать температуру батареи

Texas Instruments BQ24092

Подобно MCP73831, BQ24092 представляет собой линейное зарядное устройство для зарядки одного литиевого элемента.MCP73831 имеет только 5 активных контактов, тогда как BQ24092 имеет 9 активных контактов.

Один из дополнительных контактов позволяет независимо программировать токи предварительной зарядки и завершения зарядки отдельно от тока быстрой зарядки.

Другой дополнительный вывод обеспечивает вывод состояния, указывающий на наличие достаточного входного напряжения питания. Другой вывод контролирует температуру батареи, и, наконец, четвертый дополнительный вывод — это функция отмены тока заряда для USB-приложений.

Вскоре мы рассмотрим все эти дополнительные контакты более подробно.

Рисунок 7 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24092.

Более высокий ток быстрой зарядки

Одно из больших различий между BQ24092 и MCP73831 — это максимальный ток заряда. С помощью MCP73831 вы можете запрограммировать ток быстрой зарядки от 15 мА до 500 мА.

С помощью BQ24092 вы можете запрограммировать ток заряда от 10 мА до 1000 мА.Ток заряда устанавливается через резистор, подключенный к выводу ISET.

Поскольку BQ24092 имеет более высокий максимальный ток заряда, его особенно удобно использовать при зарядке более крупных аккумуляторов.

Как обсуждалось ранее, обычно требуется зарядить литиевую батарею со скоростью 1 C.

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током заряда 500 мА. С другой стороны, если у вас аккумулятор емкостью 1000 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током 1000 мА.

Если вы используете ток заряда ниже 1С, процесс зарядки займет неоправданно много времени. Поскольку всем нам нужны устройства, которые заряжаются как можно быстрее, вы обычно должны заряжать их с максимальной скоростью, разрешенной аккумулятором.

Использование BQ24092 по сравнению с MCP73831 не принесет огромных преимуществ, если вы используете аккумулятор емкостью 500 мАч. Однако, если у вас есть аккумулятор на 1000 мАч, то BQ24092 позволит вам заряжать его в два раза быстрее, чем зарядное устройство Microchip.

Токи предварительной зарядки и завершения зарядки

Для быстрого обзора существует три различных уровня тока заряда, которые обычно необходимо запрограммировать для зарядного устройства:

1. Ток предварительной зарядки. Это также известно как ток предварительной зарядки или ток постоянной зарядки. Это слабый ток, который предварительно заряжает аккумулятор, если он сильно разряжен. Вы не можете (или не должны) сразу начинать быструю зарядку разряженного литиевого аккумулятора. Думайте об этом этапе предварительной подготовки как о прогреве двигателя вашего автомобиля перед поездкой в ​​холодный зимний день.
2. Ток быстрой зарядки. Когда аккумулятор достигает определенного уровня заряда, обычно около 10% от полного заряда, заряд переходит в режим быстрой зарядки. Это когда ток заряда максимальный.
3. Конечный ток. Зарядное устройство выдает регулируемое напряжение и контролирует зарядный ток, поступающий в аккумулятор. Как только зарядный ток опускается ниже определенного порога, называемого порогом отключения, аккумулятор считается полностью заряженным, и процесс зарядки прекращается.

MCP73831 использует один резистор для установки тока предварительной зарядки, тока быстрой зарядки и тока завершения зарядки.

Это может быть несколько ограничивающим фактором, поэтому BQ24092 имеет два отдельных контакта для программирования зарядных токов. Один вывод устанавливает ток быстрой зарядки, а другой вывод устанавливает токи предварительной зарядки и завершения зарядки.

Функция отмены зарядного тока для USB

BQ24092 также имеет специальный входной вывод под названием ISET2, который позволяет вам переопределить запрограммированный ток заряда для приложений зарядки на основе USB.

Когда на выводе ISET2 высокий уровень, ток заряда устанавливается на 500 мА. Когда этот вывод остается плавающим, ток заряда падает до 100 мА. Когда на выводе ISET2 установлен низкий уровень, используется запрограммированный ток заряда.

USB-порт на компьютере (на жаргоне USB это называется стандартным нисходящим портом или SDP) может обеспечивать ток не более 500 мА.

В исходной спецификации USB устройство должно было запросить разрешение у хоста (через процесс, называемый перечислением), чтобы потреблять эти 500 мА.Без перечисления максимально допустимый ток составлял всего 100 мА.

Многие устройства (особенно с разряженными батареями) не обнаружили, что 100 мА достаточно даже для включения питания, чтобы начать процесс подсчета. Таким образом, спецификация USB была обновлена ​​в 2013 году, чтобы обеспечить до 500 мА без перечисления.

BQ24092 был выпущен до этого обновления спецификации USB, поэтому он предлагает настройку 100 мА для функций USB, хотя этот текущий уровень больше не используется для USB.

Штырек Power Good

И MCP73831, и BQ24092 имеют контакт, который загорается светодиодом, чтобы указать, когда идет зарядка.Этот же вывод также можно использовать в качестве выходного вывода для микроконтроллера, позволяя микроконтроллеру контролировать процесс зарядки.

На зарядном устройстве MCP73831 этот вывод называется выводом STAT, а на BQ24092 — выводом CHG.

Однако, в отличие от MCP73831, BQ24092 также имеет вывод Power Good (PG). Этот вывод указывает (через светодиод или вывод ввода / вывода на микроконтроллер), что источник питания, питающий зарядное устройство, превышает указанный допустимый порог напряжения.

Функция PG полезна, потому что многие компоненты будут работать неправильно, если у них нет соответствующего входного напряжения.

Датчик температуры аккумулятора

Еще одно важное преимущество BQ24092 по сравнению с MCP73831 состоит в том, что он включает в себя вывод измерения температуры. Это позволяет зарядному устройству контролировать температуру аккумулятора и при необходимости регулировать зарядный ток, чтобы аккумулятор не перегревался.

Существует четыре пороговых значения температуры аккумулятора: 60 ​​° C, 45 ° C, 10 ° C и 0 ° C.Нормальная зарядка происходит при температуре от 10 ° C до 45 ° C.

Если температура аккумулятора находится в пределах от 0 ° C до 10 ° C, то ток быстрой зарядки уменьшается вдвое. Если температура находится в пределах от 45 ° C до 60 ° C, максимальное регулируемое напряжение снижается до 4,1 В. Если температура аккумулятора выше 60 ° C или ниже 0 ° C, зарядное устройство отключается.

Техас Инструментс BQ24703

Я особенно рад рассмотреть зарядное устройство BQ4703, потому что это зарядное устройство, которое я разработал для Texas Instruments, когда работал там инженером-конструктором много лет назад.

Это зарядное устройство значительно сложнее, чем первые два, которые мы рассматривали, но в этой статье мы рассмотрим его шаг за шагом.

Мы начнем с рассмотрения нескольких основных моментов, которые отличают это зарядное устройство от двух предыдущих. Затем мы рассмотрим типичную схематическую диаграмму приложения.

Импульсный регулятор

BQ24703 имеет много дополнительных функций по сравнению с относительно менее сложными MCP73831 и BQ24092.Однако первое, что отличает это зарядное устройство от других, — это переключаемое зарядное устройство.

Как я уже упоминал, линейные зарядные устройства (такие как MCP73831 и BQ24092) тратят много энергии, особенно если входное напряжение намного выше, чем выходное напряжение.

Эта потерянная мощность рассеивается в виде тепла. Если температура слишком высока, зарядное устройство вынуждено уменьшить ток заряда, чтобы предотвратить перегрев зарядного устройства. В этом случае аккумулятор заряжается дольше.

Как и линейный регулятор, линейное зарядное устройство расходует больше энергии, когда входное напряжение значительно выше, чем выходное напряжение.

Боковое примечание: Линейное зарядное устройство — это на самом деле просто линейный регулятор с возможностью регулирования напряжения или тока (в зависимости от стадии зарядки), поэтому многие из основных концепций применимы к обоим. То же самое верно и для импульсных регуляторов и импульсных зарядных устройств.

Есть два типа переключаемых зарядных устройств, понижающие и повышающие (как и импульсные регуляторы).

Для получения более подробной информации о линейных и импульсных регуляторах см. Мой предыдущий блог о том, как выбрать правильные регуляторы напряжения для вашего проекта.

Понижающий стабилизатор принимает более высокое напряжение и понижает его до более низкого напряжения, в то время как повышающий стабилизатор принимает более низкое напряжение и увеличивает его до более высокого напряжения.

BQ24703 — это понижающее переключаемое зарядное устройство. Следовательно, входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который он пытается зарядить. Этот тип зарядного устройства особенно выгоден по сравнению с линейными зарядными устройствами, когда у вас большой перепад напряжения между входным и выходным напряжениями.

Например, предположим, что ваше входное напряжение составляет 12 В, а ваша батарея литиевая только 3,7 В. Зарядное устройство с понижающей коммутацией, такое как BQ24703, будет тратить намного меньше энергии, чем линейное зарядное устройство в этом приложении.

Он также будет заряжать аккумулятор быстрее, поскольку он сможет оставаться в режиме быстрой зарядки и использовать указанный максимальный ток для зарядки аккумулятора, поскольку он не переходит в режим терморегулирования.

С другой стороны, если входное напряжение составляет всего 5 В (например, с зарядными устройствами USB), то линейное зарядное устройство, вероятно, имеет больше смысла.Линейные зарядные устройства менее сложны, требуют меньшего количества компонентов и дешевле, поэтому используйте импульсные зарядные устройства только тогда, когда это действительно необходимо.

Зарядное устройство для нескольких элементов

Зарядные устройства

для нескольких ячеек позволяют объединять несколько ячеек последовательно для получения более высоких выходных напряжений.

Например, вместо одной ячейки 3,7 В многоэлементное зарядное устройство позволит вам объединить две ячейки 3,7 В для создания двухэлементной батареи 7,4 В. Вы даже можете сложить три ячейки, чтобы получить 11,1 В и так далее.

Рисунок 8 — Двухэлементный литий-полимерный аккумулятор с выходным напряжением 7,4 В.

При зарядке нескольких ячеек с помощью линейного зарядного устройства или зарядного устройства с понижающей коммутацией входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который вы пытаетесь зарядить.

Способом обойти это ограничение является использование импульсного зарядного устройства, которое может принимать небольшое входное напряжение и повышать его до более высокого выходного напряжения. Например, это означает, что с помощью повышающего зарядного устройства вы можете заряжать двухэлементную батарею (Vbat = 7.2 В) от источника питания 5 В.

Динамическое управление питанием

Другая ключевая функция BQ24703 называется динамическим управлением питанием (DPM). Это означает, что зарядное устройство может динамически изменять ток заряда аккумулятора в зависимости от величины доступного тока.

Например, допустим, максимальный ток, который может обеспечить адаптер переменного тока, составляет 1 А, а ваша система потребляет 400 мА, в то время как вы также пытаетесь зарядить аккумулятор. После этого BQ24703 автоматически установит ток заряда аккумулятора на 600 мА.

IBAT = IADPT — ISYS

IBAT = ток заряда аккумулятора, IADPT = ток сетевого адаптера и ISYS = ток системы.

В этом же примере, если ток, требуемый остальной частью системы, внезапно уменьшится до 200 мА, то функция DPM выделит до 800 мА для зарядки аккумулятора. Конечно, это могло произойти только в том случае, если быстрая зарядка была установлена ​​на 800 мА или выше.

DPM позволяет аккумулятору всегда заряжаться максимально доступным током.Чем меньше ток использует система, тем больше тока зарядное устройство выделяет для зарядки аккумулятора.

Селекторный переключатель системы

Помимо динамического управления питанием, в BQ24703 также встроен системный селекторный переключатель.

Это позволяет вручную или автоматически отключать питание системы от адаптера переменного тока или аккумулятора.

Например, при питании продукта от адаптера переменного тока, если вы внезапно отключите его от сети, BQ24703 автоматически переключит систему на питание от батареи.

Затем, если вы снова подключите его к розетке переменного тока, вы также можете настроить его на переключение обратно на питание переменного тока.

Эта функция реализуется через два внешних переключателя MOSFET, которые управляются BQ24703.

Обзор схемы

Далее мы рассмотрим типичную схему приложения из таблицы данных для BQ24703, чтобы подробнее изучить это зарядное устройство.

См. Типичную схему применения на странице 10 таблицы данных, которая также показана ниже на рисунке 9.

Рисунок 9 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24703.

МОП-транзисторы: Существует несколько различных МОП-транзисторов, включая U1, U2 и U3. Все это P-MOSFET. Обратите внимание, что U1 не обозначен на схеме, но расположен в правом нижнем углу схемы выше.

U1 и U2 выполняют функцию переключателя системы. Когда U1 включен, система питается от батареи, а когда U2 включен, система получает питание непосредственно от адаптера переменного тока.

U1 управляется выводом BATDRV, а U2 управляется выводом ACDRV на BQ24703.

Эти переключатели называются прерыванием перед включением, что означает, что один переключатель выключается до включения другого. Это гарантирует, что оба переключателя никогда не будут включены одновременно, что приведет к замыканию напряжения адаптера переменного тока непосредственно на батарею.

Понижающий импульсный стабилизатор: МОП-транзистор с маркировкой U3 в сочетании с диодом D4 и индуктором L1 образуют основную схему понижающего импульсного зарядного устройства.Затвор U3 управляется BQ24703 через вывод PWM.

Ток адаптера переменного тока (ACP / ACN): На входе адаптера переменного тока находится резистор R14, который является чувствительным резистором. BQ24703 измеряет падение напряжения на этом резисторе, чтобы определить ток адаптера переменного тока. R13, R15 и C3 все образуют фильтр нижних частот, поэтому любой коммутационный шум удаляется из напряжения считывания тока адаптера.

Все это позволяет зарядному устройству измерять ток, потребляемый от адаптера переменного тока.Это важно, чтобы зарядное устройство знало, как динамически управлять мощностью (DPM) и сколько тока доступно для зарядки аккумулятора.

Вывод ACDET: Также имеется вывод обнаружения переменного тока, который служит для обнаружения адаптера переменного тока. Это всего лишь один вывод, который подключается к напряжению адаптера переменного тока через резисторный делитель. Это позволяет зарядному устройству узнать, присутствует ли адаптер переменного тока.

Если вы запитаете систему напрямую от адаптера переменного тока и внезапно отключите его, зарядное устройство обнаружит, что он отключен, и автоматически переключится на питание системы от аккумулятора.

Вывод IBAT: Вывод IBAT выдает напряжение, пропорциональное току заряда аккумулятора. Вы можете передать это в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в микроконтроллере, чтобы контролировать ток зарядки аккумулятора.

VREF контакт. Вывод VREF выдает регулируемое напряжение 5 В, которое можно использовать в качестве точного опорного напряжения для любой уставки резисторного делителя или для подтягивающих резисторов на любом из выходов с открытым стоком.

ACSEL: Штырь выбора переменного тока позволяет вручную выбрать, от адаптера переменного тока или от батареи питается система.

ТРЕВОГА: Состояние тревоги генерируется, если обнаруживается, что батарея разряжена.

ACPRES: Контакт наличия переменного тока — это выход, который сообщает вам, присутствует ли адаптер переменного тока или нет.

SRSET и ACSET: Это два напряжения, которые вы устанавливаете через резистивный делитель, который устанавливает ток адаптера и ток заряда аккумулятора.

VS: Этот вывод контролирует напряжение системы, чтобы реализовать функцию прерывания перед включением, которую я упомянул для функции переключателя системы.

BATP: Этот вывод контролирует выходное напряжение на батарее через резистивный делитель. Это образует контур обратной связи, который регулирует выходное напряжение зарядного устройства.

BATDEP: Этот вывод подключается к другому резистивному делителю напряжения батареи. Он предназначен для настройки сигнализации, если напряжение батареи упадет ниже определенного напряжения (которое задается соотношением резисторов в делителе).

COMP: Любая цепь, имеющая петлю обратной связи, может стать генератором, если эта обратная связь станет положительной.RC-цепь, подключенная к этому выводу, помогает компенсировать этот контур обратной связи, чтобы предотвратить нежелательные колебания.

SRP / SRN: Эти два контакта подключаются к измерительному резистору для измерения тока заряда аккумулятора. Как и в случае с резистором считывания адаптера переменного тока, имеется фильтр нижних частот (R19, R21 и C8) для фильтрации любых помех переключения.

VHSP: Это внутренний вывод источника напряжения, который генерирует напряжение, которое на фиксированное число вольт ниже напряжения адаптера переменного тока.Это напряжение затем используется для управления P-FETS с фиксированным напряжением затвора.

Если напряжение адаптера переменного тока выше 10,5 В, тогда VHSP будет равно напряжению адаптера минус 10 В. Например, если напряжение адаптера составляет 12 В, тогда VHSP будет равно 2 В. Это сделано для того, чтобы гарантировать, что полевые транзисторы не получают напряжение управления затвором выше, чем они могут выдержать.

Заключение

В этой серии мы внимательно рассмотрели три различных решения для зарядных устройств, которые хорошо работают в новых электронных продуктах.

Мы начали с относительно простого MCP73831 от Microchip. Это одноэлементное линейное зарядное устройство с максимальным током заряда 500 мА. Это может быть хорошим решением для многих зарядных устройств на базе USB.

При выборе линейного зарядного устройства не забывайте обращать пристальное внимание на тип корпуса, мощность и максимальную температуру окружающей среды, при которой будет работать ваш продукт. Ничто не убьет ваш стартап быстрее, чем сжечь клиента, поэтому убедитесь, что у батареи есть защита, чтобы избежать перезарядки или короткого замыкания.

Затем мы рассмотрели немного более продвинутый BQ24092 от Texas Instruments. Как и MCP73831, это одноэлементное линейное зарядное устройство, но оно имеет максимальный ток зарядки до 1 А.

Он предлагает больший контроль над токами предварительной зарядки и быстрой зарядки и имеет различные состояния завершения, которые вы можете программировать независимо. Он также включает в себя контактный датчик температуры для контроля температуры батареи.

Наконец, мы рассмотрели один из моих проектов — BQ24703.Это понижающее зарядное устройство с переключателем и возможностью заряжать несколько ячеек. Он также включает расширенные функции, такие как динамическое управление питанием и переключатель системы.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

Зарядка литий-ионных аккумуляторов

требует точного измерения напряжения

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

набирают популярность в портативных системах из-за их увеличенной емкости при тех же размерах и весе, что и у более старых NiCad и NiMH аккумуляторов.Например, портативный компьютер с литий-ионным аккумулятором может работать дольше, чем аналогичный компьютер с никель-металлгидридным аккумулятором. Однако разработка системы для литий-ионных аккумуляторов требует особого внимания к схеме зарядки, чтобы обеспечить быструю, безопасную и полную зарядку аккумулятора.

Новая микросхема для зарядки аккумуляторов, ADP3810, разработана специально для управления зарядом литий-ионных аккумуляторов с 1-4 элементами. Четыре высокоточных фиксированных варианта конечного напряжения батареи (4.2 В, 8,4 В, 12,6 В и 16,8 В); они гарантируют конечное напряжение батареи ± 1%, что так важно при зарядке литий-ионных батарей. Сопутствующее устройство, ADP3811, похоже на ADP3810, но его конечное напряжение батареи программируется пользователем для работы с другими типами батарей. Обе микросхемы точно контролируют зарядный ток, чтобы обеспечить быструю зарядку при токах 1 ампер и более. Кроме того, оба они имеют прецизионный источник опорного напряжения 2,0 В и прямой выход привода оптопары для изолированных приложений.

Li-Ion Charging: Li-Ion аккумуляторы обычно требуют алгоритма зарядки с постоянным током и постоянным напряжением (CCCV). Другими словами, литий-ионная батарея должна заряжаться при заданном уровне тока (обычно от 1 до 1,5 ампер) до достижения конечного напряжения. В этот момент схема зарядного устройства должна переключиться в режим постоянного напряжения и обеспечивать ток, необходимый для удержания батареи при этом конечном напряжении (обычно 4,2 В на элемент). Таким образом, зарядное устройство должно обеспечивать стабильные контуры управления для поддержания постоянное значение тока или напряжения, в зависимости от состояния батареи.

Основная задача при зарядке литий-ионного аккумулятора — реализовать полную емкость аккумулятора без перезарядки, которая может привести к катастрофическому отказу. Возможна небольшая погрешность, всего ± 1%. Избыточная зарядка более чем на + 1% может привести к выходу из строя батареи, а недостаточная зарядка более чем на 1% приводит к снижению емкости. Например, недозаряд литий-ионного аккумулятора всего на 100 мВ (-2,4% для литий-ионного элемента на 4,2 В) приводит к потере емкости примерно на 10%. Поскольку возможность ошибки настолько мала, требуется высокая точность схемы управления зарядкой.Для достижения этой точности контроллер должен иметь прецизионный источник опорного напряжения, усилитель обратной связи с высоким коэффициентом усиления и малым смещением, а также точно согласованный резистивный делитель. Суммарные ошибки всех этих компонентов должны приводить к общей ошибке менее ± 1%. ADP3810, сочетающий эти элементы, гарантирует общую точность ± 1%, что делает его отличным выбором для зарядки литий-ионных аккумуляторов.

ADP3810 и ADP3811: На рисунке 1 показана функциональная схема ADP3810 / 3811 в упрощенной схеме зарядного устройства CCCV.Два усилителя « г _м » (вход напряжения, выход тока) являются ключевыми для производительности ИС. GM1 определяет и управляет зарядным током , током через шунтирующее сопротивление, R _CS , и GM2 измеряет и управляет конечным напряжением батареи . Их выходы соединены в аналоговой конфигурации «ИЛИ», и оба спроектированы таким образом, что их выходы может только подтянуть общий узел COMP. Таким образом, либо усилитель тока, либо усилитель напряжения контролирует контур зарядки в любой момент времени.Узел COMP буферизирован выходным каскадом « g _m » (GM3), выходной ток которого напрямую управляет входом управления преобразователем постоянного тока (через оптопару в изолированных приложениях).

Рис. 1. Блок-схема ADP3810 / 3811 в упрощенной схеме зарядки аккумулятора.

ADP3810 включает прецизионные тонкопленочные резисторы для точного деления напряжения батареи и сравнения его с внутренним опорным напряжением 2,0 В. ADP3811 не включает эти резисторы, поэтому разработчик может запрограммировать любое конечное напряжение батареи с помощью пары внешних резисторов в соответствии с приведенной ниже формулой.Буферный усилитель обеспечивает вход с высоким импедансом для программирования зарядного тока с использованием входа VCTRL, а схема блокировки при пониженном напряжении (UVLO) обеспечивает плавный запуск.

Чтобы понять конфигурацию «ИЛИ», предположим, что полностью разряженный аккумулятор вставлен в зарядное устройство. Напряжение аккумулятора значительно ниже конечного напряжения заряда, поэтому на входе VSENSE GM2 (подключенном к аккумулятору) положительный вход GM2 значительно ниже внутреннего опорного напряжения 2,0 В. В этом случае GM2 хочет вывести узел COMP на низкий уровень, но он может только подтянуть, поэтому он не оказывает никакого влияния на узел COMP.Поскольку батарея разряжена, зарядное устройство начинает увеличивать ток заряда, и токовая петля берет на себя управление. Ток заряда создает отрицательное напряжение на резисторе токового шунта (RCS) с сопротивлением 0,25 Ом. Это напряжение измеряется GM1 через резистор 20 кОм (R3). В состоянии равновесия ( I _CHARGE R _CS ) / R ₃ = -V _CTRL /80 кОм. Таким образом, ток заряда поддерживается на уровне

.

Если ток заряда имеет тенденцию превышать запрограммированный уровень, вход V _CS GM1 принудительно становится отрицательным, что приводит к высокому уровню на выходе GM1.Это, в свою очередь, подтягивает узел COMP, увеличивая ток от выходного каскада, уменьшая мощность блока преобразователя постоянного / постоянного тока (который может быть реализован с различными топологиями, такими как обратный ход, понижающий или линейный каскад), и, наконец, уменьшение зарядного тока. Эта отрицательная обратная связь завершает контур управления зарядным током.

Когда батарея приближается к своему конечному напряжению, входы GM2 приходят в равновесие. Теперь GM2 подтягивает узел COMP до высокого уровня, и выходной ток увеличивается, в результате чего ток заряда уменьшается, поддерживая равными В _SENSE и В _REF .Управление зарядным контуром изменено с GM1 на GM2. Поскольку коэффициент усиления двух усилителей очень высок, переходная область от управления током к напряжению очень резкая, как показано на рисунке 2. Эти данные были измерены на 10-вольтовой версии автономного зарядного устройства, показанном на рисунке 3.

Рис. 2. Изменение тока / напряжения зарядного устройства ADP3810 CCCV

Полное автономное литий-ионное зарядное устройство: На рис. 3 показана полная система зарядки с использованием ADP3810 / 3811. В этом автономном зарядном устройстве используется классическая архитектура с обратным ходом для создания компактной и недорогой конструкции.Три основных участка этой схемы — это контроллер первичной стороны, силовой полевой транзистор и трансформатор обратного хода, а также контроллер вторичной стороны. В этой конструкции используется ADP3810, напрямую подключенный к батарее, для зарядки двухэлементной литий-ионной батареи. до 8,4 В при программируемом токе заряда от 0,1 до 1 А. Входной диапазон от 70 до 220 В переменного тока — для универсальной работы. Используемый здесь широтно-импульсный модулятор первичной стороны — промышленный стандарт 3845, но могут использоваться и другие компоненты ШИМ. . Фактические выходные характеристики зарядного устройства контролируются ADP3810 / 3811, что гарантирует конечное напряжение в пределах ± 1%.

Рисунок 3. Полное автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

Токовый привод управляющего выхода ADP3810 / 3811 напрямую подключается к фотодиоду оптопары без дополнительных схем. Его выходной ток 4 мА позволяет управлять различными оптопарами — здесь используется MOC8103. Ток фототранзистора протекает через R _F , устанавливая напряжение на выводе COMP 3845 и, таким образом, управляя рабочим циклом ШИМ. Контролируемый импульсный стабилизатор спроектирован таким образом, что повышенный ток светодиода от оптопары снижает рабочий цикл преобразователя.

В то время как сигнал от ADP3810 / 3811 управляет средним зарядным током , первичная сторона должна иметь циклическое ограничение тока переключения. Этот предел тока должен быть спроектирован таким образом, чтобы при отказе или неисправности вторичной цепи или оптопары или во время запуска компоненты первичной силовой цепи (полевой транзистор и трансформатор) не подвергались перенапряжению. Когда вторичная сторона V _CC поднимается выше 2,7 В, ADP3810 / 3811 берет на себя управление и регулирует средний ток.Предел тока первичной стороны устанавливается резистором считывания тока 1,6 Ом, подключенным между силовым транзистором NMOS, IRFBC30 и землей.

ADP3810 / 3811, ядро ​​вторичной стороны, устанавливает общую точность зарядного устройства. Для выпрямления требуется только один диод (MURD320), и никакой катушки индуктивности фильтра не требуется. Диод также предотвращает обратный запуск зарядного устройства при отключении входного питания. Конденсатор емкостью 1000 мкФ (CF1) поддерживает стабильность при отсутствии батареи .RCS определяет средний ток (см. Выше), и ADP3810 подключается напрямую (или ADP3811 через делитель) к батарее для измерения и управления ее напряжением.

С этой схемой реализовано полностью автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. Топология обратного хода объединяет преобразователь переменного тока в постоянный со схемой зарядного устройства, что дает компактный и недорогой дизайн. Точность этой системы зависит от контроллера вторичной стороны, ADP3810 / 3811. Архитектура устройства также хорошо работает в других схемах зарядки аккумуляторов.Например, стандартное зарядное устройство постоянного тока понижающего типа может быть легко сконструировано путем объединения ADP3810 и ADP1148. Простое линейное зарядное устройство также может быть разработано с использованием только ADP3810 и внешнего транзистора. Во всех случаях присущая ADP3810 точность контролирует зарядное устройство и гарантирует конечное напряжение батареи ± 1%, необходимое для зарядки литий-ионных аккумуляторов.

Схема зарядного устройства для простых гелевых аккумуляторов

Это схема зарядного устройства для гелевых аккумуляторов, использующая LM317. Он может заряжать гелевые батареи любого размера с зарядным током, 300 мА, 650 мА и 1 ток.3А.

Может продлить срок службы гелевой батареи. Потому что это более низкое напряжение зарядки ( отрегулируйте напряжение 13,4 В). Таким образом, никаких перегревов.

Пока цепь работает, светодиод показывает зарядку. И напряжение аккумулятора повышается и полный ток по мере настройки. Затем ток уменьшается до нуля. При этом светодиод погаснет.

Что такое гелевый аккумулятор?

Некоторые из вас могут еще не знать их. Давайте познакомимся с этим немного.

Это также свинцово-кислотные батареи. Но есть группа необслуживаемых батарей. Внутри есть пластина положительного элемента и пластина отрицательного элемента со свинцовым кальцием или свинцовым серебром (дорого).

Нам не нужно заглядывать внутрь. Просто используйте это достаточно.

Батарея этого типа. Кислота внутри батареи была загущена, чтобы уменьшить проблему утечки кислоты из батареи.

Cr: Фото с Amazon Mighty Max Battery

Схема зарядного устройства гелевых аккумуляторов работает

В приведенной выше схеме мы используем LM317 как 1.Регулируемый регулятор положительного напряжения 5А. Он преобразует входное постоянное напряжение в стабильное напряжение для зарядки аккумулятора. Мы настраиваем потенциометр 5K-VR1 на выход 13,4 В.

Мы устанавливаем выходной ток с помощью резистора измерения тока (R3) на земле или (-) клемме.

R3 является токоограничивающим. Вы можете выбрать его, чтобы установить ток зарядки.

• 300 мА = 2,2 Ом, 1 Вт
• 500 мА = 1 Ом, 1 Вт
• 1300 мА = 0,47 Ом, 1 Вт

Когда ток течет через R3.Это приводит к появлению напряжения на базе и эмиттере транзистора Q1. Он смещен вперед. Таким образом, Q1 проводит ток к LED1 и регулятору IC1.

Красный светодиод 1 показывает, что аккумулятор заряжается. Когда напряжение батареи достигнет, ток упадет до нескольких миллиампер. И это снижает напряжение на Q1 и LED1. Когда ток падает примерно на 5%, светодиод гаснет, и ток падает почти до нуля.

См .: Схема автоматического зарядного устройства

Адаптер переменного тока

В качестве источника питания мы используем адаптер переменного тока.Как и в схеме выше, комплект разъемов 500 мА постоянного тока для зарядного тока 300 мА. Но мой сын ошибочно рисует схему. Мы сожалеем. Сила тока адаптера переменного тока должна превышать 1500 мА при напряжении от 15 до 18 В.

• Для выхода 300 мА требуется блок разъемов на 500 мА.
• Для выхода 500 мА требуется дополнительный модуль питания на 650 мА.
• Для выхода 1300 мА требуется блок разъемов на 1500 мА.

Что такое адаптер переменного тока?

Если вы новичок, то можете запутать схему внутри нее.
Если вы не можете купить адаптер переменного тока, используйте нерегулируемый источник питания из имеющихся у вас деталей. Это спасает чем то.

Детали, которые вам понадобятся
IC1 = IC1 = LM317_1.5A Регулируемый стабилизатор положительного напряжения
C1, C2 = 0,1 мкФ 50 В_ Керамические конденсаторы
R1 = 470 Ом _ 0,25 Вт Резистор
R2 = 2,2 кОм _ 0,25 Вт Резистор
VR1 = 5K _ потенциометр
R3 = 1 Ом 1 Вт Резистор

Мало того, что мне нравится сохранять старые идеи схем. Это может быть полезно для вашего.См. Ниже:

Цепь зарядного устройства сухой батареи

Это цепь зарядного устройства сухой батареи. Для этого можно использовать зарядное устройство, чтобы проработать около 12 часов. При подаче на блок питания 9 вольт оборудования, фиксирующего в цепи, используется аккумулятор типоразмера АА.

При использовании размера C или D сопротивление резистора RX должно снизиться до 68 Ом и не должно приводить к тому, что батарея перейдет в последовательное соединение, в то время как напряжение в элементарной батарее ниже 1,6 В.

Схема компаратора с (IC741) управляет выходом затвора от импульсного генератора.Мы используем интегральную схему CMOS 4011, которая подает ток смещения на транзистор, который поступает в переднюю батарею зарядного устройства до тех пор, пока напряжение не достигнет 1,6 В.

Схема компаратора сигнализирует о том, что светодиодный индикатор мигает, для защиты заряженного аккумулятора от полного заряда.

В следующий раз, если у друзей есть сухие батареи, которые уже были готовы, не отказывайтесь, попробуйте снова применить новые.

Продолжайте читать:
5 Цепи зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Схема зарядного устройства литиевой батареи — Gadgetronicx

Gadgetronicx> Электроника> Принципиальные и электрические схемы> Схемы зарядного устройства> Схема

зарядного устройства для литиевой батареи

Команда Gadgetronicx 20 ноября 2019

Литиевые батареи

в наши дни широко используются почти повсеместно. К этим батареям нужно было обращаться по-особенному, так как зарядка и разрядка литиевой батареи — довольно своеобразный процесс.Для этой цели мы разработали схему зарядного устройства для литиевых аккумуляторов 7,4 В, которая способна эффективно удовлетворять потребности в зарядке.

РАБОТА ЦЕПИ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ЛИТИЕВОЙ БАТАРЕИ:

Эта схема запускается с питанием 220/110 В переменного тока от обычной розетки. Этот источник переменного тока понижается с помощью понижающего трансформатора, который преобразует этот сигнал 220 В переменного тока в 24 В переменного тока. Этот сигнал переменного тока затем выпрямляется в сигнал постоянного тока. Этот сигнал 24 В переменного тока теперь преобразуется в 24 В постоянного тока.

Этот сигнал 24 В постоянного тока подается на классический регулятор 12 В 7812.Этот источник питания 12 В используется для питания зарядного устройства литиевой батареи IC LM3420. LM3420 — это специальный чип для оптимальной зарядки литиевой батареи. Выход этого чипа достигает 8,4 В при зарядке литиевой батареи 7,4 В, так как напряжение зарядки литиевой батареи 7,4 В должно быть около 8,4 В.

ТРИКЛ ЗАРЯДКА:

Уникальность литиевых аккумуляторов в том, что они требуют разного зарядного тока в зависимости от уровня заряда для длительного и эффективного использования. Использование одного и того же зарядного тока в течение всего времени зарядки приведет к снижению уровня зарядки с течением времени.Именно здесь возникает концепция капельного заряда.

Капельная зарядка использует максимальный зарядный ток, когда батарея была в состоянии низкого заряда, например, 30%. Но как только зарядка начнется, напряжение аккумулятора повысится. Для литий-ионного аккумулятора 7,4 В выходное напряжение приближается к 8,4 В. Это будет напряжение зарядки, когда батарея сантиметров достигнет 80–90%. В этот момент LM3420 снижает выходной ток с максимума до точки, при которой он будет эквивалентен току саморазряда батареи.Это концепция непрерывной зарядки, при которой зарядка их меньшим зарядным током в конце цикла зарядки продлит срок службы батареи и сохранит максимальную зарядную емкость батареи.

LM3420 использует этот метод для зарядки литиевой батареи 7,4 В и продления срока службы батареи, сохраняя при этом зарядную емкость батареи.

СПИСОК ЧАСТЕЙ:

1. Диод 1N4004
2. Резистор 2кОм, 1кОм
3. Регулятор напряжения 7812
4. Источник тока
5. Зарядное устройство LM3420

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Эта схема применима с 7.Литий-ионные аккумуляторы 4в
2. Номинальный ток трансформатора должен быть не менее 1 А.

Плавающее зарядное устройство батареи

: 7 ступеней (с изображениями)

Схема делится на три логические части:

1. Модулятор с микросхемой NE555
2. Индуктор
3. Обратная связь по выходному напряжению

NE555 сконфигурирован как нестабильный мультивибратор. Он выдает переменный выходной сигнал высокого / низкого уровня на выводе 3, который включает / выключает транзистор Q1.R1 и R2 определяют частоту модуляции. Лучшее визуальное объяснение, которое я нашел, взято с сайта bsselektronika.hu.

Транзистор Q1 управляет катушкой индуктивности, которая постоянно накапливает электромагнитный поток и разрушает его, вызывая повышение напряжения.

D2 предотвращает обратную связь этого более высокого напряжения с источником питания.

C3 сохраняет более высокое напряжение и обеспечивает его, пока Q1 находится в выключенном состоянии — без емкости повышенное напряжение не появилось бы на выходе зарядного устройства.

D3 предотвращает прохождение тока от аккумулятора к зарядному устройству. Кроме того, это положительный выходной вывод зарядного устройства.

Q2 со своими резисторами образует цепь обратной связи к NE555 и позволяет регулировать выходное напряжение.

Другими параметрами, определяющими выходное напряжение, являются R1, R2 и C1 NE555. Уравнения:

• Положительный временной интервал (T1) = 0,693 * (R1 + R2) * C1
• Отрицательный временной интервал (T2) = 0,693 * R2 * C1
• Частота = 1.44 / ((R1 + R2 + R2) * C1)

Поищите онлайн-калькуляторы 555 или посмотрите этот калькулятор Excel от Texas Instruments: http://www.ti.com/tool/tlc555calc.

Светодиод

прикреплен к Vcc и заземлению, показывая, что зарядное устройство запитано.

Предупреждение № 1 : Без обратной связи эта цепь может производить намного более 100 вольт (при очень низкой силе тока). Помните, что высокое напряжение может вывести из строя ваш вольтметр, если вы не будете достаточно осторожны.

Предупреждение № 2 : Предохранитель необходим, если вы работаете с источниками питания с высокой плотностью энергии, такими как свинцово-кислотные батареи.Если что-то пойдет не так, и, например, ваши клеммные разъемы в вашей проектной коробке случайно подключатся из-за сломанной пайки, тогда он напрямую соединит + и — клеммы вашей батареи. Ваши провода будут светиться и загореться, и ваша батарея может выйти из строя, даже если она может взорваться. Таким образом, несмотря на то, что зарядное устройство имеет низкое напряжение и низкую силу тока, необходимо иметь предохранитель. Будьте всегда в безопасности!

Примечание : схемы схем сделаны с помощью инструмента под названием Fritzing.

Принципиальная схема простого зарядного устройства 12 В

Принципиальная схема простого зарядного устройства 12 В

Простая электрическая схема зарядного устройства на 12 В, разработанная с использованием нескольких легко доступных компонентов, и эта схема подходит для различных типов аккумуляторов, требующих 12 В.Вы можете использовать эту схему для зарядки батареи 12 В SLA или гелевой батареи 12 В и так далее. Эта схема предназначена для обеспечения зарядного тока до 3 ампер, и в этой схеме нет защиты от обратной полярности или защиты от перегрузки по току, поэтому, пожалуйста, проверьте эту схему перед тем, как приступить к зарядке аккумулятора.

Эта простая принципиальная схема зарядного устройства на 12 В дает вам общее представление о стандартном зарядном устройстве, и вы можете добавить в эту схему дополнительные функции, такие как защита от обратной полярности, установив диод на выходе.(Диодный анод для вывода положительного источника питания и диодный катод как выходной положительный вывод) и установка защиты от перегрузки по току с использованием транзисторов. Следующая схема зарядного устройства представляет собой необработанный прототип, обеспечивающий выходную мощность 12 В на батарею.

Принципиальная схема

Необходимые компоненты

1. Понижающий трансформатор (0–14 В переменного тока / 3 А) — выбор зависит от ваших требований.
2. Модуль мостового выпрямителя BR1010
3. Конденсаторы 0,01 мкФ, 100 мкФ / 25 В каждый
4. Резистор 1 кОм (используйте 0.25 Вт для обычного светодиода)
5. Светодиод

Строительство и работа

Используйте понижающий трансформатор необходимого тока для целевой батареи, здесь мы использовали понижающий трансформатор 0–14 В переменного тока / 3 А, а для выпрямления переменного тока в постоянный мы использовали модуль мостового выпрямителя BR1010, который обеспечивает высокоэффективный источник постоянного тока с высоким номинальным током.