Схема зу для акб 18650. Самодельное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов 18650: схемы и инструкции

Как сделать зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов своими руками. Какие схемы подходят для самостоятельной сборки ЗУ. Какие компоненты потребуются для создания зарядки. Как правильно собрать и настроить самодельное зарядное устройство.

Принципы работы зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы требуют особого подхода к зарядке для обеспечения их безопасности и долговечности. Основные принципы работы зарядных устройств для Li-ion аккумуляторов включают:

• Зарядку постоянным током до достижения напряжения 4.2 В на элементе
• Переход в режим постоянного напряжения при достижении 4.2 В
• Прекращение зарядки при снижении тока до 10% от начального значения
• Контроль температуры аккумулятора во время зарядки
• Защиту от перезаряда, переразряда и короткого замыкания

Соблюдение этих принципов позволяет максимально эффективно и безопасно заряжать литий-ионные аккумуляторы, продлевая срок их службы.

Схема простейшего зарядного устройства на TL431

Одна из самых простых схем зарядного устройства для Li-ion аккумуляторов строится на основе микросхемы TL431. Основные компоненты такой схемы:

• Стабилизатор напряжения TL431
• Силовой транзистор (КТ805, КТ815 и др.)
• Резисторы для задания тока и напряжения
• Светодиод-индикатор

Как работает эта схема. Стабилизатор TL431 поддерживает постоянное напряжение 4.2 В на выходе. Ток заряда задается резистором R1. При достижении полного заряда ток автоматически снижается.

Преимущества схемы на TL431:

1. Простота и минимум компонентов
2. Низкая стоимость
3. Легкость настройки выходного напряжения

Недостатки:

1. Отсутствие активной защиты аккумулятора
2. Необходимость точной настройки напряжения

Схема зарядного устройства на LM317 и TL431

Более совершенная схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов строится на основе двух микросхем — LM317 и TL431. Такая схема обеспечивает лучший контроль процесса зарядки.

Основные компоненты:

• Стабилизатор тока LM317
• Стабилизатор напряжения TL431
• Резисторы для настройки тока и напряжения
• Светодиоды-индикаторы

Принцип работы этой схемы заключается в следующем: LM317 обеспечивает стабильный ток заряда, а TL431 контролирует напряжение на аккумуляторе. При достижении 4.2 В схема переходит в режим стабилизации напряжения.

Преимущества схемы на LM317 и TL431:

1. Точный контроль тока и напряжения заряда
2. Автоматическое переключение режимов заряда
3. Возможность тонкой настройки параметров

Недостатки:

1. Большее количество компонентов
2. Необходимость в радиаторе для LM317

Использование готовых модулей заряда на TP4056

Современным решением для создания зарядных устройств является использование специализированных модулей на базе чипа TP4056. Эти модули значительно упрощают процесс сборки зарядного устройства.

Особенности модулей на TP4056:

• Полностью автоматический процесс заряда
• Встроенная защита от перезаряда и короткого замыкания
• Индикация процесса заряда
• Компактные размеры

Модули TP4056 бывают двух типов — с защитой аккумулятора и без нее. Модули с защитой дополнительно содержат микросхемы DW01A и FS8205A, обеспечивающие комплексную защиту аккумулятора.

Как работает модуль TP4056:

1. Заряд постоянным током до достижения 4.2 В
2. Переход в режим постоянного напряжения
3. Автоматическое прекращение заряда при снижении тока

Компоненты для сборки зарядного устройства на TP4056

Для сборки зарядного устройства на базе модуля TP4056 потребуются следующие компоненты:

• Модуль TP4056 с защитой аккумулятора
• Блок питания 5В или 12В
• Стабилизатор напряжения 7805 (при использовании 12В блока питания)
• Конденсаторы для фильтрации
• Выключатель
• Разъем питания
• Батарейный отсек для 18650
• Корпус для устройства

При выборе компонентов важно учитывать совместимость по напряжению и току. Блок питания должен обеспечивать ток не менее 1А для эффективной работы модуля TP4056.

Пошаговая инструкция по сборке зарядного устройства на TP4056

Сборка зарядного устройства на базе модуля TP4056 включает следующие этапы:

1. Подготовка корпуса:
   • Разметка и вырезание отверстий для компонентов
   • Установка батарейного отсека
2. Монтаж электронных компонентов:
   • Установка модуля TP4056
   • Монтаж стабилизатора напряжения (если необходимо)
   • Установка выключателя и разъема питания
3. Электрические соединения:
   • Подключение входного питания к модулю TP4056
   • Соединение модуля с батарейным отсеком
4. Проверка и настройка:
   • Проверка всех соединений
   • Тестирование работы устройства

После сборки необходимо тщательно проверить все соединения во избежание короткого замыкания или неправильной работы устройства.

Меры безопасности при работе с литий-ионными аккумуляторами

При работе с литий-ионными аккумуляторами и зарядными устройствами для них необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать только качественные и проверенные аккумуляторы
• Не допускать перезаряда аккумуляторов (выше 4.2 В на элемент)
• Избегать глубокого разряда (ниже 2.5 В на элемент)
• Не допускать короткого замыкания аккумуляторов
• Заряжать аккумуляторы только под присмотром
• Не использовать поврежденные или деформированные аккумуляторы
• Хранить аккумуляторы в прохладном месте при 40-60% заряда

Соблюдение этих мер позволит избежать опасных ситуаций и продлить срок службы аккумуляторов.

Возможные риски при неправильном обращении:

1. Перегрев и возгорание аккумулятора
2. Взрыв при критическом перезаряде
3. Выход из строя защитной схемы при глубоком разряде
4. Снижение емкости при неправильных режимах эксплуатации

Тестирование и отладка самодельного зарядного устройства

После сборки зарядного устройства необходимо провести его тщательное тестирование и отладку. Это поможет убедиться в правильности работы и безопасности использования.

Этапы тестирования:

1. Проверка выходного напряжения без нагрузки
2. Измерение тока заряда при подключении аккумулятора
3. Контроль процесса заряда от начала до автоматического отключения
4. Проверка работы индикации
5. Тест на нагрев компонентов во время работы

При тестировании рекомендуется использовать качественный мультиметр и, по возможности, осциллограф для точного контроля параметров заряда.

На что обратить внимание при отладке:

• Стабильность выходного напряжения
• Правильность переключения режимов заряда
• Отсутствие перегрева компонентов
• Корректная работа защитных механизмов

Если в ходе тестирования обнаружены отклонения от нормальной работы, необходимо выявить их причину и устранить перед использованием устройства.

Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов.

---

---

Статья обновлена: 2018-04-03

---

Для зарядки литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650 и составленных из них аккумуляторных батарей лучше всего использовать специализированные зарядные устройства (ЗУ). Это поможет свести к минимуму риски повреждения аккумуляторов или АКБ благодаря их корректной зарядке. Но если вы уверены в своих силах и хотите собрать зарядник своими руками, остается выбрать подходящую схему зарядного устройства для литиевых аккумуляторов или батарей и воплотить ее в жизнь.

Схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов 18650

Рассмотрим простейшую схему ЗУ для литиевого аккумулятора типоразмера 18650. Оно подойдет и для других аккумуляторов, но нужно будет установить подходящее значение выходного напряжения. В этой схеме стабилизируется напряжение, и ограничивается зарядный ток.

Стабилизация напряжения создается на основе известной микросхемы стабилитрона TL431. Она есть во всех блоках питания импульсного типа. В роли элемента усиления используется транзистор. В роли силового транзистора можно использовать любую достаточно мощную модель обратной проводимости – КТ805, КТ815, КТ817, КТ819 и др. Зарядный ток, задаваемый резистором R1, зависит исключительно от характеристик заряжаемого накопителя энергии. Мощность этого резистора – 1 Вт, всех других – 0,25 или 0,125 Вт.

Поскольку напряжение одного Li-Ion аккумулятора стандарта 18650 в заряженном состоянии имеет значение 4,2 В, именно эту величину нужно установить на выходе ЗУ. Напряжение выставляется сочетанием резисторов R2 и R3. Чтобы рассчитать напряжение стабилизации микросхемы TL431, можно воспользоваться одной из многочисленных онлайн-программ.

Чтобы с высокой точностью настроить выходное напряжение, желательно использовать вместо резистора R2 многооборотное сопротивление порядка 10 кОм. Индикатором заряда выступает светодиод. Чтобы настроить устройство, достаточно установить выходное напряжение 4,2 В. Для проверки работоспособности микросхемы перед пайкой желательно создать для нее компактный тестовый стенд. После сборки рекомендуется внимательно проверить монтаж, чтобы убедиться в правильности выполнения всех работ.

Схема зарядного устройства для литий-ионной батареи

Это ЗУ создается на основе пары микросхем-стабилизаторов 317 и 431. Источником тока выступает стабилизатор LM317. Его можно взять в корпусе TO-220 и следует поставить на отвод тепла с использованием термопасты. Входное напряжение берется из диапазона 9–20 В. Выходное напряжение устанавливается при помощи резистора 22 кОм около 4,2 В. Светодиодные элементы D1 и D2 берутся произвольные.

В этой схеме зарядного Li-Ion батареи минимальное значение мощности резистора R2 (22 кОм) составляет 2 В, R5 (11 кОм) – 1 В, оставшихся – 0,125–0,25 В. При выборе переменного резистора на 22 кОм нужно отдать предпочтение моделям категории СП5-2 (многооборотный, зарубежный – 3296 Вт). Они отличаются сверхточной регулируемостью сопротивления с помощью напоминающей болт червячной пары. Параметры печатной платы – 5х2,5 см. По сторонам нужно предусмотреть свободное место для креплений.

Такое ЗУ работает по классическому принципу. Вначале батарея подзаряжается постоянным током, определяемым при помощи R5. При номинальном значении 11 Ом он составляет около 100 мА. В дальнейшем, когда АКБ будет с напряжением 4,15–4,2 В, стартует подзарядка постоянным напряжением.

При значительном снижении тока зарядки светодиодный элемент D1 прекращает свечение. Поскольку напряжение для ЗУ данного типа составляет 4,2 В, это значение нужно установить с использованием вольтметра на выходе без нагрузки. Если чуть-чуть (на десятую долю вольта) уменьшить напряжение, то АКБ будет заряжаться не на 100%, но ее ресурс продлится.

Читайте в нашем предыдущем материале о том, почему иногда взрываются литий-ионные аккумуляторы.

Перейти в раздел зарядные устройства для АКБ

 

2018-04-03

Комментарии: 0

Просмотры: 5459

Комментарии

Самодельное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов 18650

Аккумуляторы играют важную роль в любом механизме, работающим не от сети. Перезаряжаемые аккумуляторные батареи стоят довольно дорого, из-за того, что вместе с ними нужно приобретать зарядное устройство. В аккумуляторных батареях используются разные комбинации проводниковых материалов и электролитов – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), литий-ионполимерные (Li-Po).

Я использую литий-ионные аккумуляторы в своих проектах, поэтому решил сделать зарядку для литиевых аккумуляторов 18650 своими руками, а не покупать дорогое, так что приступим.

Шаг 1: Видео

В видео показана сборка зарядного устройства.
Ссылка на youtube

Шаг 2: Список электрокомпонентов

Показать еще 3 изображения

Список компонентов, необходимых для сборки зарядного устройства для аккумуляторных батареек 18650:

• Модуль зарядного устройства на базе чипа TP4056 с защитой аккумулятора
• Блок питания 12В 2А
• Выключатель SPST с двумя контактами
• Стабилизатор напряжения 7805, вам понадобится 1 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)
• Конденсатор 100 нФ, 4 шт (не нужен, если есть 5В блок питания)
• Батарейный отсек 18650
• Разъем питания
• Печатная плата

Шаг 3: Список инструментов

Для работы вам будут нужны следующие инструменты:

• Паяльник и проволочный припой
• Горячий нож
• Клеевой пистолет и палочки термоклея
• Отвертка и винты
• Пластиковая коробочка 8х7х3 см (или близкая по размерам)

Теперь, когда все нужные инструменты и компоненты подготовлены к работе, займемся модулем ТР4056.

Шаг 4: Модуль зарядного устройства Li-io аккумуляторов на основе чипа ТР4056

Немного подробнее об этом модуле. На рынке представлены два варианта этих модулей: с защитой аккумулятора и без нее.

Коммутационная плата, содержащая схему защиты, осуществляет контроль напряжения с помощью фильтра цепи питания DW01A (интегральная схема защиты батареи) и FS8205A (N-канальный транзисторный модуль). Таким образом, коммутационная плата содержит три интегральных схемы (TP4056+DW01A+FS8205A), в то время как модуль зарядного устройства без защиты батареи содержит лишь одну интегральную схему (TP4056).

TP4056 – модуль заряда одноэлементных Li-io аккумуляторов с линейным зарядом постоянного тока и напряжения. Корпус SOP и малое число внешних компонентов делают этот модуль прекрасным вариантом для использования в самодельных электроприборах. Он заряжает через USB так же хорошо, как через обычный блок питания. Распиновка модуля TP4056 прилагается (рис.2), как и график цикла зарядки (рис. 3) с кривыми постоянного тока и постоянного напряжения. Два диода на коммутационной плате показывают текущий статус заряда – заряд, прекращение заряда и тд (рис.4).

Чтобы не повредить аккумулятор, заряд 3,7 В литий-ионных аккумуляторов должен осуществляться при значении постоянного тока 0,2-0,7 от их емкости, пока выходное напряжение не достигнет 4,2 В, после чего заряд будет осуществляться постоянным напряжением и постепенно снижающимся (до 10% от первоначального значения) током. Мы не можем прервать заряд при напряжении 4,2 В, так как уровень заряда будет 40-80% от полной емкости аккумулятора. За этот процесс отвечает модуль TP4056. Еще один важный момент – резистор, соединенный с выводом PROG, определяет зарядный ток. В модулях, представленных на рынке, обычно с этим выводом соединен 1,2 КОм резистор, что соответствует зарядному току 1А (рис.5). Чтобы получить другие значения зарядного тока, можно попробовать ставить другие резисторы.

Даташит модуля ТР4056

DW01A – интегральная схема защиты батареи, на рис. 6 показана обычная схема подключения. Полевые МОП-транзисторы М1 и М2 соединены внешне интегральной схемой FS8205A.

Даташит DW01A

Даташит FS8205A

Эти компоненты установлены на коммутационной плате модуля заряда литий-ионных батарей TP4056, ссылка на который есть в Шаге 2. Мы должны сделать только две вещи: дать напряжение в диапазоне 4-8 В на входной разъем, и соединить полюса аккумулятора и контактами + и – модуля TP4056.

После этого продолжим сборку зарядного устройства.

Шаг 5: Схема проводки

Чтобы завершить сборку электрокомпонентов, спаяем их в соответствии со схемой. Я приложил схему в программе Fritzing и фото физического соединения.

1. + контакт разъема питания соединяем с одним из контактов выключателя, а – контакт разъема питания соединяем с пином GND стабилизатора 7805
2. Второй контакт выключателя соединяем с пином Vin стабилизатора 7805
3. Устанавливаем три конденсатора 100 нФ параллельно между Vin и GND пинами стабилизатора напряжения (для этого используйте макетную плату)
4. Устанавливаем конденсатор 100 нФ между пинами Vout и GND стабилизатора напряжения (на макетной плате)
5. Соедините Vout пин стабилизатора напряжения с IN+ пином модуля TP4056
6. Соедините пин GND стабилизатора напряжения с IN- пином модуля TP4056
7. Соедините + контакт батарейного отсека с B+ пином модуля TP4056, а – контакт батарейного отсека соедините с В- пином модуля TP4056

На этом соединения завершены. Если вы используете 5 В блок питания, пропускайте все пункты с подключениями к стабилизатору напряжения 7805, и подключайте + и – блока напрямую к IN+ и IN- пинам модуля TP4056 соответственно.
Если вы будете использовать 12В блок питания, при прохождении тока 1А стабилизатор 7805 будет нагреваться, это можно исправить теплоотводом.

Шаг 6: Сборка, часть 1: прорезаем отверстия в корпусе

Показать еще 7 изображений

Для того, чтобы правильно уместить все электрокомпоненты в корпусе, в нем нужно прорезать отверстия:

1. Лезвием ножа отметьте на корпусе границы батарейного отсека (рис.1).
2. Горячим ножом прорежьте отверстие по сделанным меткам (рис.2 и 3).
3. После прорезания отверстия, корпус должен выглядеть как на рис.4.
4. Отметьте место, где будет находиться USB-разъем модуля TP4056 (рис.5 и 6).
5. Горячим ножом прорежьте в корпусе отверстие для USB-разъема (рис. 7).
6. Отметьте места на корпусе, где будут находиться диоды модуля TP4056 (рис. 8 и 9).
7. Горячим ножом прорежьте отверстия под диоды (рис. 10).
8. Таким же образом сделайте отверстия под разъем питания и выключатель (рис.11 и 12)

Шаг 7: Сборка, часть 2: устанавливаем электрокомпоненты

Следуйте инструкции, чтобы установить компоненты в корпусе:

1. Установите батарейный отсек так, чтобы монтажные точки были снаружи отсека/корпуса. Клеевым пистолетом приклейте отсек (рис.1).
2. Установите на место модуль TP4056 так, чтобы USB0разъем и диоды попали в соответствующие отверстия, зафиксируйте термоклеем (рис.2).
3. Установите на место стабилизатор напряжения 7805, зафиксируйте термоклеем (рис.3).
4. Установите на свои места разъем питания и выключатель, зафиксируйте их термоклеем (рис.4).
5. Расположение компонентов должно выглядеть так же, как на рис.5.
6. Нижнюю крышку закрепите на месте винтами (рис.6).
7. Позже я закрыл неровности, оставшиеся от горячего ножа, черной изолентой. Также их можно сгладить наждачкой.