Зарядное устройство для Li-Ion аккумулятора из барахла. Зарядка при помощи лабораторного блока питания
Простое и надежное зарядное устройство для литий-ионных или полимерных батарей на основе микросхемы MCP73831 фирмы Microchip . Микросхема обеспечивает регулируемый зарядный ток в диапазоне от 15 мА до 500 мА для одной ячейки li-po аккумулятора. Для работы ЗУ необходимо постоянное напряжение в интервале от 5 до 6В. Его будем снимать с USB-порта персонального компьютера.
Зарядный ток литиевого аккумулятора может настраиваться с помощью внешних сопротивлений R2 и R4. При подключение резистора R4 (2кОм) через перемычку R5 к общему проводу будет установлен зарядный ток 500 мА. При подключении к общему проводу R2 (10кОм) зарядный ток будет 100 мА.
Светодиодный индикатор показывает состояние, когда li-ion батарея полностью заряжена. Максимальное зарядное напряжение обычно выбирают 4,2 В - это стандарт для большинства существующих литиевых аккумуляторов. Всего три сопротивления, конденсатор, индикаторный светодиод - и зарядное устройство полностью готово.
Зарядный ток изменяется от 15mA ~ 500mA по хитрой логике микросхемы. Подключите аккумулятор и сразу кратковременно загорится светодиод, а постоянно он будет гореть когда батарея будет полностью заряжена.
Технические параметры
Напряжение питания – 5В (USB)
Зарядный ток – 100 мА или 500 мА
Все детали проекта открыты для свободного использования. Проект созданный в KiCAD можно скачать в приложении.
Data Sheet MCP73831, справочные данные |
Подробное описание микросборки от фирмы изготовителя - Справочник. Микросхема расположена в удобном корпусе SOT-23-5. Из справочных данных, ток заряда задан - 250ма
Типовая схема включения в роли зарядного устройства, рекомендуемая МикроЧип:
Плюсом такой схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих зарядный ток. В этом случае он задается резистором, подключенным к пятому пину микросхемы. Его сопротивление лежать в интервале от 2 до 10 кОм.
Зарядка в сборе на рисунке ниже, как видите очень миниатюрная и компактная:
Микросхема в процессе работы сильно нагревается, но как показали проведенные испытания. Свою главную функцию выполняет на отлично.
Наверное, это одна из самых простых схем зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов, которую можно собрать своими руками. Подходит, в том числе и для li-pol батарей.
Печатные платы 2 варианта под схему выше, можно здесь:
Во время теста готовой сборки: начал зарядку двух литиевых батарей типа 18650 общей емкостью 4,4 а/ч. разрядил их до 3,2 вольт и подключил зарядку, подождал минут 10 и замерил температуру микросборки термопарой - 67 градусов. Если верить справочнику то максимальная нормальная рабочая температура для данной микросхемы 85 градусов, так что считаю что такой нагрев вполне нормальным, тем более что в процессе зарядки температура будет снижаться так как аккумулятор будет заряжаться меньшим током, но больше 500мА я бы не рискнул тянуть с нее без радиатора.
Зарядный ток литиевого аккумулятора может настраиваться в широком диапазоне с помощью внешних сопротивлений. Светодиодный индикатор показывает состояние, когда li-ion батарея полностью заряжена. Максимальное зарядное напряжение устанавливается в пределах с 4,1 до 4,5 вольт, обычно выбирают 4,2 В - это стандарт для большинства существующих литиевых аккумуляторов. Для различных микросборок серии оно составляет: MCP73831-2 4,2 В, MCP73831-3 4.3 В, MCP73831-4 4.4В, MCP73831-5 - 4,5 вольт. Всего два сопротивления, парочка конденсаторов, индикаторный светодиод - и вот зарядное устройство полностью готово.
Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.
Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.
«С» значит Capacity
Часто встречается обозначение вида «xC». Это просто удобное обозначения тока заряда или разряда аккумулятора с долях его ёмкости. Образовано от английского слова «Capacity» (вместимость, ёмкость).Когда говорят о зарядке током 2С, или 0.1С, обычно имеют в виду, что ток должен составлять (2 × емкость аккумулятора)/h или (0.1 × емкость аккумулятора)/h соответственно.
Например, аккумулятор емкостью 720 mAh, для которого ток заряда составляет 0.5С, надо заряжать током 0.5 × 720mAh/h = 360 мА, это относится и к разряду.
А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.
Схема простого зарядного устройства на LM317
Рис. 5.
Схема с применением обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения, которое устанавливается потенциометром R2.
Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно стабилизировать ток с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN-транзистора (VT1).
Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.
Надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.
Схема простого зарядного устройства на LTC4054
Рис. 6.
Можно выпаять контролер заряда LTC4054 из старого сотового телефона, к примеру, Samsung (C100, С110, Х100, E700, E800, E820, P100, P510).
Рис. 7. У этого мелкого 5-ногого чипа маркировка «LTH7» или «LTADY»
Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.
Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле
I=1000/R,
где I - ток заряда в Амперах, R - сопротивление резистора в Омах.
Индикатор разрядки литиевого аккумулятора
Вот простая схема, которая зажигает светодиод, когда батарея разряжена и её остаточное напряжение близко к критическому.
Рис. 8.
Транзисторы любые маломощные. Напряжение зажигания светодиода подбирается делителем из резисторов R2 и R3. Схему лучше подключать после блока защиты, чтоб светодиод не разрядил аккумулятор совсем.
Нюанс долговечности
Производитель обычно заявляет 300 циклов, но если заряжать литий всего на 0,1 Вольта меньше, до 4.10 В, то количество циклов возрастает до 600 и даже более.Эксплуатация и меры предосторожности
Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» аккумуляторы из существующих, то есть требуют обязательного соблюдения нескольких несложных, но обязательных правил, из-за несоблюдения которых случаются неприятности.1. Не доспускается заряд до напряжения, превышающего 4.20 Вольт на банку.
2. Не доспускается короткое замыкание аккумулятора.
3. Не доспускается разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С. 4. Вреден разряд ниже напряжения 3.00 Вольта на банку.
5. Вреден нагрев аккумулятора выше 60°С. 6. Вредна разгерметизация аккумулятора.
7. Вредно хранение в разряженном состоянии.
Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных - к полной или частичной потере ёмкости.
Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления - создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.
Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.
Из старой ноутбучной батареи можно вытащить много вполне рабочих аккумуляторов формата 18650.
Где я применяю литиевые батареи
Давно переделал шуруповерт и электроотвертку на литий. Пользуюсь этими инструментами нерегулярно. Теперь даже через год неиспользования они работают без подзарядки!Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.
Ставлю в светодиодные фонарики.
В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.
Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.
Где я покупаю литий и полезности по теме
Продаются . По этой же ссылке найдёте модули зарядок и пр. полезности для самодельщиков.На счёт ёмкости китайцы обычно врут и она меньше написанной.
Честные Sanyo 18650
Для своих последних проектов я использовал Li-Pol аккумуляторы от сотовых телефонов. Они действительно замечательны. Высокая энергетическая плотность, низкий уровень саморазряда, нет эффекта памяти. Но Li-Pol аккумуляторы, в отличие от других, требуют более сложных зарядных устройств. Вы должны не допустить превышения зарядного напряжения и перезаряда - это может повредить аккумулятор.
В течение некоторого времени я использовал зарядное устройство Sparkfun LiPoly charger на базе MAX1555 , и работало оно действительно хорошо. Единственное что не получалось - управлять током заряда. После проведения нескольких опытов я решил попробовать другой чип - MCP73833 .
Характерные особенности MC73833
(скопировано со спецификации):
- Высокая точность установки выходного напряжения
- Опции управления выходным напряжением
- Программируемый пользователем выходной ток до 1 А
- Два статусных выхода с открытым стоком
- Опции предзаряда и завершения заряда
- Защита от превышения напряжения
- Выход «заряд завершен»
Мне понравились возможности чипа по установке тока зарядки и статусные выходы, которые в серьезных устройствах исключительно полезны.
Схема
Резистором R4 устанавливается ток заряда. Я установил этот резистор в контакты от разъема, чтобы удобнее было менять ток для заряда аккумуляторов других типов. При сопротивлении резистора 10 кОм ток заряда аккумулятора равен 100 мА.
Результат
Все использованные компоненты - 0805 SMD, кроме чипа MCP73833, который имеет корпус MSOP-10. Это было моей первой попыткой изготовить устройство с применением SMD компонентов. Я использовал паяльную станцию. Оказалось, что требуется очень точная дозировка паяльной пасты. Лишний припой необходимо удалять специальной оплеткой для снятия припоя.
Выводы
Следующая версия должна иметь гнездо для подключения сетевого адаптера. Два штырька неудобны для подключения источника питания.
Замечание: как видите, на плате есть разъем мини-USB, чтобы иметь возможность для подключения зарядного устройства к ноутбуку.
Я настоятельно рекомендую использовать что-типа USB хаба для проверки любого собранного вами USB устройства.
Я не сделал этого, и теперь имею сгоревший первый макет зарядного устройства и единственный уцелевший USB порт в ноутбуке. И хотя ОС предупреждала меня «Большой ток потребления, порт будет отключен», было уже поздно. Короче, вы предупреждены.
Микросхемы импортные / MICROCHIP 1A Li-Ion/Li-Poly Charge mgmt controller, PG output MSOP10
| Поставщик | Производитель | Наименование | Цена |
|---|---|---|---|
| Триема | MCP73833-CNI/MF | 1 руб. | |
| Стандарт СИЗ | Microchip | MCP73833T-FCI/UN | 20 руб. |
| Десси | Microchip | MCP73833T-FCI/UN | 72 руб. |
| LifeElectronics | Microchip | MCP73833T-FCI/MF | по запросу |
- ВЕСЬМА, ВЕСЬМА ПОЛЕЗНАЯ СТАТЬЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРОВ АКТУАЛЬНА.
- Мне тоже понравилось, весьма актуально, а главное есть практическая ценность.
- Как дополнительна информация по аккумуляторам. http://www.compitech.ru/html.cgi/arh...9/stat_116.htm
- Верно подмечено - именно практическая ценность. И добавка от lllll весьма...
- Подскажите где 2 часть, Li Ion аккумуляторы для роб. техники?
- Если имеется в виду статья Литий-ионные аккумуляторы для робототехники. Часть 1. Введение то, во первых, этот вопрос надо было задавать не в этой теме, а в комметнариях имено той статьи во вторых, посмотрите на дату выхода статьи - вчера, 23 июня. Далее смотрим самый низ статьи - Продолжение следует По моему - все логично. Или все не очевидно? Ну дайте переводчикам и редакторам хоть какое то время для подготовки продолжения.
- Микросхема хорошая, а вот как ее автор статьи использовал мне не понравилось, не мудрено что он порт в ноуте спалил. Приглядитесь к части схемы разъема миниUSB.
- Подскажите, как изменить схему чтобы обезопасить ЮСБ-порт при зарядке от него? Но можно было питать зарядное и от сетевого адаптера.
- поставь резистор соответствующий, 3-5кОм, брать будет около 350-200мА от порта, 1кОм потянет 1А току. собрал схему по даташиту и теперь есть два вопроса, которые никак не пойму: почему микросхема заряжает только до 4.10-4.13в? и как подключить лампочку, чтобы она отключалась, когда достигнуто минимальное для аккумулятора напряжение?
