Всім радіоаматорам добре знайомі плати заряду для однієї банки li-ion акумуляторів. Вона користується великим попитом через малої ціни і непоганих вихідних параметрів.

Застосовується для зарядки раніше зазначених акумуляторів від напруги 5 Вольт. Подібні хустки знаходять широке застосування в саморобних конструкціях з автономним джерелом живлення в особі літій-іонних акумуляторів.

Випускають ці контролери в двох варіантах - з захистом і без. Ті, що з захистом стоять трохи дорого.

Захист виконує кілька функцій

1) Вимикає акумулятор при глибокому розряді, перезаряді, перевантаження і к.з.

Сьогодні ми дуже детально перевіримо цю хустці і зрозуміємо чи відповідають обіцяні виробником параметри реальним, а також влаштуємо інші тести, погнали.
Параметри плати наведені нижче

А це схеми, верхня з захистом, нижня - без

Під мікроскопом видно, що плата досить непоганої якості. Двосторонній стеклотекстолит, ніяких "сополі", присутній шовкографія, всі входи і виходи промарковані, переплутати підключення не реально, якщо бути уважним.

Мікросхема може забезпечити максимальний струм заряду в районі 1 Ампера, цей струм можна змінити підбором резистора Rх (виділено червоним).

А це табличка вихідного струму в залежності від опору раніше зазначеного резистора.

Мікросхема задає кінцева напруга зарядки (близько 4,2Вольт) і обмежує струм заряду. На платі є два світлодіода, червоний і синій (кольору можуть бути іншими) Перший світиться під час заряду, другий коли акумулятор повністю заряджений.

Є Micro USB роз'єм, куди подається напруга 5 вольт.

Перший тест.
Перевіримо вихідна напруга, до якого буде заряджатися акумулятор, воно повинно бути в від 4,1 до 4,2В

Все вірно, претензій немає.

другий тест
Перевіримо вихідний струм, на цих платах за замовчуванням виставлений максимальний струм, а це близько 1А.
Будемо навантажувати вихід плати до тих пір, поки не спрацює захист, цим імітуючи велике споживання на вході або розряджений акумулятор.

Максимальний струм близький до заявленого, йдемо далі.

тест 3
На місце акумулятора підключений лабораторний блок живлення на якому заздалегідь виставлено напруга в районі 4-х вольт. Знижуємо напруга до тих пір поки захист не відключить акумулятор, мультиметр відображає вихідну напругу.

Як бачимо, при 2,4-2,5 вольтах напруга на виході пропало, тобто захист свого відпрацьовує. Але це напруга нижче критичного, думаю 2,8 Вольт було б саме воно, загалом не раджу розряджати акумулятор до такої міри, щоб спрацював захист.

тест 4
Перевірка струму спрацьовування захисту.
Для цих цілей була використана електронна навантаження, плавно збільшуємо струм.

Захист спрацьовує на токах близько 3,5 Ампер (чітко видно в ролику)

З недоліків відзначу лише те, що мікросхема безбожно нагрівається і не рятує навіть теплоємна плата, до речі - сама мікросхема має підкладку для ефективної тепловіддачі і ця підкладка припаяна до плати, остання відіграє роль тепловідведення.

Додати думаю нічого, все прекрасно бачили, плата є відмінним бюджетним варіантом, коли мова йде про контроллер заряду для однієї банки Li-Ion акумулятора невеликої ємності.
Думаю це одна з найбільш вдалих розробок китайських інженерів, яка доступна всім через незначною ціни.
Щасливо залишатися!

Купувався лот з десяти штук, для переробки харчування деяких пристроїв на li-ion акумулятори ( Зараз в них використовується 3АА акумулятора), Але в огляді я покажу інший варіант застосування цієї плати, який, хоч і не задіює всі її можливості. Просто з цих десяти штук потрібні тільки будуть тільки шість, а купувати поштучно 6 із захистом і пару без захисту виходить менш вигідно.

Заснована на TP4056 плата заряду із захистом для Li-Ion акумуляторів c струмом до 1A призначена для повноцінної зарядки і захисту акумуляторів ( наприклад, популярних 18650) З можливістю підключення навантаження. Тобто дану плату можна легко вбудувати в різні пристрої, такі як ліхтарики, світильники, радіоприймачі і т.д., з живленням від вбудованого літієвого акумулятора, і заряджати його не виймаючи з пристрою будь-USB-зарядкою через microUSB роз'єм. Ще ця плата відмінно підійде для ремонту згорілих зарядок Li-Ion акумуляторів.

І так, купка плат, кожна в індивідуальному пакетику ( тут вже звичайно менше ніж купувалося)

Виглядає хустки ось так:

Можна розглянути ближче встановлені елементи

Зліва microUSB вхід харчування, харчування також продубльовано майданчиками + і - під пайку.

У центрі контролер заряду, Tpower TP4056, над ним пара світлодіодів, що відображають або процес заряду (червоний) або закінчення заряду (синій), під ним резистор R3, змінюючи номінал якого можна змінити струм заряду акумулятора. TP4056 заряджає аккмулятори за алгоритмом CC / CV і автоматично завершує процес зарядки, якщо струм заряду знижується до 1/10 від встановленого.

Табличка номіналів опору і зарядного струму, згідно специфікації контролера.

• R (кОм) - I (mA)


• 1.2 - 1000


• 1.33 - 900


• 1.5 - 780


• 1.66 - 690


• 2 - 580


• 3 - 400


• 4 - 300


• 5 - 250


• 10 - 130

правіше стоїть мікросхема захисту акумулятора (DW01A), з необхідною обв'язкою (електронний ключ FS8205A 25мОм з струмом до 4А), і на правому краю є майданчики B + і B- ( будьте уважні, можлива плата не захищена від переполюсовкі) Для підключення акумулятора і OUT + OUT- для підключення навантаження.

На звороті плати немає нічого, так що її можна, наприклад, приклеїти.

А тепер варіант застосування плати заряду і захисту li-ion акумуляторів.

Нині майже у всіх відеокамерах аматорського формату в якості джерела живлення використовуються li-ion акумулятори напругою 3,7 В, тобто 1S. Ось один з додатково куплених акумуляторів для моєї відеокамери

У мене їх декілька, виробництва ( або маркування) DSTE модель VW-VBK360 ємністю по 4500мАч ( беручи до уваги оригінального, на 1790мАч)

Навіщо мені стільки? Так, звичайно, моя камера заряджається від БП з номіналами 5В 2А, і купивши окремо штекер USB і відповідний роз'єм, я тепер можу її заряджати і від повербанков ( і це одна з причин навіщо мені, і не тільки мені, їх стільки), Та ось тільки знімати на камеру, до якої ще й тягнеться провід - незручно. Значить треба якось заряджати акумулятори поза камерою.

Я вже показував в ось таку зарядку

Так-так, це вона, з повертається виделкою американського стандарту

Ось так вона легко розділяється

І ось так, в неї імплантується плата заряду і захисту літієвих акумуляторів

І звичайно ж, я вивів пару світлодіодів, червоний - процес заряду, зелений - закінчення заряду акумулятора

Друга плата була встановлена ​​аналогічно, в зарядку від відеокамери Sony. Так, звичайно, нові моделі відеокамер Sony заряджаються від USB, у них навіть їсти не від'єднується USB-хвостик ( дурне на мій погляд рішення). Але знову ж таки, в польових умовах, знімати на камеру, до якої тягнеться кабель від повербанка менш зручно ніж без нього. Та й кабель повинен бути досить довгим, а чим довше кабель, тим більше його опір і тим більше на ньому втрати, а зменшувати опір кабелю збільшуючи товщину жив, кабель стає більш товстим і менш гнучким, що створює певні незручності.

Так що з таких плат для заряду і захисту li-ion акумуляторів до1А на TP4056 легко можна зробити просте зарядний пристрій для акумулятора своїми руками, переробити зарядний пристрій на харчування від USB, наприклад для зарядки акумуляторів від повербанка, зробити ремонт зарядного пристрою при необхідності.

Все написане в цьому огляді можна побачити в відеоверсії:

Не секрет, що Li-ion акумулятори не люблять глибокого розряду. Від цього вони хиреют і марніють, а також збільшують внутрішній опір і втрачають ємність. Деякі екземпляри (ті, які з захистом) можуть навіть зануритися в глибоку сплячку, звідки їх досить проблематично витягувати. Тому при використанні літієвих акумуляторів необхідно якось обмежити їх максимальний розряд.

Для цього застосовують спеціальні схеми, що відключають батарею від навантаження в потрібний момент. Іноді такі схеми називають контролерами розряду.

Оскільки контролер розряду не керує величиною струму розряду, він, строго кажучи, ніяким контролером не є. Насправді це усталене, але некоректна назва схем захисту від глибокого розряду.

Всупереч поширеній думці, вбудовані в акумулятори (PCB-плати або PCM-модулі) не призначені ні для обмеження струму заряду / розряду, ні для своєчасного відключення навантаження при повному розряді, ні для коректного визначення моменту закінчення заряду.

По перше,плати захисту в принципі не здатні обмежувати струм заряду або розряду. Цим має займатися ЗУ. Максимум, на що вони здатні - це вирубати акумулятор при короткому замиканні в навантаженні або при його перегрів.

По-друге,більшість модулів захисту відключають li-ion батарею при напрузі 2.5 Вольта або навіть менше. А для переважної більшості акумуляторів - це ооооочень сильний розряд, такого взагалі не можна допускати.

По-третє,китайці клепають ці модулі мільйонами ... Ви правда вірите, що в них використовуються якісні прецизійні компоненти? Або що їх хтось там тестує і налаштовує перед установкою в акумулятори? Зрозуміло, це не так. При виробництві китайських плат неухильно дотримується лише один принцип: чим дешевше - тим краще. Тому якщо захист буде відключати АКБ від зарядного пристрою точно при 4.2 ± 0.05 В, то це, скоріше, щаслива випадковість, ніж закономірність.

Добре, якщо вам дістався PCB-модуль, який буде спрацьовувати трохи раніше (наприклад, при 4.1В). Тоді акумулятор просто не добере з десяток відсотків ємності і все. Набагато гірше, якщо акумулятор буде постійно перезаряджатися, наприклад, до 4.3В. Тоді і термін служби скорочується і ємність падає і, взагалі, може вспухнуть.

Використовувати вбудовані в літій-іонний акумулятори плати захисту в якості обмежувачів розряду МОЖНА! І в якості обмежувачів заряду - теж. Ці плати призначені тільки для аварійного відключення акумулятора при виникненні нештатних ситуацій.

Тому потрібні окремі схеми обмеження заряду і / або захисту від занадто глибокого розряду.

Прості зарядні пристрої на дискретних компонентах і спеціалізованих інтегральних схемах ми розглядали в. А сьогодні поговоримо про існуючі на сьогоднішній день рішеннях, що дозволяють захистити літієвий акумулятор від занадто великого розряду.

Для початку пропоную просту і надійну схему захисту Li-ion від переразряда, що складається всього з 6 елементів.

Зазначені на схемі номінали дадуть приведуть до відключення акумуляторів від навантаження при зниженні напруги до ~ 10 Вольт (я робив захист для 3х послідовно включених акумуляторів 18650, що стоять в моєму металошукачі). Ви можете задати свій власний поріг відключення шляхом підбору резистора R3.

До слова сказати, напруга повного розряду Li-ion акумулятора становить 3.0 В і ніяк не менше.

Полевик (такий як в схемі або йому подібний) можна виколупати зі старої материнської плати від компа, зазвичай їх там відразу кілька штук коштує. ТЛ-ку, до речі, теж можна взяти звідти ж.

Конденсатор С1 потрібен для початкового запуску схеми при включенні вимикача (він короткочасно підтягує затвор Т1 до мінуса, що відкриває транзистор і живить дільник напруги R3, R2). Далі, після заряду С1, потрібне для відмикання транзистора напруга підтримується мікросхемою TL431.

Увага! Зазначений на схемі транзистор IRF4905 відмінно захищатиме три послідовно включених літій-іонних акумулятора, але абсолютно не підійде для захисту однієї банки напругою 3.7 Вольта. Про те, як самому визначити підходить польовий транзистор чи ні, йдеться.

Мінус цієї схеми: в разі КЗ в навантаженні (або занадто великого споживаного струму), польовий транзистор закриється далеко не відразу. Час реакції буде залежати від ємності конденсатора С1. І цілком можливо, що за цей час що-небудь встигне як слід вигоріти. Схема, миттєво реагує на коротун в навантаженні, представлена ​​нижче:

Вимикач SA1 потрібен для "перезапуску" схеми після спрацьовування захисту. Якщо конструкція вашого приладу передбачає зняття акумулятора для його зарядки (в окремому ЗУ), то цей вимикач не потрібен.

Опір резистора R1 повинно бути таким, щоб стабілізатор TL431 виходив на робочий режим при мінімальному напрузі акумулятора - його підбирають таким чином, щоб струм анод-катод був не менший 0.4 мА. Це породжує ще один недолік даної схеми - після спрацьовування захисту схема продовжує споживати енергію від батареї. Струм хоч і невеликий, але його цілком достатньо, щоб повністю висмоктати невеликий акумулятор за якісь пару-трійку місяців.

Наведена нижче схема саморобного контролю розряду літієвих акумуляторів позбавлена ​​зазначеного недоліку. При спрацьовуванні захисту споживаний пристроєм струм настільки малий, що мій тестер його навіть не виявляє.

Нижче представлений більш сучасний варіант обмежувача розряду літієвий акумулятор із застосуванням стабілізатора TL431. Це, по-перше, дозволяє легко і просто виставити потрібний поріг спрацьовування, а по-друге, схема має високу температурну стабільність і чіткість відключення. Хлоп і все!

Дістати ТЛ-ку сьогодні взагалі не проблема, вони продаються по 5 копійок за пучок. Резистор R1 встановлювати не потрібно (в деяких випадках він навіть шкідливий). Подстроечнік R6, що задає напругу спрацьовування, можна замінити ланцюжком з постійних резисторів, з підібраними опорами.

Для виходу з режиму блокування, потрібно зарядити акумулятор вище порога спрацьовування захисту, після чого натиснути кнопку S1 "Скидання".

Незручність усіх вищенаведених схем полягає в тому, що для відновлення роботи схем після відходу в захист, потрібне втручання оператора (включити-вимкнути SA1 або натиснути кнопочку). Це плата за простоту і низьке споживання енергії в режимі блокування.

Найпростіша схема захисту li-ion від переразряда, позбавлена ​​всіх недоліків (ну майже всіх) показана нижче:

Принцип дії цієї схемки дуже схожий на перші дві (на самому початку статті), але тут немає мікросхеми TL431, а тому власний струм споживання можна зменшити до дуже невеликих значень - близько десяти мікроампер. Вимикач або кнопка скидання також не потрібні, схема автоматично підключить акумулятор до навантаження як тільки напруга на ньому перевищить задане граничне значення.

Конденсатор С1 пригнічує помилкові спрацьовування при роботі на імпульсну навантаження. Діоди підійдуть будь-які малопотужні, саме їх характеристики і кількість визначають напругу спрацьовування схеми (доведеться підібрати за місцем).

Польовий транзистор можна використовувати будь-який відповідний n-канальний. Головне, щоб він не напружуючись витримував струм навантаження і вмів відкриватися при низькій напрузі затвор-витік. Наприклад, P60N03LDG, IRLML6401 або аналогічні (див.).

Вищенаведена схема всім хороша, але є один неприємний момент - плавне закриття польового транзистора. Це відбувається через пологами початкового ділянки вольт-амперної характеристики діодів.

Усунути цей недолік можна за допомогою сучасної елементної бази, а саме - за допомогою Мікропотужні детекторів напруги (моніторів харчування з екстремально низьким енергоспоживанням). Чергова схема захисту літію від глибокого розряду представлена ​​нижче:

Мікросхеми MCP100 випускається як в DIP-корпусі, так і в планарном виконанні. Для наших потреб підійде 3-вольта варіант - MCP100T-300i / TT. Типовий струм в режимі блокування - 45 мкА. Вартість дрібним оптом близько 16 руб / шт.

Ще краще замість MCP100 застосувати монітор BD4730, тому що у нього вихід прямий і, отже, потрібно буде виключити зі схеми транзистор Q1 (вихід мікросхеми з'єднати безпосередньо з затвором Q2 і резистором R2, при цьому R2 збільшити до 47 кОм).

У схемі застосовується мікроомний p-канальний MOSFET IRF7210, без проблем коммутирующий струми в 10-12 А. Полевик повністю відкривається вже при напрузі на затворі близько 1.5 В, у відкритому стані має зовсім незначну опір (менше 0.01 Ом)! Коротше, дуже крутий транзистор. А, головне, не дуже дорогий.

По-моєму, остання схема найбільш близька до ідеалу. Якби у мене був необмежений доступ до радіодеталей, я б вибрав саме її.

Невелика зміна схеми дозволяє застосувати і N-канальний транзистор (тоді він включається в мінусову ланцюг навантаження):

Монітори (супервізори, детектори) харчування BD47xx - це ціла лінійка мікросхем з напругою спрацьовування від 1.9 до 4.6 В з кроком 100 мВ, так що можна завжди підібрати під ваші цілі.

невеликий відступ

Будь-яку з вищенаведених схем можна підключити до батареї з декількох акумуляторів (після деякої підстроювання, звичайно). Однак, якщо банки будуть мати відмінну місткість, то найслабший з акумуляторів буде постійно йти в глибокий розряд задовго до того, як схема буде спрацьовувати. Тому в таких випадках завжди рекомендується використовувати батареї не тільки однаковою ємності, але і бажано з однієї партії.

І хоча в моєму металодетектори такий захист працює без нарікань вже років зо два, все ж набагато правильніше було б стежити за напругою на кожному акумуляторі персонально.

Завжди використовуйте свій персональний контролер розряду Li-ion акумулятора на кожну банку. Тоді будь-яка ваша батарея буде служити довго і щасливо.

Про те, як підібрати підходящий польовий транзистор

У всіх вищенаведених схемах захисту літій-іонних акумуляторів від глибокого розряду застосовуються MOSFETи, що працюють в ключовому режимі. Такі ж транзистори зазвичай використовуються і в схемах захисту від перезаряду, захисту від КЗ і в інших випадках, коли потрібно керувати навантаженням.

Зрозуміло, для того, щоб схема працювала як треба, польовий транзистор повинен відповідати певним вимогам. Спочатку ми визначимося з цими вимогами, а потім візьмемо парочку транзисторів і по їх даташіта (за технічними характеристиками) визначимо, підходять вони нам чи ні.

Увага! Ми не будемо розглядати динамічні характеристики польових транзисторів, такі як швидкість перемикання, ємність затвора і максимальний імпульсний струм стоку. Зазначені параметри стають критично важливими при роботі транзистора на високих частотах (інвертори, генератори, шим-модулятори і т.п.), проте обговорення цієї теми виходить за рамки даної статті.

Отже, ми повинні відразу ж визначитися зі схемою, яку хочемо зібрати. Звідси перша вимога до польового транзистора - він повинен бути відповідного типу(Або N- або P-канальний). Це перше.

Припустимо, що максимальний струм (струм навантаження або струм заряду - не важливо) не перевищуватиме 3А. Звідси випливає друга вимога - польовика повинен тривалий час витримувати такий струм.

Третє. Припустимо наша схема буде забезпечувати захист акумулятора 18650 від глибокого розряду (однієї банки). Отже ми можемо відразу ж визначитися з робочими напругами: від 3.0 до 4.3 Вольта. значить, максимальне допустиме напруження втік-витік U dsмає бути більше, ніж 4.3 Вольта.

Однак останнє твердження вірне лише в разі використання тільки однієї банки літієвий акумулятор (або декількох включених паралельно). Якщо ж для харчування вашої навантаження буде задіяна батарея з декількох послідовно включених акумуляторів, то максимальна напруга стік-витік транзистора повинна перевищувати сумарну напругу всієї батареї.

Ось малюнок, що пояснює цей момент:

Як видно зі схеми, для батареї з 3х послідовно включених акумуляторів 18650 в схемах захисту кожної банки необхідно застосовувати польовики з напругою стік-витік U ds> 12.6В (на практиці потрібно брати з деяким запасом, наприклад, в 10%).

У той же час, це означає, що польовий транзистор повинен вміти повністю (або хоча б досить сильно) відкриватися вже при напрузі затвор-витік U gs менше 3 Вольт. Насправді, краще орієнтуватися на більш низьку напругу, наприклад, на 2.5 Вольта, щоб з запасом.

Для грубої (первісної) прикидки можна глянути в даташіте на показник "Напруга відсічення" ( Gate Threshold Voltage) - це напруга, при якому транзистор знаходиться на порозі відкриття. Ця напруга, як правило, вимірюється в момент, коли струм стоку досягає 250 мкА.

Зрозуміло, що експлуатувати транзистор в цьому режимі не можна, тому що його вихідний опір ще занадто велике, і він просто згорить через перевищення потужності. Тому напруга відсічення транзистора має бути менше робочої напруги схеми захисту. І чим воно буде менше, тим краще.

На практиці для захисту однієї банки літій-іонного акумулятора слід підбирати польовий транзистор з напругою відсічення не більше 1.5 - 2 Вольт.

Таким чином, головні вимоги до польових транзисторів наступні:

• тип транзистора (p- або n-channel);
• максимально допустимий струм стоку;
• максимально допустима напруга стік-витік U ds (згадуємо, як будуть включені наші акумулятори - послідовно або паралельно);
• низький вихідний опір при певному напруга затвор-витік U gs (для захисту однієї банки Li-ion слід орієнтуватися на 2.5 Вольта);
• максимально допустима потужність розсіювання.

Тепер давайте на конкретних прикладах. Ось, наприклад, в нашому розпорядженні є транзистори IRF4905, IRL2505 і IRLMS2002. Погляньмо на них ближче.

Приклад 1 - IRF4905

Відкриваємо даташит і бачимо, що це транзистор з каналом p-типу (p-channel). Якщо нас це влаштовує, дивимося далі.

Максимальний струм стоку - 74А. З надлишком, звичайно, але підходить.

Напруга сток-витік - 55V. У нас за умовою завдання всього одна банка літію, так що напруга навіть більше, ніж потрібно.

Далі нас цікавить питання, яким буде опір стік-витік, при відкриває напрузі на затворі 2.5V. Дивимося в даташит і так сходу не бачимо цієї інформації. Зате ми бачимо, що напруга відсічення U gs (th) лежить в діапазоні 2 ... 4 Вольта. Нас це категорично не влаштовує.

Остання вимога не виконується, тому транзистор забраковивается.

Приклад 2 - IRL2505

Ось його даташит. Дивимося і відразу ж бачимо, що це дуже потужний N-канальний польовика. Струм стоку - 104А, напруга стік-витік - 55В. Поки все влаштовує.

Перевіряємо напруга V gs (th) - максимум 2.0 В. Відмінно!

Але давайте подивимося, яким опором буде володіти транзистор при напрузі затвор-витік = 2.5 вольта. Дивимося графік:

Виходить, що при напрузі на затворі 2.5В і струмі через транзистор в 3А, на ньому буде падати напруга в 3В. Відповідно до закону Ома, його опір в цей момент буде становити 3В / 3А = 1 Ом.

Таким чином, при напрузі на банці акумулятора близько 3 Вольт, він просто не зможе віддати в навантаження 3А, так як для цього загальний опір навантаження разом з опором стік-витік транзистора має становити 1 Ом. А у нас тільки один транзистор вже має опір 1 Ом.

До того ж при такому внутрішньому опорі і заданому струмі, на транзисторі буде виділятися потужність (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Тому потрібно установка радіатора (корпус ТО-220 без радіатора зможе розсіювати десь 0.5 ... 1 Вт).

Додатковим тривожним дзвіночком повинен стати той факт, що мінімальна напруга затвора для якого виробник вказав вихідний опір транзистора одно 4В.

Це як би натякає на те, що експлуатація польовика при напрузі U gs менш 4В не передбачалася.

Враховуючи все вищесказане, транзистор забраковивается.

Приклад 3 - IRLMS2002

Отже, дістаємо з коробочки нашого третього кандидата. І відразу дивимося його ТТХ.

Канал N-типу, припустимо з цим все в порядку.

Струм стоку максимальний - 6.5 А. Підходить.

Максимально допустима напруга стік-витік V dss = 20V. Відмінно.

Напруга відсічення - макс. 1.2 Вольта. Поки що нормально.

Щоб дізнатися вихідний опір цього транзистора нам навіть не доведеться дивитися графіки (як ми це робили в попередньому випадку) - шуканий опір відразу приведено в таблиці якраз для нашого напруги на затворі.

Інтегральні схеми управління живленням від ON Semiconductor (ONS) вже добре відомі вітчизняним розробникам. Це AC / DC-перетворювачі і ШІМ-контролери, коректори коефіцієнта потужності, DC / DC-перетворювачі і, звичайно, лінійні регулятори. Однак практично жодне портативний пристрій не може обійтися без акумулятора і, відповідно, без мікросхем для його заряду і захисту. Компанія ONS має в лінійці продукції ряд рішень для управління зарядом акумуляторів, які традиційно для ONS поєднують достатню функціональність з невисокою вартістю і простотою застосування.

Основні типи застосовуваних акумуляторів

В сучасній електроніці найбільш поширені NiCd / NiMH і Li-Ion / Li-Pol акумулятори. Кожен з них має свої переваги й недоліки. Нікель-кадмієві (NiCd) акумулятори дешеві, а також мають найбільшу кількість циклів розряду / заряду і велике значення навантажувального струму. Основними недоліками є: високий саморозряд, а також «ефект пам'яті», який призводить до часткової втрати ємності при частому заряді не до кінця розрядженого акумулятора.

Нікель-металогідридні (NiMH) акумулятори- це спроба усунення недоліків NiCd, зокрема «ефекту пам'яті». Дані акумулятори менш критичні до заряду після неповної розрядки і практично в два рази перевершують NiCd за величиною питомої ємності. Не обійшлося і без втрат, NiMH акумулятори володіють меншим числом циклів розряд / заряд і більш високим саморазрядом в порівнянні з NiCd.

Літій-іонні (Li-Ion) акумуляторимають найвищу щільністю енергії, що дозволяє їм перевершувати інші типи акумуляторів за величиною ємності при тих же габаритних розмірах. Низький саморозряд і відсутність «ефекту пам'яті» роблять цей тип акумуляторів невибагливим у використанні. Однак для забезпечення безпеки використання літій-іонні акумулятори вимагають застосування технологій і конструктивних рішень (поліолефінові пористі плівки для ізоляції позитивного і негативного електродів, наявність терморезистора і запобіжного клапана для скидання надлишкового тиску), які призводять до збільшення вартості акумуляторів на основі літію в порівнянні з іншими елементами живлення.

Літій-полімерні (Li-Pol) акумулятори- це спроба вирішити проблему безпеки акумуляторів на основі літію шляхом використання твердого сухого електроліту замість електроліту у вигляді гелю в Li-Ion. Таке рішення дозволяє отримати схожі з Li-Ion акумуляторами характеристики при меншій вартості. Крім підвищеної безпеки, використання твердого електроліту дозволяє зменшити товщину акумулятора (до 1,5 мм). Єдиним недоліком в порівнянні з Li-Ion акумуляторами є менш широкий діапазон робочих температур, зокрема Li-Pol акумулятори не рекомендується заряджати при мінусових температурах.

MC33340 / 42 - контроль заряду NiCd і NiMH акумуляторів

В сучасних портативних додатках потрібно максимально швидкий заряд акумулятора, запобігання перезаряду, максимальний термін служби і запобігання втрати ємності. MC33340і MC33342- контролери заряду від ON Semiconductor, які поєднують в собі все, що необхідно для швидкого заряду і захисту NiCd і NiMH акумуляторів.

Контролери МС33340 / 42 реалізують:

• швидкий заряд і «крапельну» підзарядку (trickle charge);
• закінчення зарядки зі зміни напруги і температури;
• детектування одноразових батарей і відмова від їх зарядки;
• програмований час швидкої зарядки від одного до чотирьох годин;
• детектування перезарядження і недозаряд батареї, перегріву і перенапруги по входу;
• паузу перед відключенням зарядки при детектуванні зі зміни напруги (177 с для MC33340 і 708 с для MC33342).

Дані контролери в поєднанні з зовнішнім лінійним або імпульсним перетворювачем утворюють закінчену систему для зарядки акумуляторів. Приклад такої зарядної схеми з використанням класичного стабілізатора LM317показаний на рис. 1.

Мал. 1.

LM317 в даній схемі працює як стабілізований джерело струму з установкою зарядного струму резистором R7:

I chg (fast) = (V ref + I adjR8) / R7. Струм крапельної підзарядки встановлюється резистором R5:

I chg (trickle) = (V in - V f (D3) - V batt) / R5. Дільник R2 / R1 повинен бути розрахований таким чином, щоб при повному заряді акумулятора на вході Vsen було менше 2 В:

R2 = R1 (V batt / V sen - 1).

За допомогою висновків t1, t2, t3 трехбітной логікою (ключами на схемі) встановлюється або час заряду 71 ... 283 хв, або верхню і нижню межі детектування температури.

На основі представленої схеми компанія ON Semiconductor пропонує налагоджувальні плати MC33340EVBі MC33342EVB.

NCP1835B - мікросхема для заряду Li-Ion і Li-Pol акумуляторів

Літієві акумулятори вимагають високої стабільності зарядного напруги, наприклад, для акумулятора LIR14500 від компанії EEMB зарядна напруга має перебувати в межах 4,2 ± 0,05 В. Для заряду акумуляторів на основі літію ONS пропонує повністю інтегроване рішення - NCP1835B. Це мікросхема заряду з лінійним регулятором, профілем заряду CCCV (constant current, constant voltage) і зарядним струмом 30 ... 300 мА. живлення NCP1835Bможе здійснюватися або від стандартного AC / DC-адаптера, або від USB-порту. Варіант схеми включення представлений на рис. 2.

Мал. 2.

Основні характеристики:

• інтегрований стабілізатор струму і напруги;
• можливість зарядки повністю розрядженою батареї (струмом 30мА);
• визначення закінчення зарядки;
• програмований зарядний струм;
• виходи статусу і помилки зарядки;
• вихід 2,8В для визначення присутності адаптера на вході або живлення мікроконтролера струмом до 2мА;
• вхідна напруга від 2,8 до 6,5В;
• захист від тривалого заряду (програмований максимальний час заряду 6,6 ... 784 хв).

NCP349 і NCP360 - захист
від перенапруги з інтегрованим
MOSFET-транзисторів

Ще одним важливим моментом в системах заряду акумуляторів є захист від перевищення допустимого вхідного напруги. Рішення, пропоновані ONS, відключають вихід від цільової схеми в разі присутності на вході неприпустимого напруги.

NCP349- новинка від ONS, яка захищає від перенапруги по входу до 28 В. Мікросхема відключає вихід при перевищенні верхнього порогу вхідною напругою або якщо нижній поріг не досягнуть. Також передбачений вихід FLAG # для сигналізації перенапруги на вході. Типова схема застосування показана на рис. 3.

Мал. 3.

Дана мікросхема доступна з різними нижніми (2,95 і 3,25 В) і верхніми (5,68; 6,02; 6,4; 6,85 В) порогами спрацьовування, які закодовані в найменуванні. NCP360 володіє такою ж функціональністю, що і NCP349, за винятком максимальної напруги на вході: 20 В.

висновок

Компанія ON Semiconductor в порівнянні з конкурентами володіє не дуже широкою лінійкою мікросхем для заряду акумуляторів. Однак представлені рішення в своєму сегменті характеризуються конкурентоспроможними характеристиками і ціною, а також простотою застосування.

Для чого літій─іонному акумулятора потрібен контролер зарядки?

Багато читачів сайту запитують про те, що таке контролер заряду літій─іонного акумулятора, і для чого він потрібен. Це питання коротко згадувався в матеріалах, де описувалися різні типи літієвих акумуляторів. Цей тип акумуляторних батарей практично завжди має в своєму складі контролер зарядки, ще званий платою захисту Battery Monitoring System (BMS). У цій замітці докладніше розглянемо, що це за пристрій, і як воно функціонує.

Найпростіший варіант контролера зарядки літій─іонних АКБ можна побачити, якщо розібрати акумулятор планшетного комп'ютера або телефону. Він складається з банки (акумуляторного елемента) і друкованої плати захисту BMS. Це і є контролер зарядки, який можна бачити на фото нижче.

Основою тут є мікросхема контролера захисту. Польові транзистори використовуються для роздільного управління захистом при зарядці і розрядці акумуляторного елемента.

Призначення контролера захисту в тому, що він стежить за тим, щоб банку не заряжалась вище напруги 4,2 вольта. Літієвий акумулятор елемент має номінальну напругу 3,7 вольти. Перезаряд і перевищення напруги вище 4,2 вольта можуть привести до того, що елемент вийде з ладу.

В акумуляторах смартфонів і планшетів плата BMS стежить за процесом заряду і розряду одного елемента (банки). В акумуляторах ноутбуків таких банок кілька. Зазвичай від 4 до 8.

Також контролер стежить за процесом розрядки акумуляторного елемента.При падінні напруги нижче порогового (зазвичай 3 вольта) схема відключає банку від споживача струму. В результаті пристрій, що працює від акумулятора, просто вимикається.
Серед інших функцій контролера зарядки варто відзначити захист від короткого замикання. На деяких платах захисту BMS встановлюється терморезистор для захисту акумуляторного елемента від перегріву.

Плати захисту BMS для літій─іонних акумуляторів

Контролер, розглянутий вище, є найпростішим варіантом захисту BMS. Насправді різновидів таких плат набагато більше і є досить складні і дорогі. Залежно від сфери застосування виділяють такі види:

• Для портативної мобільної електроніки;
• Для побутової техніки;
• Застосовувані в поновлювані джерела енергії.

Часто такі плати захисту BMS можна зустріти в складі систем з сонячними батареями і в вітряних генераторах. Там, як правило, верхній поріг спрацьовування захисту по напрузі становить 15, а нижній - 12 вольт. Сам акумулятор в штатному режимі видає напругу 12 вольт. До акумуляторної батареї підключається джерело енергії (наприклад, сонячна панель). Підключення виконується через реле.

При збільшенні напруги на акумуляторі понад 15 вольт спрацьовують реле і розмикають ланцюг заряду. Після цього джерело енергії працює на передбачений для цього баласт. Як кажуть фахівці, у випадку з сонячними панелями це може дати небажані побічні ефекти.

У разі вітряних генераторів BMS контролери застосовуються обов'язково. Контролери зарядки для побутової техніки і мобільних пристроїв мають суттєві відмінності. А ось контролери акумуляторів ноутбуків, планшетів і телефонів мають однакову схему. Різниця полягає лише в кількості контрольованих акумуляторних елементів.