Li-ion і Li-polymer акумулятори в наших конструкціях. Універсальний зарядний пристрій для літій-полімерних акумуляторів на мікросхемі MCP73833

У багатьох, напевно, виникає проблема з зарядкою Li-Ion акумулятора без контролера, у мене виникла така ситуація. Дістався убитий ноутбук, в акумуляторі 4 банки SANYO UR18650A виявилися живі.
Вирішив замінити в світлодіодному ліхтарику, замість трьох батарейок ААА. Стало зрозуміло про їх зарядці.
Покопавшись в інеті знайшов купу схемок, але з деталями у нас в місті сутужно.
Пробував заряджати від зарядки стільникового, проблема в контролі заряду, потрібно постійно стежити за нагріванням, трохи починає нагріватися потрібно відключати від зарядки інакше акумулятора каюк в кращому випадку, а то і можна влаштувати пожежу.
Вирішив зробити самостійно. Купив в магазині ліжечко під акумулятор. На барахолці купив зарядку. Для зручності відстеження закінчення заряду бажано знайти з двоколірним світлодіодом який сигналізує про кінець заряду. Він переключається з червоного на зелений при закінченні зарядки.
Але можна і звичайну. Зарядку можна замінити на шнур USB, І заряджати від комп'ютера або зарядки з USB виходом.
Моя зарядка тільки для акумуляторів без контролера. Контролер я взяв від старого акумулятора стільникового телефону. Вона стежить за тим, щоб акумулятор ні перезаряджаючи вище напруги 4.2 В, або розряджений менше 2 ... 3 В. Також схема захисту рятує від коротких замикань, відключаючи саму банку від споживача в момент короткого замикання.
На ньому стоять мікросхема DW01 і збірка двох MOSFET-транзисторів (M1, M2) SM8502A. Є і з іншими маркуванням, але схеми подібні цій, і працює аналогічно.

Контролер заряду від акумулятора стільникового телефону.

Схема контролера.

Ще одна схема контролера.
Головне не переплутати полярність припайки контролера з ліжечка і контролера з зарядкою. На хустці контролера вказані контакти «+» і «-».

У ліжку біля плюсового контакту бажано зробити явно помітний покажчик, червоною фарбою або самоклеющейся плівкою, щоб уникнути переполюсовкі.
Зібрав усе це і ось що вийшло.

Заряджає чудово. При досягненні напруги 4,2 вольта контролер відключає акумулятор від зарядки, і перемикається світлодіод з червоного на зелений. Зарядка закінчена. Заряджати можна і інші Li-Ion акумулятори, тільки застосувати іншу ліжечко. Всім удачі.

Data Sheet MCP73831, довідкові дані

Детальний опис мікроскладення від фірми виробника - Довідник. Мікросхема розташована в зручному корпусі SOT-23-5. З довідкових даних, струм заряду заданий - 250мА

Типова схема включення в ролі зарядного пристрою, рекомендована Мікрочіпи:

Плюсом такої схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують зарядний струм. У цьому випадку він задається резистором, підключеним до п'ятого піну мікросхеми. Його опір лежати в інтервалі від 2 до 10 кОм.

Зарядка в зборі на малюнку нижче, як бачите дуже мініатюрна і компактна:

Мікросхема в процесі роботи сильно нагрівається, але як показали проведені випробування. свою головну функцію виконує на відмінно.

Напевно, це одна з найпростіших схем зарядних пристроїв для літій-іонних акумуляторів, яку можна зібрати своїми руками. Підходить, в тому числі і для li-pol батарей.

Друковані плати 2 варіанти під схему вище, можна тут:

Під час тесту готової збірки: почав зарядку двох літієвих батарей типу 18650 загальною ємністю 4,4 а / ч. розрядив їх до 3,2 вольт і підключив зарядку, почекав хвилин 10 і заміряв температуру мікроскладення термопарою - 67 градусів. Якщо вірити довіднику то максимальна нормальна робоча температура для даної мікросхеми 85 градусів, так що вважаю що такий нагрів цілком нормальним, тим більше що в процесі зарядки температура буде знижуватися так як акумулятор буде заряджатися меншим струмом, але більше 500мА я б не ризикнув тягнути з неї без радіатора.

Зарядний струм літієвий акумулятор може налаштовуватися в широкому діапазоні за допомогою зовнішніх опорів. Світлодіодний індикатор показує стан, коли li-ion батарея повністю заряджена. Максимальна зарядна напруга встановлюється в межах з 4,1 до 4,5 вольт, зазвичай вибирають 4,2 В - це стандарт для більшості існуючих літієвих акумуляторів. Для різних микросборок серії воно становить: MCP73831-2 4,2 В, MCP73831-3 4.3 В, MCP73831-4 4.4В, MCP73831-5 - 4,5 вольт. Всього два опору, парочка конденсаторів, індикаторний світлодіод - і ось зарядний пристрій повністю готове.

Прогрес йде вперед, і на зміну традиційно використовуваним NiCd (нікель-кадмієвих) і NiMh (нікель-металогідридним) все частіше приходять літієві акумулятори.
При порівнянній вазі одного елемента, літій має велику ємність, крім того, напруга елемента у них в три рази вище - 3,6 V на елемент, замість 1,2 V.
Вартість літієвих акумуляторів стала наближатися до звичайних лужних батарей, вага і розмір набагато менше, та до того ж їх можна і потрібно заряджати. Виробник говорить, 300-600 циклів витримують.
Розміри є різні і підібрати потрібний не складає труднощів.
Саморозряд настільки низький, що лежать роками і залишаються зарядженими, тобто пристрій залишається робочим коли воно потрібно.

«С» означає Capacity

Часто зустрічається позначення виду «xC». Це просто зручний позначення струму заряду або розряду акумулятора з частках його ємності. Утворене від англійського слова «Capacity» (місткість, ємність).
Коли говорять про зарядку струмом 2С, або 0.1С, зазвичай мають на увазі, що струм повинен становити (2 × ємність акумулятора) / h або (0.1 × ємність акумулятора) / h відповідно.
Наприклад, акумулятор ємністю 720 mAh, для якого струм заряду становить 0.5с, треба заряджати струмом 0.5 × 720mAh / h \u003d 360 мА, це відноситься і до розряду.

А можна зробити самому просте або не дуже просте зарядний пристрій, в залежності від вашого досвіду та можливостей.

Схема простого зарядного пристрою на LM317

Мал. 5.

Схема із застосуванням забезпечує досить точну стабілізацію напруги, яке встановлюється потенціометром R2.
Стабілізація струму не настільки критична, як стабілізація напруги, тому досить стабілізувати струм за допомогою шунтирующего резистора Rx і NPN-транзистора (VT1).

Необхідний струм зарядки для конкретного літій-іонного (Li-Ion) і літій-полімерного (Li-Pol) акумулятора вибирається шляхом зміни опору Rx.
Опір Rx приблизно відповідає наступному відношенню: 0,95 / Imax.
Зазначене на схемі значення резистора Rx відповідає току в 200 мА, це приблизне значення, залежить так само від транзистора.

Треба забезпечити радіатором в залежності від струму заряду і вхідного напруги.
Вхідна напруга має бути вище напруги акумулятора мінімум на 3 Вольта для нормальної роботи стабілізатора, що для однієї банки становить? 7-9 V.

Схема простого зарядного пристрою на LTC4054

Мал. 6.

Можна випаять контролер заряду LTC4054 з старого стільникового телефону, наприклад, Samsung (C100, С110, Х100, E700, E800, E820, P100, P510).

Мал. 7. У цього дрібного 5-ногого чіпа маркування «LTH7» або «LTADY»

Вдаватися в найдрібніші подробиці роботи з мікросхемою я не буду, все є в даташіте. Опишу тільки найнеобхідніші особливості.
Струм заряду до 800 мА.
Оптимальне напруга живлення від 4,3 до 6 Вольт.
Індикація заряду.
Захист від КЗ на виході.
Захист від перегріву (зниження струму заряду при температурі більше 120 °).
Чи не заряджає акумулятор при напрузі на ньому нижче 2,9 V.

Струм заряду задається резистором між п'ятим висновком мікросхеми і землею за формулою

I \u003d 1000 / R,
де I - струм заряду в Амперах, R - опір резистора в Омах.

Індикатор розрядки літієвий акумулятор

ось проста схема, Яка запалює світлодіод, коли батарея розряджена і її залишкову напругу близький до критичного.

Мал. 8.

Транзистори будь-які малопотужні. Напруга запалювання світлодіода підбирається дільником з резисторів R2 і R3. Схему краще підключати після блоку захисту, щоб світлодіод не розрядиться акумулятор зовсім.

нюанс довговічності

Виробник зазвичай заявляє 300 циклів, але якщо заряджати літій всього на 0,1 Вольта менше, до 4.10 В, то кількість циклів зростає до 600 і навіть більше.

Експлуатація та запобіжні заходи

Можна з упевненістю сказати, що літій-полімерні акумулятори самі «ніжні» акумулятори з існуючих, тобто вимагають обов'язкового дотримання кількох нескладних, але обов'язкових правил, через недотримання яких трапляються неприємності.
1. Не доспускается заряд до напруги, що перевищує 4.20 Вольт на банку.
2. Не доспускается коротке замикання акумулятора.
3. Не доспускается розряд струмами, що перевищують здатність навантаження або нагрівають акумулятор вище 60 ° С. 4. Чи шкідливий розряд нижче напруги 3.00 Вольта на банку.
5. Чи шкідливий нагрів акумулятора вище 60 ° С. 6. Чи шкідлива розгерметизація акумулятора.
7. Чи шкідливо зберігання в розрядженому стані.

Невиконання перших трьох пунктів може призвести до пожежі, інших - до повної або часткової втрати ємності.

З практики багаторічного використання можу сказати, що ємність акумуляторів змінюється мало, але збільшується внутрішній опір і акумулятор починає працювати менше за часом при великих токах споживання - створюється враження, що ємність впала.
З цього я зазвичай ставлю ємність побільше, яку дозволяють габарити пристрою, і навіть старі банки, яким років по десять, працюють цілком пристойно.

Для не дуже великих струмів підходять старі акумулятори від стільникових.

Зі старої ноутбучной батареї можна витягти багато цілком робочих акумуляторів формату 18650.

Де я застосовую літієві батареї

Давно переробив шуруповерт і електровикрутку на літій. Користуюся цими інструментами нерегулярно. Тепер навіть через рік невикористання вони працюють без підзарядки!

Маленькі батареї ставлю в дитячі іграшки, годинник і т.д., де з заводу стояли 2-3 «пігулок» елемента. Там де потрібно рівно 3V додаю один діод послідовно і виходить якраз.

Ставлю в світлодіодні ліхтарики.

В тестер замість дорогої і малоёмкой «Крони 9V» встановив 2 банки і забув всі проблеми і зайві витрати.

Взагалі ставлю скрізь, де виходить, замість батарейок.

Де я купую літій і корисності по темі

Продаються. З цієї ж посиланням знайдете модулі зарядок та ін. Корисності для самодельщиков.

На рахунок ємності китайці зазвичай брешуть і вона менше написаної.

Чесні Sanyo 18650

Сподобалися мені дрібні мікросхеми для простих зарядних пристроїв. купував я їх у нас в місцевому оффлайн магазині, але як на зло вони там закінчилися, їх довго везли звідки то. Дивлячись на цю ситуацію, я вирішив замовити собі їх невеликим оптом, так як мікросхеми досить непогані, і в роботі сподобалися.
Опис і порівняння під катом.

Я не дарма написав в заголовку про порівняння, так як за час шляху собачка могла підрости микрухи з'явилися в магазині, я купив кілька штук і вирішив їх порівняти.
В огляді буде не дуже багато тексту, але досить багато фотографій.

Але почну як завжди з того, як мені це прийшло.
Прийшов в комплекті з іншими різними детальками, самі микрухи були упаковані в пакетик з засувкою, і наклейкою з назвою.

Дана мікросхема є мікросхемою зарядного пристрою для літієвих акумуляторів з напругою закінчення заряду 4.2 Вольта.
Вона вміє заряджати акумулятори струмом до 800мА.
Значення струму встановлюється зміною номіналу зовнішнього резистора.
Так само вона підтримує функцію заряду невеликим струмом, якщо акумулятор сильно розряджений (напруга нижче ніж 2.9 Вольта).
При заряді до напруги 4.2 Вольта і падінні зарядного струму нижче ніж 1/10 від встановленого, мікросхема відключає заряд. Якщо напруга впаде до 4.05 Вольта, то вона знову перейде в режим заряду.
Так само є вихід для підключення світлодіода індикації.
Більше інформації можна знайти в, у даній мікросхеми існує набагато дешевший.
Причому він дешевший у нас, на Алі все навпаки.
Власне для порівняння я і купив аналог.

Але яке ж було моє здивування коли мікросхеми LTC і STC виявилися на вигляд цілком однаковими, за маркуванням обидві - LTC4054.

Ну може так навіть цікавіше.
Як всі розуміють, мікросхему так просто не перевірити, до неї треба ще обв'язку з інших радіокомпонетов, бажано плату і т.п.
А тут як раз товариш попросив полагодити (хоча в даному контексті швидше переробити) зарядний пристрій для 18650 акумуляторів.
Рідне згоріло, та й струм заряду був замалий.

Загалом для тестування треба спочатку зібрати то, на чому будемо тестувати.

Плату я креслив по даташіту, навіть без схеми, але схему тут приведу для зручності.

Ну і власне друкована плата. На платі немає діодів VD1 і VD2, вони були додані вже після всього.

Все це було роздруковано, перенесено на обрізок текстоліту.
Для економії я зробив на обрізку ще одну плату, огляд з її участю буде пізніше.

Ну і власне виготовлена \u200b\u200bдрукована плата і підібрані необхідні деталі.

А переробляти я буду таке зарядний, напевно воно дуже відомо читачам.

Усередині нього дуже складна схема, Що складається з роз'єму, світлодіоди, резистори і спеціально навчених проводів, які дозволяють вирівнювати заряд на акумуляторах.
Жартую, зарядний знаходиться в блочки, включається в розетку, а тут просто 2 акумулятора, з'єднані паралельно і світлодіод, постійно підключений до акумуляторів.
До рідного зарядного повернемося пізніше.

Спаяв хустці, виколупав рідну плату з контактами, самі контакти з пружинами випаяв, вони ще знадобляться.

Просвердлив пару нових отворів, в середньому буде світлодіод, що відображає включення пристрою, в бічних - процес заряду.

упаяв в нову плату контакти з пружинками, а так само світлодіоди.
Світлодіоди зручно спочатку вставити в плату, потім акуратно встановити плату на рідне місце, і тільки після цього запаяти, тоді вони будуть стояти рівно і однаково.

Плата встановлена \u200b\u200bна місце, припаяний кабель живлення.
Власне друкована плата розроблялася під три варіанти заживлення.
2 варіанти з роз'ємом MiniUSB, але в варіантах установки з різних сторін плати і під кабель.
В даному випадку я спочатку не знав, какбель якої довжини знадобиться, тому запаяв короткий.
Так само припаяв дроти, що йдуть до плюсових контактам акумуляторів.
Тепер вони йдуть по роздільним проводам, для кожного акумулятора свій.

Ось як вийшло зверху.

Ну а тепер перейдемо до тестування

Зліва на платі я встановив куплену на Алі микрухой, праворуч куплену в офлайні.
Відповідно зверху вони будуть розташовані дзеркально.

Спочатку микруха з Алі.
Струм заряду.

Тепер куплена в офлайні.

Струм КЗ.
Аналогічно, спочатку з Алі.

Тепер з оффлайна.

У наявності повна ідентичність мікросхем, що ну ніяк не може не радувати :)

Було відмічено, що при 4.8 Вольта струм заряду 600мА, при 5 Вольт падає до 500, але це перевірялося вже після прогріву, може так працює захист від перегріву, я ще не розібрався, але поводяться мікросхеми приблизно однаково.

Ну а тепер трохи про процес зарядки і доопрацювання переробки (так, навіть так буває).
З самого початку я думав просто встановити світлодіод на індикацію включеного стану.
Начебто все просто і очевидно.
Але як завжди захотілося більшого.
Вирішив, що буде краще, якщо під час процесу заряду він буде погашений.
Допаял пару діодів (vd1 і vd2 на схемі), але отримав невеликий облом, світлодіод показує режим заряду світить і тоді, коли немає акумулятора.
Вірніше не світить, а швидко мерехтить, додав паралельно клем акумулятора конденсатор на 47мкф, після цього він став дуже коротко спалахувати, майже непомітно.
Це як раз той гистерезис включення повторної зарядки, якщо напруга впала нижче 4.05 Вольта.
Загалом після цього доопрацювання стало все відмінно.
Заряд акумулятора, світить червоний, не світить зелений і не світить світлодіод там, де немає акумулятора.

Акумулятор повністю заряджений.

У вимкненому стані мікросхема не пропускає напруга на роз'єм живлення, і не боїться закоротки цього роз'єму, відповідно не розряджає акумулятор на свій світлодіод.

Не обійшлося і без вимірювання температури.
У мене вийшло трохи більше 62 градусів після 15 хвилин заряду.

Ну а ось так виглядає повністю готовий пристрій.
Зовнішні зміни мінімальні, на відміну від внутрішніх. Блок живлення на 5 / Вольт 2 Ампера у товариша був, і досить непоганий.
Цей пристрій підтримує роздільну струму заряду 600мА на канал, канали незалежні.

Ну а так виглядало рідне зарядний. Товариш хотів попросити мене підняти в ньому зарядний струм. Воно й рідного то не витримало, куди ще піднімати, шлак.

Резюме.
На мій погляд, для мікросхеми за 7 центів дуже непогано.
Мікросхеми повністю функціональні і нічим не відрізняються від куплених в офлайні.
Я дуже задоволений, тепер є запас микрухой і не треба чекати, коли вони будуть в магазині (недавно знову пропали з продажу).

З мінусів - Це не готове пристрій, тому доведеться труїти, паяти і т.п., але при цьому є плюс, можна зробити плату під конкретне застосування, а не використовувати те, що є.

Ну і в тозі отримати робоче виріб, виготовлений своїми руками, дешевше ніж готові плати, та ще й під свої конкретні умови.
Мало не забув, даташит, схема і трасування -

Сьогодні у багатьох користувачів накопичилося по кілька робітників і невикористовуваних літієвих акумуляторів, що з'являються при заміні мобільних телефонів на смартфони.

При експлуатації акумуляторів в телефонах зі своїм зарядним пристроєм, завдяки використанню спеціалізованих мікросхем для контролю заряду, проблем з зарядом практично не виникає. Але при використанні літієвих акумуляторів в різних саморобки виникає питання, як і чим заряджати такі акумулятори. Деякі вважають, що літієві акумулятори вже містять вбудовані контролери заряду, але насправді в них вбудовані схеми захисту, такі акумулятори називають захищеними. Схеми захисту в них призначені в основному для захисту від глибокого розряду і перевищення напруги під час заряджання вище 4,25В, тобто це аварійний захист, а не контролер заряду.

Деякі «самодельщики» на сайті тут - же напишуть, що за невеликі гроші можна замовити спеціальну плату з Китаю, за допомогою якої можна зарядити літієві акумулятори. Але це тільки для любителів «шопінгу». Немає сенсу купувати те, що легко збирається за кілька хвилин з дешевих і поширених деталей. Не потрібно забувати і про те, що замовлену плату доведеться чекати близько місяця. Та й покупне пристрій не приносить такого задоволення, як зроблене своїми руками.

Пропоноване зарядний пристрій здатний повторити практично кожен. Дана схема дуже примітивна, але повністю справляється зі своїм завданням. Все що потрібно для якісної зарядки Li-Ion акумуляторів, це стабілізувати вихідну напругу зарядного пристрою і обмежити струм заряду.

Зарядний пристрій відрізняється надійністю, компактністю і високою стабільністю вихідної напруги, а, як відомо, для літій-іонних акумуляторів це є дуже важливою характеристикою при зарядці.

Схема зарядного пристрою для li-ion акумулятора

Схема зарядного пристрою виконана на регульованому стабілізаторі напруги TL431 і біполярному NPN транзисторі середньої потужності. Схема дозволяє обмежити зарядний струм акумулятора і стабілізує вихідну напругу.

У ролі регулюючого елемента виступає транзистор Т1. Резистор R2 обмежує струм заряду, значення якого залежить лише від параметрів акумулятора. Рекомендується використовувати резистор потужністю 1 пн. Інші резистори можуть мати потужність 125 або 250 мВт.

Вибір транзистора визначається необхідним зарядним струмом встановленим для зарядки акумулятора. Для розглянутого випадку, зарядки акумуляторів від мобільних телефонів, можна застосувати вітчизняні чи імпортні NPN транзистори середньої потужності (наприклад, КТ815, КТ817, КТ819). При високому вхідному напрузі або використанні транзистора малої потужності, необхідно транзистор встановити на радіатор.

Світлодіод LED1 (виділено червоним кольором в схемі), служить для візуальної сигналізації заряду акумулятора. При включенні розрядженого акумулятора, індикатор світиться яскраво і в міру заряду тьмяніє. Світіння індикатора пропорційно току заряду акумулятора. Але слід врахувати, що при повному загасання світлодіода, батарея все ще буде заряджатися струмом менш 50мА, що вимагає періодичного контролю над пристроєм для виключення перезарядження.

Для підвищення точності контролю закінчення заряду, в схему зарядного пристрою доданий додатковий варіант індикації заряду акумулятора (виділено зеленим кольором) На світлодіоді LED2, малопотужному PNP транзисторі КТ361 і датчику струму R5. У пристрої можливе використання будь-якого варіанту індикатора в залежності від необхідної точності контролю заряду акумулятора.

Представлена \u200b\u200bсхема призначається для заряду тільки одного Li-ion акумулятора. Але це зарядний пристрій можна використовувати і для заряду інших видів акумуляторів. Потрібно лише виставити необхідне для цього значення вихідної напруги і струм зарядки.

Виготовлення зарядного пристрою

1. Купуємо або підбираємо з наявних, комплектуючі для складання відповідно до схеми.

2. Збірка схеми.
Для перевірки працездатності схеми і її налаштування, збираємо зарядний пристрій на монтажній платі.

Діод в ланцюзі харчування акумулятора (мінусова шина - синій провід) призначений для запобігання розряду літій-іонного акумулятора при відсутності напруги на вході зарядного пристрою.

3. Налаштування вихідного напруги схеми.
Підключаємо схему до джерела живлення напругою 5 ... 9 вольт. Підлаштування опором R3 встановлюємо вихідну напругу зарядного пристрою в межах 4,18 - 4,20 вольта (при необхідності, в кінці настройки вимірюємо його опір і ставимо резистор з потрібним опором).

4. Налаштування зарядного струму схеми.
Підключивши до схеми розряджений акумулятор (про що повідомить включився світлодіод), резистором R2 встановлюємо по тестеру величину зарядного струму (100 ... 300 ма). При опорі R2 менше 3 му світлодіод може не світиться.

5. Готуємо плату для монтажу і пайки деталей.
Вирізаємо необхідний розмір з універсальної плати, акуратно обробляємо краю плати напилком, очищаємо і лудимо контактні доріжки.

6. Монтаж налагодженої схеми на робочу плату
Переносимо деталі з монтажної плати на робочу, паяем деталі, виконуємо відсутню розведення з'єднань тонким монтажним проводом. Після закінчення зборки грунтовно перевіряємо монтаж.