Схема зарядного устройства литий-ионного аккумулятора USB 3,7 В

В этой статье мы изучаем простую компьютерную схему зарядного устройства литий-ионного аккумулятора USB 3,7 В с автоматическим отключением и функциями контроля тока.

Как это устроено

Схема можно понять с помощью следующего описания:

Микросхема LM358 сконфигурирована как компаратор. Микросхема LM741 не используется, поскольку она не предназначена для работы с напряжением ниже 4,5 В.

Контакт № 2, который является инвертирующим входом ИС, используется как чувствительный штифт и прикреплен с предустановкой для необходимых регулировок и настроек.

Контакт # 3, который является неинвертирующим входом из операционные усилителей является ссылкой на 3V, зажимая его с 3V стабилитроном.

Можно увидеть пару светодиодов, подключенных к выходному контакту операционного усилителя, для обнаружения и индикации состояния зарядки схемы. Зеленый светодиод указывает на то, что аккумулятор заряжается, а красный светится, как только аккумулятор полностью заряжен, и питание аккумулятора прекращается.

Как заряжать через порт USB

Помните, что процесс зарядки может быть довольно медленным и может занять много часов, потому что ток через USB-порт компьютера обычно очень низкий и может варьироваться от 200 мА до 500 мА в зависимости от того, какой номер порта используется для этой цели.

После того, как схема собрана и настроена, показанный ниже дизайн можно использовать для зарядки любой запасной литий-ионной батареи через порт USB.

Сначала подключите аккумулятор в указанных точках, а затем вставьте разъем USB в разъем USB вашего компьютера. Зеленый светодиод должен немедленно загореться, показывая, что батарея заряжается.

Вы можете подключить к аккумулятору вольтметр, чтобы контролировать его зарядку и проверять, правильно ли цепь отключает питание на заданном пределе.

Поскольку ток от USB-порта компьютера может быть значительно меньше, текущий этап управления можно игнорировать, а приведенный выше дизайн можно значительно упростить, как показано ниже:

Видеоклип, показывающий действие автоматического отключения, когда литий-ионный аккумулятор заряжен до 4,11 В:

Обратите внимание, что схема не будет инициировать зарядку, если аккумулятор не подключен до включения питания, поэтому сначала подключите аккумулятор, прежде чем подключать его к порту USB.

LM358 имеет два операционных усилителя, что означает, что один операционный усилитель здесь тратится зря и остается неиспользованным, поэтому LM321 можно попробовать вместо этого, чтобы избежать простоя неиспользуемого операционного усилителя.

Как настроить приведенную выше схему литий-ионного зарядного устройства USB:

Это очень легко реализовать.

1. Сначала убедитесь, что предустановка полностью сдвинута со стороны земли. Это означает, что штифт №2 должен быть изначально установлен на уровне земли.
2. Затем, без подключенной батареи, подайте точно 4,2 В через +/- линии питания схемы через точно регулируемый источник питания.
3. Вы увидите, как сразу загорится зеленый светодиод.
4. Теперь медленно вращайте предустановку, пока зеленый светодиод не погаснет, а красный светодиод не загорится.
5. Вот и все! Схема теперь полностью настроена на отключение при 4,2 В, когда фактический литий-ионный элемент достигает этого уровня.
6. Для окончательного тестирования подключите разряженную батарею к показанному положению, подключите входную мощность через USB-разъем компьютера и получайте удовольствие, наблюдая, как батарея заряжается и отключается при установленном пороге 4,2 В.

Добавлена ​​функция постоянного текущего CC

Как можно видеть, функция постоянного тока была добавлена ​​путем интеграции каскада BC547 с базой основного BJT.

Здесь резистор Rx определяет резистор, чувствительный к току, и в случае достижения максимального предела тока падение потенциала, возникающее на этом резисторе, быстро запускает BC547, который заземляет базу драйвера BJT, отключая его проводимость и заряжая аккумулятор. .

Теперь это действие продолжает колебаться на пороге ограничения тока, обеспечивая требуемый постоянный ток CC контролируемая зарядка для подключенного литий-ионного аккумулятора.

Ограничение тока не требуется для питания USB

Несмотря на то, что показано средство ограничения тока, это может не потребоваться, когда схема используется с USB, поскольку USB уже имеет довольно низкий ток, и добавление ограничителя может быть бесполезным.

Ограничитель тока следует использовать только тогда, когда ток источника существенно высок, например, от солнечной батареи или другой батареи.

Дальнейшее улучшение схемы

После некоторых испытаний выяснилось, что транзистор Дарлингтона не может переключать достаточный ток на литий-ионные элементы, особенно которые были глубоко разряжены. Это привело к разнице уровней напряжения на ячейке и на шинах питания цепи.

Чтобы решить эту проблему, я попытался улучшить конструкцию, заменив одиночный Darlington BJT парой сетей NPN / PNP, как показано ниже:

Эта конструкция значительно улучшила подачу тока и привела к уменьшению разницы между уровнем напряжения на клеммах батареи и фактическим уровнем напряжения питания и, следовательно, к ложному отключению.

На следующем видео показан результат теста с использованием указанной выше схемы:

Использование реле 5 В

Вышеупомянутые конструкции также могут быть построены с использованием 5 В, что обеспечит наилучшую подачу тока в элемент и более быструю зарядку. Принципиальную схему можно увидеть ниже:

Пожалуйста, обрати внимание:

Эта статья была существенно изменена недавно, и поэтому старые обсуждения комментариев могут не совпадать с принципиальной схемой, показанной в этом обновленном дизайне и объяснении.