Зарядное устройство для li-ion аккумуляторов. схема и описание

Особенности литиевых батарей

Li-ion АКБ являются очень неприхотливыми в эксплуатации. При бережном обращении они прослужат около 3-4 лет. Однако стоит ориентироваться на то, что даже если аккумуляторы не используются, они медленно умирают. Поэтому запасаться аккумуляторами к устройству впрок не совсем резонно. 2 года – это нормальное время от момента производства. Если прошло больше, то это могут быть уже вышедшие из строя батареи.

Интересно. Самый распространенный размер банки 18650 в среднем имеет ёмкость в 3500 мАч. Нормальная цена для такой батареи – 3-4 доллара. Поэтому производители, обещающие за 3 доллара Power bank объемом 10000 мАч, мягко говоря, обманывают. Хорошо, если там будет хотя бы 3000 мАч.

Описание зарядки для литий ионных аккумуляторов

Основным элементом конструкции является TL431 (IO1) — источник опорного напряжения

Его стабильность значительно лучше, чем допустим LM317, а, как известно для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке

Элемент TL431 используется в данной схеме в качестве стабилизатора тока в работе транзисторов Т1 и Т2. Зарядный ток протекает через резистор R1. Если падение напряжения на этом резисторе превышает примерно 0,6 вольт, происходит ограничение тока проходящего через транзисторы Т1 и Т2. Значение резистора R1 эквивалентно току зарядки.

Выходное напряжение управляется вышеупомянутым элементом TL431. Значение определяется делителем выходного напряжения (R5, R7, P1).

Компоненты R4, С1 для подавления помех. Очень удобным является индикация величины зарядного тока, при помощи светодиода LED1. Свечение показывает какой ток протекает в базовой цепи транзистора T2, который пропорционален выходному току. По мере зарядки литий-ионного аккумулятора, яркость светодиода постепенно снижается.

Диод D1 предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства. Схема зарядки аккумулятора не нуждается в защите от неправильного подключения полярности li-ion аккумулятора.

Блок питания 0…30 В / 3A
Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Все компоненты размещены на односторонней печатной плате.

Датчик тока — резистор R1 состоит из нескольких резисторов соединенных параллельно. Транзистор Т2 необходимо разместить на теплоотводе. Его размер зависит от тока зарядки и разности напряжений между входом и выходом зарядного устройства.

Схема зарядного устройства литий-ионного аккумулятора настолько проста, что при правильном монтаже радиодеталей должна заработать с первого раза. Единственно, что может потребоваться, так это установка выходного напряжения. Для литий-ионного аккумулятора это примерно 4,2 вольт. При холостом ходе транзистор Т2 не должен быть горячим. Входное напряжение должно быть хотя бы на 2 вольт выше, чем необходимое напряжение на выходе.

Схема предназначена для зарядного тока до 1 ампер. Если нужно повысить ток заряда li-ion аккумулятора, то необходимо уменьшить сопротивление резистора R6 и выходной транзистор Т2 должен быть повышенной мощности.

В конце процесса зарядки светодиод все же немного светится, что бы это устранить, можно просто подключить параллельно со светодиодом резистор сопротивлением 10…56 кОм. Так при снижении тока заряда ниже 10 мА светодиод перестанет светиться.

http://web.quick.cz/PetrLBC/zajic.htm

Портативный паяльник TS80P
TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

Технические характеристики

TDA2822M не требует для работы больших напряжений и обладает высоким коэффициентом усиления (до 41 дБ). Выходная мощность (P_O) зависит он конфигурации системы и её электронной обвязки. Чаще всего для включения схемы используют номинальные для неё 9 В (иногда обычную крону). При таком питании можно получить заявленные производителем 1,0-1,4 Вт на стандартные 8-ми омные колонки, но с достаточно большими уровнями гармонических искажений в 10 % (TDA), не приемлемыми для прослушивания музыки.

При питании от 6 В на 8-ми омных динамиках можно получить до 300-380 мВт, но тоже с высокими TDA до 10 %. Некоторые радиолюбители заявляют о получении выходной мощностью в 2 Вт при питания в 12 В, но не учитывают работу устройства на предельных своих возможностей. В техническом описании (datasheet) данные о таких экстремальных режимах эксплуатации (с напряжением более 9 В), производителями не представлены. Приведем максимально возможные значения параметров.

Максимальные параметры

Абсолютные (предельно допустимые) значения параметров для TDA2822M:

напряжение питания (V_S) до 15 В;
выходной ток (I_O) до 1 А;
рассеиваемая мощность (P_tot) до 1.4 Вт (при T_CASE до 50 °C);
диапазон рабочих температур (T_A) от -20 до 70 °C;
температура хранения (T_stg) от -40 до +150 °C.

Не стоит превышать предельно допустимые значения параметров. Это приведёт к появлению высоких искажений, сильному нагреву микросхемы и вероятности скорого выхода её строя. Для охлаждения можно использовать небольшой радиатор, хотя в большинстве случаев он не нужен.

Слушать музыку с искажениями — не самое приятное занятие. Для получения приемлемого качества звучания и уменьшение уровня TDA чаще всего уменьшают выходную мощность (P_O). Например при работе усилителя в мостовом режиме, для уменьшения TDA до 0,2% в 8-ми омной нагрузке, необходимо снизить P_O до 0,5 Вт.

Cхемы включения

Многие параметры зависят не только от напряжения питания но и от того, какая схема включения у TDA2822M. На рисунке представлены её два основных варианта применения. Слева для работы двух каналов (стерео), а справа в одноканальном (режим моста). Последний можно использовать, например, для подключения сабвуфера.

Электрические характеристики

Рассмотрим электрические характеристики TDA2822M из datasheet (на русском языке). Производители приводя их в отдельных таблицах для разных схем включения. Номинальное напряжение питания (V_S) 6 В, если не указано иного. Температура устройства не должна превышать +25°C. Дополнительные режимы измерений указаны в отдельном столбце. Вот параметры при работе в режиме стерео.

Ниже представлены электрические параметры при работе устройства в мостовой схеме. Рабочая температура и номинальное напряжение такие же, как и при включении в стерео режиме.

Аналоги

У TDA2822M есть современный аналог от южнокорейской компании Samsung — микросхема КА2209. Чаще всего именно её предлагают как альтернативу. Из импортных устройств также можно рекомендовать NJM2073. Из отечественных, идентичной по параметрам считается 174УН22, и более старые 174УН34 и 174УН31, но они уже давно не выпускаются.

Контроллер заряда Li-ion аккумулятора своими руками

Контроллер — электронная плата которая по характеристикам поддерживает рабочее напряжение и ток разряда. То есть напряжение контроллера должно отвечать характеристике прибора. Токовая нагрузка подбирается в 2 раза ниже предельной. Значит, для 18650 ток должен быть 12-15 А, для 26650 – 30-40 А.

Под контроллером заряда-разряда понимают схему защиты от слишком глубокого разряда, он же препятствует перезаряду банок выше 4,2 В. Но это только защита. Настоящий контроллер установлен в ЗУ, рассчитан на зарядку в 2 этапа с последующим отключением аккумулятора. Зарядное устройство это не блок питания. Назначение этого инструмента стабилизировать ток на первом этапе процесса, при этом выходное напряжение зависит от тока нагрузки.

В конструкции предусмотрены резисторы для регулирования выходного напряжения, индикации окончания заряда, порога ограничения выходного тока. Микросхема LM2596 выступает в виде контроллера ШИМ, компаратор LM358 поддерживает параметры тока, управляет индикацией. Стабилизатор 78L05 питает компаратор и поддерживает напряжение.

Для того, чтобы отключить аккумулятор именно в момент полного набора заряда, необходимо доработать схему. Такая доработка обусловит отключение зарядки при достижении полного заряда.

Защитная плата MBS отключит аккумулятор при достижении полного заряда. Но она срабатывает с некоторым опозданием. Поэтому батарея может получить небольшой перезаряд, сокращающий срок службы дорогого прибора.

Как отыскать неисправность в зарядном устройстве и устранить его

Приступая к выполнению этой работы, необходимо понимать, что она сопряжена с проведением таких специфических операций, как измерение напряжения, прозвонка электрических цепей в целом и каждого элемента в частности. Это требует наличия определённых навыков общения с электроизмерительными приборами и знания элементарных правил электробезопасности. Если отсутствует и то и другое, то самым правильным будет поручить эту работу специалистам.

Для ремонта зарядного устройства для автомобильного аккумулятора перед началом его разборки обязательно надо убедиться в том, что устройство не подключено к электрической цепи. Крышка прибора легко снимается, если открутить болты, которыми она прикреплена к корпусу.

Начинается проверка с замеров наличия входного питания, для чего зарядное устройство подключается к сети. Замеры производятся на входном разъёме и сначала на одной клемме предохранителя, а затем на другой. Если предохранитель исправный, то питание должно присутствовать на обеих клеммах. Далее проверяется наличие питания на клеммах первичной обмотки трансформатора. Если величина напряжения соответствует показателям электросети, то можно с уверенностью сказать, что цепь подачи питания, в которую входят электрическая вилка, предохранитель и провода, работает нормально.

Дальнейшие измерения производятся, начиная с выходных клемм трансформатора, на разъёмах галетного выключателя, а затем на входе в диодный мостик и на выходе с него. Если отсутствует напряжение на выходных клеммах трансформатора, то это означает, что он вышел из строя и его необходимо заменить. В том случае, когда имеется питание на выходе трансформатора, проверяем его присутствие на разъёмах галетного выключателя. Опять же, если на его входе питание есть, а на выходе нет – он подлежит замене. Замеры на галетном выключателе следует делать, передвигая его в разные положения.

При ремонте зарядного уствройства для автомобильного аккумулятора, обнаружив напряжение на выходных разъёмах галетного выключателя, измеряем его на входе диодного мостика, после чего переходим к замерам на выходе. Если входное напряжение присутствует, а выходное нет, то неисправность следует искать в самом диодном мостике. Монолитные мостики ремонту не подлежат, а значит, их следует просто заменить.

зарядка Наборный мостик можно отремонтировать. Для этого надо отключить от схемы все диоды и проверить каждый на наличие пробоя. Если диод рабочий, то прибор в режиме прозвонки в одну сторону будет показывать какую-то величину, а после того, как концы прибора меняются местами, показаний на нём не должно быть никаких. Диод, на котором показания будут присутствовать в обоих случаях, или в обоих случаях их не будет, неисправен, и его необходимо заменить.

Добившись присутствия напряжения на выходе диодного мостика, следует убедиться в работоспособности амперметра. Сделать это можно очень просто – достаточно подключить прибор к плюсовому и минусовому проводам и включить прибор. Если напряжение будет отсутствовать, при предварительно проверенных всех остальных элементов схемы, следует обойти амперметр. Сделать это можно, соединив между собой его клеммы с помощью кусочка проволоки. Если при этом напряжение на выходе прибора появится, это значит, амперметр нуждается в замене.

Производя замеры в процессе обнаружения неисправности, необходимо помнить, что неисправность может скрываться и в проводах. Так что их прозвонку также следует производить в тех случаях, когда возникли какие-либо сомнения их работоспособности. Если по результатам проверки выявилось слишком большое количество элементов, подлежащих замене, то стоит произвести подсчёты и, возможно, купить новый прибор.

Зарядные устройства для аккумуляторов автомобилей (ПЗУ) в большом количестве имеются на потребительском рынке. Однако любое из них со временем может сломаться в процессе эксплуатации. Поэтому владельцам автомашин не помешает знать о том, как проводить простой ремонт зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов. Безусловно, многое зависит от степени поломки: если она самая простая, есть элементы, которые можно починить самостоятельно.

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

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

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

Для чего нужен индикатор разряда аккумулятора.

Например, вы используете литий-ионые аккумуляторы без платы защиты. Чтобы не перегрузить их случайно можно поставит обычный плавкий предохранитель ампер на 30. Берем автомобильный или делаем самодельный из медной жилы сечением 0.5мм2.

Для того, чтобы не переразрядить АКБ больше нужного предела используем приведенный ниже индикатор разряда, светодиод которого загорится, когда аккумулятор разрядиться до установленного уровня. Балансировку осуществляем при заряде для этого я вывел на корпус разъем.

Также можно настроить схему на промежуточную разрядку например 50% или 75%-типа скоро сядет. Или даже использовать несколько схем настроенных на разные напряжения. Например, три. Один загорается при 75%, второй при 50%, а третий при 25% от заряда.

Работа схемы

Схема зарядного устройства без платы Arduino и ЖК дисплея представлена на следующем рисунке.

Основная цель нашего источника питания на 12 В – управлять напряжением и током, подаваемым на свинцово-кислотную батарею чтобы заряжать ее в максимально комфортном для нее режиме. Для этой цели в схеме использованы две микросхемы LM317 – одна для управления значением напряжения (U3), а вторая (U1) для ограничения тока. Также мы настоятельно рекомендовали бы вам изучить даташит на микросхему LM317, поскольку это может пригодиться вам не только для этого проекта, но и для других похожих проектов, в которых данная микросхема используется в качестве регулятора напряжения.

Простая схема регулятора напряжения, взятая из даташита на LM317, представлена на следующем рисунке.

В этой схеме значение выходного напряжения регулируется с помощью значений сопротивлений R1 и R2, в нашем проекте мы это делаем с помощью изменения сопротивления резистора R2. Формула для вычисления значения выходного напряжения выглядит следующим образом:

Vout = 1.25 (1+R2/R1).

Используя данную формулу мы в нашем проекте выбрали значение сопротивления 1K (R8) и использовали потенциометр 10К (RV2).

Схема ограничения значения тока, взятая из даташита на LM317, представлена на следующем рисунке.

Это простая схема, которая может быть использована для ограничения значения тока в нашей схеме, основанная на значении сопротивления R1. Формула для вычисления значения выходного тока выглядит следующим образом:

Iout= 1.2/R1.

Основываясь на этой формуле мы в нашей схеме выбрали значение сопротивления RV1=100 Ом.

То есть для управления значениями выходных напряжения и тока мы в нашей схеме использовали два потенциометра — RV1 и RV2. На микросхему LM317 напряжение подается с выхода диодного моста, а на диодный мост – с выхода трансформатора через коннектор P1. Трансформатор должен быть на 12 В и 1 А. Представленная схема достаточна для того чтобы выполнять поставленную функцию – обеспечивать на выходе схемы заданные ток и напряжение. Но ее можно улучшить с помощью ЖК дисплея, на экране которого можно наглядно контролировать указанные параметры.

Схемы включения

Стабилизатор LM317 зарекомендовал себя универсальной микросхемой способной стабилизировать напряжение и Амперы. За десятки лет разработаны сотни схем включения LM317T различного применения. Основное назначение, это стабилизатор напряжения в блоках питания. Для увеличения силы количества Ампер на выходе есть несколько вариантов:

подключение параллельно;
установка на выходе силовых транзисторов, получим до 20А;
замена на мощные аналоги LM338 до 5A или LM350 до 3А.

Для построения двухполярного блока питания применяются стабилизаторы отрицательного напряжение LM337.

Считаю, что параллельное подключение не самый лучший вариант из-за разницы в характеристиках стабилизаторов. Невозможно настроить несколько штук точно на одинаковые параметры, чтобы распределить нагрузку равномерно. Благодаря разбросу, на один нагрузка всегда будет больше чем на другие. Вероятность выхода из строя нагруженного элемента выше, если он сгорит, то резко возрастёт нагрузка на другие, которые могут не выдержать её.

Чтобы не подключать параллельно, лучше использовать для силовой части DC-DC преобразователя напряжения транзисторы на выходе. Они рассчитаны на большой ток и отвод тепла у них лучше из-за больших размеров.

Современные импульсные микросхемы уступают по популярности, её простоту трудно превзойти. Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов прост в настройке и расчётах, в настоящее время до сих пор применяется на небольших производствах электронных блоков.

Светодиодный драйвер

Светодиодный драйвер до 5А

Зарядное для аккумуляторов

Регулируемый двухполярный блок питания от 0 до 36В

Двухполярный БП LM317 и LM337, для получения положительного и отрицательного напряжения.

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

MAX1555 или MAX1551

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой печатной плате.

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого (посмотреть на цены и афигеть).

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (даташит). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе, так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из даташита:

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

(скачать эту плату в формате *.lay)

Пожалуй, это одна из самых простейших зарядок для литий-ионных аккумуляторов 18650, которую можно сделать своими руками. Подходит и для li-pol батарей.

Если тока в 500 мА недостаточно, что рекомендую обратить внимание на схему с TP4056

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. описание микросхемы). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

Критерии выбора прибора зарядки

Определить насколько качественным будет покупаемый прибор можно по следующим моментам:

Наличию независимых каналов заряда;
Току;
Функции разряда.

Рассмотрим каждый из них подробно. Начнем с самого значимого – независимых каналов заряда. Наличие их у выбранной модели говорит о том, что ее электронная начинка способна раздельно контролировать процесс зарядки и прекращать его, как только емкость аккумулятора будет восстановлена. Но при этом все остальные не успеют восстановить свое емкость, что при постоянном повторении такой ситуации ведет к быстрому выходу из строя батарей.

Пополнение энергии аккумулятора возможно тремя способами:

Слабым током;
Средним;
Высоким.

Первый предполагает выбор зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов с учетом номинальной емкости батареи. При этом вырабатываемый им ток не должен превышать 10%. Такой способ зарядки самый медленный и щадящий. При его постоянном использовании срок службы аккумуляторов практически не сокращается.

Последний способ или зарядка большим током практически равным номинальной емкости – это в своем роде стресс для батареи, приводящий к весомому сокращению срока службы. При нем происходит сильный нагрев, требующий активного вентиляторного охлаждения. Его используют только в крайних случаях, когда требуется зарядить аккумулятор за пару часов.

Смотрим видеообзор зарядников для литьевых батарей:

Существуют и так называемые интеллектуальные устройства. Они используются для зарядки аккумуляторов профессиональными фотографами, используемых в осветительных приборах и других аналогичных случаях. Стоимость такого зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов достаточно велика, но если вам важна безупречная работа гаджета, то лучше инвестировать в покупку прибора, чем постоянно менять батареи.

У интеллектуальных зарядных устройств имеется функция разряда. Она необходима чтобы полностью разрядить аккумулятор, исключив тем самым эффект памяти. Это несколько удлиняет цикл зарядки, но тем самым продлевает срок службы батареи.

Лучшие производители

Каждый продукт имеет свои особенности. Поэтому выбирая конкретную марку необходимо в первую очередь ориентироваться на количество и тип аккумуляторов, которые придется заряжать. Если предполагается работа с 4-мя батареями, то можно остановиться на модели Rodition Ecocharger. Это небольшое устройство, способное восстанавливать даже одноразовые щелочные батарейки. Включение этой функции производится тумблером, расположенным на боковой панели корпуса.

Прибор имеет четыре канала и способен контролировать уровень заряда каждого элемента в отдельности. На панели устройства имеется световая индикация, показывающая, какой из аккумуляторов уже восстановился. Купить такое устройство можно за 20 долларов.

Смотрим видео о продукции Rodition Ecocharger:

Одним из наиболее популярных и многофункциональных считается зарядное устройство для литиевых аккумуляторов марки La Crosse BC-700. Оно относится к продвинутым и рассчитано на восстановление пальчиковых баьаоеек форматов АА и ААА на основе никеля. Особенности прибора таковы, что он способен одновременно осуществлять зарядку 4 батарей разной емкости.

Устройства работает в нескольких режимах. Имеется регулятор тока, позволяющий выбирать наиболее оптимальную его величину для каждого случая.

Этапы зарядки

Процесс восстановления батареи специалисты рекомендуют начинать с ее полной разрядки. Если по каким-либо причинам приходится заряжать аккумулятор которые еще не полностью разрядился, то стоит выбирать продвинутую модель устройства.

После этого устанавливается режим зарядки. Он может быть щадящим или быстрым. Все зависит от конкретной ситуации и выбранного зарядного устройства для литиевых аккумуляторов.

USB-зарядник для Ni-Mh аккумуляторов своими руками

На этот раз речь пойдет о конструировании простейшего USB-зарядника для Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторных батарей.

Схема довольно хорошего зарядника проста и может быть реализована с бюджетом всего в 20 рублей. Это уже дешевле, чем любая китайская зарядка. Сердцем нашего зарядного устройства всем хорошо знакомая микросхема линейного стабилизатора LM317.

микросхема линейного стабилизатора LM317

На вход схемы подается напряжение 5 В от любого USB-порта.

Схема

Микросхема стабилизирует напряжение до уровня 1,5 В. Это напряжение полностью заряженного Ni-Mh аккумулятора.

А работает устройство очень просто. Аккумулятор будет заряжаться напряжением 1,5-1,6 Вольт от микросхемы. Резистор R1 в качестве датчика тока одновременно ограничивает ток заряда. Путем его подбора ток можно уменьшить или увеличить.

Когда на выход схемы подключен аккумулятор, на резисторе R1 образуется падение напряжения. Его достаточно для срабатывания транзистора, в коллекторную цепь которого подключен светодиод. Последний загорается и по мере заряда аккумулятора будет потухать до полного отключения. Это произойдет в конце зарядного процесса.

Таким образом, диод горит, когда аккумулятор заряжается, и тухнет, когда последний полностью заряжен. Одновременно по мере заряда аккумулятора будет снижаться сила тока, и в конце ее значение будет равно 0.

Из этого следует, что перезаряд и выход из строя аккумулятора невозможны.

Микросхема LM317 работает в линейном режиме, поэтому небольшой теплоотвод не помешает. Хотя при токе 300 мА нагрев микросхемы в пределах нормы. Светодиод желательно подобрать с минимальным рабочим напряжением. Цвет абсолютно не важен. Вместо BC337 допускается использование любого маломощного транзистора обратной проводимости, хоть на КТ315. Желательная мощность резистора R1 0,5-1 Ватт. Все оставшиеся резисторы – 0,25 и даже 0,125 Ватт. Поскольку диапазон напряжений очень узкий, то даже погрешность резисторов может повлиять на работу схемы. Поэтому резистор R2 настоятельно рекомендуется заменить на многооборотный сопротивлением 100 Ом.

С его помощью можно очень точно отрегулировать нужное выходное напряжение.

Сперва нужно найти все необходимые компоненты, а также слот для батареек.

Устройство может заряжать аккумуляторы практически любого стандарта, если приспособить соответствующий слот. При сборке можно не использовать печатную плату. Монтаж делается навесным способом. Компоненты приклеиваются под слот батареек и заливаются термоклеем, поскольку схема очень надежна в работе.

Распиновка USB:

Распиновка выводов микросхемы:

Собранное устройство выглядит примерно так:

Собранное устройство

Но может выглядеть гораздо лучше.

Только необходимо подобрать светодиод с минимально возможным напряжением свечения, в противном случае он может вообще не светиться. По этой схеме можно заряжать несколько аккумуляторов, но рекомендуется использовать только для заряда одного.

USB-зарядник для Ni-Mh аккумуляторов своими руками

Полезные рекомендации при эксплуатации аккумуляторов 18650

Чтобы сохранить емкость АКБ и продлить срок их эксплуатации, нужно следовать нескольким советам:

правильно выбирать режим работы ЗУ, при отсутствии контроллера регулировать параметры автоматически;
избегать глубокого разряда, подключать аккумулятор при снижении заряда до 70-80%;
при расчете длительности восстановления учитывать не только количество ампер-часов, но и разницу вольтажа при зарядке в заводских и домашних условиях, которая влияет на ваттную емкость;
не пытаться увеличить емкость АКБ циклами разряд-заряд;
не допускать перегрева накопителя, не оставлять его под прямыми солнечными лучами;
эксплуатировать батарею при температуре +10…+25°С, для использования при низких температурах утеплить корпус;
не допускать ударов по телу АКБ, воздействия сильного трения и вибрации, при транспортировке укладывать аккумуляторы на толстую мягкую подложку;
хранить литий-ионные накопители с 50-60% заряда и при температуре около 0°С.

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора — это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

U_r = 5 — 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

P_r = I2R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

I_зар = (U_ип — 4.2) / R = (5 — 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение — электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion — это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП — практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.