Obvod nabíjačky batérií USB 3.7V Li-Ion

V tomto článku študujeme jednoduchý počítačový nabíjací obvod lítium-iónových batérií USB 3,7 V s funkciami automatického vypínania a riadenia prúdu.

Ako to funguje

Obvod je možné pochopiť pomocou nasledujúceho popisu:

IC LM358 je nakonfigurovaný ako komparátor. IC LM741 sa nepoužíva, pretože nie je špecifikované, že pracuje s napätím nižším ako 4,5V.

Pin 2, ktorý je invertujúcim vstupom IC, sa používa ako snímací pin a je pripevnený s predvoľbou pre požadované úpravy a nastavenie.

Pin č. 3, ktorý je neinvertujúcim vstupom operačných zosilňovačov, je referenčný pri 3 V tým, že je upnutý 3 zenerovou diódou.

Na výstupnom kolíku operačného zosilňovača je zapojených niekoľko LED diód, ktoré slúžia na detekciu a indikáciu stavu nabíjania obvodu. Zelená LED označuje, že sa batéria nabíja, zatiaľ čo červená sa rozsvieti, keď je batéria úplne nabitá a batéria je prerušená.

Ako sa nabíja pomocou USB portu

Pamätajte, že proces nabíjania môže byť dosť pomalý a môže trvať mnoho hodín, pretože prúd z USB počítača je zvyčajne veľmi nízky a môže sa pohybovať medzi 200 mA až 500 mA v závislosti od toho, aký číselný port sa na tento účel použije.

Akonáhle je obvod zostavený a nastavený, je možné nižšie uvedený dizajn použiť na nabíjanie akejkoľvek náhradnej Li-Ion batérie cez USB port.

Najskôr pripojte batériu cez označené body a potom zapojte konektor USB do zásuvky USB na počítači. Zelená LED by sa mala okamžite rozsvietiť, čo indikuje nabíjanie batérie.

K batérii môžete pripojiť voltmeter, aby ste mohli monitorovať jej nabíjanie a skontrolovať, či obvod v stanovenom limite správne odpojí napájanie.

Pretože prúd z USB počítača môže byť oveľa menší, je možné súčasný stupeň riadenia ignorovať a vyššie uvedený návrh je možné podstatne zjednodušiť, ako je uvedené nižšie:

Videoklip zobrazujúci automatické odpojenie, keď je článok Li-Ion nabitý na 4,11 V:

Upozorňujeme, že okruh sa nespustí nabíjanie, pokiaľ nie je pripojená batéria pred zapnutím napájania. Preto pred pripojením k portu USB najskôr pripojte batériu.

LM358 má dva operačné zosilňovače, čo znamená, že jeden operačný zosilňovač je tu premrhaný a zostáva preto nepoužitý Môže sa vyskúšať LM321 namiesto toho, aby sa zabránilo prítomnosti nečinného nepoužívaného operačného zosilňovača.

Ako nastaviť vyššie uvedený USB Li-ion nabíjací obvod:

Je to mimoriadne ľahké.

1. Najskôr sa uistite, či je predvoľba úplne presunutá na zem. To znamená, že kolík č. 2 by mal byť na úrovni terénu prostredníctvom pôvodne nastavenej polohy.
2. Ďalej, bez pripojenej batérie, použite v celom prístroji presných 4,2 V +/- napájacích vedení obvodu, prostredníctvom presného nastaviteľného napájacieho zdroja.
3. Uvidíte, ako sa zelená LED okamžite rozsvieti.
4. Teraz pomaly otáčajte predvoľbou, kým zelená LED iba nezhasne a ČERVENÁ LED sa nerozsvieti.
5. To je všetko! Okruh je teraz nastavený na prerušenie pri 4,2 V, keď skutočný Li-Ion článok dosiahne túto úroveň.
6. Na záverečné testovanie pripojte vybitú batériu do zobrazenej polohy, pripojte napájanie cez USB zásuvku počítača a bavte sa sledovaním nabíjania a vypínania článku pri stanovenej prahovej hodnote 4,2 V.

Bola pridaná funkcia CC s konštantným prúdom

Ako je možné vidieť, funkcia konštantného prúdu bola pridaná integráciou stupňa BC547 so základňou hlavného BJT.

Tu odpor Rx určuje odpor snímajúci prúd a v prípade dosiahnutia maximálnej hranice prúdu potenciálny pokles potenciálu vyvinutý v tomto odpore rýchlo spustí BC547, ktorý uzemní základňu vodiča BJT, vypne jeho vedenie a nabíja batériu .

Teraz táto akcia neustále osciluje na medznej hranici prúdu, čo umožňuje požadovaný konštantný prúd, CC riadené nabíjanie pre pripojenú lítium-iónovú batériu.

Pre napájanie USB nie je potrebné súčasné obmedzenie

Aj keď je zobrazené obmedzenie prúdu, nemusí sa to vyžadovať, ak sa obvod používa s USB, pretože USB je už s prúdom dosť nízke a pridanie obmedzovača môže byť zbytočné.

Obmedzovač prúdu by sa mal používať iba v prípade, že je zdrojový prúd podstatne vysoký, napríklad zo solárneho článku alebo z inej batérie

Ďalšie vylepšenie okruhu

Po niekoľkých testoch sa ukázalo, že Darlingtonov tranzistor nebol schopný prepnúť dostatočný prúd na články Li-Ion, najmä tie, ktoré boli hlboko vybité. To malo za následok rozdiel v úrovniach napätia naprieč bunkou a cez napájacie koľajnice obvodu.

V boji proti tomuto problému som sa pokúsil ďalej vylepšiť dizajn nahradením jediného Darlington BJT dvojicou sietí NPN / PNP, ako je uvedené nižšie:

Táto konštrukcia významne zlepšila dodávku prúdu a mala za následok zníženie rozdielu medzi úrovňou napätia na svorke batérie a skutočnou úrovňou napájacieho napätia, a preto došlo k nesprávnemu vypnutiu.

Nasledujúce video zobrazuje výsledok testu pomocou vyššie uvedeného obvodu:

Pomocou 5V relé

Vyššie uvedené konštrukcie je možné zostaviť aj pomocou napätia 5 V, ktoré zabezpečí čo najlepšie dodanie prúdu do článku a rýchlejšie nabíjanie. Schéma zapojenia je uvedená nižšie:

Vezmite prosím na vedomie:

Tento článok bol v poslednej dobe podstatne zmenený, a preto sa staršie diskusie o komentároch nemusia zhodovať s obvodovým diagramom zobrazeným v tomto aktuálnom aktualizovanom dizajne a vysvetlení.