Зарядное устройство литиевых аккумуляторов своими руками
Проблема автономного питания электронной аппаратуры встала перед человечеством особенно остро при появлении обилия полупроводниковых элементов. Вместе с развитием электроники появлялись новые виды батареек и аккумуляторов, всё это привело к тому, что сейчас ёмкие литий-ионные аккумуляторы стали использоваться практически повсеместно в портативной электронике. Они обладают по-истине впечатляющими ёмкостями при небольших габаритах, могут выдавать большие токи в нагрузку, а потому находят применение практически везде — хоть в небольших беспроводных наушниках, хоть в автомобильной бортовой сети, где требуются высокие токи и большая ёмкость. К особенностям литий-ионных аккумуляторов также можно отнести их «привередливость» к зарядке — просто так взять и подключить такой аккумулятор к источнику питания, чтобы он сам заряжался не получится. Ток заряда должен быть строго нормирован, а его превышение может грозить аккумулятору выходом из строя. Ток заряда обычного литий-ионного аккумулятора должен быть равен примерно одной-двумя десятым от его ёмкости. Например, аккумулятор ёмкость 1000 мА/ч должен заряжаться током 100-200 мА, это обеспечит наиболее долгий срок его службы. Для того, чтобы контролировать ток заряда, нужна специальная схема, которая будет подключаться входом к источнику питания, а выходом — к заряжаемому аккумулятору. Такую схему достаточно просто собрать самому, он представлена ниже.
В левой части схемы на транзисторе Q1 организован индикатор, который сообщает, зарядился аккумулятор, или ещё нет. Последовательно с питанием схемы стоит резистор R1, через который протекает ток заряда аккумулятора, соответственно, на резисторе падает часть напряжения. Если ток заряда ещё достаточно большой, аккумулятор заряжается, падение напряжение на этом резисторе приоткрывает транзистор Q1, светодиод D1 светится. Как только аккумулятор зарядится до нужного напряжение, ток упадёт до минимальных значений, транзистор Q1 закроется и D1 перестанет светится — зарядка завершена. Время заряда будет напрямую зависеть от тока заряда, например, аккумулятор ёмкостью 1000 мА/ч будет заряжаться током 100 мА около 10 часов, а вот током 200 мА уже 5 часов — в два раза меньше при соответствующем увеличении тока заряда в два раза. Конденсатор С1 на схеме — сглаживающий по питанию, сюда не лишним будет установить параллельно электролитический на 47-100 мкФ и параллельно ему керамический на 100 нФ. После этого питающее напряжение поступает на микросхему-стабилизатор LM317, в цепи регулировки которой стоит уже другая микросхема — TL431. Обе эти микросхемы являются распространёнными, достать их можно в любом магазине радиодеталей, а TL431 встречается даже во многих импульсных сетевых блоках питания. Принцип работы данной хитрой схемы достаточно прост. Сперва аккумулятор заряжается постоянным током, около 100 мА, этот ток задаётся резистором R5 — микросхема TL317 работает в роли стабилизатора тока. Затем, когда аккумулятор уже почти зарядится и его напряжение станет близким к 4,2В, схема начинает работать в роли стабилизатора напряжения, дозаряжая аккумулятор небольшим током. Такой алгоритм заряда наиболее правильный и позволит сохранить ёмкость аккумулятора на долгие года, даже при частых циклах зарядка-разрядка. На схеме также виден подстроечный резистор RV1, который служит для настройки выходного напряжения. После сборки схемы его нужно будет настроить всего один раз, для выставления на выходе схемы напряжения 4,2В без подключенного аккумулятора. Можно установить выходное напряжение на уровне 4,1В, в этом случае схема зарядки будет слегка недозаряжать аккумуляторы, при этом 0,1 вольта не сильно скажется на ёмкости аккумулятора, но позволит значительно продлить ему жизнь. Рассмотрим более подробно, какие компоненты нужно применит для сборки данной схемы.
Микросхемы LM317 и TL431. Первая обязательно должна быть в корпусе ТО-220, так как в процессе работы зарядного устройства она будет значительно нагреваться. На её нагрев, в значительно степени будет влиять ток заряда и напряжение, поступающее на вход схемы. Чем больше напряжение на входе, и чем больше ток — те сильнее будет нагреваться микросхема. Её необходимо установить на радиатор с применением теплопроводной пасты, температура радиаторе при долговременной работе не должна превышать 50-60°C, это хорошо скажется на надёжности зарядного устройства. TL431 можно взять в обычном миниатюрном корпуса ТО-92, она нагреваться не будет. Цоколёвки и вид корпусов микросхем представлен на картинке выше.
Светодиоды — здесь всё просто. Можно применить любые светодиоды на 3В, какой угодно формы и цвета. Наиболее логично будет установить D1 красного цвета, а D2 — зелёного, горение зелёного светодиода будет означать, что схема работает и на её выходе присутствует напряжение. Яркость горения светодиодов задаётся резисторами на схеме, включенными последовательно со светодиодами. Все светодиоды имеют два вывода — анод и катод, соответственно это плюс и минус. Как правило, длинная ножка светодиода — плюс, а короткая — минус, важно не перепутать цоколёвку, иначе светодиоды на будут светится.
Несколько слов про резисторы. Они все могут иметь мощность 0,25Вт, кроме двух R1 и R4, эти резисторы будут стоять в цепи питания, а потому через них будет протекать ток заряда, соответственно, будет рассеиваться мощность. Для них нужно взять резисторы мощностью 1-2Вт, этого будет достаточно для рассеивания лишнего тепла. Важно соблюдать номиналы всех резисторов, от них будут зависеть параметры работы схемы.
Ещё один важный элемент схемы — подстроечный резистор RV1, с помощью которого устанавливается напряжение на выходе. Здесь нужно применить многооборотный резистор, например такой, какой показан на картинке выше — его легко отличить на наличию наверху небольшого желтого винта под отвёртку, он должен быть рассчитан на сопротивление 22 кОм. Многооборотный резистор позволяет очень точно установить напряжение на выходе, вплоть до сотых долей вольта. Несколько слов про процедуру настройки. Сперва схему нужно включить «вхолостую», без аккумулятора, подключив на его место вольтметр. Затем, глядя на показания вольтметра вращать переменный резистор в ту или иную сторону для уменьшения или увеличения напряжение на выходе, установив там 4,1-4,2В. На этом процедура настройки схема будет закончена, можно подключать аккумулятор для зарядки.
Изготавливается схема зарядного на компактной печатной плате, которую затем можно поместить в подходящий корпус. При этом корпус зарядного будет включать в себя контакты либо разъём для питания (7-20В) и провода-крокодилы для подключения заряжаемого аккумулятора. Печатная плата прилагается в конце статьи в архиве, открыть её можно с помощью программ Sprint-Layout либо Proteus.
На картинке ниже показана фотография готовой платы. Обратите внимание, что микросхема LM317 впаивается прямо на плату, а потом вместе с платой крепится на радиатор. Светодиоды можно установить как прямо на плату, так и вывести на проводах на панель корпуса. Таким образом, получилось отличное самодельное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, в отличие от своим заводских аналогов, данная схема позволяет вручную настраивать ток заряда, а также напряжение, до которого будут заряжаться аккумуляторы. Стоит обратить внимание, что аккумуляторы очень чувствительны к перезаряду, а потому не стоит подключать в выходу схемы аккумулятор, предварительно на настроив порог подстроечным резистором. Удачной сборки!
Источник
ЗАРЯДНОЕ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
В нынешнее время очень популярны литий-ионные аккумуляторы, они используются в различных гаджетах, к примеру телефонах, умных часах, плеерах, фонариках, ноутбуках. Впервые аккумулятор такого типа (Li-ion) выпустила известная японская фирма Sony. Принципиальная схема простейшего зарядного устройства для литиевых аккумуляторов представлена на картинке ниже, собрав её, у вас будет возможность самостоятельно восстанавливать заряд в аккумуляторах.
Самодельная зарядка литиевых АКБ — схема электрическая
Основой для данного прибора являются две микросхемы-стабилизатора 317 и 431 (тема на форуме). Интегральный стабилизатор LM317 в данном случае служит источником тока, данную деталь берём в корпусе TO-220 и обязательно устанавливаем на теплоотвод с применением термопасты. Регулятор напряжения TL431 выпускаемый компанией texas instruments существует кроме этого, в корпусах SOT-89, TO-92, SOP-8, SOT-23, SOT-25 и других.
Рекомендуемое входное напряжение от девяти и до двадцати вольт. Выходное же настраивается подстроечным резистором 22 кОм, оно должно быть в районе 4.2V.
Светодиоды (LED) D1 и D2 любого, приятного для вас цвета. Мной были выбраны такие: LED1 красный прямоугольный 2,5 мм (2,5 милиКандел) и LED2 зелёный диффузионный 3 мм (40-80 милиКандел). Удобно применять smd светодиоды, если вы не будете устанавливать готовую плату в корпус.
Минимальная мощность резистора R2 (22 Ohm) 2 Ватта, а R5 (11 Ohm) 1 Ватт. Все отсальные 0,125-0,25W.
Переменный резистор на 22 килоОма должен быть обязательно типа СП5-2 (импортный 3296W). Такие переменные резистора имеют очень точную регулировку сопротивления, которое можно плавно подстраивать крутя червячную пару, похожую на бронзовый болтик.
Фото измерения вольтажа li-ion аккумулятора от сотового телефона до зарядки (3.7V) и после (4.2V), ёмкость 1100 mA*h.
Печатная плата для литиевого зарядного
Печатная плата (PCB) существует в двух форматах для разных программ — архив находится тут. Размеры готовой печатной платы в моём случае 5 на 2,5 см. По бокам оставил пространство для креплений.
Как работает зарядка
Как работает готовая схема такого зарядного устройства? Сначала аккумулятор заряжается постоянных током, который определяется сопротивление резистора R5, при стандартном номинале 11 Ом он будет примерно 100 мА. Далее, когда перезаряжаемый источник энергии будет иметь напряжение 4,15-4,2 вольта начнется зарядка постоянным напряжением. Когда же ток зарядки снизится до маленьких значений светодиод D1 перестанет светиться.
Как известно, стандартным напряжение для зарядки Li-ion является 4,2V, данную цифру необходимо установить на выходе схемы без нагрузки, с помощью вольтметра, так аккумулятор будет заряжается полностью. Если же немножко снизить напряжение, где-то на 0,05-0,10 Вольт, то ваш аккумулятор будет заряжаться не до конца, но так он прослужит дольше. Автор статьи ЕГОР.
Форум по обсуждению материала ЗАРЯДНОЕ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Схема устройства цветодинамического сопровождения музыки, выполненного на базе драйвера LED индикатора LM3914.
Усилитель мощности звука с двойной термостабилизацией — теория работы схемы и практическое тестирование.
Самодельный активный предварительный усилитель с НЧ-ВЧ регулировками на ОУ TL072, для УМЗЧ.
Источник
Зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора
Сегодня у многих пользователей скопилось по несколько рабочих и неиспользуемых литиевых аккумуляторов, появляющихся при замене мобильных телефонов на смартфоны.
При эксплуатации аккумуляторов в телефонах со своим зарядным устройством, благодаря использованию специализированных микросхем для контроля заряда, проблем с зарядом практически не возникает. Но при использовании литиевых аккумуляторов в различных самоделках возникает вопрос, как и чем заряжать такие аккумуляторы. Некоторые считают, что литиевые аккумуляторы уже содержат встроенные контроллеры заряда, но на самом деле в них встроены схемы защиты, такие аккумуляторы называют защищёнными. Схемы защиты в них предназначены в основном для защиты от глубокого разряда и превышения напряжения при зарядке выше 4,25В, т.е. это аварийная защита, а не контроллер заряда.
Некоторые «самодельщики» на сайте тут — же напишут, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, с помощью которой можно зарядить литиевые аккумуляторы. Но это только для любителей «шопинга». Нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут из дешевых и распространенных деталей. Не нужно забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит такого удовлетворения, как сделанное своими руками.
Предлагаемое зарядное устройство способен повторить практически каждый. Данная схема весьма примитивна, но полностью справляется со своей задачей. Все что требуется для качественной зарядки Li-Ion аккумуляторов, это стабилизировать выходное напряжение зарядного устройства и ограничить ток заряда.
Зарядное устройство отличается надежностью, компактностью и высокой стабильностью выходного напряжения, а, как известно, для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.
Схема зарядного устройства для li-ion аккумулятора
Схема зарядного устройства выполнена на регулируемом стабилизаторе напряжения TL431 и биполярном NPN транзисторе средней мощности. Схема позволяет ограничить зарядный ток аккумулятора и стабилизирует выходное напряжение.
В роли регулирующего элемента выступает транзистор Т1. Резистор R2 ограничивает ток заряда, значение которого зависит лишь от параметров аккумулятора. Рекомендуется использовать резистор мощностью 1 вт. Другие резисторы могут иметь мощность 125 или 250 мВт.
Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора. Для рассматриваемого случая, зарядки аккумуляторов от мобильных телефонов, можно применить отечественные или импортные NPN транзисторы средней мощности (например, КТ815, КТ817, КТ819). При высоком входном напряжении или использовании транзистора малой мощности, необходимо транзистор установить на радиатор.
Светодиод LED1 (выделен красным цветом в схеме), служит для визуальной сигнализации заряда аккумулятора. При включении разряженного аккумулятора, индикатор светится ярко и по мере заряда тускнеет. Свечение индикатора пропорционально току заряда аккумулятора. Но следует учесть, что при полном затухании светодиода, батарея все еще будет заряжаться током менее 50ма, что требует периодического контроля над устройством для исключения перезаряда.
Для повышения точности контроля окончания заряда, в схему зарядного устройства добавлен дополнительный вариант индикации заряда аккумулятора (выделен зеленым цветом) на светодиоде LED2, маломощном PNP транзисторе КТ361 и датчике тока R5. В устройстве возможно использование любого варианта индикатора в зависимости от требуемой точности контроля заряда аккумулятора.
Представленная схема предназначается для заряда только одного Li-ion аккумулятора. Но это зарядное устройство можно использовать и для заряда других видов аккумуляторов. Требуется лишь выставить необходимое для этого значение выходного напряжения и ток зарядки.
Изготовление зарядного устройства
1. Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.
2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем зарядное устройство на монтажной плате.
Диод в цепи питания аккумулятора (минусовая шина – синий провод) предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства.
3. Настройка выходного напряжения схемы.
Подключаем схему к источнику питания напряжением 5…9 вольт. Подстроечным сопротивлением R3 устанавливаем выходное напряжение зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 вольта (при необходимости, в конце настройки измеряем его сопротивление и ставим резистор с нужным сопротивлением).
4. Настройка зарядного тока схемы.
Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока (100…300 ма). При сопротивлении R2 менее 3 ом светодиод может не светится.
5. Готовим плату для монтажа и пайки деталей.
Вырезаем необходимый размер из универсальной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки.
6. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
Переносим детали с монтажной платы на рабочую, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки основательно проверяем монтаж.
Зарядное устройство может быть собрано любым удобным способом, в том числе и навесным монтажом. При монтаже без ошибок и исправных деталях оно начинает работать сразу же после включения.
При подключении к зарядному устройству, разряженный аккумулятор начинает потреблять максимальный ток (ограниченный R2). При приближении напряжения аккумулятора к заданному, ток заряда будет падать и при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2 вольта, зарядный ток будет практически нулевым.
Однако оставлять аккумулятор, подключенный к зарядному устройству на продолжительное время, не рекомендуется, т.к. он не любит перезаряда даже малым током и может взорваться или загореться.
Если устройство не работает, то необходимо проверить управляющий вывод (1) TL431 на наличие напряжения. Его значение должно быть не меньше 2,5 В. Это наименьшее допустимое значение опорного напряжения для этой микросхемы. Микросхема TL431 встречается довольно часто, особенно в БП компьютеров.
Источник