Хобі, Зарядний пристрій для літієвих акумуляторів, vyachko

28.06.2016

Зарядний пристрій для літієвих акумуляторів

Акумулятори на основі літію (літій-іонні, а пізніше і літій-полімерні) завдяки високою енергетичною щільністю, низьким саморозряду і відсутності т. н. ефекту пам’яті в даний час отримали широке поширення в якості джерел живлення для портативних електронних пристроїв, кількість яких з кожним роком тільки зростає.

При всіх позитивних властивостях є у літієвих акумуляторів і недоліки, одним з них є висока чутливість до перевищення напруги заряду. Так, допуск на величину напруги заряду становить всього кілька десятком мілівольт (зазвичай 50мВ) і перевищення напруги понад допустимого може призвести до нагрівання і інтенсивного газоутворення. А оскільки акумулятори мають герметичну конструкцію, надлишкове виділення газу може призвести до вибуху. До того ж літієві акумулятори дуже погано переносять перезаряд (навіть малим значенням зарядного струму). При експлуатації акумуляторів в «рідних» пристроях завдяки використанню спеціалізованих мікросхем для контролю заряду проблем із зарядом практично не виникає. Але при використанні літієвих акумуляторів в різних самодєлках виникає питання, як і чим заряджати такі акумулятори. Деякі помилково вважають, що літієві акумулятори вже містять вбудовані контролери заряду, але це не так, насправді деякі акумулятори вбудовані схеми захисту, такі акумулятори називають захищеними (Protected Rechargeable Lithium Battery). Схеми захисту в таких акумуляторах призначені в основному для захисту від глибокого розряду і перевищення напруги вище 4,25, тобто це аварійний захист, а не контролер заряду. Можна звичайно використовувати спеціалізовані мікросхеми для контролю за процесом заряду літієвих акумуляторів, наприклад LTC1734. LTC4054 (використовувалися в деяких моделях стільникових телефонів SAMSUNG) або MAX1555 і їм подібні, але не завжди такі мікросхеми можна придбати у вільному продажу. Тому у багатьох виникає бажання зібрати подібний пристрій з доступною «рассыпухи». У мережі Internet можна знайти кілька схем простих зарядних пристроїв для літієвих акумуляторів. Мабуть, найбільш розповсюдженою в даний час є схема з використанням «тандему» двох інтегральних стабілізаторів LM317 і TL431 [1 ]. Але відсутність функції автоматичного вимкнення заряду рано чи пізно призведе до перезаряду акумулятора, а це негативно позначиться на терміні служби, до того ж бажано мати можливість вибирати верхнє значення напруги заряду (4,1 для акумуляторів на 3,6 і 4,2 для акумуляторів на 3,7 В). В іншій схемі [2 ] введено автоматичне відключення заряду, але схема «заточена» під акумулятор якоїсь конкретної ємності, також у цій схемі виключена стабілізація струму і відсутній вибір напруги.

загалом, було вирішено взяти за основу схему з LM317 і TL431 і трохи доповнити її.

Наведу для інформації рекомендації щодо виконання зарядки одного з виробників літієвих акумуляторів (Panasonic):

2 етап – заряд стабільним напругою, рівним максимально допустимого для конкретного типу акумуляторів (4,1 або В 4,2).

Сигналом закінчення заряду служити зниження струму заряду до значення 0,07…0,1 C [3 ].

Принципова схема зарядного пристрою наведена на рис. 1.

Пристрій дозволяє заряджати одноелементні літієві акумулятори з напругою 3,6 В, або 3,7 Ст. На першому етапі заряд виконується стабільним струмом 245мА або 490мА (вибирається вручну), при досягненні напруги на акумуляторі 4,1 або 4,2 (вибирається вручну) заряд триває при підтримці стабільного напруги і зменшуваний значенні струму заряду, як тільки струм заряду знизиться до порогового значення (вибирається вручну від 20мА до 350мА) заряд акумулятора автоматично припиняється.

Основою ланцюга заряду служить вже згадуваний «тандем» LM317 і TL431. Стабілізатор DA3 підтримує напругу на резисторі R9 (тут і далі опис буде наводитися для розімкнутого стану контактів перемикачів SA1 і SA2) на рівні близько 1,25 (мінімальна вихідна напруга DA3) тим самим підтримуючи стабільне значення струму через нього, а значить і через заряджається акумулятор. Вихідна напруга обмежується за допомогою стабілізатора DA4, підключений до керуючого входу DA3. Значення напруги обмеження задається з допомогою дільника на резистора R12…R14. Резистор R11 обмежує струм живлення DA4.

На операційному підсилювачі DA2.2, резистора R5…R8 і транзисторі VT2 виконаний перетворювач струм-напруга [4 ]. Напруга на виході перетворювача пропорційно струму, що протікає через резистор R9 і визначається наступним співвідношенням:

При номіналах, наведених на схемі коефіцієнт перетворення струму в напругу буде дорівнює 10, тобто при струмі через резистор R9 рівному 245мА напруга на резисторі R5 буде 2,45 Ст.

З резистора R5 напруга подається на неінвертуючий вхід компаратора виконаного на операційному підсилювачі DA2.1. На інвертуючий вхід компаратора подається напруга з регульованого дільника на резисторах R2…R4. Напруга живлення дільника стабілізоване стабілізатором DA1. Поріг перемикання компаратора задається змінним резистором R3.

Наладка. Замість кнопки SB1 встановити перемичку і подавши напруга на пристрій, підбором резисторів R12…R14 задати вихідна напруга 4,1 і 4,2 для розімкнутого і замкнутого стану перемикача SA2 відповідно. Пам’ятайте, що допуск на відхилення напруги складає всього 50мВ і що від точності завдання напруг залежить безпека використання пристрою, тому постарайтеся поставити напруги з максимальною точністю. Якщо сумніваєтеся в точності свого вимірювального приладу, встановіть напруги нижче зазначених вище (для відомості літієві акумулятори використовуються для живлення відповідальних пристроїв заряджають до 3,9 У втрачаючи при цьому в ємності, але виграючи в надійності і безпеки).

При виборі пар резисторів R6, R7 і R9, R10 потрібно підібрати їх з розбіжністю не більше ±1% один від одного. Якщо в якості резисторів R5…R7, R9, R10 використовувалися резистори з допуском гірше ніж ±1%, то перед виконанням налаштування шкали струму відключення потрібно визначити фактичний коефіцієнт перетворення струму в напругу. Замість акумулятора підключіть амперметр (на відповідному межі вимірювання) і, подавши напруга на пристрій, виміряйте вихідний струм, попутно з допомогою вольтметра виміряйте напругу на резисторі R5. Розділивши напруга в вольтах на струм в амперах, визначте коефіцієнт перетворення. Налаштування шкали струму відключення полягає в нанесенні поділок на відповідну шкалу. Підключіть вольтметр між мінусовим проводом живлення і вив. 2 DA2.1, подайте живлення на пристрій та з допомогою резистора R3 змінюючи вихідну напругу і беручи до уваги коефіцієнт перетворення нанесіть поділу на шкалу. Приклад: припустимо, коефіцієнт перетворення вийшов 9,5 це означає, що току відключення 100мА буде відповідати напруга на вив. 2 DA2.1 дорівнює 100*9,5=950мВ.

Трохи про роботу схеми в цілому.

Перемикачів SA1 вибираємо значення струму заряду (245мА або 490мА), зрозуміло, що використовується для живлення джерело має забезпечувати такий струм. Перемикачем SA2 вибираємо максимальне значення напруги (нагадаю, що для акумуляторів на 3,6 У вибираємо 4,1, а для акумуляторів на 3,7 На вибираємо 4,2). Движок змінного резистора R3 встановлюємо значення струму, при якому повинен припинитися заряд акумулятора (орієнтовно 0,07…0,1 С), підключаємо акумулятор і натискаємо кнопку SB1. Повинен початися процес заряду акумулятора (загориться світлодіод VD2). При зниженні струму заряду нижче порогового високий рівень на виході DA2.1 змінитися на низький, транзистор VT1 закриється і котушка реле K1 обесточится, відключаючи своїм контактом K1 акумулятор від зарядного пристрою.

Верхня межа діапазону живлячої напруги (12В) на схемі вказана з точки зору ефективності використання (нагрів DA3), а не з точки зору допустимого напруги для елементів схеми. Нижня межа діапазону вказана виходячи з того, що падіння напруги на резисторі R9 близько 1,25 В, максимальна напруга на акумуляторі 4,2 В, падіння напруги на DA3 близько 2В (в реальності може бути трохи менше) разом отримуємо 1,25+4,2+2=7,45 Ст.

Пристрій зібрано на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти товщиною 1 мм (рис. 2).

Друкована плата розроблялася під наявний у наявності корпус.

При складанні використані малогабаритні імпортні і вітчизняні резистори МЛТ. Змінний резистор R3 – PTV09A-42xxF-B103, PTV09A-42xxU-B103 або R-0904N-A103.

Конденсатор С1 – К50-35 або аналогічний імпортний, С2, С3 – малогабаритні керамічні К10-17 або імпортні. Діод VD1 – будь-який з серії 1N400x, VD3 – малогабаритний кремнієвий КД521, КД522, 1N4148. Світлодіод VD2 – будь-який підходящий.

Перемикач SA1 – здвоєний з допустимим струмом не менше 0,3 А (використаний ПКн61), SA2 – малогабаритний імпортний. Кнопка SB1 – кнопка з допустимим струмом не менше 0,5 А (застосований мікроперемикач МП 1-1). Реле K1 – реле з напругою спрацьовування 12В і допустимим струмом для контактів не менше 0,5 А (застосовано реле OMRON G6B-1114P 12VDC). Гніздо XS1 — гніздо для штырькового роз’єми діаметром 5мм.

Інтегральний стабілізатор DA1 – L78L05, КР1157ЕН502. Здвоєний ОУ DA2 — КР1040УД1, KA358, mPC1251. Інтегральний стабілізатор DA3 – КР142ЕН12. Інтегральний стабілізатор DA4 – КР142ЕН19. Транзистор VT1 – КП501, КП505, BS170, VT2 – малопотужний кремнієвий відповідної структури.

Зовнішній вигляд пристрою з боку установки елементів наведено на рис. 3. Пристрій зібрано в алюмінієвому корпусі від пасивного дільника для осцилографа, корпус використовується в якості радіатора для DA3. Між фланцем DA3 і корпусом встановлена електроізоляційна теплопроводящая прокладка.

Зовнішній вигляд пристрою наведено на рис. 4.

Короткий опис статті: літієвий акумулятор Зарядний пристрій для літієвих акумуляторів на LM317 і TL431, зарядний пристрій для літієвих акумуляторів з захистом від перезаряду

Джерело: Хобі — Зарядний пристрій для літієвих акумуляторів — vyachko

Також ви можете прочитати