Контроллер литий ионного аккумулятора – — . — диспротект.рф

22.11.2020| alexxlab| Нет комментариев

Контроллер литий ионного аккумулятора – — .

Содержание

Как Заряжать Литий Ионный Аккумулятор Без Контроллера ~ NET.Гаджет

Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор

Литий-ионные батареи на данный момент очень популярны. Больше 80% всех бытовых аккумов являются литий-ионными. И для того, чтоб эти батареи служили верой и правдой длительное время, очень принципиально верно с ними обращаться и верно заряжать.

Как правило, литий-ионный аккумулятор представляет собой дуэт – собственно, саму аккумуляторную банку и присоединенную к ней плату защиты. Плата защиты предохраняет аккумулятор от перезарядки или чрезмерной разрядки. Также она ограничивает максимальный ток аккумулятора – следит, чтобы не было короткого замыкания. Все это очень важно, поскольку литий-ионный аккумулятор может очень драматично реагировать на перезарядку или чрезмерный ток (а еще на перегрев) – банально взрываться, нанося совершенно небанальные повреждения.

Тем не менее, вполне могут поставляться аккумуляторы без защиты – только банки. В этом случае подразумевается, что контроль степени заряда и тока будет осуществляться дополнительной электроникой, о которой должен позаботиться сам потребитель.

Литий-ионные аккумуляторы с защитой и без нее

Необходимо всегда обращать внимание на наличие защитной электроники при использовании литий-ионных аккумуляторов. Без схем защиты ни заряжать, ни использовать эти аккумуляторы нельзя! Поскольку в нештатных ситуациях химические процессы в аккумуляторах могут начать протекать чрезмерно бурно. Это может привести к разрыву аккумуляторной банки, воспламенению выделяющихся газов, электролита и, в итоге, к нехилому взрыву с пламенем и разбрасыванием вокруг горящих частей аккумулятора.

Сам процесс правильного заряда аккумулятора – это контролируемый и управляемый процесс. Вначале разряженный аккумулятор заряжается постоянным током 0.2 – 1 С (С – это емкость аккумулятора в ампер/часах). заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера? 1.1.1.13 Как ионный аккумулятор без. При достижении напряжения 4.0-4.1В (в зависимости от рекомендаций производителя) зарядка продолжается при постоянном напряжении до достижения 4.2В на элемент. Допустимое отклонение напряжения составляет всего -0.05В. Как правильно заряжать аккумулятор смартфона. Для соблюдения этих режимов, безусловно, необходима соответствующая электроника. Как правило, это схемы, собранные на специализированных микросхемах. 3 Как зарядить литий-ионных аккумулятор без Как зарядить литий без контроллера. Хороший выбор – для заряда аккумуляторов использовать специализированные зарядные устройства. Также можно собрать зарядное устройство самостоятельно.

Литий-полимерные аккумуляторы заряжаются также, как и литий-ионные, поскольку по природе своей они очень похожи. В чем их основное различие — читайте в статье «Литий-полимерный аккумулятор — отличие от литий-ионного».

Лучший вариант – заряжать каждый аккумулятор отдельно. Кроме зарядных устройств, можно приобрести готовые платы-контроллеры для зарядки отдельных аккумуляторов. Например, на базе популярной микросхемы TP4056.

Самый дешёвый способ зарядки аккумуляторов с балансировкой

В этом выпуске покажу вам самый дешёвый способ зарядки последовательно соединённых аккумуляторов с баланс.

TP4056 — Модуль заряда Li-ion аккумуляторов c контроллером заряда

Что такое контроллер заряда аккумулятора. Контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора

Контроллеры сами по себе устройства полезные. И чтобы лучше разобрать эту тему, необходимо работать с определённым примером. Поэтому мы и рассмотрим контролер заряда аккумулятора. Что он собой представляет? Как устроен? Какие особенности работы существуют?

Чем занимается контроллер заряда аккумулятора

Он служит для того, чтобы следить за восстановлением энергетических потерь и тратами. Сначала он занимается отслеживанием превращения электрической энергии в химическую, чтобы в последующем при наличии надобности было снабжение требуемых схем или приборов. Сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками не сложно. Но его также можно извлечь из источников питания, которые вышли из строя.

Как устроен контроллер

Конечно, универсальной схемы не существует. Но многие в своей работе используют два посдтроечных резистора, которые регулируют верхний и нижний предел напряжения. Когда оно выходит за заданные рамки, то начинается взаимодействие с обмотками реле, и оно включается. Пока оно работает, напряжение не опустится ниже определённого, технически заранее предусмотренного уровня. Тут следует поговорить о том, что существует различный диапазон границ. Так, для аккумулятора может быть установлено и три, и пять, и двенадцать, и пятнадцать вольт. Теоретически всё упирается в аппаратную реализацию. Давайте рассмотрим, как работает контроллер заряда аккумулятора в разных случаях.

Какие бывают типы

Следует отметить значительное разнообразие, которым могут похвастаться контроллеры заряда аккумулятора. Если говорить о их видах, давайте сделаем классификацию в зависимости от сферы применения:

Для возобновляемых источников энергии.
Для бытовой техники.
Для мобильных устройств.

Конечно, самих видов значительно больше. Но поскольку мы рассматриваем контроллер заряда аккумулятора с общей точки зрения, то нам хватит и их. Если говорить про те, что применяются для солнечных батарей и ветряков, то в них верхний предел напряжения обычно равняется 15 вольтам, тогда как нижний – 12 В. При этом аккумулятор может генерировать в стандартном режиме 12 В. Источник энергии подключают к нему с использованием нормально замкнутых контактов реле. Что будет, когда напряжение аккумулятора превышает установленные 15 В? В таких случаях контроллером осуществляется замыкание контактов реле. В результате источник электроэнергии с аккумулятора переключается на нагрузочный балласт. Следует отметить, что его не особенно любят ставить для солнечных панелей из-за определённых побочных эффектов. А вот для ветряных генераторов они являются обязательными. Бытовая техника и мобильные устройства имеют свои особенности. Причем контроллер заряда аккумулятора планшета, сенсорного и кнопочного сотового телефонов являются практически идентичными.

Заглянем в литиево-ионный аккумулятор сотового телефона

Если расковырять любую батарею, то можно заметить, что к выводам ячейки припаивается маленькая печатная плата. Она называется схемой защиты. Дело в том, что литиево-ионные аккумуляторы требуют наличия постоянного контроля. Обычная схема контроллера представляет собой миниатюрную плату, на которой базируется схема, сделанная из SMD-компонентов. Она в свою очередь делится на две микросхемы – одна из них является управляющей, а другая – исполнительной. Давайте поговорим более детально о второй.

Исполнительная схема

Она базируется на транзисторах MOSFET. Обычно их два. Сама же микросхема может иметь 6 или 8 выводов. Для раздельного контроля заряда и разряда ячейки аккумулятора используют два полевых транзистора, которые находятся в одном корпусе. Так, один из них может подключать или отключать нагрузку. Второй транзистор делает эти же действия, но уже с источником питания (в качестве которого выступает зарядное устройство). Благодаря такой схеме реализации можно без проблем влиять на работу аккумулятора. При желании ею можно воспользоваться и в другом месте. Но следует учитывать, что схема контроллера заряда аккумулятора и он сам может применяться только к устройствам и элементам, что обладают ограниченным диапазоном работы. Более детально о таких особенностях мы сейчас и поговорим.

Защита от перезаряда

Дело в том, что если напряжение литиевого аккумулятора превысит 4,2, то может возникнуть перегрев и даже произойти взрыв. Для этого подбираются такие элементы микросхем, которые будут прекращать заряд при достижении данного показателя. И обычно, пока напряжение не достигнет показателя в 4-4,1 В из-за использования или в процессе саморазряда, дальнейшая зарядка будет невозможной. Это важная функция, которая возложена на контроллер заряда литиевых аккумуляторов.

Защита от переразряда

Когда напряжение достигает критически малых значений, которые делают проблемным само функционирование устройства (обычно это диапазон в 2,3-2,5В), то выключается соответствующий MOSFET-транзистор, который отвечает за подачу тока мобильнику. Далее происходит переход в режим сна с минимальным потреблением. И тут имеется довольно интересный аспект работы. Так, пока напряжение ячейки аккумулятора не станет больше 2,9-3,1 В, мобильное устройство не получится включить для работы в обычно режиме. Наверное, такое вы могли замечать, что когда подключаешь телефон, он показывает, что идёт зарядка, но сам включаться и функционировать в обычном режиме не хочет.

Защитные механизмы

Следует отметить, что контроллер заряда аккумулятора имеет целый ряд элементов, которые должны уберечь от негативных последствий. Так, это и паразитные диоды, что размещены в полевых транзисторах, схема обнаружения заряда и ещё несколько мелких дополнений. Ах, да, и если есть возможность проверить контроллер заряда аккумулятора и узнать работоспособность источника энергии, то его функционирование можно восстановить даже при «смерти». Конечно, под этим подразумевается просто прекращение работы, а не взрыв или расплавление. В этом деле могут помочь специальные приборы, которые проводят специальную «восстановительную» зарядку. Конечно, работать они будут долго – процесс может растянуться на десятки часов, но после успешного завершения аккумулятор будет работать почти как новенький.

Заключение

Как видите, контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора играет важную роль в обеспечении длительности работоспособности мобильных устройств и позитивно сказывается на сроке их службы. Благодаря простоте производства их можно найти практически в любом телефоне или планшете. Если будет желание собственными глазами увидеть, а руками потрогать контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора и его содержимое, то при разборе следует помнить, что работа ведётся с химическим элементомв, поэтому следует соблюдать определённую осторожность.

fb.ru

cxema.org — Плата защиты LI-ION аккумуляторов

Плата защиты LI-ION аккумуляторов

На сегодняшний день литий ионные аккумуляторы являются самыми эффективными аккумуляторами. Они компактные, имеют большую энергоемкость, лишены эффекта памяти. При всех достоинствах у них имеется один существенный недостаток, их работу и процесс заряда нужно тщательно контролировать. Если аккумулятор разрядится ниже некоторого предела или перезарядить, он быстро теряет свои свойства, вздуться и даже взорваться. Тоже самое и в случае перегрузки и коротких замыканиях — нагрев, образование газов и в итоге взрыв.

Некоторые литий ионных аккумуляторы снабжены предохранительным клапаном, который не даст аккумулятору взорваться, но большая часть мощных полимерных аккумуляторов таких клапанов не имеют.

Другими словами, при эксплуатации литий ионных аккумуляторов требуется система их защиты.

Многие наверняка заметили маленькие платы в аккумуляторах мобильных телефонов, вот как раз эта плата и является защитой. Защищает она от глубкого разряда, от перезаряда и от коротких замыканий или перегрузок по току.

Схема этой защиты очень простая, на плате находиться пара микросхем с мелочевкой.

За всеми процессами следит микросхема DW01. Вторая микросхема — это сборка из двух полевых транзисторов. Первый транзистор контролирует процесс разряда, второй отвечает за заряд батареи.

Во время разряда микросхема следит за падением напряжения на переходах полевых ключей, если оно доходит до критической величины (150-200мВ), микросхема закрывает транзисторы, отключая батарею от нагрузки. Работа схемы восстанавливается менее чем за секунду после того, после снятия нагрузки.

Падение напряжение на переходах транзисторов микросхема отслеживает через второй вывод.

В зависимости от емкости аккумулятора эти контроллеры могут кардинально отличаться внешним видом, током короткого замыкания и топологией схемы, но функция у них всегда одинаковая — защищать аккумулятор от перезаряда, глубокого разряда и перегрузки по току. Многие контроллеры также обеспечивают защиту от перегрева банки, контроль температуры осуществляется термодатчиком.

У меня скопилось очень много плат защиты от аккумуляторов мобильных телефонов и как раз для одного моего проекта в котором задействован литий ионный аккумулятор понадобилась система защиты. Проблема в том, что эти платы рассчитаны на максимальный ток в 1Ампер, а мне нужна была плата с током минимум 6-7 Ампер. Платы с нужным для моих целей током стоят меньше пол доллара, но ждать месяц-другой я не мог. Осмотрев китайские платы на алиэкспресс я понял, что они не многим отличаются от моих. Схематика та же, только ток защиты побольше за счёт параллельного включения силовых транзисторов.

При параллельном соединении полевых транзисторов, сопротивление их каналов будет значительно меньше, поэтому падение напряжения на них будет меньше, а ток срабатывания защиты будет больше. Параллельное соединение ключей даст возможность коммутировать большие токи, чем больше ключей , тем больше общий ток коммутации.

В схеме применены стандартные сборки из двух полевиков в одном корпусе. Их часто применяют на платах защиты аккумуляторов смартфонов и не только.

Сборки 8205А имеют очень много аналогов, как и микросхемы контроля DW01.

После сборки платы я протестировал её. Получилось именно то, что мне нужно для проекта:

Плата заряжает аккумулятор до напряжения 4,2В и отключает его от зарядного устройства;
При разряде аккумулятора ниже 2,5В аккумулятор отключился от нагрузки;
При токах выше 12-13 Ампер аккумулятор отключается.

Литий ионные аккумуляторы имеют малый саморазряд, но аккумулятор дополненный такой платой будет разряжаться быстрее, чем аккумулятор без защиты. Ток потребления схемы защиты мизерный, и составляет около 2,5 МИКРОампер.

Подробнее о работе платы защиты

{youtube}lXKELGFo79o{/youtube}

Собираем мощную плату контроля

{youtube}_w-AUCG4k_0{/youtube}

Плата защиты для одной банки LI-ION http://ali.pub/28463y

Плата защиты для двух банок http://ali.pub/284681

Для трех банок http://ali.pub/28464x

Иные платы защиты http://ali.pub/2846eg

Платы защиты с функцией балансировки банок http://ali.pub/28463d

Контроллер DW01 http://ali.pub/284627

Купить электронную нагрузку http://ali.pub/28ncwt

Печатная платы

С уважением — АКА КАСЬЯН

< Назад
Вперёд >

vip-cxema.org

Особенности контроллеров зарядки Li-ion аккумуляторов

Новости

Обзоры, аналитика

Интервью, презентации

По мере распространения «зеленых» технологий все большее внимание стало уделяться КПД источников питания. Микросхемы управления источниками питания позволяют снизить общую стоимость системы, потери на коммутацию, размеры устройства и помехи. В статье рассматривается реализация технологии регулировки в первичной цепи дросселя в схемах зарядного устройства и светодиодного драйвера. Выходной ток и напряжение стабилизируются с помощью опорного сигнала напряжения с дополнительной обмотки дросселя.

В статье обсуждаются проблемы проектирования маломощных систем заряда батарей, которые применяются в широком спектре устройств. Рассмотрены системы заряда на базе шунтовой архитектуры, которые представляют собой эффективное решение для заряда различных типов батарей и обеспечивают их защиту. Статья представляет собой перевод [1]. Припечание: в статье оставлена терминология оригинала. В русскоязычной литературе вместо термина «шунтовой ИОН», часто используют термин «параллельный ИОН»

19 октября

В статье рассмотрены некоторые особенности контроллеров зарядки литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторов, созданных на базе линейных и импульсных стабилизаторов.

Состязание разработчиков и производителей портативных гаджетов по внедрению во вновь создаваемые (и при этом все меньшего размера) устройства аппаратных модулей с расширенными функциональными возможностями вряд ли можно остановить. Большие яркие дисплеи с сенсорными панелями, Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, GSM, GPS, видеокамеры с большим форматом матрицы видеосенсора, аудио- и видеоплееры — всего лишь неполный перечень встроенных модулей и возможностей, предоставляемых современными мобильными устройствами. И, по сути, на пути миниатюризации гаджетов всегда возникают две неразрывно связанные проблемы: отвод рассеиваемой мощности и малые габариты, в которые необходимо все это упаковать. Мобильное устройство должно не только привлекать потребителей своими интеллектуальными возможностями, но и не вызывать при этом ожогов (в прямом смысле этого слова) у пользователя. Минимизация уровня тепловыделения — один из важных приоритетов при разработке. Одним из источников тепла является контроллер зарядного устройства, встроенного в мобильный прибор аккумулятора.

Одним из обязательных компонентов современных портативных устройств является мало в чем изменившийся за последние годы литиево-ионный аккумулятор, отличающийся наилучшими показателями среди ряда других химических источников электроэнергии, предназначенных для использования в портативных приложениях. Бесспорно, емкость его выросла, существенно улучшены и другие характеристики, что позволило расширить функциональные возможности портативных устройств, однако базовый принцип его работы и алгоритм зарядки мало в чем изменились [1–7].
В среднем для полной зарядки литиево-ионного аккумулятора емкостью 1 А·ч при токе зарядки 1 А требуется один час. Часто используемые сегодня USB-адаптеры не могут обеспечить ток более 500 мА, и поэтому время зарядки может растянуться до 2–4 или более часов. Одна из проблем, возникающих при зарядке большим током, — тепловыделение. Поскольку выходное напряжение повсеместно используемых сетевых и USB-адаптеров составляет 5 В, а рабочее напряжение аккумулятора: 3,7…4,2 В, то среднее значение КПД контроллера зарядки, построенного на базе линейного регулятора, не может быть лучше, чем 74% (3,7/5,0), а максимальное — 84% (4,2/5,0). На рисунке 1 приведена зона возможных потерь мощности в контроллере в процессе зарядки аккумулятора. Таким образом, при зарядке аккумулятора током 1 А максимальные потери составят примерно 1,3 Вт. Необходимо отметить, что это не то неизбежное выделение тепла, связанное с накоплением энергии в аккумуляторе для последующего ее использования, а тепловыделение, вызванное нагревом кристалла ИС контроллера зарядки. Чтобы уменьшить нежелательный нагрев кристалла в процессе зарядки аккумулятора, необходимо повышать КПД контроллера, что достигается при использовании контроллеров с импульсным регулированием. Кроме того, их применение позволяет потенциально ускорить продолжительность зарядки.

Рис. 1. Распределение потерь мощности в процессе зарядки аккумулятора

В контроллерах зарядки, созданных на базе линейных регуляторов с разделением путей протекания токов нагрузки и зарядки (PowerPath Technology), в случае небольшого тока нагрузки напряжение V_OUT равно почти 5 В (V_IN), а напряжение на аккумуляторе
V_BAT = 3,7 В. При этом линейный регулятор контроллера зарядки используется неэффективно. При большом токе через нагрузку к ней дополнительно подключается аккумулятор и при V_IN = 5 В, V_OUT = V_BAT = 3,7 В (см. рис. 2). В этом случае неэффективно используется проходной транзистор контроллера зарядки. И в первом, и во втором случаях сохраняется величина падения напряжения на элементах регулирования V_IN – V_OUT = 1,3 В или V_OUT – VB_AT = 1,3 В, что и приводит к нежелательной потере мощности. Особенность приведенной на рисунке 2 структурной схемы состоит в том, что для подключения аккумулятора к нагрузке используется устройство, выполняющее функции «идеального» (далее — идеального, прим. ред.) диода.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема устройства зарядки с разделением путей протекания токов нагрузки и зарядки

Что же подразумевается под предложенным специалистами компании Linear Technology термином «идеальный» диод? [3, 7]. Широко применяемые диоды Шоттки отличаются по сравнению с другими полупроводниковыми диодами малым прямым падением напряжения и высокой скоростью переключения. При использовании этого диода в качестве полупроводникового ключа, например, в схемах автоматического подключения к нагрузке аккумулятора или сетевого адаптера, как правило, применяется простая схема монтажного ИЛИ, основной недостаток которой — сравнительно большое падение напряжения на диоде. При повышении тока нагрузки растут и потери мощности на нем. Решить эту проблему можно с использованием в качестве диода МОП-транзистора. Идея не нова, однако специалисты компании Linear Technology при замене диода на МОП-транзистор предложили также способ определения момента переключения идеального диода в закрытое и открытое состояния. Для этого осуществляется мониторинг падения напряжения между истоком (анодом) и стоком (катодом) транзистора. В рассматриваемом случае — это МОП-транзистор с каналом N-типа. В момент подключения входного напряжения, конечно, если входное напряжение больше выходного, ток через защитный диод транзистора течет в нагрузку. Транзистор открывается, и падение напряжения на нем равно I_LOAD∙R_DS, где R_DS — сопротивление перехода сток-исток. Как правило, это напряжение примерно в десять раз ниже, чем падение напряжения на диоде Шоттки. Если напряжение на аноде ниже, чем на катоде, транзистор закрывается.
Для мониторинга падения напряжения на транзисторе используется специальный усилитель. Проблема заключается в том, как выбрать значение напряжения порога переключения и величину гистерезиса компаратора. Например, если открывать транзистор при падении напряжения 25 мВ, а закрывать при 5 мВ, это может привести к тому, что при малых токах нагрузки ключ просто закроется. Установка порога на уровне –5 мВ приведет к тому, что ток потечет от нагрузки ко входу. Чтобы исключить эти проблемы, падение напряжения между стоком и истоком открытого транзистора поддерживается с помощью специального следящего усилителя на уровне 25 мВ. При росте тока нагрузки повышается также и управляющее напряжение на затворе транзистора, и соответственно, снижается сопротивление открытого канала. Таким способом падение напряжения на транзисторе поддерживается почти постоянным на уровне 25 мВ.
На определенном этапе при увеличении тока падение напряжения на транзисторе начинает расти пропорционально току (I_LOAD∙R_DSON). На рисунке 3 приведены вольт-амперные характеристики диода Шоттки (B530C) и идеального диода [3, 7]. Предложенный метод управления МОП-транзистором позволяет реализовать плавное переключение транзистора и даже при небольших токах нагрузки получить минимальную разницу напряжения между стоком и истоком.

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики идеального диода и диода Шоттки

В микросхеме LTC4358 (Linear Technology) материализована идея создания идеального диода на базе встроенного на кристалл МОП-транзистора с каналом N-типа, имеющего сопротивление (R_DSON) открытого канала 0,02 Ом. Напряжение питания ИС составляет 9,0…26,5 В; максимальный ток: 5 А; время отключения транзистора при превышении тока ограничения — 0,5 мкс. Микросхема LTC4358 предназначена для замены диодов в схемах переключения источников питания, к которым подключается нагрузка, построенных на основе схемы монтажного ИЛИ. Графики зависимости мощности, рассеиваемой на идеальном диоде (LTC4358) и на диоде Шоттки типа B530C показаны на рисунке 4. Микросхема LTC4358 изготавливается в корпусе 14-DFN и имеет размеры 4×3 мм.
Кроме того, компания Linear Technology предлагает и другие ИС, например, LTC4352/55/57, LTC4411/13/ 16. Микросхемы LTC4352/55/57 и LTC4416, по сути, являются контроллерами идеального диода, и для этой цели используется внешний МОП-транзистор, в микросхемах LTC4411/13 — встроенный. Миниатюрная ИС LTC4411 предназначена для автоматического переключения нагрузки между сетевым адаптером и аккумулятором в схемах, построенных на основе монтажного ИЛИ. Напряжение входного источника 2,6…5,5 В, ток потребления в статическом режиме не более 40 мкА (при токе нагрузки до 100 мА). Максимальное сопротивление открытого канала встроенного МОП-транзистора с каналом P-типа составляет 0,14 Ом, максимальный прямой ток — 2,6 А, ток утечки — менее 1 мкА. В микросхеме предусмотрена защита от перегрева корпуса. Для подключения ИС LTC4411 не требуются дополнительные внешние компоненты. Микросхема LTC4411 изготавливается в корпусе SOT-23-5.
В контроллерах зарядки LTC4066, LTC4085, построенных на основе линейного регулятора, также реализован идеальный диод. Напряжение питания ИС 4,35…5,50 В. Сопротивление идеального диода, используемого для подключения аккумулятора к нагрузке, при токе 3 А составляет всего 50 мОм. В контроллерах предусмотрена возможность ограничения входного тока на уровне 100 или 500 мА. Микросхемы LTC4066 изготавливаются в корпусе 24-QFN (4×4 мм).


а)	б)
Рис. 4. Графики зависимости мощности, рассеиваемой на ИС LTC4358 и диоде B530C, от протекающего через них тока (а) и схема включения LTC4358 (б)

Микросхемы LTC4088/LTC4098 — контроллеры зарядки литиево-ионных аккумуляторов, обеспечивающие за счет применения в них импульсного регулятора не только высокий КПД, но и реализацию технологии разделения путей протекания токов нагрузки и зарядки, получившую название Switching PowerPath. ИС LTC4088/98 содержат импульсный понижающий напряжение регулятор и линейный регулятор тока зарядки аккумулятора. В конфигурации, приведенной на рисунке 5, разница напряжения V_IN – V_OUT хотя и сохраняется почти прежней (см. рис. 2), однако потери мощности существенно меньше, т.к. КПД регулятора достаточно высок (примерно, 92% при выходном токе 300 мА). Напряжение V_OUT лишь на несколько сотен милливольт выше V_BAT. Принятые в этих микросхемах меры обеспечивают незначительные потери мощности.

Рис. 5. Упрощенная структурная схема LTC4088

Микросхема LTC4088 — высокоэффективный контроллер зарядки литиево-ионных аккумуляторов, обеспечивающий максимальный ток зарядки 1,5 А. В качестве внешнего источника питания можно использовать как сетевой адаптер, так и USB-порт. Напряжение питания LTC4088 — 4,25…5,50 В. Допускаются выбросы входного напряжения амплитудой до 7 В. Ток ограничения: 100, 500 или 1000 мА. Частота преобразования понижающего напряжение импульсного стабилизатора составляет 2,25 МГц. Подключение аккумулятора к нагрузке осуществляется с использованием встроенного аналога идеального диода с сопротивлением в открытом состоянии 0,18 Ом. Предусмотрена также возможность подключения дополнительного внешнего МОП-транзистора с каналом P-типа параллельно встроенному идеальному диоду, что позволяет существенно снизить суммарное сопротивление комбинированного ключа (см. рис. 6). Кроме того, в микросхеме LTC4088 реализован автономный стабилизатор напряжения с выходным напряжением 3,3 В, обеспечивающий ток нагрузки до 25 мА.

Рис. 6. Графики зависимости сопротивлений идеального диода (LTC4088) и комбинированного ключа от напряжения на аккумуляторе

Микросхема LTC4088 изготавливается в корпусе 14-DFN и имеет размеры 4×3 мм. Максимальная температура корпуса 125°C, тепловое сопротивление 37°C/Вт. ИС LTC4098 — в корпусе 20-DFN с размерами 4×3 мм, ее тепловое сопротивление 43°C/Вт. Диапазон рабочих температур: –40…85°C.
Микросхемы bq2410x (Texas Instruments) обеспечивают максимальный ток зарядки аккумулятора до 2 А. Частота преобразования понижающего напряжение импульсного регулятора составляет 1,1 МГц. Микросхемы bq2410x содержат встроенные ключи, выполненные на базе МОП-транзисторов, используемые для подключения к нагрузке сетевого адаптера или аккумулятора. Максимальный КПД — 93%.
Микросхемы bq2410х изготавливаются в корпусе 20-QFN (3,5×4,5 мм). Допустимая мощность рассеивания до температуры кристалла 40°C составляет 1,81 Вт, тепловое сопротивление — 46,87°C/Вт. Диапазон рабочих температур: –40…85 °C.
Как и для ИС, созданных на базе линейных регуляторов (к примеру, MAX1811, LTC4065/69/95, MCP73831/2, MCP73811, bq2402x/3х/6х, bq2057, bq24085), так и в случае использования импульсных преобразователей, есть два варианта подключения нагрузки и аккумулятора: непосредственное подключение (в одну точку) и подключение с возможностью выбора путей протекания зарядного тока и тока нагрузки.
Существует два варианта непосредственного подключения нагрузки к аккумулятору. В первом случае нагрузка подключается после измерительного резистора R_SNS (см. рис. 7а), а во втором — до него (см. рис. 7б). В первом варианте входное напряжение V_IN преобразуется в напряжение V_OUT с высоким КПД. При подключенном сетевом адаптере обеспечивается энергопитание нагрузки и одновременно зарядка аккумулятора, в случае отключения адаптера питание нагрузки осуществляется от аккумулятора.

a)

б)

Рис. 7. Структурные схемы подключения нагрузки до (а) и после (б) измерительного резистора

Преимущества первого варианта топологии:
– при отключенном адаптере энергопитание нагрузки осуществляется непосредственно от аккумулятора с минимальными потерями мощности;
– возможно использование технологии динамического управления током зарядки аккумулятора (Dynamic Power Management — DPM), что позволяет за счет динамического снижения тока зарядки предотвратить потенциальную вероятность перегрузки ИС по току зарядки и перегрева ее корпуса при пиковых нагрузках, а, кроме того, сохраняется возможность ограничения суммарного входного тока;
– малы изменения напряжения на нагрузке;
– достаточно просто на программном уровне реализуется режим токового мягкого старта.
При выборе топологии подключения аккумулятора к нагрузке следует принимать во внимание некоторые особенности. Если средний ток нагрузки длительное время достаточно велик, то процесс зарядки затягивается, и возникает ситуация, при которой аккумулятор непрерывно находится в процессе зарядки, что сокращает его срок службы. Поскольку предел ограничения суммарного тока фиксирован на аппаратном уровне, то при достаточно большом токе через нагрузку ток зарядки аккумулятора также снижается, что приводит к чрезмерному увеличению времени зарядки аккумулятора до его полной емкости, и поэтому вполне вероятна ситуация, при которой будет просто невозможно полностью его зарядить.
Если при заряженном аккумуляторе ток нагрузки увеличится, то вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора выходное напряжение может снизиться до порога, при котором будет инициироваться очередной цикл зарядки, который, в свою очередь, быстро завершится. Таким образом, возможна ситуации, при которой процесс зарядки будет стартовать циклически. При небольшом токе нагрузки интервал времени от момента уменьшения выходного напряжения (за счет падения напряжения на аккумуляторе) до необходимого порога для старта очередного процесса зарядки существенно увеличивается.
В фазе предварительной зарядки (при напряжении на аккумуляторе ниже 3,0 В) ток зарядки составляет примерно 10% номинальной емкости аккумулятора, чего зачастую слишком мало для энергоснабжения продолжающего работать устройства, которое в этом случае вынуждено подпитываться от аккумулятора, а последний соответственно продолжает разряжаться. Кроме того, поскольку для предварительной фазы зарядки отводится определенный задаваемый специальным таймером интервал времени, в течение которого напряжение на аккумуляторе должно достичь порога 3,2 В, то создается ситуация, при которой напряжение на аккумуляторе не возрастает, а таймер начинает сигнализировать, что аккумулятор неисправен.
Не следует забывать, что основной недостаток непосредственного подключения аккумулятора к нагрузке заключается в том, что при полностью или глубоко разряженном аккумуляторе напряжение на нагрузке (даже при условии подключения сетевого адаптера) равно напряжению на аккумуляторе, чего бывает явно недостаточно для работы устройства, и, конечно, во многих случаях это просто недопустимо.
Во втором варианте (см. рис. 7б) нагрузка подключена до измерительного резистора (R_SNS). Эта топология, по сравнению с той, в которой нагрузка подключена после резистора, имеет ряд преимуществ. Основным является то, что в ней контролируется ток, протекающий только через аккумулятор, и поэтому все три режима зарядки (предварительный, режим собственно зарядки с током, равным величине емкости аккумулятора и режим завершения) работают без каких-либо проблем, связанных с протеканием тока через нагрузку.
Глубоко разряженный аккумулятор можно без риска подключать к контроллеру зарядки, не опасаясь завершения работы таймера, определяющего безопасную продолжительность предварительной фазы зарядки, еще до окончания этого этапа. Следует также принимать во внимание, что суммарный ток через контроллер зарядки ограничен на уровне максимально допустимого тока через кристалл, а также работой системы защиты от перегрева ИС. Ток зарядки не уменьшается при росте тока нагрузки, поэтому эта топология не используется при больших токах нагрузки.
При больших токах нагрузки и зарядки обеспечить низкий уровень тепловыделения крайне сложно даже при использовании импульсных регуляторов со встроенными транзисторными ключами. Поэтому при больших токах мощные ключи, как правило, не интегрируются на кристалле микросхемы, а размещаются вне ее корпуса.
Примером таких ИС могут служить bq24702/3/5 и bq246хх (Texas Instruments), обеспечивающие ток зарядки до 10 А (bq24610/17). В отличие от bq2410x устройства зарядки, созданные на базе ИС bq246хх, содержат внешние ключи. Частота преобразования импульсного стабилизатора ИС bq24610/17 составляет 600 кГц. Кроме того, в контроллерах bq24610/17 реализована технология динамического управления током зарядки аккумулятора DPM, основанная на мониторинге величины входного тока. Для независимого измерения суммарного (входного) тока и тока зарядки аккумулятора в контроллере bq24610 реализованы два прецизионных усилителя. Для подключения нагрузки к адаптеру, а также аккумулятора к нагрузке используются ключи на мощных внешних МОП-транзисторах.
Микросхемы bq24610/17 изготавливаются в корпусе 24-QFN (4×4 мм). Допустимая мощность, рассеиваемая при температуре 25°C, составляет 2,3 Вт; тепловое сопротивление — 43°C/Вт.
Заключение
В заключение в таблицах 1, 2 приведены параметры некоторых контроллеров зарядки, построенных на основе как линейных, так и импульсных регуляторов.

Таблица 1. Параметры контроллеров зарядки, созданных на базе линейных регуляторов

Наименование	MAX1811	MCP73831	bq24020	bq24085	LTC4065	LTC4095	bq24030
Входное напряжение, В	4,35…6,5	3,75…6,0	4,35…6,5		3,75…5,5	4,3…5,5	4,35…16,0
Максимальный ток зарядки, А	0,5	0,5	1,0	0,75	0,75	0,95	2,0
Напряжение аккумулятора, В	4,2
Диапазон рабочих температур, °C	–40…85		–40…125	–40…155	–40…85		–40…125
Тип корпуса (размеры, мм)	8-SO	8-DFN (2×3), SOT-23-5	10-SON (3×3)		6-DFN (2×2)	8-DFN (2×2)	20-QFN (3,5×4,5)

Таблица 2. Параметры контроллеров зарядки, созданных на базе импульсных регуляторов

Наименование	LTC4088	LTC4098	bq24100	bq24702	bq24610
Входное напряжение, В	4,35…5,5		4,35…16	4,5…28	5…28
Максимальный ток зарядки, А	1,5		2,0	2,0	10
Частота преобразователя, МГц	2,25		1,1	0,3	0,6
Напряжение аккумулятора, В	4,2			Программируется
Диапазон рабочих температур, °C	–40…85
Тип корпуса (размеры, мм)	14-DFN (4×4)	20-QFN (3×4)	20-QFN (3,5×4,5)	24-TSSOP	24-QFN (4×4)

Схема непосредственного подключения аккумулятора к нагрузке и контроллеру зарядки, созданному на основе линейного регулятора, отличается простотой, а устройства, выполненные на базе этой архитектуры, — более низкой стоимостью. Однако при больших токах нагрузки вряд ли можно рекомендовать использование этой топологии из-за большой вероятности перегрева кристалла ИС. При непосредственном подключении аккумулятора к нагрузке можно достичь минимального изменения уровня напряжения на нагрузке.
Проблема потери мощности сохраняется также и в контроллерах зарядки, созданных на основе непрерывного регулирования, с разделением путей протекания токов нагрузи и зарядки. Более высокого КПД можно достичь за счет применения импульсного регулятора, что позволяет создавать на его базе контроллеры с током зарядки аккумулятора более 10 А. Кроме того, в этих контроллерах зачастую используется технология разделения путей протекания токов нагрузки и зарядки, основным преимуществом которой является высокая надежность.
Более полную информацию о микросхемах зарядки аккумуляторов можно найти в [2–6].

1. Steven Martin. Speed up Li-ion battery charging and reduce heat with a switching power-path manager. — Linear Technology (www.linear.com).
2. LTC4088. High efficiency battery charger/USB power manager. — Linear Technology (www.linear.com).
3. Meilissa Lum. Ideal diode betters a Schottky by a factor of four in power and space consumption.
4. bq24030, bq24031, bq24032A, bq24035, bq24038. Single-chip charge and system power-path management IC (bqTINY™). — Texas Instruments, 2009 (www.ti.com).
5. Implementations of battery charger and power-path management system using bq2410x/11x/12x (bqSWITCHER™). — Texas Instruments, 2006 (www.ti.com).
6. bq24610, bq24617. Stand-alone synchronous switch-mode Li-ion or Li-polymer battery charger with system power selector and low Iq. — Texas Instruments, 2009 (www.ti.com).
7. Pinkesh Sachdev. 0V to 18V ideal diode controller sa

www.russianelectronics.ru

Простой контроллер зарядки литий-ионного аккумулятора на PIC12F675 — Мои статьи — Каталог статей

Простой контроллер литиевого аккумулятора на PIC12F675

В последние годы стали очень популярны литий-ионные аккумуляторы самых различных размеров и емкостей от мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов и прочей техники. У многих появляется желание использовать их в своих устройствах.

Но тут возникает проблема с организацией правильной зарядки таких аккумуляторов. Особенно если Вы проживаете не в крупном городе — не везде есть возможность купить специализированный контроллер зарядки.

Вот по этой причине и появилось на свет это недорогое и предельно простое зарядное устройство, которое может самостоятельно зарядить аккумулятор, с помощью одной кнопки включить или выключить питаемый прибор и следить за степенью разрядки аккумулятора, не допуская опасного переразряда.

Схема реализована на дешёвом микроконтроллере PIC12F675 и управляемом стабилитроне TL431. Все детали обойдутся примерно в доллар-полтора. Зарядное устройство многократно проверено при работе с различными приборами с батарейным питанием и зарекомендовало себя как надежное неприхотливое и легко повторяемое.

Вот такая несложная схема. Детали «подножные».

При заряде аккумулятора светодиод плавно моргает. После окончания зарядки скорость вспышек сильно возрастает, а длительность уменьшается.

Вариант схемы (прошивка в архиве присутствует) на полевых транзисторах p-FET

Если при повторении этой конструкции у Вас возникли какие-то вопросы или идеи по улучшению её, напишите мне в онлайн форме свои соображения по этому поводу.

Если Вы авторизуетесь на сайте в качестве пользователя, Вы будете получать уведомления о новых материалах на сайте.

smartelectronix.biz

Схема контроллера литий-ионного аккумулятора

Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора

Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC. Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.

Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.

На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.

Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути «мозг» контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 — ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 — это MOSFET-транзисторы.

Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.

Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.

Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.

Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.

Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.

Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.

Защита от перезаряда (Overcharge Protection).

Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.

Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection Voltage — V_OCP), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release Voltage – V_OCR) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.

Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.

Защита от переразряда (Overdischarge Protection).

Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 – 2,5V (Overdischarge Protection Voltage — V_ODP), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 – он подключен к выводу DO.

Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).

Тут есть весьма интересное условие. Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысить 2,9 – 3,1V (Overdischarge Release Voltage — V_ODR), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за «смерть» аккумулятора. Вот лишь маленький пример.

Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер — G2NK (серия S-8261), сборка полевых транзисторов — KC3J1.

Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.

При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.

Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (V_ODR).

Тут возникает весьма резонный вопрос.

По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить «банку» аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда — FET1?

Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.

Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P, G2NK), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда — Charger Detection. То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.

Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время — несколько часов.

Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6.

Именно этим методом удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов! Вот столько может длиться «восстановительная» зарядка.

Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.

Источник

< Предыдущая		Следующая >

bsh1.ru

Простой контроллер заряда Li-Ion аккумуляторов

Принципиальная схема контроллера заряда для двух Li-Ion аккумуляторов

Описание принципиальной схемы.

U1 — микросхема LM317 в корпусе TO220
Q1 — транзистор BC546 (BC547, BC549)
D1 — диод Шоттки на ток 1A и максимальное напряжение 30 — 40 вольт.
С1, С2 — керамический конденсатор на 1 мкф 50В
R1 — Постоянный резистор 1 Ом 0.5 Вт
R3 — Постоянный резистор 470 Ом 0.125 Вт
R4 — Постоянный резистор 2.2 k 0.125 Вт
R2 — Подстроечный резистор 1К

Зарядное устройство основано на регулируемом интегральном стабилизаторе напряжения LM317. На транзисторе Q1 собран узел ограничения тока заряда. С транзистором BC546 и резистором на 1 ом максимальный зарядный ток у меня составляет около 500мА. Нужно помнить, что через этот резистор течет зарядный ток аккумулятора, поэтому если вы планируете заряжать батарею током более 500 мА стоит применить резистор мощностью 1 Вт. максимальный зарядный ток устанавливается подбором этого резистора. Чем меньше сопротивление тем больше зарядный ток и наоборот.

Подстроечным резистором R2 устанавливаем выходное напряжение устройства. То есть то максимальное напряжение, до которого будет заряжена аккумуляторная батарея. Для двух литий ионных аккумуляторов максимальное напряжение равно 8.4 В. Но для большей безопасности и продления срока службы аккумуляторов я бы посоветовал установить это напряжение в районе 8.2 — 8.3 В. Установку этого напряжения нужно производить не подключая аккумулятор. Вместо аккумулятора подключаем к клемам Out+ и Out- резистор сопротивлением 100 ом и вращением движка R2 устанавливаем напряжение 8.2- 8.3 В. Убираем резистор и подключаем к устройству аккумуляторы. Проверяем ток, который течет через батарею и оставляем батарею заряжаться, периодически измеряя на ней напряжение. Зарядный ток будет уменьшаться по мере приближения напряжения на батарее к установленному уровню. Убедитесь что напряжение на каждом из аккумуляторов в конце заряда не превышает 4.2 вольта. Если даже на одном из аккумуляторов напряжение больше, то придется уменьшить напряжение заряда поворотом движка R2. На этом настройку устройства можно считать законченной

ВНИМАНИЕ!Микросхема LM317 нагревается в процессе заряда аккумуляторов, поэтому ее необходимо устанавливать на небольшом радиаторе.

musbench.com

"ДИС-Протект"