Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.
- Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы
- каким током
- сколько времени - Что такое плата защиты (PCB-модуль)?
- Схемы зарядок li-ion аккумуляторов:
- LM317
- MAX1555 (MAX1551)
- LP2951
- MCP73831
- LTC4054 (STC4054)
- TP4056
- LTC1734
- TL431 + транзистор
- MCP73812
- NCP1835 - Можно ли зарядить аккумулятор без контроллера заряда?
- Как зарядить литиевую батарейку?
Какими бывают литиевые аккумуляторы
В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:
- с катодом из кобальтата лития;
- с катодом на основе литированного фосфата железа;
- на основе никель-кобальт-алюминия;
- на основе никель-кобальт-марганца.
У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.
Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.
Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):
| Обозначение | Типоразмер | Схожий типоразмер |
|---|---|---|
| XXYY0
, где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины) | |
| 10280 | ||
| 10430 | ААА | |
| 10440 | ААА | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø АА, длина CR2 | |
| 14430 | Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше | |
| 14500 | АА | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (или 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (или 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (или 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | С | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.
Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы
Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.
Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .
Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.
1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).
Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.
Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.
Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.
В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.
2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.
На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.
По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.
Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.
За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.
Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.
Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.
На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.
Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.
Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).
Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.
Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:
Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.
Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:
1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?
Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.
Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.
2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?
Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:
T = С / I зар.
Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.
3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?
Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаков. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, разницы никакой нет.
Что такое плата защиты?
Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.
В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:
В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.
Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:
Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.
Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.
Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.
Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.
На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").
Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.
Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).
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:
Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.
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). Она выпускается в различных вариантах корпусов:
Назначение выводов (цоколевка):
Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:
Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства). Если взять LM350, то зарядный ток можно увеличить до 3А.
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.
Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.
MAX1555 или MAX1551
MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона). Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Шикарные микрухи, всего 5 выводов. Только они маленькие слишком, паять неудобно!
Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее.
Подробное описание этих микросхем от производителя - .
Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.
Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.
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.
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 .
LP2951
Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.
Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.
Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).
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.
MCP73831
Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.
Типовая схема включения взята из :
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:
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 = I 2 R = 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.
Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все существенно упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства.
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).
Как заряжать литиевые батарейки?
И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.
Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.
Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.
О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.
7
SMD практикум № 2! Индикатор уровня заряда аккумулятора для автомобилиста
Длительная эксплуатация аккумуляторной батареи автомобиля достигается её поддержанием в заряженном состоянии. При этом вредны как перезаряд, так и переразряд аккумулятора.
Автолюбителям, особенно весьма далеким от техники, удобна простая оценка уровня заряда аккумулятора по принципу: «пониженный», «норма», «повышенный».
Если для наглядности использовать светодиоды разных цветов, оценить ситуацию можно, бросив взгляд на устройство.
Конструкция выполнена на элементах для поверхностного монтажа, отличается простотой, малым током потребления, достаточной точностью определения технического состояния аккумуляторной батареи и удобством считывания результатов.
Проект является продолжением SMD практикума:
Принципиальная схема индикатора напряжения аккумулятора
показана на рис. 1, за основу взята схема из .
Рис. 1. Схема индикатора автомобилиста
Устройство состоит из делителя напряжения R1 – R5, четырех компараторов, в качестве которых используется счетверенный операционный усилитель DA1, источника опорного напряжения DA2, представляющего собой стабилизатор с фиксированным выходным напряжением Uоп=5 В и пятиуровневого индикатора напряжения на разноцветных светодиодах HL1 – HL5.
Делитель напряжения R1 – R5 обеспечивает требуемые пороги срабатывания компараторов, выбранные следующим образом:
- более 14,8 В
– недопустимо большое напряжение (перезаряд аккумулятора), которое опасно выкипанием электролита;
- 12,5…14,8 В
– нормально заряженная батарея;
- 11,8…12,5 В
– остаток заряда позволяет эксплуатировать аккумулятор (продлить дальнейший разряд);
- 10,8…11,8 В
– необходимо срочно подзарядить аккумулятор во избежание сульфатации;
- менее 10,8 В
– «мы теряем его». Требуется провести восстановление аккумулятора и решить вопрос его дальнейшей эксплуатации.
Устройство индикации HL1 – HL5 реализовано таким образом, что срабатывание каждой последующей ячейки вызывает погасание предыдущей. При этом засвечивание двух индикаторов одновременно исключено .
Для крайних (аварийных) диапазонов индикации использованы светодиоды HL1, HL5 красного свечения.
Для диапазона менее 10,8 В применен мигающий светодиод HL1, а более 14,8 В – обычный HL5.
Далее, следуя логике технического состояния аккумулятора: HL2 – оранжевый светодиод, HL3 – желтый и HL4 – зеленый (норма).
Резисторы R8 – R11 – токоограничивающие. Токоограничивающий резистор R12 для мигающего светодиода HL1 в принципе не нужен, но не мешает его работе и позволяет при необходимости установить обычный светодиод.
Указанные на принципиальной схеме рис. 1 номиналы делителя R1 – R5 обеспечивают достаточную точность срабатывания компараторов для указанных выше пороговых напряжений и опорном напряжении Uоп=5 В.
Вид передней панели индикатора показан на рис. 2.
Рис. 2. Передняя панель индикатора
Расчет делителя напряжения приведен в прилагаемом файле «Расчет делителя.xls
».
При необходимости делитель легко пересчитывается указанием других требуемых порогов срабатывания компараторов.
Например, пороги срабатывания устройства, выбранные на основе опыта бывалых автоэлектриков, изображены на рис. 3.
Рис. 3. Еще один вариант передней панели индикатора
Резисторы делителя R1 – R5 могут быть пересчитаны для контроля аккумуляторной батареи на работающем двигателе автомобиля (рис. 4).
Рис. 4. Уровни порогов срабатывания индикатора для контроля аккумуляторной батареи на работающем двигателе
В таблице приведены параметры резисторов делителя R1 – R5 для реализации трех указанных выше применений индикатора.
Резистором R7 устанавливается точное значение опорного напряжение Uоп=5 В, вызванное разбросом выходных напряжение интегрального стабилизатора DA2 в бОльшую сторону.
При эксплуатации пробника нельзя сбрасывать со счетов закон Мерфи, который подсказывает, что все, что можно перепутать, будет перепутано. Все, что нельзя перепутать, тоже будет перепутано.
Для защиты от неверного подключения индикатора к аккумулятору установлены диоды VD1 и VD2.
Диод VD1, шунтирующий блокировочный конденсатор С1, предотвращает его переполюсовку, а также защищает входы DA1. Диод VD2 берет под защиту цепи питания микросхем DA1 и DA2.
Теперь «переполюсовка» совершенно не страшна индикатору.
Параметры индикатора автомобилиста:
Диапазон входных напряжений: 6…20 В;
Потребляемый ток: 15 мА.
Детали индикатора
Все резисторы SMD удобного для монтажа типоразмера 1206. Резисторы делителя R1 – R5 имеют точность 1%, остальные - 5%.Конденсаторы С1, С3 танталовые типоразмера В на напряжение 25 В, С2 – керамический.
Светодиод HL1 – красный мигающий, HL2 – HL5 практически любые требуемых цветов свечения.
Я применил обычные светодиоды, но печатная плата позволяет установить и элементы для поверхностного монтажа.
Список деталей:
DA1 – Микросхема операционного усилителя LM324DR, корпус SO-14 – 1 шт.,
DA2 – Микросхема стабилизатора +5 В 78L05ABDR2, корпус SO8-150-1.27 – 1 шт.,
VD1, VD2 – Диод 1N4148W, корпус SOD-123 – 2 шт.,
HL1 – Светодиод LED DFL-3014SRC-B, кр. миг. d=3 мм – 1 шт.,
HL2 – Светодиод КИПД66Ж-Р, оранж. d=3 мм – 1 шт.,
HL3 – Светодиод КИПД66А-Ж; желт. d=3 мм – 1 шт.,
HL4 – Светодиод LED BL-BG3331K, зел. d=3 мм – 1 шт.,
HL5 – Светодиод 354ED кр. d=3 мм – 1 шт.,
R1 – Чип резистор F1206-16 кОм– 1 шт.,
R2 – Чип резистор F1206-1,2 кОм – 1 шт.,
R3 – Чип резистор F1206-750 Ом – 1 шт.,
R4 – Чип резистор F1206-1,8 кОм – 1 шт.,
R5, R6 – Чип резистор F1206-10 кОм – 2 шт.,
R7 – Чип резистор J1206-470 Ом (подбирается при налаживании) – 1 шт.,
R8 – R12 – Чип резистор J1206-1,5 кОм – 5 шт.,
C1, C2 – Конденсатор 4,7/25V танталовый B – 2 шт.,
C3 – Конденсатор 1206 0,1µF-Y5V 80-20% ЧИП – 1 шт.,
Печатная плата 38×30 мм.
Сборка индикатора
Печатная плата с размещением элементов показана на рис. 5.
Рис. 5. Вид печатных дорожек и размещение элементов на печатной плате
Вначале монтируют все элементы, за исключением резистора R7, подбираемого при налаживании. Все элементы, кроме двух перемычек, устанавливают со стороны печатных дорожек.
Налаживание индикатора напряжений
Для налаживания понадобится регулируемый источник питания.Целесообразно на время налаживания, на место резистора R7 включить реостатом переменный резистор 1 кОм.
С помощью регулируемого источника питания устанавливается напряжение 14,8 В, и вращением ручки переменного резистора добиваются начала зажигания светодиода HL5.
Измеряют сопротивление рабочей части резистора и устанавливают на место R7 резистор ближайшего номинала.
Далее проверяют другие пороги срабатывания индикатора и убеждаются в их соответствии выбранным.
При допуске резисторов R1 – R5 в 1% уточнения сопротивлений делителя обычно не требуется.
Итоги
Предлагаемый SMD практикум позволяет получить опыт в создании надежной и полезной конструкции.Контроль за состоянием аккумулятора автомобиля рекомендуется осуществлять минимум два раза в год (весной и осенью). Своевременное приведение аккумулятора в рабочее состояние продлевает срок его эксплуатации.
Внешний вид собранного индикатора уровня заряда аккумулятора приведен во вводной части статьи.
Файлы
Схему, печатную плату и файл с расчетом делителя можно взять тут:▼ ⚖ 38,23 Kb ⋅ ⇣ 45 Здравствуйте! Меня зовут Игорь Котов, мне 44, я коренной сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш сайт существует только на мои средства.
Ежемесячные расходы на редакционные нужды составляют на сегодня около 25 т. руб.
Минимально требуется 75€ по курсу ежемесячно на аренду выделенного сервера.
У нас трудные времена. Я просто не в состоянии «тянуть» один.
Поэтому мы были вынуждены
вести
В обзоре будет исследование немногочисленных характеристик данного модуля, небольшая доработка с целью корректировки порогов индикации и установка в корпус повербанка с тремя литиевыми батареями (схема включения 3S). Здесь уже был аналогичной платы для одного литиевого аккумулятора, но там автор больше хвастался своим «колхозом» а саму плату не изучил. В этом обзоре будет полная схема и доработка платы.
Во время заказа очередной электронной мелочи в DX, случайно обратил внимание на данный модуль и вспомнил, что у меня валяется древний Power Bank (далее буду называть его ПБ, чтобы избежать споров о правильном написании) в котором нет даже индикации степени заряда аккумулятора. После недолгих сомнений добавил в корзину. Отдельно покупать такую плату не стал бы. Лень ходит на почту за сторублёвыми пакетиками и напрягать продавцов такой мелочью совесть не позволяет. Кстати, заранее прошу не открывать мне истину, что в других магазинах эти платы в разы дешевле. Взял именно здесь исключительно из-за удобства (добавил к большому заказу). Разница в 100 рублей для меня несущественна.
Пришла плата в небольшом антистатическом пакете.
Все элементы расположены с одной стороны. Два контакта для подключения аккумулятора под пайку. Индикация четырьмя светодиодами, каждый из которых включается при определённом значении напряжения на аккумуляторе. Питается плата от того же напряжения, которое меряет. Края не обработаны (торчали волокна текстолита). Монтаж элементов аккуратный, только светодиоды запаяны криво и залиты неотмытым флюсом. Автомату ставлю пять, монтажнику два.
Плата кажется совершенно микроскопической.
Начал с главного – промерял пороги срабатывания светодиодов.
В небольшом диапазоне напряжений (десятки миливольт) светодиод моргает или горит тускло. После нескольких повторов получил следующие значения порогов:
- красный светодиод: 11,7 В;
- 1-й жёлтый светодиод: 12,1 В;
- 2-й жёлтый светодиод: 12,5 В;
- зелёный светодиод: 12,9 В.
Потребление от 26 мА (11 В, светодиоды не горят) до 59 мА (14 В, горят все светодиоды).
Сразу стало ясно, что плата сделана под свинцовый аккумулятор. Обидно, у меня же литий. При напряжении 3,9 В на элемент (слегка разряженный) погаснет даже красный светодиод. Конечно я не ожидал наворотов как в индикаторе. Надеялся на что-то вроде . Не страшно, буду дорабатывать. Перед этим перерисовал схему.
Ничего революционного. Параллельный стабилизатор (стабилизатор с параллельным включением регулирующего элемента, в данном случае R14, R15) с помощью резистивного делителя R6…R11 формирует ряд опорных напряжений, которые подаются на неинвертирующие входы четырёх компараторов (одна микросхема , выход на транзисторе с открытым коллектором). На инвертирующие входы подаётся напряжение питания после делителя R1, R12. Когда напряжение на инвертирующем входе превышает напряжение на неинвертирующем, транзистор на выходе открывается и включает соответствующий светодиод. Существует много разновидностей такой схемы ( , ), но принцип работы у всех один. Более подробно можно почитать . Иногда добавляют ещё один светодиод, работающий постоянно, что увеличивает количество уровней индикации до пяти.
Доработка под литий
Доработка свелась к изменению параметров делителя R6…R11 с учётом типовых напряжений литиевых аккумуляторов (3…4,2 В, три последовательно). Требуемый диапазон индикации 9…12,6 В. Выяснилось, что резисторов такого типоразмера у меня совсем мало, доставать фен и выпаивать из радиохлама поленился, поэтому после немногочисленных экспериментов удалось обойтись добавлением двух резисторов по 10 кОм. Ещё в процессе работы решил выровнять светодиоды. В результате три из четырёх перестали работать. После небольшого шока догадался, что у платы не очень хорошо с металлизацией отверстий, а пайка только с одной стороны. Повторно залудил не жалея канифоли и припоя. Заработали все светодиоды кроме одного жёлтого. Подал пару вольт непосредственно на него и понял, что он труп. Со словами: «Хорошо, что не компаратор», покопался в своих запасах и поставил вместо него зелёный (так показалось логичнее). В результате схема стала выглядеть следующим образом (красным цветом выделены добавленные резисторы).
В результате доработки были получены следующие пороги срабатывания:
- красный светодиод: 10,0 В (3,33 В на элемент, требуется зарядка);
- жёлтый светодиод: 10,6 В (3,53 В на элемент, желательна зарядка);
- 1-й зелёный светодиод: 11,3 В (3,77 В на элемент, заряд более 50 %);
- 2-й зелёный светодиод: 12,0 В (4 В на элемент, акк. полностью заряжен).
При желании можно было бы подобрать пороги получше, но меня устраивает и такой вариант.
Использование по назначению
Объектом доработки должен был стать вот такой ПБ .
Приобретён он был в далёком 11-м году, когда ещё термина пауэрбанк не существовало. Были просто мобильные аккумуляторы. Данная модель мне приглянулась мультивольтовым выходом (5, 9 и 12 В), была приобретена и впоследствии неоднократно дорабатывалась. Внутренности похожи на (в этом же обзоре присутствует аналогичная доработка, только самодельной платой).Три плоских аккумулятора, каждый со своей защитой, соединены последовательно и подключены напрямую к выходу/входу 12 В. 9 В делается линейным стабилизатором. Для получения 5 В используется плата понижающего DC-DC преобразователя. Через неё ПБ выдаёт 3500 мАч, что соответствует ёмкости каждого элемента около 1800 мАч. Для предотвращения разряда аккумуляторов при хранении, они механически отключаются клавишным переключателем. Единственным индикатором является двухцветный светодиод, подключенный к преобразователю. Отображается нормальный режим работы и перегруз по току.
Вся электроника располагается рядом с аккумуляторами, свободное место заполнено «фирменными» кусочками китайского картона. Вытащил всё, что вытаскивалось, примерил плату и кнопку, которая будет её подключать (чтобы не светила постоянно). 
По намеченным местам сделал отверстия. Сгоревший светодиод тоже пригодился став кнопкой.
Поставил, припаял. Изначально все разъёмы к корпусу ПБ крепились каким-то герметиком. Не стал менять технологию. Кнопку лучше было бы зафиксировать термоклеем или полиморфусом чтобы не пружинила, но я не стал возиться и просто налил побольше герметика. После высыхания затвердеет. Делал поздно вечером, оставил на ночь в открытом виде. Утром собрал.
Выводы.
Плата полностью выполняет свои функции. Под литиевые аккумуляторы нужна доработка, для свинцовых аккумуляторов можно использовать сразу. Другое дело, что в устройствах с такими аккумуляторами (авто, ИБП, контроллер солнечной батареи) индикация обычно уже есть. Короче, плата из разряда «купить, чтобы валялась в столе на всякий случай». При наличии времени можно сделать такую схему самостоятельно или просто поставить вольтметр.
Планирую купить +29 Добавить в избранное Обзор понравился +33 +57
