Простейшее зарядное устройство для Li-Ion аккумуляторов.

Опубликовано в рубрике "Детали", 20 сентября, 2012.

Недавно мне потребовалось сделать девайс с питанием от батарейки. При этом имеются следующие ограничения:

image

  • Используется контроллер STM32F407, потребляющий не так уж мало: 100мА при напряжении питания 3.3В, если верить документации.
  • Контроллер работает всегда. Переход в режимы с низким энергопотреблением невозможен.
  • Устройство будет находиться в герметичном корпусе. Размер критичен.
  • На корпусе будет mini-USB разъём, для подключения к компьютеру.
  • Время непрерывной работы – не менее 20 часов.

 

Исходя из этих ограничений, в качестве источника питания был выбран Li-Ion аккумулятор размера 18650 и ёмкостью 3800мАч. С таким аккумулятором девайс должен проработать примерно 23 часа, ну а потом аккумулятор необходимо будет зарядить.

Основные требования к зарядному устройству:

  • Возможность заряжать аккумулятор от USB.
  • Возможность питать девайс во время зарядки аккумулятора.
  • Минимальный размер и, желательно, минимальное количество элементов.
  • Возможность, как минимум, узнать, что подключен внешний источник питания и идёт процесс заряда.

Под данные требования лучше всего подошли микросхемы BQ24072(3/4/5/9) от Texas Instruments и ADP5061 от Analog Devices. Последняя имеет намного больше функций и корпус WLCSP (с очень удачным расположением выводов), но купить её не получилось. Поэтому, для экспериментов была приобретена микросхема BQ24072.

В микросхеме реализована функция dynamic power-path management (DPPM). Смысл данной функции заключается в том, что если используется маломощный источник питания, то при повышении выходного тока микросхема понижает выходное напряжение. Затем, если ток потребления внешнего устройства (в данном случае, Rsystem на рис 1.а.) превышает заданный порог, микросхема переключается в режим работы от аккумулятора. Для примера, на рис 1.б. показаны зависимости тока заряда аккумулятора (зелёным цветом) и выходного напряжения (красным цветом) от выходного тока (синим цветом).

Рисунок 1. Блок-схема микросхемы и График работы DPPM

 

Таким образом DPPM позволяет заряжать аккумулятор от маломощных источников питания, предохраняя их от перегрузки, а внешнюю систему от отключения.

Также, в микросхеме есть защита от короткого замыкания, перегрева аккумулятора, перенапряжения, но нет защиты от глубокого разряда. Поэтому, не стоит использовать аккумуляторы без встроенной защиты.

Схема (см. рис. 2) честно взята с первой страницы даташита, но EN1 = 1 и EN2 = 0 (режим работы USB500). Резистор R7 нужен в том случае, если в аккумуляторе нет термистора, или он не используется. Выход PGOOD# показывает, что подключен внешний источник питания. CHG# — что идёт процесс заряда батареи. При желании, их можно подключить к микроконтроллеру.

Рисунок 2. Схема зарядного устройства

Рисунок 3. 3D модель устройства

В итоге получилось как-то так (для удобства, при тестировании использовался аккумулятор от плеера):

Рисунок 4. Заряд аккумулятора

Питание контроллера от аккумулятора:Рисунок 5. Питание контроллера от аккумулятора

 

Стоит отметить, что при питании внешнего устройства от аккумулятора, на выходе у BQ24072(3/4/5/9) будет напряжение равное напряжению аккумулятора! По мере разряда аккумулятора оно будет меняться от 4,2 до 2,25В. Поэтому, если нужно стабильное напряжение, лучше пользоваться преобразователями вроде ADP2108.

Ссылки.

Про аккумуляторы и их типы можно почитать тут, тут и тут.

Как лишить аккумулятор защиты, и чем это грозит.

 




Комментарии
  1. SolderMaster написал(а) 20 сентября, 2012 в 23:16

    Спасибо за статью, как раз задумался над схемой зарядки аккумулятора из двух «банок», кстати Вам Altium все-таки предоставил лицензию?

    BSVi Reply:

    Статья написана не мной, а мне альтиум, да, лицензию предоставил.

    login Reply:

    Рад за вас, ждём чего-нибудь по альтиму.

    SolderMaster Reply:

    Да, не заметил, что статья не вами написана, но все равно она мне помогла 🙂

  2. asterix написал(а) 21 сентября, 2012 в 14:59

    18650 не даст 3800мАч, максимум около 3000 у самых лучших образцов (хрен найдешь), а так 1800-2500мАч.

    Detruanto Reply:

    Да, поэтому я и написал про 23 часа, а не про 38)))) Вообще, 15 часов тестовая плата уже отработала. После выходных буду её ещё гонять.

    dsd_corp Reply:

    ага, тоже смутило. впрочем у дешевых китаезов всегда на аккумах завышена емкость. такую емкость с батареи можно слить разве что при идеальных условиях 0.5С и при предварительной десятичасовой зарядке 0.1С. Да и то не на всех.

    ну а насчет хрен найдешь вы не правы )
    вот AW’шные например можно у этого чувака купить: http://goo.gl/ZHSwO
    одни из лучших среди серийных, емкость более-менее попадает в спецификации, все основные элементы защиты(термо, баро и SC), PCB настроена на отсечку 5А(а не 1.5, как у большинства).

Создать новую ветку комментариев


Вы должны войти или зарегистрироваться чтобы оставить комментарий.