Зарядний пристрій LTC4054. Li-ion та Li-polymer акумулятори в наших конструкціях. Схеми заряджання li-ion акумуляторів

Акумулятори літієві стають все популярнішими, але поряд з безліччю переваг у них є дуже істотний недолік - неможливість зарядки без спеціального контролера.
Якщо заряджати літієвий акумулятор безпосередньо, він перегріється і може спалахнути та/або вибухнути!
Звичайно, контролер для літієвого акумулятора купити можна готовий, але якщо ви розумієтеся на електроніці, чому б не зробити його самостійно?
Найпростіше зібрати контролер для заряджання літієвих акумуляторів на спеціалізованій мікросхемі. Одна з найпопулярніших мікросхем контролера заряду LTC4054.

У найпростішому варіанті зарядне LTC4054 виглядає так:

Струм зарядки в LTC4054 задається резистором, підключеним до висновку PROG - чим менше опір цього резистора, тим більший струмзарядки видає мікросхема! Резистор підбирається експериментально, зазвичай його номінал близько 3.3 кОм.
Друкована плата для LTC4054 за розміром у кілька разів менша за сірникову коробку і можна сказати, що це фактично найменший контролер для зарядки літієвого акумулятора. До того ж він дуже простий у виготовленні для тих, хто вміє паяти SMD деталі.

Однак слід врахувати, що це лише контролер заряду - від перерозряду він не захищає, отже, в акумуляторі повинна бути плата захисту!

Якщо ви не хочете придбати її окремо, доцільніше купити універсальний контролер для акумулятора з вбудованим захистом (див. фото нижче)!

Це найпростіший спосіб замінити батареї літієвим акумулятором! Достатньо підпаяти чотири дроти – два до «банку» акумулятора і два до пристрою (зрозуміло, якщо напруга живлення підійде).

Зверніть увагу, що в цьому контролері індикатор заряду виконаний на двох світлодіодах:
- безперервне свічення червоного показує, що йде зарядка!
- синього, що вона завершена!
Якщо синій горить, а червоний мерехтить - швидше за все, акумулятор не підключений або несправний!

Акумулятор – поширене джерело живлення різних мобільних пристроїв, гаджетів, роботів ... Без нього клас портативних пристроїв, напевно, не існував би або був не впізнаваним. Одними з самих сучасних типівакумуляторів по праву можна вважати літій-іонні та літій-полімерні. Але пристрій відпрацював, акумулятор з'їв, тепер потрібно скористатися його головною відмінністю від простих батарей- Зарядити.

У статті буде коротко розказано про дві поширені мікросхеми (точніше про одну поширену LTC4054 та її аналогічну заміну STC4054) заряду одне банкових Li-ion акумуляторів.

Ці мікросхеми ідентичні, різниця лише у виробнику та в ціні. Ще один величезний плюс - мала кількість обв'язки - всього 2 пасивних компоненти: вхідний 1 мкФ конденсатор і резистор, що токозадає. За бажанням можна додати світлодіод - індикатор статусу процесу заряду, горить - йде зарядка, погас - заряд закінчений. Напруга живлення 4.25-6.5, тобто. живиться зарядка від звичних 5В, недаремно на основі цих мікросхем побудовано більшість простих зарядок, що живляться від USB. Заряджає до 4.2В. Максимальний струм 800мА.

Основа плати - мікросхема зарядки LTC4054 або STC4054. Вхідний конденсатор ємністю 1мкФ типорозміру 0805. Струмозадавальний резистор 0805, опір розраховується нижче. І світлодіод 0604 або 0805 з струмообмежуючим резистором типорозміру 0805 на 680Ом.

Резистор (або струм заряду) розраховується за такими формулами:

Т.к. Vprog=~1В, отримуємо такі спрощені формули

Деякі приклади розрахунку:

I, ма	R, ком
100	10
212	4,7
500	2
770	1,3

Наприкінці кілька фото варіанта саморобної USB зарядки для літій полімерних акумуляторів невеликого вертольотика.

Сподобалися мені маленькі мікросхеми для звичайних зарядних пристроїв. купував я їх у нас у місцевому офлайн магазині, але як на зло вони там закінчилися, їх довго везли звідкись. Дивлячись на цю ситуацію, я вирішив замовити собі їх невеликим гуртом, тому що мікросхеми досить непогані, і в роботі сподобалися.
Опис та порівняння під катом.

Я не дарма написав у заголовку про порівняння, так як за час шляху собачка могла підрости мікрохвильки з'явилися в магазині, я купив кілька штук і вирішив їх порівняти.
В огляді буде не дуже багато тексту, але багато фотографій.

Але почну, як завжди, з того, як мені це прийшло.
Прийшло в комплекті з іншими різними детальками, самі мікрухи були упаковані в пакетик із клямкою та наклейкою з назвою.

Дана мікросхема є мікросхемою зарядного пристрою для літієвих акумуляторів з напругою закінчення заряду 4.2 Вольта.
Вона вміє заряджати акумулятор струмом до 800мА.
Значення струму встановлюється зміною номіналу зовнішнього резистора.
Також вона підтримує функцію заряду невеликим струмом, якщо акумулятор сильно розряджений (напруга нижче 2.9 Вольта).
При заряді до напруги 4.2 Вольта та падінні зарядного струму нижче 1/10 від встановленого, мікросхема відключає заряд. Якщо напруга впаде до 4.05 Вольта, вона знову перейде в режим заряду.
Також є вихід для підключення світлодіода індикації.
Більше інформації можна знайти в, у даної мікросхеми існує набагато дешевший.
Причому він дешевший у нас, на Алі все навпаки.
Власне для порівняння я купив аналог.

Але яке ж було моє здивування, коли мікросхеми LTC і STC виявилися на вигляд повністю однаковими, за маркуванням обидві - LTC4054.

Ну може так навіть цікавіше.
Як усі розуміють, мікросхему так просто не перевірити, до неї треба ще обв'язування з інших радіокомпонетів, бажано платню тощо.
А тут якраз товариш попросив відремонтувати (хоча в даному контексті швидше переробити) зарядний пристрійдля 18 650 акумуляторів.
Рідне згоріло, та й струм заряду був замалий.

Загалом для тестування треба спочатку зібрати те, на чому тестуватимемо.

Плату я креслив за датасітом, навіть без схеми, але схему тут приведу для зручності.

Та й власне друкована плата. На платі немає діодів VD1 та VD2, вони були додані вже після всього.

Усе це було надруковано, перенесено на обрізок текстоліту.
Для економії я зробив на обрізці ще одну плату, огляд за її участю буде пізніше.

Ну і власне виготовлено друковану плату та підібрано необхідні деталі.

А перероблятиму я таке зарядне, напевно воно дуже відоме читачам.

Усередині нього дуже складна схема, що складається з роз'єму, світлодіода, резистора та спеціально навчених проводів, які дозволяють вирівнювати заряд на акумуляторах.
Шучу, зарядне знаходиться в блочці, що входить у розетку, а тут просто 2 акумулятори, з'єднані паралельно і світлодіод, постійно підключений до акумуляторів.
До рідного зарядного повернемося згодом.

Спаяв хустку, виколупував рідну плату з контактами, самі контакти із пружинами випаяв, вони ще стануть у нагоді.

Просвердлив пару нових отворів, в середньому буде світлодіод, що відображатиме включення пристрою, в бічних - процес заряду.

Впаяв у нову плату контакти з пружинками, а також світлодіоди.
Світлодіоди зручно спочатку вставити в плату, потім акуратно встановити плату на рідне місце, і тільки після цього запаяти, тоді стоятимуть рівно і однаково.

Плата встановлена на місце, припаяний кабель живлення.
Власне, друкована плата розроблялася під три варіанти запитки.
2 варіанти з роз'ємом MiniUSB, але у варіантах встановлення з різних боків плати та під кабель.
У цьому випадку я спочатку не знав, як білий якої довжини знадобиться, тому запаяв короткий.
Так само припаяв дроти, що йдуть до плюсових контактів акумуляторів.
Тепер вони йдуть окремими проводами, для кожного акумулятора свій.

Ось як вийшло зверху.

Ну а тепер перейдемо до тестування

Зліва на платі я встановив куплену на Алі мікроху, праворуч куплену в офлайні.
Відповідно, зверху вони будуть розташовані дзеркально.

Спочатку Мікруха з Алі.
Струм заряду.

Тепер куплена в офлайні.

Струм КЗ.
Аналогічно спочатку з Алі.

Тепер із офлайну.

Наявна повна ідентичність мікросхем, що ну ніяк не може не тішити:)

Було помічено, що за 4.8 Вольта струм заряду 600мА, за 5 Вольт падає до 500, але це перевірялося вже після прогріву, може так працює захист від перегріву, я ще не розібрався, але поводяться мікросхеми приблизно однаково.

Ну а тепер трохи про процес зарядки та доопрацювання переробки (так, навіть так буває).
З початку я думав просто встановити світлодіод на індикацію включеного стану.
Начебто все просто і очевидно.
Але як завжди, захотілося більшого.
Вирішив, що буде краще, якщо під час процесу заряду його буде погашено.
Допаю пару діодів (vd1 і vd2 на схемі), але отримав невеликий облом, світлодіод показує режим заряду світить і тоді, коли акумулятора немає.
Точніше не світить, а швидко мерехтить, додав паралельно клем акумулятора конденсатор на 47мкФ, після цього він став дуже коротко спалахувати, майже непомітно.
Це саме той гістерезис включення повторної зарядки, якщо напруга впала нижче 4.05 Вольта.
Загалом після цього доопрацювання стало все чудово.
Заряд акумулятора світить червоний, не світить зелений і не світить світлодіод там, де немає акумулятора.

Акумулятор повністю заряджений.

У вимкненому стані мікросхема не пропускає напругу на роз'єм живлення, і не боїться закоротко цього роз'єму, відповідно не розряджає акумулятор на свій світлодіод.

Не обійшлося без вимірювання температури.
У мене вийшло трохи більше 62 градусів після 15 хвилин заряду.

Ну а ось так виглядає повністю готовий пристрій.
Зовнішні зміни мінімальні, на відміну внутрішніх. Блок живлення на 5/Вольт 2 Ампера у товариша був, і досить непоганий.
Пристрій забезпечує струму заряду 600мА на канал, незалежні канали.

Ну а так виглядало рідне зарядне. Товариш хотів попросити мене підняти в ньому зарядний струм. Воно й рідного не витримало, куди ще піднімати, шлак.

Резюме
На мою думку, для мікросхеми за 7 центів дуже непогано.
Мікросхеми повністю функціональні та нічим не відрізняються від куплених в офлайні.
Я дуже задоволений, тепер є запас мікрох і не треба чекати, коли вони будуть у магазині (нещодавно знову зникли з продажу).

З мінусів - це не готовий пристрій, тому доведеться цькувати, паяти і т.п., але при цьому є плюс, можна зробити плату під конкретне застосування, а не використовувати те, що є.

Ну і в тозі отримати робочий виріб, виготовлений своїми руками, дешевше за готові плати, та ще й під свої конкретні умови.
Ледве не забув, даташит, схема та трасування -

http://4pda.ru/forum/index.php?showtopic=64541&st=1140

Мікросхема виглядає так:
.
Схема обв'язки:

Заряджання літієвих батарей

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=114759

http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/405442xf.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3622.pdf
http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/dat ... TP4056.pdf

Форум з літієвих АКБ.

http://radioskot.ru/forum/2-846-2

Схема пристрою дуже проста. При підключенні до порту USB комп'ютера після натискання кнопки "Старт" починається процес заряджання. Три резистора на 1,6 Ом служать у ролі обмежувача струму і як датчик струму. Протікає через них струм створює падіння напруги, яке прикладаючись до бази Т2 тримає його у відкритому стані. В результаті світиться світлодіод та відкривається польовий транзисторТ1. Транзистор я випаяв із плати захисту від старого літієвого акумулятора, але його можна замінити таким поширеним транзистором, як IRLML2502. Струм в акумулятор буде текти доти, поки напруга на ньому не досягне 4,25 в. При цьому напрузі спрацьовує компаратор захисної плати, розташованої всередині кожного акумулятора мобільних телефонівта фотоапаратів. Струм у ланцюзі заряду падає до нуля, Т2 закривається і знеструмлює світлодіод та затвор Т1.
Пристрій переходить у неактивний стан і не споживає струм від USB ні від акумулятора.

________________________________________________________________________
http://radioskot.ru/forum/2-846-7

haos_84, цю схему викладав я, але схема не моя, у мене дане зарядне успішно використовується вже близько 2-х років саме для заряду блоку з 3-х літієвих банок 18650. Тепер за самою схемою, на lm317 зібраний стабілізатор струму, який обмежуватиме максимальний струм заряду, на lm2576 зібраний імпульсний регульований джерело напруги 12,6в, а на операційниках зібраний так званий балансир, світлодіоди індикують процес балансування.

МОДУЛЬ ЗАРЯДУ LI-ION АКУМУЛЯТОРІВ НА МІКРОСХЕМІ TP4056 З ПІДНЕБЕСНОЇ

Ось таку корисну штуку я сьогодні отримав на пошті. Це, невеликих розмірів, плата містить контролер заряду Li-Ion акумуляторів TP4056 (Datasheet). Мікросхема має індикацію процесу заряду і сама відключає акумулятор при досягненні напруги на ньому 4,2 В.

Судячи зі схеми з даташита, мікросхема має вхід для підключення терморезистора АКБ. Але на платі перша ніжка мікросхеми сидить на землі і для підключення акумулятора доступні лише живлення.

Струм заряду залежить від номіналу резитора Rprog на 2 ніжці мікросхеми. На платі, яка прийшла до мене, стоїть резистор 1,2 кОм. Що, судячи з таблиці з даташита, відповідає струму заряду 1000мА

При такому струмі, мій акумулятор (від Nokia що на фото), що підсів, зарядився приблизно за годину з початкової напруги 3,4 до 4,19 Вольт. На вхід зарядника подавав 5 вольт від комп'ютера USB. Помацав, нічого не нагрілося. Боявся що при максимальному струмі нагріватиметься акумулятор, тим більше що Зворотній зв'язокВідсутнє. Але нічого обійшлося. При першому запуску нічого не вибухнуло і не грілося за весь час роботи:) Загалом за враженнями контролер сподобався, і в першу чергу ціною. За 1,5$ отримуємо повноцінний контролер з індикацією та у готовому виконанні, зручному для застосування у своїх проектах. Ось, кому цікаво, посилання на лот http://www.ebay.com/1497.l2649

http://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?t=11538

http://shemu.ru/zarydnoe/169-easy-ch...-from-usb.html

http://www.hobbielektronika.hu/kapcs...sor_tolto.html

Паралельне з'єднання Li-Ion акумуляторів різної ємності

http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=15615

Ну що ж. виявляється, кілька людей досі більше вірить у магію ніж у фізику.

і такий простий випадок, як паралельне включення хімічних джерел струму викликає розбрід і хитання в умах.

Отже, на щастя найчастіше використовуваний і розумний спосіб паралельного з'єднання акумуляторів, а саме однакових, одного виробника та однієї номінальної ємності, не викликає майже жодного сумніву - загальна ємність дорівнює ємності одного акумулятора помноженої на їх кількість. добре.

але періодично виникають питання типу "а ось якщо з'єднати хороший заряджений акумулятор з поганим розрядженим який знайшли в смітнику", то загальна ємність дорівнюватиме ємності найбільшого акумулятора, найменшого, середньої арифметичної ємності, і взагалі невідомо чому, бо хороший акумулятор своєї енергії на заряд поганого, і взагалі там відбуватимуться незрозумілі процеси, один розряджатиметься раніше за інше та інше...

крім того, якщо запаралелити хороший заряджений з поганим розрядженим, то вони каааааак падзарвуца! тому паралелити треба лише акумулятори із захистом

ні. ні. Ні і ні!

ємності завжди складаються при паралельному з'єднанні. ні середня, ні мінімальна чи максимальна, а просто сума.

хороший акумулятор не заряджатиме поганий, тому що для появи зарядного струму потрібна різниця потенціалів між акумуляторами, а вона при паралельному з'єднанні дорівнює нулю.

завжди. і тому при розряді відбувається автоматичний перерозподіл струмовіддачі з кожного акумулятора таким чином, що вони розряджаються одночасно, незалежно від їх розрядних характеристик і початкової ємності.

переходимо до практичних занять.

беремо 2 акумулятори - Panasonoc CGR18650E і, наскільки я пам'ятаю, Ultrafire 18650 (обкладинка з маркуванням не збереглася) категорії DOA.

попередньо заряджаємо та розряджаємо кожен струмом 0.5А до напруги 2.8В

ємності вийшли відповідно 2403 та 171 мАг.

внутрішні опори 85 та 400мОм.

з'єднуємо в паралельну збірку, заряджаємо і розряджаємо струмом 1А (тобто формально тими ж самими 0.5А на кожен, якщо б це були однакові акумулятори) до того ж напруги 2.8В.

віддана такою збіркою ємність вийшла 2661 мАг, що на 87мАг більше сумарної ємності окремих акумуляторів. Дивовижно? анітрохи. тому що розряд відбувається не загальним струмом поділеним на кількість акумуляторів, а різним, що залежить від внутрішнього опору та ємності кожного акумулятора. зрозуміло, що поганий акумулятор розряджається набагато меншим струмом, ніж хороший, а тому віддає трохи більше мАг. Проте добре видно, що ємність хорошого не витрачається на підзаряд поганого.

далі. актуальне питання, що ж буде, якщо ми в дорогий ліхтарик за 200 з гаком доларів понапихаємо різних акумуляторів, серед яких обов'язково повинен затесатися як мінімум один, повністю розряджений і взагалі дивом уникнув етапування у відро для сміття.

так нічого не буде:

і цей струм стрімко падає, через 5-8 секунд вже трохи більше 600мА

нагадаю, що сила струму залежить від опору ланцюга та різниці потенціалів, яка у свою чергу визначається різницею ОДС акумуляторів та падінням напруг на їх внутрішніх опорах. тобто чим більше струм, тим більше напруга на розрядженому і менше на зарядженому, що знижує різницю потенціалів і викликає зменшення струму в ланцюзі. і цей процес розвивається надалі у бік зниження струму до 0.

другий варіант - паралельне з'єднання заряджених і розряджених, але якісних, живих акумуляторів (менш цікавий, чомусь більшість турбує саме перший варіант, з поганим акумулятором, а добрі всі збираються використовувати виключно рівнозарядженими)

Струм пристойно вище. але він також поступово падає.

у будь-якому випадку, індивідуальний захист акумуляторів ні в тому ні в іншому випадку просто не спрацював би, струм недостатній. і з платами захисту буде ще менше, т.к. це додатковий опір.

навіть якщо включити 3 заряджених і 1 розряджений, швидше за все струм не буде сильно вищим, тому що більший струм викличе збільшення напруги на розрядженому акумуляторі, що призведе до зниження різниці потенціалів і т.д.

ну і наостанок торкнуся питань, що попадаються іноді, що буде відбуватися при заряді і розряді паралельного складання акумуляторів з індивідуальними захистами. нібито при заряді один із акумуляторів перезарядиться до спрацьовування захисту, відключиться, і на інші піде більший струм.

ні, не може один акумулятор перезарядитися. у складання напруга однакова по всіх акумуляторах, всі вони зарядяться одночасно.

як і за розряді - неспроможна один відключитися по перерозряду викликавши цим підвищену навантаження інші. не може. тому що знову ж таки однакова напруга на кожному. паралельне з'єднання.

Оцінка характеристик того чи іншого зарядного пристрою важко без розуміння того, як власне повинен протікати зразковий заряд li-ion акумулятора. Тому перш ніж перейти безпосередньо до схем, давайте трохи згадаємо теорію.

Якими бувають літієві акумулятори

Залежно від того, з якого матеріалу виготовлений позитивний електрод літієвого акумулятора, існує кілька різновидів:

з катодом із кобальтату літію;
з катодом на основі літованого фосфату заліза;
на основі нікель-кобальт-алюмінію;
на основі нікель-кобальт-марганцю.

Усі ці акумулятори мають свої особливості, але оскільки широкого споживача ці нюанси немає принципового значення, у цій статті вони не розглядатимуться.

Також всі li-ion акумулятори виробляють у різних типорозмірах та форм-факторах. Вони можуть бути як у корпусному виконанні (наприклад, популярні сьогодні 18650), так і в ламінованому або призматичному виконанні (гель-полімерні акумулятори). Останні є герметично запаяні пакети з особливої плівки, в яких знаходяться електроди і електродна маса.

Найбільш поширені типорозміри li-ion акумуляторів наведені в таблиці нижче (всі вони мають номінальну напругу 3.7 вольта):

Позначення	Типорозмір	Подібний типорозмір
XXYY0, де XX- Вказівка діаметра в мм, YY- значення довжини в мм, 0 - відбиває виконання у вигляді циліндра	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø відповідає ААА, але на половину довжини)
	10280
	10430	ААА
	10440	ААА
	14250	1/2 AA
	14270	Ø АА, довжина CR2
	14430	Ø 14 мм (як у АА), але довжина менша
	14500	АА
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (або 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (або 150A/300P)
	18650	2xCR123 (або 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	З
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Внутрішні електрохімічні процеси протікають однаково і не залежать від форм-фактора та виконання АКБ, тому все, сказане нижче, однаково відноситься до всіх літієвих акумуляторів.

Як правильно заряджати літій-іонні акумулятори

Найбільш правильним способом заряду літієвих акумуляторів є заряд у два етапи. Саме цей спосіб використовує компанія Sony у всіх своїх зарядниках. Незважаючи на більш складний контролер заряду, це забезпечує повніший заряд li-ion акумуляторів, не знижуючи термін їхньої служби.

Тут йдеться про двоетапний профіль заряду літієвих акумуляторів, скорочено іменованим CC/CV (constant current, constant voltage). Є ще варіанти з іпульсним та ступінчастим струмами, але в цій статті вони не розглядаються. Докладніше про зарядку імпульсним струмом можна прочитати.

Отже, розглянемо обидва етапи заряду докладніше.

1. На першому етапіповинен забезпечуватись постійний струм заряду. Розмір струму становить 0.2-0.5С. Для прискореного заряду допускається збільшення струму до 0.5-1.0С (де - це ємність акумулятора).

Наприклад, для акумулятора ємністю 3000 мА/год, номінальний струм заряду першому етапі дорівнює 600-1500 мА, а струм прискореного заряду може лежати не більше 1.5-3А.

Для забезпечення постійного зарядного струму заданої величини схема зарядного пристрою (ЗП) повинна вміти піднімати напругу на клемах акумулятора. На першому етапі ЗУ працює як класичний стабілізатор струму.

Важливо:якщо планується заряд акумуляторів із вбудованою платою захисту (PCB), то при конструюванні схеми ЗУ необхідно переконатися, що напруга холостого ходу схеми ніколи не зможе перевищити 6-7 вольт. А якщо ні, то плата захисту може вийти з ладу.

У момент, коли напруга на акумуляторі підніметься до значення 4.2 вольта, акумулятор набере приблизно 70-80% своєї ємності (конкретне значення ємності залежить від струму заряду: при прискореному заряді трохи менше, при номінальному - трохи більше). Цей момент є закінченням першого етапу заряду і є сигналом для переходу до другого (і останнього) етапу.

2. Другий етап заряду- це заряд акумулятора постійною напругою, але струмом, що поступово знижується (падаючим).

На цьому етапі ЗП підтримує на акумуляторі напругу 4.15-4.25 вольта та контролює значення струму.

У міру набору ємності зарядний струм буде знижуватися. Як його значення зменшиться до 0.05-0.01С, процес заряду вважається закінченим.

Важливим нюансом роботи правильного зарядного пристрою є повне відключення від акумулятора після закінчення зарядки. Це пов'язано з тим, що для літієвих акумуляторів є вкрай небажаним їхнє тривале перебування під підвищеною напругою, що зазвичай забезпечує ЗУ (тобто 4.18-4.24 вольта). Це призводить до прискореної деградації хімічного складу акумулятора і, як наслідок, зниження його ємності. Під тривалим перебуванням мається на увазі десятки годин і більше.

За час другого етапу заряду акумулятор встигає набрати ще приблизно 0.1-0.15 своєї ємності. Загальний заряд акумулятора у такий спосіб досягає 90-95%, що є відмінним показником.

Ми розглянули два основні етапи заряду. Однак, висвітлення питання заряджання літієвих акумуляторів було б неповним, якби не було згадано ще один етап заряду - т.зв. передзаряд.

Попередній етап заряду (передзаряд)- цей етап використовується лише для глибоко розряджених акумуляторів (нижче 2.5 В) для виведення їх на нормальний експлуатаційний режим.

На цьому етапі заряд забезпечується постійним струмомзниженої величини до того часу, поки напруга на акумуляторі досягне значення 2.8 У.

Попередній етап необхідний для запобігання спучування та розгерметизації (або навіть вибуху з займанням) пошкоджених акумуляторів, що мають, наприклад, внутрішнє коротке замикання між електродами. Якщо через такий акумулятор відразу пропустити великий струм заряду, це неминуче призведе до його розігріву, а як пощастить.

Ще одна користь передзаряду - це попередній прогрів акумулятора, що актуально при заряді низьких температурах довкілля(У неопалюваному приміщенні в холодну пору року).

Інтелектуальна зарядка повинна вміти контролювати напругу на акумуляторі під час попереднього етапу заряду і, якщо напруга тривалий час не піднімається, робити висновок про несправність акумулятора.

Усі етапи заряду літій-іонного акумулятора (включаючи етап передзаряду) схематично зображені на цьому графіку:

Перевищення номінальної зарядної напруги на 0,15В може скоротити термін служби акумулятора вдвічі. Зниження напруги заряду на 0,1 вольт зменшує ємність зарядженої батареї приблизно на 10%, але значно продовжує термін служби. Напруга повністю зарядженого акумулятора після вилучення його із зарядного пристрою становить 4.1-4.15 вольта.

Резюмую сказане вище, позначимо основні тези:

1. Яким струмом заряджати акумулятор li-ion (наприклад, 18650 або будь-який інший)?

Струм буде залежати від того, як швидко ви хотіли б його зарядити і може лежати в межах від 0.2С до 1С.

Наприклад, для акумулятора типорозміру 18650 ємністю 3400 мА/год мінімальний струм заряду становить 680 мА, а максимальний - 3400 мА.

2. Скільки часу потрібно заряджати, наприклад, акумуляторні батареї 18650?

Час заряду залежить від струму заряду і розраховується за формулою:

T = З/I зар.

Наприклад, час заряду акумулятора ємністю 3400 мА/год струмом в 1А складе близько 3.5 годин.

3. Як правильно зарядити літій-полімерний акумулятор?

Будь-які літієві акумулятори заряджаються однаково. Не важливо, літій-полімерний він чи літій-іонний. Для нас, споживачів, жодної різниці немає.

Що таке захист захисту?

Плата захисту (або PCB - power control board) призначена для захисту від короткого замикання, перезаряджання та перерозряджання літієвої батареї. Як правило, в модулі захисту також вбудована і захист від перегріву.

З метою дотримання техніки безпеки заборонено використання літієвих акумуляторів у побутових приладах, якщо в них не вбудована плата захисту. Тому у всіх акумуляторах від мобільних телефонів завжди є PCB-плата. Вихідні клеми АКБ розміщені прямо на платі:

У цих платах використовується шестиногий контролер заряду на спеціалізованій мікрохвілі (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 та ін. аналоги). Завданням цього контролера є відключення батареї від навантаження при повному розряді батареї та відключення акумулятора від зарядки при досягненні 4,25В.

Ось, наприклад, схема плати захисту від акумулятора BP-6M, якими постачалися старі нокіївські телефони:

Якщо говорити про 18650, то вони можуть випускатися як із платою захисту так і без неї. Модуль захисту знаходиться в районі мінусової клеми акумулятора.

Плата підвищує довжину акумулятора на 2-3 мм.

Акумулятори без PCB-модуля зазвичай входять до складу батарей, що комплектуються власними схемами захисту.

Будь-який акумулятор із захистом легко перетворюється на акумулятор без захисту, досить просто розпотрошити його.

Сьогодні максимальна ємність акумулятора 18650 становить 3400 мА/ч. Акумулятори із захистом обов'язково мають відповідне позначення на корпусі (“Protected”).

Не варто плутати PCB-плату із PCM-модулем (PCM - power charge module). Якщо перші служать лише цілям захисту акумулятора, то другі призначені для управління процесом заряду - обмежують струм заряду на заданому рівні, контролюють температуру і забезпечують весь процес. PCM-плата - це те, що ми називаємо контролером заряду.

Сподіваюся, тепер не залишилося питань, як зарядити акумулятор 18650 чи будь-який інший літієвий? Тоді переходимо до невеликої добірки готових схемотехнічних рішень зарядних пристроїв (тих контролерів заряду).

Схеми заряджання li-ion акумуляторів

Всі схеми підходять для заряджання будь-якого літієвого акумулятора, залишається тільки визначитися із зарядним струмом та елементною базою.

LM317

Схема простого зарядного пристрою на основі мікросхеми LM317 з індикатором заряду:

Схема найпростіша, все налаштування зводиться до встановлення вихідної напруги 4.2 вольта за допомогою підстроювального резистора R8 (без підключеного акумулятора!) та встановлення струму заряду шляхом підбору резисторів R4, R6. Потужність резистора R1 – не менше 1 Ватт.

Як тільки згасне світлодіод, процес заряду можна вважати закінченим (зарядний струм до нуля ніколи не зменшиться). Не рекомендується довго тримати акумулятор у цій зарядці після того, як він повністю зарядиться.

Мікросхема lm317 широко застосовується у різних стабілізаторах напруги та струму (залежно від схеми включення). Продається на кожному кутку і коштує взагалі копійки (можна взяти 10 шт. За 55 рублів).

LM317 буває в різних корпусах:

Призначення висновків (цоколівка):

Аналогами мікросхеми LM317 є: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (останні два – вітчизняного виробництва).

Зарядний струм можна збільшити до 3А, якщо замість LM317 взяти LM350. Вона, правда, дорожче буде – 11 руб/шт.

Друкована плата та схема у зборі наведені нижче:

Старий радянський транзистор КТ361 можна замінити на аналогічний p-n-pтранзистор (наприклад, КТ3107, КТ3108 або буржуазні 2N5086, 2SA733, BC308A). Його можна взагалі забрати, якщо індикатор заряду не потрібен.

Недолік схеми: напруга живлення має бути в межах 8-12В. Це пов'язано з тим, що для нормальної роботи мікросхеми LM317 різниця між напругою на акумуляторі та напругою живлення має бути не менше 4.25 Вольт. Таким чином, від USB-порту запитати не вдасться.

MAX1555 або MAX1551

MAX1551/MAX1555 - спеціалізовані зарядні пристрої для Li+ акумуляторів, здатні працювати від USB або окремого адаптера живлення (наприклад, зарядника від телефону).

Єдина відмінність цих мікросхем - МАХ1555 видає сигнал індикатора процесу заряду, а МАХ1551 - сигнал того, що живлення включено. Тобто. 1555 в більшості випадків все-таки краще, тому 1551 зараз вже важко знайти у продажу.

Детальний опис цих мікросхем від виробника.

Максимальна вхідна напруга від DC-адаптера – 7 В, при живленні від USB – 6 В. При зниженні напруги живлення до 3.52 В мікросхема відключається і заряд припиняється.

Мікросхема сама детектує на якому вході є напруга живлення і підключається до нього. Якщо живлення йде по ЮСБ-шині, то максимальний струм заряду обмежується 100 мА - це дозволяє встромити зарядник в USB-порт будь-якого комп'ютера, не побоюючись спалити південний міст.

При живленні від окремого блоку живлення типове значення зарядного струму становить 280 мА.

У мікросхеми вбудовано захист від перегріву. Але навіть у цьому випадку схема продовжує працювати, зменшуючи струм заряду на 17 мА на кожний градус вище за 110°C.

Є функція попереднього заряду (див. вище): доки напруга на акумуляторі знаходиться нижче 3В, мікросхема обмежує струм заряду на рівні 40 мА.

Мікросхема має 5 висновків. Ось типова схема включення:

Якщо є гарантія, що на виході вашого адаптера напруга за жодних обставин не зможе перевищити 7 вольт, можна обійтися без стабілізатора 7805.

Варіант зарядки від USB можна зібрати, наприклад, на .

Мікросхеми не потребує ні зовнішніх діодів, ні зовнішніх транзисторів. Взагалі, звісно, шикарні мікрохи! Тільки вони маленькі надто, паяти незручно. І ще коштують дорого().

LP2951

Стабілізатор LP2951 виробляється фірмою National Semiconductors(). Він забезпечує реалізацію вбудованої функції обмеження струму та дозволяє формувати на виході схеми стабільний рівень напруги заряду літій-іонного акумулятора.

Розмір напруги заряду становить 4,08 - 4,26 вольта і виставляється резистором R3 при відключеному акумуляторі. Напруга тримається дуже точно.

Струм заряду становить 150 - 300мА, це значення обмежено внутрішніми ланцюгами мікросхеми LP2951 (залежить від виробника).

Діод застосовувати з невеликим зворотним струмом. Наприклад, він може бути будь-яким із серії 1N400X, який вдасться придбати. Діод використовується як блокувальний для запобігання зворотного струму від акумулятора в мікросхему LP2951 при відключенні вхідної напруги.

Ця зарядка видає досить низький зарядний струм, тому який-небудь акумулятор 18650 може заряджатися всю ніч.

Мікросхему можна купити як у DIP-корпусі, так і в корпусі SOIC (вартість близько 10 рублів за штучку).

MCP73831

Мікросхема дозволяє створювати правильні зарядні пристрої, до того ж вона дешевша, ніж розкручена MAX1555.

Типова схема включення взята з:

Важливою перевагою схеми є відсутність низькоомних потужних резисторів, що обмежують струм заряду. Тут струм задається резистором, підключеним до 5-го виведення мікросхеми. Його опір має лежати у діапазоні 2-10 кОм.

Зарядка у зборі виглядає так:

Мікросхема в процесі роботи непогано так нагрівається, але це їй не заважає. Свою функцію виконує.

Ось ще один варіант друкованої плати з smd світлодіодом та роз'ємом мікро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Дуже проста схема, чудовий варіант! Дозволяє заряджати струмом до 800 мА (див. ). Щоправда, вона має властивість сильно нагріватися, але в цьому випадку вбудований захист від перегріву знижує струм.

Схему можна суттєво спростити, викинувши один або навіть обидва світлодіоди з транзистором. Тоді вона виглядатиме ось так (погодьтеся, простіше нікуди: пара резисторів і один кондер):

Один з варіантів друкованої плати доступний . Плата розрахована під елементи типорозміру 0805.

I=1000/R. Відразу великий струм виставляти не варто, спочатку подивіться, наскільки сильно грітиметься мікросхема. Я для своїх цілей взяв резистор на 2.7 ком, при цьому струм заряду вийшов близько 360 мА.

Радіатор до цієї мікросхеми навряд чи вдасться пристосувати, та й не факт, що він буде ефективним через високий тепловий опір переходу кристал-корпус. Виробник рекомендує робити тепловідведення "через висновки" - робити якомога товстіші доріжки та залишати фольгу під корпусом мікросхеми. І взагалі чим більше буде залишено "земляної" фольги, тим краще.

До речі кажучи, велика частина тепла відводиться через 3 ногу, так що можна зробити цю доріжку дуже широкою і товстою (залити її надмірною кількістю припою).

Корпус мікросхеми LTC4054 може мати маркування LTH7 чи LTADY.

LTH7 від LTADY відрізняються тим, що перша може підняти акумулятор, що сильно сів (на якому напруга менше 2.9 вольт), а друга - ні (потрібно окремо розгойдувати).

Мікросхема вийшла дуже вдалою, тому має купу аналогів: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Перш, ніж використовувати будь-який з аналогів, звіряйтеся по датацит.

TP4056

Мікросхема виконана в корпусі SOP-8 (див. ), має на череві металевий теплознімач не з'єднаний з контактами, що дозволяє ефективніше відводити тепло. Дозволяє заряджати акумулятор струмом до 1А (струм залежить від резистора струмозадаючого).

Схема підключення вимагає мінімум навісних елементів:

Схема реалізує класичний процес заряду - спочатку заряд постійним струмом, потім постійною напругою і струмом, що падає. Все по-науковому. Якщо розібрати зарядку по кроках, можна виділити кілька етапів:

Контролює напругу підключеного акумулятора (це відбувається постійно).
Етап передзаряду (якщо акумулятор розряджено нижче 2.9 В). Заряд струмом 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) рівня 2.9 В.
Заряджання максимальним струмом постійної величини (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
При досягненні на батареї 4.2 В напруга на батареї фіксується на цьому рівні. Починається плавне зниження зарядного струму.
При досягненні струму 1/10 від запрограмованого резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядний пристрій вимикається.
Після закінчення заряджання контролер продовжує моніторинг напруги акумулятора (див. п.1). Струм, що споживається схемою моніторингу 2-3 мкА. Після падіння напруги до 4.0В, заряджання вмикається знову. І так по колу.

Струм заряду (в амперах) розраховується за формулою I=1200/R prog. Допустимий максимум - 1000 мА.

Реальний тест зарядки з акумулятором 18650 на 3400 мА/год показано на графіку:

Гідність мікросхеми в тому, що струм заряду задається лише одним резистором. Не потрібні потужні низькоомні резистори. Плюс є індикатор процесу заряджання, а також індикація закінчення заряджання. При непідключеному акумуляторі індикатор блимає з періодичністю раз на кілька секунд.

Напруга живлення схеми має лежати не більше 4.5...8 вольт. Чим ближче до 4.5В – тим краще (так чіп менше гріється).

Перша нога використовується для підключення датчика температури, вбудованого в літій-іонну батарею (зазвичай середній вивід акумулятора стільникового телефону). Якщо на виводі напруга буде нижчою за 45% або вище 80% від напруги живлення, то зарядка припиняється. Якщо контроль температури вам не потрібний, просто посадіть цю ногу на землю.

Увага! Ця схема має один істотний недолік: відсутність схеми захисту від переполюсування батареї. У цьому випадку контролер гарантовано вигоряє з ладу через перевищення максимального струму. У цьому напруга живлення схеми безпосередньо потрапляє на акумулятор, що дуже небезпечно.

Печатка проста, робиться за годину на коліні. Якщо час терпить, можна замовити готові модулі. Деякі виробники готових модулівдодають захист від перевантаження по струму і перерозряду (наприклад, можна вибрати яка плата вам потрібна - із захистом або без, і з яким роз'ємом).

Також можна знайти готові плати з виведеним контактом під температурний датчик. Або навіть модуль зарядки з декількома запаралеленими мікросхемами TP4056 для збільшення зарядного струму та із захистом від переполюсування (приклад).

LTC1734

Теж дуже проста схема. Струм заряду задається резистором R prog (наприклад, якщо поставити резистор на 3 ком, струм дорівнюватиме 500 мА).

Мікросхеми зазвичай мають маркування на корпусі: LTRG (їх часто зустрічають у старих телефонах від самсунгов).

Транзистор підійде взагалі будь-який p-n-pголовне, щоб він був розрахований на заданий струм зарядки.

Індикатора заряду на зазначеній схемі немає, але на LTC1734 сказано, що висновок "4" (Prog) має дві функції - установку струму і контроль закінчення заряду батареї. Для прикладу наведено схему з контролем закінчення заряду за допомогою компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 у цьому випадку можна замінити дешевим LM358.

TL431 + транзистор

Напевно, складно придумати схему більш доступних компонентів. Тут найскладніше - це знайти джерело опорної напруги TL431. Але вони настільки поширені, що зустрічаються практично всюди (рідко яке джерело живлення обходиться без цієї мікросхеми).

Ну а транзистор TIP41 можна замінити будь-яким іншим з відповідним струмом колектора. Підійдуть навіть старі радянські КТ819, КТ805 (чи менш потужні КТ815, КТ817).

Налаштування схеми зводиться до встановлення вихідної напруги (без акумулятора!!!) за допомогою підстроювального резистора на рівні 4.2 вольта. Резистор R1 задає максимальне значеннязарядного струму.

Дана схема повноцінно реалізує двоетапний процес заряду літієвих акумуляторів - спочатку заряджання постійним струмом, потім перехід до фази стабілізації напруги і плавне зниження струму практично до нуля. Єдиний недолік - погана повторюваність схеми (примхлива в налаштуванні і вимоглива до компонентів, що використовуються).

MCP73812

Є ще одна незаслужено обділена увагою мікросхема від компанії Microchip – MCP73812 (див. ). На її базі виходить дуже бюджетний варіант зарядки (і недорогий!). Весь обвіс - всього один резистор!

До речі, мікросхема виконана у зручному для паяння корпусі – SOT23-5.

Єдиний мінус сильно гріється і немає індикації заряду. Ще вона якось не дуже надійно працює, якщо у вас малопотужне джерело живлення (яке дає просідання напруги).

Загалом, якщо вам індикація заряду не важлива, і струм в 500 мА вас влаштовує, то МСР73812 - дуже непоганий варіант.

NCP1835

Пропонується повністю інтегроване рішення - NCP1835B, що забезпечує високу стабільність зарядної напруги (4.2±0.05).

Мабуть, єдиним недоліком даної мікросхеми є її мініатюрний розмір (корпус DFN-10, розмір 3х3 мм). Не кожному під силу забезпечити якісне паяння таких мініатюрних елементів.

З незаперечних переваг хотілося б відзначити таке:

Мінімальна кількість деталей обважування.
Можливість заряджання повністю розрядженої батареї (передзаряд струмом 30мА);
Визначення закінчення заряджання.
Програмований зарядний струм – до 1000 мА.
Індикація заряду та помилок (здатна детектувати незаряджувані батареї та сигналізувати про це).
Захист від тривалого заряду (змінюючи ємність конденсатора С, можна задати максимальний час заряду від 6,6 до 784 хвилин).

Вартість мікросхеми не те щоб копійчана, а й не настільки велика (~1$), щоб відмовитися від її застосування. Якщо ви дружите з паяльником, я б порекомендував зупинити свій вибір на цьому варіанті.

Більше докладний описзнаходиться в .

Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера?

Так можна. Однак це вимагатиме щільного контролю за зарядним струмом та напругою.

Взагалі, зарядити АКБ, наприклад, наш 18650 без зарядного пристрою не вийде. Все одно потрібно якось обмежувати максимальний струм заряду, так що хоча б найпримітивніше ЗУ, але все ж таки буде потрібно.

Найпростіший зарядний пристрій для будь-якого літієвого акумулятора - це резистор, послідовно включений з акумулятором:

Опір та потужність розсіювання резистора залежать від напруги джерела живлення, яке використовуватиметься для заряджання.

Давайте як приклад, розрахуємо резистор для блока живлення напругою 5 Вольт. Заряджатимемо акумулятор 18650, ємністю 2400 мА/год.

Отже, на початку зарядки падіння напруга на резисторі становитиме:

U r = 5 – 2.8 = 2.2 Вольта

Припустимо, що наш 5-вольтовий блок живлення розрахований на максимальний струм 1А. Найбільший струм схема буде споживати на початку заряду, коли напруга на акумуляторі мінімальна і становить 2.7-2.8 Вольта.

Увага: у цих розрахунках не враховується ймовірність того, що акумулятор може бути дуже глибоко розрядженим і напруга на ньому може бути набагато нижчою, аж до нуля.

Таким чином, опір резистора, необхідне обмеження струму на початку заряду лише на рівні 1 Ампера, має становити:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Потужність розсіювання резистора:

P r = I 2 R = 1 * 1 * 2.2 = 2.2 Вт

В самому кінці заряду акумулятора, коли напруга на ньому наблизиться до 4.2, струм заряду становитиме:

I зар = (U іп – 4.2) / R = (5 – 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Тобто, як ми бачимо, всі значення не виходять за рамки допустимих для даного акумулятора: початковий струм не перевищує максимально допустимий струм заряду для даного акумулятора (2.4 А), а кінцевий струм перевищує струм, при якому акумулятор перестає набирати ємність ( 0.24 А).

Найголовнішим недоліком такої зарядки є необхідність постійно контролювати напругу на акумуляторі. І вручну вимкнути заряд, як тільки напруга досягне 4.2 Вольта. Справа в тому, що літієві акумулятори дуже погано переносять навіть короткочасне перенапруга - електродні маси починають швидко деградувати, що неминуче призводить до втрати ємності. Поруч із створюються всі передумови для перегріву і розгерметизації.

Якщо у ваш акумулятор вбудована плата захисту, про які йшлося трохи вище, все спрощується. Після досягнення певної напруги на акумуляторі, плата сама відключить його від зарядного пристрою. Однак такий спосіб зарядки має суттєві мінуси, про які ми розповідали у .

Захист, вбудований в акумулятор, не дозволить його перезарядити за жодних обставин. Все, що вам залишається зробити, це проконтролювати струм заряду, щоб він не перевищив допустимі значення для акумулятора (плати захисту не вміють обмежувати струм заряду, на жаль).

Заряджання за допомогою лабораторного блоку живлення

Якщо у вашому розпорядженні є блок живлення із захистом (обмеженням) по струму, то ви врятовані! Таке джерело живлення є повноцінним зарядним пристроєм, що реалізує правильний профіль заряду, про який ми писали вище (СС/СV).

Все, що потрібно зробити для заряджання li-ion - це виставити на блоці живлення 4.2 вольта і встановити бажане обмеження струму. Можна підключати акумулятор.

Спочатку, коли акумулятор ще розряджений, лабораторний блокживлення працюватиме в режимі захисту струму (тобто стабілізуватиме вихідний струм на заданому рівні). Потім, коли напруга на банку підніметься до 4.2В, блок живлення перейде в режим стабілізації напруги, а струм при цьому почне падати.

Коли струм впаде до 0.05-0.1С, акумулятор можна вважати повністю зарядженим.

Як бачите, лабораторний БП – практично ідеальний зарядний пристрій! Єдине, що він не вміє робити автоматично, це приймати рішення про повної зарядкиакумулятора та вимикатися. Але це дрібниця, яку навіть не варто звертати уваги.

Як заряджати літієві батареї?

І якщо ми говоримо про одноразову батарейку, не призначену для перезарядки, то правильна (і єдино правильна) відповідь на це питання - НІЯК.

Справа в тому, що будь-яка літієва батарея (наприклад, поширена CR2032 у вигляді плоскої таблетки) характеризується наявністю внутрішнього шару, що пасивує, яким покритий літієвий анод. Цей шар запобігає хімічну реакціюанода із електролітом. А подача стороннього струму руйнує вказаний вище захисний шар, призводячи до псування елемента живлення.

До речі, якщо говорити про батарею CR2032, що незаряджається, тобто дуже схожа на неї LIR2032 - це вже повноцінний акумулятор. Її можна і потрібно заряджати. Тільки в неї напруга не 3, а 3.6В.

Про те ж, як заряджати літієві акумулятори (чи то акумулятор телефону, 18650 або будь-який інший li-ion акумулятор) йшлося на початку статті.

85 коп/шт. Придбати MCP73812 65 руб/шт. Придбати NCP1835 83 руб/шт. Придбати *Всі мікросхеми з безкоштовною доставкою