Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου USB 3.7V

Σε αυτό το άρθρο μελετάμε ένα απλό κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου USB 3.7V υπολογιστή με αυτόματη διακοπή, τρέχουσες δυνατότητες ελέγχου.

Πως δουλεύει

Το κύκλωμα μπορεί να γίνει κατανοητό με τη βοήθεια της ακόλουθης περιγραφής:

Το IC LM358 έχει ρυθμιστεί ως συγκριτικό. Το IC LM741 δεν χρησιμοποιείται αφού δεν έχει καθοριστεί για να λειτουργεί με τάσεις μικρότερες από 4,5V.

Ο ακροδέκτης # 2 που είναι η αντίστροφη είσοδος του IC χρησιμοποιείται ως αισθητήρας και συνδέεται με μια προκαθορισμένη ρύθμιση για τις απαιτούμενες ρυθμίσεις και ρυθμίσεις.

Ο ακροδέκτης # 3 που είναι η μη αναστρέψιμη είσοδος των opamps είναι αναφορά στα 3V σφίγγοντάς το με μια δίοδο zener 3V.

Μερικά LED μπορούν να δουν ενσύρματα στον ακροδέκτη εξόδου του opamp, για ανίχνευση και ένδειξη της κατάστασης φόρτισης του κυκλώματος. Το πράσινο LED υποδεικνύει ότι η μπαταρία φορτίζεται ενώ το κόκκινο ανάβει μόλις φορτιστεί πλήρως η μπαταρία και η τροφοδοσία διακόπτεται στην μπαταρία.

Τρόπος φόρτισης μέσω θύρας USB

Θυμηθείτε ότι η διαδικασία φόρτισης μπορεί να είναι αρκετά αργή και μπορεί να διαρκέσει πολλές ώρες, επειδή το ρεύμα από USB ενός υπολογιστή είναι συνήθως πολύ χαμηλό και μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 200mA έως 500mA ανάλογα με το ποια αριθμητική θύρα χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό.

Μόλις συναρμολογηθεί και ρυθμιστεί το κύκλωμα, ο παρακάτω σχεδιασμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση οποιασδήποτε εφεδρικής μπαταρίας ιόντων λιθίου μέσω της θύρας USB.

Πρώτα συνδέστε την μπαταρία στα σημεία που υποδεικνύονται και, στη συνέχεια, συνδέστε την υποδοχή USB με την υποδοχή USB του υπολογιστή σας. Η πράσινη λυχνία LED θα ανάψει αμέσως, υποδεικνύοντας ότι η μπαταρία φορτίζεται.

Μπορείτε να συνδέσετε ένα βολτόμετρο σε όλη την μπαταρία για να παρακολουθήσετε τη φόρτιση και να ελέγξετε εάν το κύκλωμα διακόπτει σωστά την παροχή ή όχι στο καθορισμένο όριο.

Δεδομένου ότι το ρεύμα από υπολογιστή USB μπορεί να είναι πολύ μικρότερο, το τρέχον στάδιο ελέγχου μπορεί να αγνοηθεί και η παραπάνω σχεδίαση μπορεί να απλοποιηθεί πολύ όπως φαίνεται παρακάτω:

Κλιπ βίντεο που δείχνει την αυτόματη ενέργεια διακοπής, όταν το κελί Li-Ion φορτίζεται έως και 4,11V:

Λάβετε υπόψη ότι το κύκλωμα δεν θα ξεκινήσει τη φόρτιση εκτός εάν η μπαταρία είναι συνδεδεμένη πριν από το διακόπτη λειτουργίας ON, επομένως συνδέστε την μπαταρία πρώτα πριν τη συνδέσετε στη θύρα USB

Ένα LM358 έχει δύο opamps, που σημαίνει ότι ένα opamp χάνεται εδώ και παραμένει αχρησιμοποίητο, επομένως Το LM321 μπορεί να δοκιμαστεί Αντίθετα, για να αποφευχθεί η παρουσία ενός αδρανούς αχρησιμοποίητου opamp.

Πώς να ρυθμίσετε το παραπάνω κύκλωμα φορτιστή ιόντων λιθίου USB:

Αυτό είναι εξαιρετικά εύκολο να εφαρμοστεί.

1. Πρώτα, βεβαιωθείτε ότι η προεπιλογή έχει μετακινηθεί πλήρως στην πλευρά του εδάφους. Δηλαδή, ο πείρος # 2 θα πρέπει να βρίσκεται στο επίπεδο του εδάφους μέσω του προκαθορισμένου αρχικά.
2. Στη συνέχεια, χωρίς καμία μπαταρία συνδεδεμένη, εφαρμόστε ακριβώς 4,2 V κατά μήκος του +/- γραμμές τροφοδοσίας του κυκλώματος, μέσω ακριβούς ρυθμιζόμενου τροφοδοτικού.
3. Θα δείτε το πράσινο LED να ανάβει αμέσως.
4. Τώρα, περιστρέψτε αργά την προεπιλογή, έως ότου απενεργοποιηθεί η πράσινη λυχνία LED και το ΚΟΚΚΙΝΟ LED ανάβει.
5. Αυτό είναι όλο! Το κύκλωμα είναι πλέον έτοιμο να διακόψει στα 4,2 V όταν το πραγματικό κελί Li-Ion φτάσει σε αυτό το επίπεδο.
6. Για τον τελικό έλεγχο, συνδέστε μια αποφορτισμένη μπαταρία στην εμφανιζόμενη θέση, συνδέστε την τροφοδοσία εισόδου μέσω υποδοχής USB υπολογιστή και διασκεδάστε βλέποντας το κελί να φορτίζεται και να διακόπτεται στο καθορισμένο όριο 4,2 V.

Προστέθηκε σταθερή τρέχουσα δυνατότητα CC

Όπως φαίνεται, ένα σταθερό τρέχον χαρακτηριστικό έχει προστεθεί ενσωματώνοντας το στάδιο BC547 με τη βάση του κύριου BJT.

Εδώ η αντίσταση Rx καθορίζει την τρέχουσα αντίσταση ανίχνευσης και σε περίπτωση που επιτευχθεί το μέγιστο όριο ρεύματος, η πιθανή πτώση που αναπτύσσεται σε αυτήν την αντίσταση ενεργοποιεί γρήγορα το BC547, το οποίο στηρίζει τη βάση του οδηγού BJT, διακόπτοντας την αγωγιμότητα και τη φόρτιση της μπαταρίας .

Τώρα, αυτή η ενέργεια συνεχίζει να ταλαντεύεται στο τρέχον όριο, επιτρέποντας το απαιτούμενο σταθερό ρεύμα, CC ελεγχόμενη φόρτιση για τη συνδεδεμένη μπαταρία ιόντων λιθίου.

Δεν απαιτείται τρέχων περιορισμός για τροφοδοσία USB

Παρόλο που εμφανίζεται μια τρέχουσα δυνατότητα περιορισμού, αυτό ενδέχεται να μην απαιτείται όταν το κύκλωμα χρησιμοποιείται με USB, καθώς το USB είναι ήδη αρκετά χαμηλό με ρεύμα και η προσθήκη ενός περιοριστή μπορεί να είναι άχρηστη.

Ο περιοριστής ρεύματος πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο όταν το ρεύμα πηγής είναι ουσιαστικά υψηλό, όπως από ηλιακό anel ή από άλλη μπαταρία

Βελτίωση περαιτέρω του κυκλώματος

Μετά από κάποιες δοκιμές, φάνηκε ότι το τρανζίστορ του Ντάρλινγκτον δεν μπόρεσε να αλλάξει επαρκές ρεύμα σε κύτταρα Li-Ion, ειδικά τα οποία είχαν αποφορτιστεί βαθιά. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη διαφορά στα επίπεδα τάσης σε όλη την κυψέλη και στις ράγες τροφοδοσίας του κυκλώματος.

Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, προσπάθησα να βελτιώσω περαιτέρω το σχεδιασμό, αντικαθιστώντας το ενιαίο Darlington BJT με ένα ζευγάρι δικτύου NPN / PNP, όπως δίνεται παρακάτω:

Αυτός ο σχεδιασμός βελτίωσε την τρέχουσα παράδοση σημαντικά, και είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του περιθωρίου διαφοράς μεταξύ της στάθμης τάσης του τερματικού της μπαταρίας και της πραγματικής στάθμης τάσης τροφοδοσίας, και ως εκ τούτου ψευδούς διακοπής διακοπής.

Το παρακάτω βίντεο δείχνει το αποτέλεσμα της δοκιμής χρησιμοποιώντας το παραπάνω κύκλωμα:

Χρησιμοποιώντας ένα ρελέ 5V

Τα παραπάνω σχέδια μπορούν επίσης να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας 5V, το οποίο θα εξασφαλίσει την καλύτερη δυνατή τρέχουσα παράδοση στο κελί και ταχύτερη φόρτιση. Το διάγραμμα κυκλώματος φαίνεται παρακάτω:

Παρακαλώ σημειώστε:

Αυτό το άρθρο άλλαξε ουσιαστικά πρόσφατα και επομένως οι παλαιότερες συζητήσεις σχολίων ενδέχεται να μην ταιριάζουν με το διάγραμμα κυκλώματος που φαίνεται σε αυτήν την παρούσα ενημερωμένη σχεδίαση και εξήγηση.