Obvod USB 3.7V Li-Ion nabíječky baterií

V tomto článku studujeme jednoduchý počítačový nabíjecí obvod lithium-iontové baterie USB 3,7 V s funkcí automatického odpojení a řízení proudu.

Jak to funguje

Obvod lze pochopit pomocí následujícího popisu:

IC LM358 je konfigurován jako komparátor. IC LM741 se nepoužívá, protože není specifikováno, že pracuje s napětím nižším než 4,5V.

Pin # 2, což je invertující vstup IC, se používá jako snímací kolík a je připojen s předvolbou pro požadovaná nastavení a nastavení.

Pin č. 3, který je neinvertujícím vstupem opamps, je referenční při 3 V tím, že jej sevře 3 zenerovou diodou.

Na výstupním pinu operačního zesilovače je vidět několik LED diod, které detekují a indikují stav nabíjení obvodu. Zelená LED dioda označuje, že se baterie nabíjí, zatímco červená se rozsvítí, jakmile je baterie plně nabitá a baterie je odpojena.

Jak nabíjet pomocí USB portu

Pamatujte, že proces nabíjení může být poměrně pomalý a může trvat mnoho hodin, protože proud z USB počítače je obvykle velmi nízký a může se pohybovat mezi 200 mA až 500 mA v závislosti na tom, jaký číselný port je pro tento účel použit.

Jakmile je obvod sestaven a nastaven, lze níže uvedený design použít k nabíjení jakékoli náhradní Li-Ion baterie prostřednictvím USB portu.

Nejprve připojte baterii přes označené body a poté připojte USB konektor do USB zásuvky vašeho počítače. Zelená LED by se měla okamžitě rozsvítit, což indikuje nabíjení baterie.

K baterii můžete připojit voltmetr, abyste mohli sledovat její nabíjení a zkontrolovat, zda obvod správně nebo správně přeruší napájení na stanovené hranici.

Vzhledem k tomu, že proud z USB počítače může být o dost menší, lze aktuální stupeň ovládání ignorovat a výše uvedený design lze výrazně zjednodušit, jak je znázorněno níže:

Videoklip zobrazující automatické odpojení, když je Li-Ion článek nabitý až na 4,11 V:

Mějte na paměti, že obvod nespustí nabíjení, pokud není baterie připojena před zapnutím napájení, proto nejprve připojte baterii před připojením k USB portu

LM358 má dva operační zesilovače, což znamená, že jeden operační zesilovač je zde zbytečný a zůstává tedy nepoužívaný LM321 může být vyzkoušen místo toho, aby se zabránilo přítomnosti nečinného nepoužívaného operační zesilovače.

Jak nastavit výše uvedený USB Li-ion nabíjecí obvod:

To je extrémně snadné implementovat.

1. Nejprve se ujistěte, že je předvolba zcela posunuta na zem. To znamená, že pin # 2 by měl být na úrovni země přes původně nastavenou předvolbu.
2. Dále, bez připojené baterie, použijte přes napětí 4,2 V +/- přes přesné nastavitelné napájení.
3. Zelená LED se okamžitě rozsvítí.
4. Nyní pomalu otáčejte předvolbou, dokud se zelená LED nezhasne a ČERVENÁ LED se nerozsvítí.
5. To je vše! Okruh je nyní nastaven na odpojení při 4,2 V, když skutečný Li-Ion článek dosáhne této úrovně.
6. Pro závěrečné testování připojte vybitou baterii do zobrazené polohy, připojte napájení přes USB zásuvku počítače a bavte se sledováním nabíjení a odpojování článku na stanoveném prahu 4,2 V.

Přidána funkce CC s konstantním proudem

Jak je vidět, funkce konstantního proudu byla přidána integrací stupně BC547 se základnou hlavního BJT.

Zde Rx rezistor určuje odpor pro snímání proudu a v případě dosažení maximální proudové meze, pokles potenciálu vyvinutý přes tento rezistor rychle spustí BC547, který uzemní základnu ovladače BJT, vypne jeho vedení a nabije baterii .

Nyní tato akce stále osciluje na mezní hranici proudu, což umožňuje požadovaný konstantní proud, CC řízené nabíjení pro připojenou Li-ion baterii.

Pro napájení USB není vyžadováno omezení proudu

I když je zobrazeno zařízení omezující proud, nemusí být toto vyžadováno, pokud je obvod používán s USB, protože USB je již s proudem docela nízké a přidání omezovače může být zbytečné.

Omezovač proudu by měl být použit pouze v případě, že je zdrojový proud podstatně vysoký, například ze solárního článku nebo z jiné baterie

Další zdokonalování obvodu

Po několika zkouškách se ukázalo, že Darlingtonův tranzistor nebyl schopen přepnout dostatečný proud na Li-Ion články, zejména ty, které byly hluboce vybité. To mělo za následek rozdíl v úrovních napětí napříč buňkou a napříč napájecími kolejnicemi obvodu.

V boji proti tomuto problému jsem se pokusil dále vylepšit design nahrazením jediného Darlington BJT párem sítí NPN / PNP, jak je uvedeno níže:

Tato konstrukce významně zlepšila dodávku proudu a vedla ke snížení rozdílu mezi úrovní napětí svorky baterie a skutečnou úrovní napájecího napětí, a tedy k nesprávnému vypnutí.

Následující video ukazuje výsledek testu pomocí výše uvedeného obvodu:

Použití 5V relé

Výše uvedené konstrukce lze také sestavit pomocí napětí 5 V, které zajistí nejlepší možné dodávání proudu do článku a rychlejší nabíjení. Schéma zapojení je vidět níže:

Poznámka:

Tento článek byl nedávno podstatně změněn, a proto se starší diskuse o komentářích nemusí shodovat s obvodovým schématem zobrazeným v tomto aktuálním aktualizovaném návrhu a vysvětlení.