Схема зарядки li ion аккумулятора от usb. Полный обзор платы заряда li-ion аккумуляторов - электроника - обзоры - качественные обзоры товаров из китая

Li-ion аккумуляторы типа 18650 различной емкости получили в настоящее время очень широкое распространение. С их приобретением встает проблема зарядки и обязательно в соответствии с техническими требованиями к процессу зарядки. Вот некоторые из этих требований:
- зарядка стабильным током;
- режим стабилизации напряжения;
- индикация окончания зарядки;
- непревышение допустимой температуры в процессе зарядки аккумулятора.

Вашему вниманию предлагается несложная в изготовлении и наладке схема ЗУ Li-ion аккумуляторов, хорошо зарекомендовавшая себя в работе.

Схема представляет собой стабилизатор тока и напряжения. Пока напряжение на аккумуляторе в процессе зарядки не достигнет уровня Uстаб.=(R7/R5+1)*Uref (Uref-опорное напряжение TL431=2,5В), TL431 находится в закрытом состоянии, и схема работает как стабилизатор тока. Iстаб.=0,6/R2 (0,6-напряжение открывания транзистора КТ816В). Как только напряжение на аккумуляторе достигнет Uстаб., схема переходит в режим стабилизации напряжения. Для Li-ion аккумулятора эта величина равна 4,2В. По достижении на аккумуляторе напряжения 4,2В начинает светиться светодиод желтого цвета, сигнализируя о том, что аккумулятор заряжен на 80-90%.Зарядный ток снижается до величины 7…8мА. В этом состоянии оставьте аккумулятор на 10-15 часов, чтобы он набрал полную емкость.

Немного о назначении элементов схемы.
LED1 - синего цвета, светится при установке аккумулятора (АК) в зарядный бокс при неподключенном питании ЗУ. При напряжении на АК менее 3В LED1 не светится.
LED2 - желтого цвета. Служит для индикации окончания процесса зарядки АК. При установке в бокс незаряженного АК LED2 не светится. Если он светится, то это говорит о том, что в бокс вставлен заряженный АК (при неподключенном питании ЗУ).
R2 - ограничивает зарядный ток АК.
R5, R7 - служат для установки напряжения 4,2В на контактах зарядного бокса до установки в него аккумулятора (можно любым).

Все детали ЗУ, кроме транзистора, установлены на печатной плате со стороны печатных проводников:

Вариант платы для тех, кто не ленится сверлить отверстия в стеклотекстолите:

Транзистор снабжен небольшим радиатором. В процессе зарядки транзистор греется до 40°С. Резистор R2 также греется, поэтому лучше установить параллельно два по 10 Ом для уменьшения нагрева.
Напряжение блока питания для зарядки одного аккумулятора примерно 5В постоянного тока. При необходимости заряжать сразу несколько аккумуляторов напряжение БП выбирается таким, чтобы на каждом блоке оно составляло 4,2В. Мощность блока питания выбирается из величины зарядного тока для каждого аккумулятора. Можно использовать импульсный источник питания. Габариты зарядного устройства будут меньше.
Процесс наладки зарядного устройства несложен. Не вставляя аккумулятор, подаем питание на схему. Должны светиться оба светодиода. Далее измеряем напряжение на контактах зарядного бокса. Если оно равно 4,2В, вам повезло и наладка почти завершена. В случае, если напряжение больше или меньше 4,2В, отключаем питание, вместо резистора R5 или R7 впаиваем переменный многооборотный резистор 10к и точно устанавливаем напряжение 4,2В на контактах бокса. Измерив величину получившегося сопротивления настоечного резистора, подбираем такой же постоянный и впаиваем в схему. Еще раз проверяем напряжение на контактах зарядного бокса. Величину зарядного тока проверяем амперметром на контактах зарядного бокса, не вставляя аккумулятор. Подбором величины резистора R2 можно установить желаемый зарядный ток. Большими токами не увлекаемся, может греться аккумулятор, что категорически недопустимо. От перегрева емкость Li-ion аккумуляторов снижается и не восстанавливается.
Аккумуляторы лучше всего заряжать по одному. При необходимости заряжать одновременно несколько аккумуляторов можно соединить блоки последовательно по такой схеме.

В этой схеме каждый аккумулятор заряжается отдельно. Напряжение в конце зарядки на каждом АК будет 4,2В, а зарядный ток - 0,5А. Заряжая одновременно, например, семь аккумуляторов, напряжение источника питания должно быть 4.2В*7=29,5В. Мощность источника питания определяется по величине зарядного тока 0,5А для каждого АК, т.е приблизительно 40Вт.

Фото готового устройства.

Сегодня у многих пользователей скопилось по несколько рабочих и неиспользуемых литиевых аккумуляторов, появляющихся при замене мобильных телефонов на смартфоны.

При эксплуатации аккумуляторов в телефонах со своим зарядным устройством, благодаря использованию специализированных микросхем для контроля заряда, проблем с зарядом практически не возникает. Но при использовании литиевых аккумуляторов в различных самоделках возникает вопрос, как и чем заряжать такие аккумуляторы. Некоторые считают, что литиевые аккумуляторы уже содержат встроенные контроллеры заряда, но на самом деле в них встроены схемы защиты, такие аккумуляторы называют защищёнными. Схемы защиты в них предназначены в основном для защиты от глубокого разряда и превышения напряжения при зарядке выше 4,25В, т.е. это аварийная защита, а не контроллер заряда.

Некоторые «самодельщики» на сайте тут - же напишут, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, с помощью которой можно зарядить литиевые аккумуляторы. Но это только для любителей «шопинга». Нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут из дешевых и распространенных деталей. Не нужно забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит такого удовлетворения, как сделанное своими руками .

Предлагаемое зарядное устройство способен повторить практически каждый. Данная схема весьма примитивна, но полностью справляется со своей задачей. Все что требуется для качественной зарядки Li-Ion аккумуляторов, это стабилизировать выходное напряжение зарядного устройства и ограничить ток заряда.

Зарядное устройство отличается надежностью, компактностью и высокой стабильностью выходного напряжения, а, как известно, для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.

Схема зарядного устройства для li-ion аккумулятора

Схема зарядного устройства выполнена на регулируемом стабилизаторе напряжения TL431 и биполярном NPN транзисторе средней мощности. Схема позволяет ограничить зарядный ток аккумулятора и стабилизирует выходное напряжение.

В роли регулирующего элемента выступает транзистор Т1. Резистор R2 ограничивает ток заряда, значение которого зависит лишь от параметров аккумулятора. Рекомендуется использовать резистор мощностью 1 вт. Другие резисторы могут иметь мощность 125 или 250 мВт.

Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора. Для рассматриваемого случая, зарядки аккумуляторов от мобильных телефонов, можно применить отечественные или импортные NPN транзисторы средней мощности (например, КТ815, КТ817, КТ819). При высоком входном напряжении или использовании транзистора малой мощности, необходимо транзистор установить на радиатор.

Светодиод LED1 (выделен красным цветом в схеме), служит для визуальной сигнализации заряда аккумулятора. При включении разряженного аккумулятора, индикатор светится ярко и по мере заряда тускнеет. Свечение индикатора пропорционально току заряда аккумулятора. Но следует учесть, что при полном затухании светодиода, батарея все еще будет заряжаться током менее 50ма, что требует периодического контроля над устройством для исключения перезаряда.

Для повышения точности контроля окончания заряда, в схему зарядного устройства добавлен дополнительный вариант индикации заряда аккумулятора (выделен зеленым цветом) на светодиоде LED2, маломощном PNP транзисторе КТ361 и датчике тока R5. В устройстве возможно использование любого варианта индикатора в зависимости от требуемой точности контроля заряда аккумулятора.

Представленная схема предназначается для заряда только одного Li-ion аккумулятора. Но это зарядное устройство можно использовать и для заряда других видов аккумуляторов. Требуется лишь выставить необходимое для этого значение выходного напряжения и ток зарядки.

Изготовление зарядного устройства

1. Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.

2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем зарядное устройство на монтажной плате.

Диод в цепи питания аккумулятора (минусовая шина – синий провод) предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства.

3. Настройка выходного напряжения схемы.
Подключаем схему к источнику питания напряжением 5…9 вольт. Подстроечным сопротивлением R3 устанавливаем выходное напряжение зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 вольта (при необходимости, в конце настройки измеряем его сопротивление и ставим резистор с нужным сопротивлением).

4. Настройка зарядного тока схемы.
Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока (100…300 ма). При сопротивлении R2 менее 3 ом светодиод может не светится.

5. Готовим плату для монтажа и пайки деталей.
Вырезаем необходимый размер из универсальной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки.

6. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
Переносим детали с монтажной платы на рабочую, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки основательно проверяем монтаж.

Устанавливаются в ноутбуки, сотовые аппараты и другую бытовую технику. Они называются источником энергии, от которого работает вся электроника. Во время эксплуатации им требуется зарядка от специальных устройств, для обеспечения работы электротехники. Можно ли использовать аккумуляторы для зарядки, сделанные своими руками? Отчет на этот вопрос рассмотрим ниже.

Впервые купив мобильный телефон, многие задумываются как зарядить его первый раз. Бытует мнение, что для хорошей и долгой эксплуатации, следует 3 раза полностью разрядить и зарядить устройство. Но современные технологии опровергают данное утверждение. Процесс полного разряда li ion вредит устройству, именно поэтому покупая сотовый телефон, мы часто видим заряженную технику на 2/3 от емкости.

Чтобы избежать поломки не допускайте полной разрядки. Чем больше ионов лития находится на электроде, тем меньше срок эксплуатации и быстрее изнашивается li ion блок.

Рассмотрим некоторые правила зарядки li ion, для долгосрочного использования.

1. Следите за процентом заряда. Полная разрядка может привести к сбою работы, вплоть до полного вывода из строя.
2. Литиевым накопителям энергии необходимо более высокое напряжение на элемент, подзаряжающееся по принципу “постоянный ток/постоянное напряжение”.
3. Подключение к зарядному устройству должно производиться при температуре от 0 до +60 градусов. Если температура понизиться до отрицательной, то блок автоматически перестанет заряжаться.
4. Отличается высокой чувствительностью к скачку напряжений, будет U больше 4,2 В, то устройство может выйти из строя. Современные инженеры вставляют в накопитель энергии электронную плату, которая предохраняет li ion от перегрева. Так же можно использовать специальные зарядные устройства акб, которые при полном заряде приостанавливают подачу тока.
5. Правильной выбирайте подачу максимального тока, который отвечает за время полного заряда. Чем больше проходимый ток, тем быстрее заряжается устройство.
6. Если блок питания не требует постоянной эксплуатации, то заряжайте его на 60-70 процентов. Иначе, можно быстро понизить мощность прибора, что приведет к быстрому разряду.
7. После окончания заряда надо определять процент емкости и следует отключить от блока питания.

Контроллер и его функции

Контроллер – аппарат, регулирующий уровень тока и напряжения от источника, защищая блок питания от преждевременного повреждения.

Контроллер состоит из печатной платы защиты BMS и небольшого аккумуляторного элемента. В конструкции основой служит микросхема. Для управления над защитой при зарядке или разрядки используются полевые микротранзисторы.

Схема контроллера для зарядки li ion блоков питания представлена на рисунке

Data-lazy-type="image" data-src="http://chistyjdom.ru/wp-content/uploads/2018/03/li1.jpg" alt="123" width="700" height="307">

Основными функциями контроллера являются:

• Функция контроллера состоит в защите аккумуляторного элемента в зарядке не выше 4,2 В. Иначе произойдет перезаряд и превышение может вывести элемент из строя.
• Контролер заряда и разряда справляется с защитой от короткого замыкания. Для защиты от перенапряжения устанавливается терморезистор (T). Контроллер отвечает за функцию разрядки аккумуляторного элемента. При снижении напряжения отключается блок от тока.
• Своевременно останавливайте расход энергии, чтобы не допускать разряд до критического уровня. Контроллер спасет от гибели блок энергии, и предостережет от покупки новой. Хорошая новая модель для постоянного использования обойдется в 15-20 тысяч рублей. Поэтому стоит задуматься об установке контроллера в схему.
• Фиксируется показатели давления и температуры при остановке заряда.

Но не все виды контроллеров обладают абсолютно всеми вышеперечисленными функциями.

Имея специальное образование, то в схеме можно обойтись и без контроллера, но надо уметь пользоваться амперметром и вольтметром. На клеммах напряжение должно быть не менее максимума заряда, то блок заряжен на 70%.

Защищенные и незащищенные li ion батареи

Защищенный аккумулятор – это накопитель питания в оболочке с маленькой платой. Отличается тем, что есть защита от перегревов и перенапряжения, а так же короткого замыкания.

К корпусу незащищенного li ion приваривается защитная электро плата. После этого упаковывается в оболочку. Все параметры должны указываться на оболочке.

Покупая защищенную модель аккумулятора учитывайте то, что из-за наличия внешней оболочки размеры немного увеличены в сравнении ранее упомянутых. Высота больше на 3-5 мм, а диаметр до 1 мм.

Преимущества li ion блоков:

• Если, правильно эксплуатировать, то энергия снижается медленно.
• Высокая энерго плотность, в маленьких размерах скрывается большая энергоемкость.
• Высокое напряжение, должно принимать значение не менее 3,6 В.
• Сохраняет работоспособность при увеличенном количестве цикла заряде и разряде.
• Небольшая потеря емкости после большого количества циклов разрядки.

Незащищенный аккумулятор – накопитель энергии, скрывающийся под оболочкой незащищенного. Если снять внешнюю оболочку, то под не будет незащищенный аккумулятор. На внешней упаковке должны указываться параметры аккумулятора, скрытого под оболочкой.

Схема устройства для зарядки

В любой схеме должен применяться балансир и плата контроллера для заряда li ion аккумуляторов. Они предостерегают его от порчи зарядного устройства.

Работа данной схемы основывается на работе T1 средней мощности и регулируемом стабилизаторе напряжения. Рассмотрим:

Data-lazy-type="image" data-src="http://chistyjdom.ru/wp-content/uploads/2018/03/li2.jpg" alt="123" width="578" height="246">

При выборе транзистора учитывается нужный зарядный ток. Для зарядки батареи небольшой емкости можно использовать иностранные или отечественные NPN. Установите его на радиатор, если у вас высокое входное напряжение.

Регулирующим элементом является T1. Ток заряда ограничивается резистором (R2). Используйте мощность R2 равным 1 Вт. Остальные могут иметь мощность меньше.

LED1 – это светодиод, отвечающий за сигнализацию о заряде li ion. При включении аккумулятора, и диод индикатора загорается ярко, сигнализируя о разряженном состоянии. А после полного заряжения прекращает светиться индикатор разряда. Несмотря на прекращение свечения лампочки, батарея продолжает заряжаться током менее 50ма. Для предупреждения перезаряда, после окончания зарядки следует отключать аккумулятор от заряда.

LED2 – второй светодиод, использующийся в схеме для более точного контроля.

Выбор конструкции зависит от того для какой цели используются блоки. Для самостоятельного сбора конструкции следует иметь под рукой следующие детали:

1. Ограничитель тока.
2. Защита от подключения разных полюсов.
3. Автоматика. Устройство начинает работать, когда на самом деле требуется потребность в этом.

Схема предназначена для подзарядки одного накопителя энергии, чтобы использовать ее для другого типа зарядки следует поменять выход и ток зарядки.

Следует помнить, что все li ion блоки питания отличаются по своим типоразмерам. Самой популярной являются 18650. Балансир незаменимый помощник в цепи. Он справляется с такой задачей, чтобы не допустить повышение напряжение выше допустимого предела.

Возможно ли сделать зарядное устройство самому и насколько это безопасно?

Собрать зарядку для li ion устройства можно своими руками. Для того, чтобы собрать простое зарядное устройство li ion нужно иметь определенный опыт и навыки. Теоретически самоделку можно сделать в домашних условиях. Практически это почти невозможная задача. Не всегда устройство правильно заряжается от зарядки, и тогда прибор будет бесполезным. Но перед тем как делать его, прочтите несколько правил:

1. Литиевые аккумуляторы не терпят перезарядки. Максимальное заряженное напряжение должно быть не больше 4,2 В. Для каждого вида есть свой установленный порог, который не стоит превышать.
2. Проверьте все детали, которыми будете пользоваться. А главное проверить точность измерения мощности, например вольтметром, чтобы не допустить ошибку. Проверьте: происхождение банок, максимально допустимую мощность, заряд. Поэтому следует снизить порог, чтобы эксплуатировать устройство безопасно.

Если не придерживаться некоторых правил, то может произойти перегрев, вздутие деталей, выделение газа с неприятным запахом, взрыв устройства или возгорание.

Фирменные АКБ комплектуются специальными схемками, обеспечивающие защиту от перенапряжения, которая не допускает превышение ранее заявленного предела.

Схема зарядного устройства представлена на рисунке:

Data-lazy-type="image" data-src="http://chistyjdom.ru/wp-content/uploads/2018/03/li3.jpg" alt="123" width="700" height="257">

Для правильного использования задается выходное напряжение зарядного устройства U=4,2 В без подключения батареи для зарядки.

Индикатором работы будет диод, он подсвечивается если разряжен подключенный аккумулятор, и погасает когда аккумулятор заряжен.

Сбор зарядки:

• подберите корпус соответствующего размера;
• закрепите блок питания и элементы, как на выше указанной схеме.вырежьте латунные полоски и прикрепите их на гнезда;
• установите расстояние между контактами и АКБ;
• прикрепите переключатель, который в последствии сможет менять полярность на гнездах;
• но если необходимости в нем нет, то можно исключить этот пункт;
• проверьте литий ионный аккумулятор при отсутствии напряжение, то вольтметр не будет показывать значения. Это означает схема собрана неправильно, поэтому если у вас нет специального образования, то лучше не экспериментировать с самостоятельным сбором аккумулятора.

Много раз на mySKU описывались модули зарядки литий-ионных аккумуляторов на базе контроллера TP4056. Применений множество - от переделки игрушек до бытовых поделок. Народный модуль TP4056 со встроенной защитой на базе DW01A прекрасен всем, только нижний порог срабатывания защиты по напряжению 2,5±0,1 В, т.е. 2,4 В в худшем случае. Для большинства современных аккумуляторов это подходит, т.к. у них порог 2,5 В. А что делать, если у вас мешок аккумуляторов с нижним порогом 2,75 В? Можно плюнуть и использовать их с таким модулем. Просто увеличивается риск того, что после разряда аккумулятор выйдет из строя. А можно использовать дополнительную плату защиты, нижний порог напряжения у которой соответствует аккумуляторам. Именно о такой плате я сегодня расскажу.

Понимаю, что большинству эта тема не интересна, но пусть будет для истории, т.к. иногда вопрос поднимается.

Если вы используете аккумуляторы со встроенной защитой, то эта плата вам не нужна, вы можете спокойно использовать «народный» модуль на базе TP4056 без защиты. Если вы используете аккумуляторы без защиты с минимальным напряжением 2,5 В, то вы можете спокойно использоваться «народный» модуль на базе TP4056 с защитой.

Модулей на базе TP4056 с порогом 2,75 В я в продаже не нашёл. Начал искал отдельные модули защиты - выбор большой, есть очень дешёвые, но большинство из них сделаны на том же контроллере DW01A. Модуль из обзора - это самое дешёвое, что я смог найти. 275 рублей за 5 штук.

Модуль крошечный, 39,5 x 4,5 x 2 мм.




Контактные площадки стандартные для защиты одной ячейки: B+, B- для подключения аккумулятора и P+, P- для подключения ЗУ и нагрузки.

Официальные технические характеристики:

Модуль сделана на базе контроллера . Версия BM112-LFEA. Техническим характеристикам соответствует. В роли транзистора выступает двойной N-канальный MOSFET транзистор .

Схема подключения простая:


Для активации модуля защиты достаточно подать питание на P+, P-. Конечно, TP4056 подключать не обязательно, аккумулятор с модулем защиты может спокойно жить своей жизнью (как обычный аккумулятор с защитой).

Практический тест

Это не лабораторный тест, погрешности могут быть большими, но общую картину продемонстрирует.

Я буду использовать преобразователь в качестве регулируемого БП, тестер EBD-USB и боевой аккумулятор TrustFire для проверки защиты от КЗ.

Минимальное напряжение:


Уменьшаю напряжение с помощью потенциометра. Защита срабатывает при напряжении 2,7 В. Это не заявленные 2,88 В, но, учитывая возможную погрешность, для аккумуляторов с нижним порогом напряжения 2,75 В подходит.

Максимальная рабочая сила тока:


Максимальная рабочая сила тока составляет 3,6 А. При превышении срабатывает защита. Время срабатывания зависит от нагрева транзистора. Если он горячий, то срабатывает сразу при установке 3,7 А. Если холодный, то через 30 секунд. При токе 4 А защита срабатывает практически сразу в любом случае. Т.е. заявленных 4 А нет, но 3,6 А тоже хорошо.

Температура модуля:


За 5 минут работы при максимальной силе тока транзистор нагрелся до 60 ºC, т.е. лучше не примыкать модуль вплотную к аккумулятору (без прокладки) при монтаже.

Сброс защиты происходит через некоторое время или можно подать напряжение с ЗУ для принудительного сброса.

Защита от КЗ есть… одноразовая:). Подключил свой боевой TrustFire к модулю защиты и замкнул контакты P+, P- через мультиметр. На мультиметре успел мелькнуть ток 14 А, «пшик» произошёл сразу. Сгорел транзистор на плате защиты. При этом плата защиты ток потребителю больше не пропускала, но и не работала по сути больше.

Первым делом встроил один модуль в кейс для установки аккумуляторов 18650 (USB коннектор там просто для удобства, без преобразователя). Обычно я и дети используем его для поделок с помощью мини-дрели.

Заключение

Модули защиты отличные. Заявленные характеристики почти соответствуют реальным. Огорчает только цена, но дешевле для аккумуляторов с порогом 2,75 В я не нашёл. Планирую купить +77 Добавить в избранное Обзор понравился +49 +103

Собираем простое зарядное для Литий-ионных аккумуляторов, практически из хлама.

Накопилось у меня большое количество аккумуляторов от ноутбучных аккумуляторов, формата 18650. Обдумывая как их заряжать, я решил не заморачиваться с китайскими модулями, да и закончились они у меня к тому времени. Решил собрать воедино две схемы. Датчик тока и плата BMS с аккумулятора мобильного телефона. Проверено на практике. Хоть и схема примитивная, но она работает и успешно, ни одного аккумулятора не пострадало.

Схема зарядного устройства

Материалы и инструменты

• шнур USB;
• крокодильчики;
• плата защиты BMS;
• пластиковое яйцо от киндера;
• два светодиода разного цвета;
• транзистор кт361;
• резисторы на 470 и 22 ома;
• двухватный резистор 2.2 ома;
• один диод IN4148;
• инструменты.

Изготовление зарядного устройства

Шнур USB разбираем и снимаем разъем. У меня это от какого-то аипада.

К крокодилам припаиваем провода.

Глубокую часть пластикового киндера утяжеляем, я залил гайку М6 термоклеем.

Спаиваем нашу простую схемку. Все сделано навесным монтажом и распаяно на плате BMS. Светодиод я применил сдвоенный, но можно два одноцветных. Транзистор выпаял из старой советской радио-аппаратуры.

Провода продеваем в отверстие второй, мелкой, половинке пластикового киндера. Припаиваем схему.

Все компактно запихиваем в пластиковое яйцо. Для светодиода делаем отверстие.

Подключаем к USB порту пк или китайской зарядке, у них тока все равно мало.
Во время зарядки горит оранжевым цвет. Т.е. горят оба светодиода.

Когда заряд окончен, горит зеленый, тот который подключен через диод IN4148.
Можно проверить схему, отключив от аккумулятора, загорится светодиод зеленого цвета, свидетельствующий об окончании заряда.