9zip.ru Радиотехника, электроника и схемы своими руками Защита литиевых аккумуляторов от перезаряда и переразряда на TP4056

Со временем у многих радиолюбителей накапливается некоторое количество литиевых аккумуляторов. Это могут быть батареи от мобильных телефонов, а также просто банки от портативных устройств.

Аккумуляторы от телефонов имеют один большой плюс: они уже имеют встроенный контроллер, который:

• контролирует процесс заряда, отключая аккумулятор, когда он полностью зарядился
• контролирует процесс разряда, защищая банку от глубокого переразряда
• защищает аккумулятор от короткого замыкания и повышенного тока в нагрузку

Отдельные литиевые банки таких контроллеров не содержат, и для них приходится придумывать свою схему защиты. В простейшем варианте это может быть контроллер, снятый с неисправного аккумулятора телефона. Но здесь есть несколько минусов:

• плата контроллера рассчитана на определённый тип аккумулятора и контролирует процесс заряда и разряда по определённому напряжению, которое может отличаться от параметров вашего аккумулятора
• значение тока, при котором включается защита от короткого замыкания и чрезмерного тока, может зависеть от ёмкости аккумулятора, для которого предназначен данный контроллер
• иногда бывает сложно идентифицировать микросхему контроллера на плате по её сокращённому обозначению

Мы приводим древний манускрипт, содержащий схемы подключения распространённых микросхем защиты литиевых аккумуляторов, которые контролируют как процесс заряда, так и разряда. В нём приведена распиновка, проставлены номера выводов; если на вашей плате контроллера установлен клон одной из этих микросхем, Вы без труда сможете зарисовать схему и, возможно, скорректировать номиналы обвязки под свою литиевую банку.



Нажмите для увеличения схем
Разберём работу подобного контроллера на примере микросхемы R5421. Как видно из схемы, она содержит два полевых транзистора, микросхему и несколько резисторов с конденсаторами в обвязке. Микросема-контроллер следит напряжением и током аккумулятора, управляя при этом полевиками для защиты от перезаряда и переразряда.

Микросхема R5421 в нормальном режиме имеет высокий уровень на выходах C0 и D0, два полевых транзистора находятся при этом в открытом состоянии. Литиевая банка при этом может спокойно заряжаться и разряжаться. Сопротивление канала транзисторов в открытом состоянии мало - порядка 30 миллиом. В этом режиме микросхема контроллера потребляет обычно не более 7 мкА.

Заряд литиевого аккумулятора происходит постоянным током и напряжением. В конце заряда напряжение на банке возрастает до 4,2 вольт, а ток заряда при этом становится всё меньше. По окончании процесса, если напряжение возрастёт до 4,3 вольт, это может привести к разрушению аккумулятора. Схема защиты мониторит это напряжение на уровне 4,28 вольт. При этом напряжение на выходе C0 уменьшается до низкого уровня, что приводит к закрыванию полевого транзистора (в данном случае - это V2 по схеме), что обрывает ток заряда. При этом аккумулятор может спокойно разряжаться через технологический диод VD2. Для создания некоего гистерезиса введён конденсатор C3, который создаёт паузу примерно в 1 секунду между следующим слежением за напряжением.

В процессе разряда аккумулятора, напряжение на выводах банки падает, и когда оно становится ниже 2,5 вольт, это означает, что вся ёмкость батареи исчерпана - аккумулятор разряжен, и дальнейший разряд может привести к необратимым повреждениям. Микросхема контролирует напряжение на банке, и когда оно опускается до 2,3 вольт (это напряжение зависит от типа микросхемы), напряжение на выходе D0 опускается до низкого уровня, и полевик V1 закрывается, отсекая тем самым цепь тока разряда, поэтому аккумулятор дальше не разряжается. В это время аккумулятор может свободно заряжаться через технологический диод VD1. В этом режиме микросхема потребляет менее 0,1 мкА. Аналогично, для создания задержки между мониторингом напряжения, конденсатор C3 вводит задержку примерно в 100 миллисекунд.

Производители аккумуляторов рекомендуют максимальный ток разряда, равный 2C, где C - ёмкость аккумулятора в А/ч, при превышении которого возможно разрушение аккумулятора. Ток нагрузки, протекающий через полевые транзисторы, создаёт на них падение напряжения, при превышении значения которого на выходе D0 напряжение снижается до логического нуля и полевик V1 закрывается, отключая цепь разряда. Конденсатор C3 здесь также обеспечивает таймаут перед следующим мониторингом, равный 13 миллисекундам.

Если при подключении нагрузки падение напряжения на полевых транзисторах превышает 0,9 вольт (это значение зависит от типа контроллера), микросхема снижает напряжение на выходе D0 до логического нуля, что закрывает полевик V1, защищая банку от короткого замыкания. Таймаут в этом режиме обычно составляет 7 микросекунд.

TP4056

Данная микросхема является контроллером заряда литиевого аккумулятора. С помощью внешнего резистора можно задавать ток зарядка до 1А. Напряжение заряда банки у данной микросхемы равно 4,2 вольт с точностью 1,5%. Имеются выходы для подключения двух светодиодов индикации.


Китайцы продают платки таких контроллеров по 15 рублей. Индикаторные светодиоды не горят, если входное напряжение слишком низкое, температурный датчик определил слишком низкую или слишком высокую температуру (на китайских модулях терморезистор отсутствует) или если батарея не подключена. При заряде горит красный светодиод, а при окончании процесса заряда - красный гаснет и загорается зелёный.

Таблица значений внешнего резистора для задания тока заряда:

Сопротивление, кОм	Ток, мА
10	130
5	250
4	300
3	400
2	580
1.66	690
1.5	780
1.33	900
1.2	1000

Плата зарядки имеет разъём miniUSB, однако не следует подключать её к компьютеру, если резистором задан ток больше 500 мА (по умолчанию установлен резистор сопротивлением 1,2 кОм для тока 1А).

Про новые комбинированные контроллеры заряда и разряда см. здесь.

Понравилась статья? Алиса Селезнёва говорит: поделись с друзьями!