Nejprve se musíte rozhodnout o terminologii.

Jako takový neexistují žádné regulátory vybíjení a nabíjení. To je nesmysl. Nemá smysl řídit vypouštění. Vybíjecí proud závisí na zátěži - kolik potřebuje, tolik si vezme. Jediné, co musíte při vybíjení udělat, je sledovat napětí na baterii, aby nedošlo k jejímu přebití. K tomuto účelu používají.

Zároveň oddělené ovladače nabít nejen existují, ale jsou naprosto nezbytné pro proces nabíjení li-ion baterií. Nastavují požadovaný proud, určují konec nabíjení, hlídají teplotu atd. Regulátor nabíjení je nedílnou součástí každého.

Na základě svých zkušeností mohu říci, že regulátor nabíjení/vybíjení ve skutečnosti znamená obvod pro ochranu baterie před příliš velkým množstvím hluboký výboj a naopak dobíjení.

Jinými slovy, když mluvíme o regulátoru nabíjení/vybíjení, mluvíme o téměř ve všem lithium-iontové baterie ochrany (PCB nebo PCM moduly). Tady je:

A tady jsou taky:

Je zřejmé, že ochranné desky jsou dostupné v různých formách a jsou sestavovány pomocí různých elektronických součástek. V tomto článku se podíváme na varianty schémat Li-ion ochrana baterie (nebo chcete-li regulátory vybíjení/nabíjení).

Regulátory nabíjení a vybíjení

Protože je toto jméno ve společnosti tak dobře zavedené, budeme ho také používat. Začněme možná nejběžnější verzí na čipu DW01 (Plus).

DW01-Plus

Tato ochranná deska je pro li-ion baterie najdete v každé druhé baterii mobilního telefonu. Abyste se k němu dostali, stačí odtrhnout samolepku s nápisy, která je na baterii nalepena.

Samotný čip DW01 je šestiramenný a dva tranzistory s efektem pole jsou konstrukčně vyrobeny v jednom balení ve formě 8nohé sestavy.

Pin 1 a 3 ovládají spínače ochrany proti vybití (FET1) a spínače ochrany proti přebití (FET2). Prahová napětí: 2,4 a 4,25 V. Pin 2 je senzor, který měří pokles napětí na tranzistorech s efektem pole, který poskytuje ochranu proti nadproudu. Přechodový odpor tranzistorů funguje jako měřící bočník, takže práh odezvy má velmi velký rozptyl od produktu k produktu.

Celé schéma vypadá asi takto:

Pravý mikroobvod označený 8205A - to je ono tranzistory s efektem pole, fungující jako klíče v obvodu.

Řada S-8241

Společnost SEIKO vyvinula specializované čipy na ochranu lithium-iontových a lithium-polymerových baterií před nadměrným vybitím/přebitím. K ochraně jedné plechovky se používají integrované obvody řady S-8241.

Ochranné spínače proti nadměrnému vybití a přebití pracují při 2,3 V a 4,35 V. Proudová ochrana se aktivuje, když je pokles napětí na FET1-FET2 roven 200 mV.

Řada AAT8660

LV51140T

Podobné schéma ochrany pro lithiové jednočlánkové baterie s ochranou proti nadměrnému vybití, přebití a nadměrnému nabíjecímu a vybíjecímu proudu. Implementováno pomocí čipu LV51140T.

Prahová napětí: 2,5 a 4,25 V. Druhá větev mikroobvodu je vstupem nadproudového detektoru (mezní hodnoty: 0,2V při vybíjení a -0,7V při nabíjení). Pin 4 není použit.

Řada R5421N

Konstrukce obvodu je podobná jako u předchozích. V provozním režimu mikroobvod spotřebuje asi 3 μA, v blokovacím režimu - asi 0,3 μA (písmeno C v označení) a 1 μA (písmeno F v označení).

Řada R5421N obsahuje několik modifikací, které se liší velikostí odezvového napětí při dobíjení. Podrobnosti jsou uvedeny v tabulce:

SA57608

Jiná verze regulátoru nabíjení/vybíjení, pouze na čipu SA57608.

Napětí, při kterém mikroobvod odpojí plechovku od vnějších obvodů, závisí na indexu písmen. Podrobnosti naleznete v tabulce:

SA57608 spotřebovává v režimu spánku poměrně velký proud - asi 300 µA, což jej odlišuje od výše zmíněných analogů k horšímu (kde se spotřebovaný proud pohybuje v řádu zlomků mikroampéru).

LC05111CMT

A na závěr nabízíme zajímavé řešení od jednoho ze světových lídrů ve výrobě elektronických součástek On Semiconductor - regulátor nabíjení-vybíjení na čipu LC05111CMT.

Řešení je zajímavé tím, že klíčové MOSFETy jsou zabudovány do samotného mikroobvodu, takže z přídavných prvků zbylo jen pár rezistorů a jeden kondenzátor.

Přechodový odpor vestavěných tranzistorů je ~11 miliohmů (0,011 ohmů). Maximální nabíjecí/vybíjecí proud je 10A. Maximální napětí mezi svorkami S1 a S2 je 24 Voltů (to je důležité při kombinování baterií do baterií).

Mikroobvod je k dispozici v balíčku WDFN6 2,6x4,0, 0,65P, Dual Flag.

Obvod podle očekávání poskytuje ochranu proti přebití/vybití, nadproudové zátěži a přebíjecímu proudu.

Regulátory nabíjení a ochranné obvody – jaký je rozdíl?

Je důležité pochopit, že ochranný modul a regulátory nabíjení nejsou totéž. Ano, jejich funkce se do jisté míry překrývají, ale nazývat ochranný modul zabudovaný v baterii regulátorem nabíjení by byla chyba. Nyní vysvětlím, v čem je rozdíl.

Nejdůležitější úlohou každého regulátoru nabíjení je implementovat správný nabíjecí profil (obvykle CC/CV - konstantní proud/konstantní napětí). To znamená, že regulátor nabíjení musí být schopen omezit nabíjecí proud na dané úrovni, a tím řídit množství energie „nalité“ do baterie za jednotku času. Přebytečná energie se uvolňuje ve formě tepla, takže jakýkoli regulátor nabíjení se během provozu dost zahřívá.

Z tohoto důvodu nejsou regulátory nabíjení nikdy zabudovány do baterie (na rozdíl od ochranných desek). Ovladače jsou prostě součástí pravice nabíječka a nic víc.

Navíc ani jedna ochranná deska (nebo ochranný modul, jak to nazvat) není schopna omezit nabíjecí proud. Deska pouze ovládá napětí na samotné bance a pokud překročí předem stanovené meze, rozepne výstupní spínače, čímž banku odpojí od okolního světa. Mimochodem, na stejném principu funguje i ochrana proti zkratu - když zkrat Napětí na bloku prudce klesne a spustí se ochranný obvod hlubokého vybití.

Záměna mezi schématy ochrany lithiové baterie a regulátory nabíjení vznikly kvůli podobnosti prahu odezvy (~4,2V). Pouze v případě ochranného modulu je plechovka zcela odpojena od vnějších svorek a v případě regulátoru nabíjení se přepne do režimu stabilizace napětí a postupně snižuje nabíjecí proud.

Vyvstává otázka recyklace přebytečné energie, když je baterie plně nabitá a větrný generátor nebo panel pokračuje ve výrobě energie. To je plné spíše negativních důsledků jak pro baterii, tak pro samotné zdroje energie - přebíjení vede ke zničení desek baterie a větrné kolo začíná nekontrolovaně získávat rychlost a může se rozpadnout.

S tím si poradíme výrobou jednoduché, ale vcelku spolehlivé univerzální baterie, vhodné pro nabíjení baterií jak ze solárních článků, tak z větrného generátoru. Původní design jednotky byl vyvinut Michaelem Davisem.

Signál přicházející z usměrňovače větrného generátoru nebo solárního panelu je spínán pomocí relé řízeného prahovým obvodem s polem tranzistorový spínač. Prahové hodnoty přepínání režimů se nastavují pomocí trimovacích odporů. Jako zátěž pro využití energie při plném nabití baterie autor použil 8 rezistorů (topných těles) s odporem 4 Ohmy se ztrátovým výkonem 50 W. Hotový výrobek byl zarámován do plastového pouzdra.

Záměrně jsem vás neupozornil na popis maličkostí z tohoto projektu, jelikož se autor brzy vydal cestou vylepšování a zjednodušování designu svého duchovního dítěte. Navrhuji podrobněji zvážit modernizovaný a zjednodušený design regulátoru. Jak je patrné ze schématu zapojení, princip činnosti zařízení se vůbec nezměnil.

Samotný obvod byl zjednodušen - místo operačních zesilovačů a logických čipů autor použil nejběžnější časovač NE555P. Podívejme se blíže na výběr dílů pro projekt.

Jako stabilizátor napájecího napětí pro samotný obvod je použit hojně používaný integrovaný stabilizátor 7805 (K142EN5A). Tranzistor Q1 lze nahradit NTE123, 2N3904 nebo jakoukoli jinou bipolární strukturou NPN s vhodnými parametry. Totéž platí pro tranzistor IRF540 s efektem pole - změníme jej na jakýkoli parametricky vyhovující. Je lepší vzít víceotáčkové ladicí odpory. Postačí jakýkoli s intervalem nastavení od 0 do 100 K (ale přesto s odpory 10 K bude nastavení mnohem přesnější, což je důležité při nastavování režimů nabíjení gelové baterie).

Jako spínač je použito 12V automobilové relé se schopností spínat proudy 30-40A. Můžete nainstalovat jakékoli stabilizační kondenzátory - od keramiky po fólii, i když já jako zajistitel bych instaloval fólii. LED diody v regulátoru nabíjení mohou být zvoleny v různých barvách svitu - LED1 indukuje režim „resetování“ energie do zátěže a LED2 indukuje režim nabíjení baterie. Tlačítka PB1 a PB2 jsou jakkoli spolehlivá, bez aretace, slouží k „ručnímu“ spínání obvodu při nastavování (měření napětí na testovacích bodech TP1 a TP2). Při počátečním nastavení obvodu je napětí v řídicím bodě TP1 nastaveno na 1,667V a v řídicím bodě TP2 - 3,333V. Je vhodné opatřit všechny silové obvody zařízení pojistkami pro příslušné proudy.

Jeden z jeho podnikavých společníků (Jason Markham) však oklamal tištěný spoj pro ovladač a úspěšně začal prodávat sadu pro vlastní výroby(38 USD) a hotový produkt (54,95 USD).

S tím se nedá nic dělat – Amerika, i když náš podomácku vyrobený chlap dokáže sestavit tucet těchto regulátorů nabíjení baterie za takové peníze.

Testy regulátoru, prováděné dlouhodobě jak s větrnou elektrárnou, tak se solárním panelem, prokázaly jeho vysokou spolehlivost.

Na závěr jedna malá poznámka: ovladač připojte k systému až po připojení baterie k jeho kontaktům, jinak nemusí zařízení správně fungovat nebo selhat. Autor článku: Elektrodych.

Samotné ovladače jsou užitečná zařízení. A pro lepší pochopení tohoto tématu je nutné pracovat s konkrétním příkladem. Proto se podíváme na regulátor nabíjení baterie. Co je zač? Jak je to uspořádáno? Jaké jsou specifické rysy práce?

Co dělá regulátor nabíjení baterie?

Slouží ke sledování využití energetických ztrát a odpadů. Nejprve sleduje přeměnu elektrické energie na chemickou, aby později v případě potřeby mohly být napájeny potřebné obvody nebo zařízení. Vyrobit regulátor nabíjení baterie vlastními rukama není obtížné. Lze jej ale také obnovit z napájecích zdrojů, které selhaly.

Jak funguje ovladač

Univerzální schéma samozřejmě neexistuje. Ale mnoho lidí při své práci používá dva trojité odpory, které regulují horní a dolní meze napětí. Když překročí stanovené limity, začne interagovat s vinutím relé a zapne se. Při jeho provozu napětí neklesne pod určitou, technicky předem stanovenou úroveň. Zde bychom měli mluvit o tom, že existuje jiný rozsah hranic. Baterie tedy může být nastavena na tři, pět, dvanáct nebo patnáct voltů. Teoreticky vše závisí na hardwarové implementaci. Podívejme se, jak funguje regulátor nabíjení baterie v různých případech.

jaké jsou typy?

Je třeba poznamenat, že existuje značná rozmanitost, kterou se mohou regulátory nabíjení baterie pochlubit. Pokud mluvíme o jejich typech, udělejme klasifikaci v závislosti na rozsahu použití:

1. Pro obnovitelné zdroje energie.
2. Pro domácí spotřebiče.
3. Pro mobilní zařízení.

Samozřejmě, samotných druhů je mnohem více. Protože se ale na regulátor nabíjení baterie díváme z obecného hlediska, budou nám stačit. Pokud mluvíme o těch, které se používají pro větrné turbíny, tak jejich horní limit napětí je obvykle 15 voltů, zatímco spodní je 12 V. V tomto případě může baterie generovat 12 V ve standardním režimu pomocí relé s normálně sepnutými kontakty. Co se stane, když napětí baterie překročí nastavených 15 V? V takových případech regulátor sepne kontakty relé. V důsledku toho se zdroj elektřiny z baterie přepne na zátěžový předřadník. Je třeba poznamenat, že nejsou zvláště oblíbené u solárních panelů kvůli jistým vedlejší efekty. Ale pro ně jsou povinné. Domácí spotřebiče a mobilní zařízení mají své vlastní vlastnosti. Ovladač nabíjení baterie pro tablety, dotykový displej a tlačítkové mobilní telefony jsou navíc téměř totožné.

Podívejme se dovnitř lithium-iontové baterie mobilního telefonu

Pokud rozeberete jakoukoli baterii, všimnete si, že malá je připájena ke svorkám článku. Říká se tomu ochranný obvod. Faktem je, že vyžadují neustálé sledování. Typický obvod regulátoru je miniaturní deska, na které je založen obvod vyrobený z SMD součástek. Ten je zase rozdělen na dva mikroobvody - jeden z nich je řídicí a druhý je výkonný. Promluvme si podrobněji o druhém.

Výkonné schéma

Vychází z Bývají dva. Samotný mikroobvod může mít 6 nebo 8 pinů. Pro samostatné řízení nabíjení a vybíjení bateriového článku se používají dva tranzistory s efektem pole, které jsou umístěny ve stejném krytu. Jeden z nich tedy může připojit nebo odpojit zátěž. Druhý tranzistor provádí stejné akce, ale se zdrojem energie (což je nabíječka). Díky tomuto schématu implementace můžete snadno ovlivnit chod baterie. V případě potřeby jej můžete použít na jiném místě. Je však třeba mít na paměti, že obvod regulátoru nabíjení baterie a jeho samotného lze aplikovat pouze na zařízení a prvky, které mají omezený provozní rozsah. O takových funkcích si nyní povíme podrobněji.

Ochrana proti přebití

Faktem je, že pokud napětí překročí 4,2, může dojít k přehřátí a dokonce k výbuchu. Za tímto účelem jsou vybrány prvky mikroobvodu, které při dosažení tohoto indikátoru přestanou nabíjet. A obvykle, dokud napětí nedosáhne 4-4,1 V kvůli používání nebo samovybíjení, bude další nabíjení nemožné. Toto je důležitá funkce, která je přiřazena regulátoru nabíjení lithiové baterie.

Ochrana proti nadměrnému vybití

Když napětí dosáhne kriticky nízkých hodnot, které znesnadňují provoz samotného zařízení (obvykle v rozsahu 2,3-2,5V), dojde k vypnutí příslušného tranzistoru MOSFET, který je zodpovědný za dodávku proudu do mobilního telefonu. Dále následuje přechod do režimu spánku s minimální spotřebou. A je tu jeden docela zajímavý aspekt práce. Takže dokud napětí baterie nepřekročí 2,9-3,1 V, nelze mobilní zařízení zapnout, aby fungovalo v normálním režimu. Možná jste si všimli, že když připojíte telefon, ukazuje, že se nabíjí, ale nechce se zapnout a normálně fungovat.

Závěr

Jak je vidět, regulátor nabíjení Li-Ion baterie hraje důležitou roli při zajištění dlouhé životnosti mobilních zařízení a pozitivně ovlivňuje jejich životnost. Díky snadné výrobě je lze nalézt téměř v každém telefonu nebo tabletu. Pokud chcete na vlastní oči vidět a dotknout se rukama regulátoru nabíjení Li-Ion baterie a jeho obsahu, pak při demontáži nezapomínejte, že pracujete s chemickým prvkem, takže byste měli být opatrní.

nik34 poslal:

Dáno jednoduchý obvod domácí regulátor nabíjení pro 12V olověnou baterii ze solární baterie. Při změně jmenovitých hodnot prvků může být přizpůsoben pro nabíjení jiných baterií.

Tento obvod je navržen pro nabíjení 12V uzavřené olověné baterie ze solárního panelu s nízkou spotřebou, přičemž dodává proud až několik ampérů. Sériová ochranná dioda, která bývá umístěna na výstupu solárního akumulátoru, aby nedocházelo k vybíjení akumulátorů při nesvitu, je zde nahrazena tranzistorem s efektem pole, který je řízen komparátorem.

Ovladač zastaví nabíjení, když přednastavené (teplotně kompenzované) napětí baterie dosáhne nastavené hodnoty, a obnoví nabíjení, když klesne pod tuto hranici. Zátěž se odpojí od baterie, když napětí na ní klesne pod 11V a znovu se připojí, když stoupne na 12,5V.

Obvod má následující vlastnosti:

• Nabíjecí napětí Vbat = 13,8V (nastavitelné), měřeno za přítomnosti nabíjecího proudu;


• Odpojení zátěže, když Vbat< 11V (настраивается), включение при 12.5V;


• Teplotní kompenzace nabíjecího napětí;


• Nízkopříkonový komparátor TLC339 lze nahradit levným TL393 (nebo 339);


• Spotřeba proudu je menší než 0,5 mA při použití TLC393;


• Úbytek napětí na klávesách je menší než 20mV při nabíjení proudem 0,5A. (Můžete také použít kvalitnější tranzistory s efektem pole s nižším odporem kanálu, abyste dosáhli lepších výsledků.)

Poznámka: Nabíjecí proud omezena pouze schopnostmi solární baterie. Schéma to nijak neovlivňuje.

Skutečné schéma je znázorněno na obrázku níže.

Toto schéma fungovalo skvěle po dobu jednoho roku.

Rozvržení desky bylo provedeno v CorelDraw 4, soubor desky lze stáhnout zde - Návrh PCB.

Po vyrobení deska vypadala asi takto.

Poznámka: na desce byly umístěny i tři DC/DC měniče (na 9, 6 a 3V), takže samotný řadič zabírá pouze pravou stranu desky. Nepoužil jsem radiátory k chlazení, takže každý, kdo je potřebuje, by měl sám přijít na to, jak je nainstalovat na desku.

Pohon se všemi komponenty (2 baterie, každá 2,2Ah, DC/DC měniče a indikace) vypadá takto.

Tento regulátor nabíjení je vhodný pro nabíjení baterie z větrného generátoru i solární baterie. Obvod využívá operační zesilovač TL-084, relé a malý počet dalších elektronických součástek. Obvod slouží k odpojení zdroje nabíjení od baterie po jejím úplném nabití. Vhodné pro 12V i 24V baterie.

Obvod nabíječky používá 2 trimovací odpory pro nastavení horní a dolní meze napětí. Když napětí baterie překročí nastavená hodnota, pak se na vinutí relé přivede napětí a relé se zapne. Relé bude sepnuto, dokud napětí neklesne pod nastavenou úroveň.

Typicky se 12V baterie používají pro větrné turbíny a solární panely, pak je horní limit napětí nastaven na 15V a spodní limit napětí na 12V. Zdroj elektřiny (větrný generátor nebo solární panel) je připojen k baterii přes normálně sepnuté kontakty relé. Když napětí baterie překročí specifikovaných 15V, regulátor sepne kontakty relé, čímž přepne zdroj elektřiny z baterie na zátěžový předřadník (což se u solárních panelů nedoporučuje, ale je to nutné).

Při poklesu napětí pod 12V (nastaveno trimovacím odporem) regulátor relé vypne a zdroj se připojí k baterii pro její nabití.

Zařízení používá 2 LED diody, jedna indikuje přítomnost napájení, druhá LED (Dump On) se rozsvítí, když je baterie plně nabitá a proud protéká zátěžovým předřadníkem.

Nastavení

K nastavení zařízení budete potřebovat regulovaný napájecí zdroj a voltmetr.
Sekvenční řazení:
- nastavte trimr Low V na minimum (vyšroubujte jej až na doraz proti směru hodinových ručiček). Nastavte trimr High V na maximum (vyšroubujte jej až na doraz ve směru hodinových ručiček)
- připojte zdroj a nastavte na něm výstupní napětí, při kterém relé odpojí baterii od zdroje. U 12V baterie se doporučuje nastavit na cca 15V.
- pomalu otáčejte trimovacím odporem proti směru hodinových ručiček, dokud se nerozsvítí LED Dump On a sepne relé. Že. nastaven horní limit napětí
- Nastavte spodní mez napětí v regulovaném napájecím zdroji. Doporučeno 12V.
- otáčejte trimrem Low V ve směru hodinových ručiček, dokud LED nezhasne a relé sepne. Spodní hranice byla stanovena.
- znovu zkontrolujte funkci regulátoru. Nastavení je dokončeno.

Rozsah regulace napětí s trimovacími odpory je 11,5 - 18 Voltů.

Pokud plánujete použít 24V, pak je třeba vyměnit odpor R1 za 22 kOhm. Regulační rozsah v tomto případě bude 21 - 32 V. Cívku relé bude také potřeba zvolit na 24V.

Seznam radioprvků