Nabíjecí obvod lithium-polymerových (lipo) baterií

Příspěvek vysvětluje jednoduchou lithium-polymerovou (Lipo) baterii s funkcí přerušení nabíjení. Nápad požadoval pan Arun Prashan.

Nabíjení jedné lipo cely pomocí CC a CV

Narazil jsem na vaši práci na „Circuit nabíječky baterií pro dynamo jízdních kol“ v blogu Domácí návrh obvodů. Bylo to opravdu poučné.

Chtěl bych se zeptat na něco ohledně tohoto článku. Pracuji na šestihranném robotu s mechanismem přepínání baterie. Jakmile primární baterie překročí přednastavené napětí, sekundární baterie zapne robotický systém. Moje starost se netýká spínacího obvodu.

Spolu s tím pracuji na výrobě energie připojením generátoru ke každému motoru. Generovaný proud je určen k použití k dobití 3článkové LiPo baterie 30C 11,1V 2200mAh.

Jsem si vědom, že obvod uvedený v části „Obvod nabíječky baterií pro dynamo na kole“ nebude pro můj účel užitečný. Můžete mi dát jinou možnost týkající se mého problému. Jen potřebuji vědět, jak upravit obvod tak, aby byl LiPo kompatibilní s konstantním napětím a konstantním proudem nebo rychlostí CC a CV. Díky, těším se na odpověď.

Pozdravy,

Arun Prashan

Malajsie

Design

Lithium-polymerová baterie nebo jednoduše lipo baterie je pokročilým druhem populárnější lithium-iontové baterie a stejně jako její starší protějšek je specifikován přísnými parametry nabíjení a vybíjení.

Pokud se však podíváme na tyto specifikace podrobně, zjistíme, že je to mírné, pokud jde o sazby, přesněji lze baterii Lipo nabíjet rychlostí 5 ° C a vybíjet i při mnohem vyšších rychlostech, zde 'C „je AH hodnocení baterie.

Výše uvedené specifikace nám skutečně dávají svobodu používat mnohem vyšší proudové vstupy bez obav z nadměrné situace pro baterii, což je obvykle případ, kdy se jedná o olověné baterie.

To znamená, že hodnocení zesilovače na vstupu může být ve většině případů ignorováno, protože hodnocení ve většině případů nemusí překročit specifikaci 5 x AH baterie. Když už jsme to řekli, je vždy lepší a bezpečnější nápad nabíjet tak kritická zařízení rychlostí, která může být nižší než maximální specifikovaná úroveň, C x 1 lze považovat za optimální a nejbezpečnější rychlost nabíjení.

Jelikož zde máme zájem navrhnout obvod nabíječky lithium-polymerových (Lipo) baterií, více se na to soustředíme a uvidíme, jak může být lipo baterie bezpečně, ale optimálně nabitá pomocí komponent, které již mohou být ve vaší elektronické nevyžádané schránce.

S odkazem na znázorněné schéma zapojení nabíječky baterií Lipo lze celý design vidět nakonfigurovaný kolem IC LM317, což je v podstatě univerzální čip regulátoru napětí a má všechny ochranné funkce zabudované. Nepovolí více než 1,5 A na jeho výstupech a zajišťuje bezpečnou úroveň zesilovače pro baterii.

Integrovaný obvod se zde v zásadě používá k nastavení přesné požadované úrovně nabíjecího napětí pro lipo baterii. Toho lze dosáhnout úpravou doprovázeného 10k potu nebo presetu.

Kruhový diagram

Úsek zcela vpravo, který obsahuje operační zesilovač, je fází přerušení přebíjení a zajišťuje, že baterii nikdy není dovoleno přebití, a přeruší dodávku baterie, jakmile je dosaženo prahu přebití.

Obvodový provoz

Přednastavení 10 k umístěné na kolíku 3 operačního zesilovače se používá k nastavení úrovně přebití, u 3,7 V li-polymerové baterie to může být nastaveno tak, že výstup operačního zesilovače jde vysoko, jakmile je baterie nabitá na 4,2 V (pro jednu buňku). Jelikož je dioda umístěna na kladném pólu baterie, musí být výstup LM 317 nastaven na přibližně 4,2 + 0,6 = 4,8 V (pro jeden článek) pro kompenzaci dopředného poklesu napětí diody. U 3 článků v sérii bude nutné tuto hodnotu upravit na 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V

Při prvním zapnutí napájení (to musí být provedeno po připojení baterie napříč zobrazené polohy), baterie ve vybitém stavu vytáhne napájení z LM317 na stávající úroveň své úrovně napětí, předpokládejme, že je to 3,6 V .

Výše uvedená situace udržuje pin3 operačního zesilovače hluboko pod úrovní referenčního napětí fixovanou na pin2 IC, což vytváří nízkou logiku na pin6 nebo na výstupu IC.

Nyní, když baterie začne akumulovat náboj, začne jeho úroveň napětí stoupat, dokud nedosáhne hodnoty 4,2 V, která přitáhne potenciál pin3 operační zesilovač těsně nad pin2 a nutí výstup IC jít okamžitě vysoko nebo na úroveň napájení.

Výše uvedená výzva indikátoru LED k rozsvícení zapnutí tranzistoru BC547 připojeného přes pin ADJ u LM 317.

Jakmile k tomu dojde, kolík ADJ u LM 317 se uzemní a nutí jej, aby vypnul své výstupní napájení lipo baterie.

V tomto bodě se však celý obvod zablokuje v této mezní poloze kvůli zpětnovazebnímu napětí na pin3 operačního zesilovače přes rezistor 1K. Tato operace zajistí, že baterii za žádných okolností nebude umožněno přijímat nabíjecí napětí, jakmile je dosaženo limitu přebití.

Situace zůstane zamčená, dokud se systém nevypne a nevynuluje, aby nedošlo k zahájení nového nabíjecího cyklu.

Přidání konstantního proudu CC

Ve výše uvedeném návrhu vidíme zařízení pro řízení konstantního napětí pomocí LM338 IC, ale zdá se, že zde chybí konstantní proud. Aby bylo možné povolit CC v tomto obvodu, může stačit malé vylepšení, aby byla tato funkce zahrnuta, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Jak je vidět, jednoduché přidání rezistoru omezujícího proud a diodové spojky transformuje konstrukci na efektivní nabíječku článků CC nebo konstantní proud Lipo. Nyní, když se výstup pokusí odebírat proud nad stanovenou mez CC, je vytvořen vypočítaný potenciál napříč Rx, který prochází diodou 1N4148 spouštějící základnu BC547, což zase vede a uzemňuje kolík ADJ IC LM338, čímž nutí IC k vypnutí napájení nabíječky.

Rx lze vypočítat podle následujícího vzorce:

Rx = mez dopředného napětí BC547 a 1N41448 / maximální mez proudu baterie

Proto Rx = 0,6 + 0,6 / maximální limit proudu baterie

Baterie Lipo s články řady 3

Ve výše navrhovaném 11,1V akumulátoru jsou 3 články v sérii a póly akumulátoru jsou zakončeny samostatně prostřednictvím konektoru.
Doporučuje se nabíjet jednotlivé baterie odděleně správným umístěním pólů z konektoru. Diagram zobrazuje základní podrobnosti zapojení článků s konektorem:

UPDATE: Chcete-li dosáhnout nepřetržitého automatického nabíjení vícečlánkové baterie Lipo, můžete si přečíst následující článek, který lze použít k nabíjení všech typů baterií Lipo bez ohledu na počet článků v ní obsažených. Obvod je navržen tak, aby monitoroval a automaticky přenášel nabíjecí napětí do článků, které by mohly být vybité a je třeba je nabít:

Obvod nabíječky baterií Lipo