MAX1555. USB nabíjačka pre Li-Po batérie
Zverejnené 23.06.2012
Lítium-iónová batéria nie je novinkou a o jej nabíjaní sa toho popísalo už veľa. Popíšem praktický príklad jednočlánkového nabíjania (3,7V) Li-Po batéria využívajúca energiu USB konektor Nabíjanie cez USB– Toto je najpohodlnejší spôsob pre mobilné zariadenia a zariadenia.
Ale pred popisom schémy nabíjačka, pozrime sa na samotné batérie. Existovať jednoduché batérie, ako tieto:
A batérie so vstavaným regulátorom nabíjania. Ovládač je vyrobený vo forme malej dosky prispájkovanej na svorky batérie. Upozorňujeme, že takéto batérie majú zvyčajne kontakty v tvare drôtu.
V skutočnosti je to logické: vybavte batériu regulátorom nabíjania. Môže to byť trochu drahšie, ale je to oveľa menej problémov. Čo sa však skrýva pod týmto názvom: „regulátor nabíjania“?
Toto je len čip, ktorý chráni batériu pred prepätím, nadmerným vybitím a skratom. Podstata jeho činnosti je jednoduchá - keď je napätie alebo prúd neprípustné, mikroobvod vypne tranzistorový spínač a odpojí batériu od obvodu. Niekedy má výstup takejto batérie napätie 0V. Neznepokojujte sa, neznamená to, že je batéria vybitá. Batéria sa jednoducho vybila na spodnú hranicu a regulátor nabíjania ju vypol. Stačí ho nabiť.
Ako nabíjať takéto batérie? Odpoveď: to isté ako Li-Po batéria bez regulátora nabíjania. Li-Po Batéria s regulátorom nabíjania je len batéria s dodatočnou ochranou. Je len na vás, ktorá batéria je lepšia. Ale to si musíte pamätať Li-Po Batéria sa bojí prebitia a nadmerného vybitia. A ak je problém s prebíjaním vyriešený nabíjačkou, potom pravdepodobnosť vybitia batérie pod povolenú hranicu si vynúti použitie Li-Po batéria s regulátorom nabíjania.
Preto sme sa rozhodli pre obe možnosti Li-Po batérie - s regulátorom nabíjania aj bez neho - vyžadujú špeciálnu nabíjačku. Čo sa stane ak Li-Po stačí zapojiť batériu do 5V napájacieho zdroja USB? Budete prekvapení, ale batéria sa bude nabíjať! Hoci proces nabíjania nemožno nazvať normálnym a pri takomto nabíjaní batéria nebude trvať dlho. Navyše Li-Po Batéria s regulátorom nabíjania sa po úplnom nabití vypne (ochrana bude fungovať). Hoci sa do tejto doby batéria značne zahreje, nič strašné sa nestane. Ale bez regulátora nabíjania môže batéria ukončiť svoju životnosť jasným zábleskom a spáliť váš počítač alebo kdekoľvek ho pripojíte, spolu s vaším domovom/kanceláriou/továrňou.
Existuje lacný „čínsky“ spôsob nabíjania Li-Po batérie (ale len s regulátorom nabíjania!) cez odpor obmedzujúci prúd. A zapnite LED paralelne s odporom. Po úplnom nabití LED zhasne. Tie. keď ochrana funguje. Tento spôsob sa používa v čínskych detských hračkách, kedy sa pohyblivá/lietajúca/plávajúca hračka nabíja z batérií diaľkového ovládača. Táto metóda je vhodná, ak váš strýko pracuje v továrni na batérie a „máte tých batérií práve plné“ (c). Aj my ho odmietame, hoci... nie: stále ho odmietame. Nie sme Číňania a v továrni na batérie nemáme strýkov! A preto milujeme používateľov našich zariadení nabíjať Li-Po batérie budeme mať pravdu.
Jednoduchá schéma nabíjania batérií Llipo:
Aby sme to dosiahli, vezmeme špeciálny mikroobvod a zapneme ho, ako je uvedené v. Upozorňujeme, že čip má dva vstupy - USB(3,7-6V) a DC(3,7-7V) na pripojenie jednosmerného napájania. Tie. aspoň narovnal.
Urobila som malú skúšobnú šatku na . LED dióda sa rozsvieti počas nabíjania a zhasne po dokončení nabíjania batérie. Ak nie je pripojená batéria, LED nesvieti.
Vo výsledku tu máme miniatúrnu nabíjačku pre Li-Po batérie. Takýto obvod je možné zabudovať do dosky vášho zariadenia a nabíjať z neho USB. V kombinácii s Li-Po batérie s regulátorom nabíjania dostaneme zariadenie s plnou ochranou Li-Po batériu a správnu nabíjačku. Dlhé roky služby pre vás, Li-Po!
Jedným z najdôležitejších kritérií správnej prevádzky, dobrej účinnosti a dlhej životnosti batérie je jej správne nabitie. To platí pre všetky batérie, či už ide o masívne priemyselné batérie s pomerne veľkou kapacitou, alebo malé batérie vo vašich tabletoch alebo telefónoch.
Väčšina nabíjateľných batérií má v rôznej miere takzvaný „pamäťový efekt“. Vyjadruje sa v tom, že batérie si „pamätajú“ limity použitej kapacity.
Z tohto dôvodu sa v skutočnosti vykonáva prípravný výcvik batérií. Kvôli vyššie uvedenému výsledku sa neodporúča nabíjať batérie, ktoré sa ešte úplne nevybili.
Batérie si v tomto prípade okrem iného „zapamätajú“ hranice, ktoré majú možnosť dosiahnuť.
Výsledkom bude zníženie fyzickej kapacity batérií, ich rýchle vybíjanie a krátka životnosť.
Pri nákupe nových batérií sa odporúča ich „trénovať“. Spočíva v úplnom vybití/nabití samotných batérií. Zjednodušene povedané, musíte vybiť batérie a potom ich „úplne nabiť“. Postup sa opakuje 3-4 krát.
Výsledkom tohto postupu je, že batérie vydržia oveľa dlhšie. Zdá sa, že s tým všetkým ich „pretaktujete“, čím zvýšite potenciálnu kapacitu na limity.
Čím menejkrát sa batéria vybije a čím bude každé jednotlivé vybitie plytšie, tým dlhšia bude jej životnosť.
Ako môžem nabiť batériu?
- Najlepšou možnosťou je nabíjanie DC 0,1 - 0,2 C počas 6-8 hodín.
- Rýchle nabíjanie - do 3-5 hodín. prúd je asi tretina menovitého prúdu.
- Zrýchlené nabíjanie - vykonáva sa prúdom, ktorý sa rovná menovitej kapacite samotnej batérie, je možné zahrievanie a zničenie prvku.
Štandardne sa hovorí, že ich napätie je 3,7 voltu, ale jeden prvok môže mať napätie v rozmedzí 2,5 (vybité) - 4,2 voltu a to je väčšinou maximum.
Ich životnosť je v priemere 1000 - 1500 cyklov nabitia a vybitia
Spravidla, ak je takáto batéria vybitá pod 2,5 V alebo nabitá na viac ako 4,2 V, batéria zlyhá. Na ochranu pred týmto má väčšina batérií tohto typu ochrannú dosku, ktorá vypne batériu, keď napätie prekročí normálny rozsah.
Nabíjacie zariadenie musí byť schopné nabíjať batérie až do 4,2 V a automaticky vypnúť nabíjanie.
Novší typ lítium-iónových batérií s vyššou hustotou energie a menšou veľkosťou (hrúbka článku od 1 mm! s výraznou flexibilitou). Použite do mínus 20 stupňov. A úplná absencia „pamäťového efektu“.
Batérie tohto typu sú výbušné a nebezpečné, ak sú prebité, rýchlo vybité alebo skratované. Preto sú všetky prvky vybavené vstavanou doskou regulátora nabíjania a vybíjania.
Počet prevádzkových cyklov je 900 plné nabitie-vybitie. Treba poznamenať, že hlboký výboj môže úplne poškodiť batériu. Odporúča sa vybiť takéto batérie maximálne na 40 % ich maximálnej kapacity.
Nabíjanie prebieha napätím 4,2 V na článok, prúdom 1C a proces nabíjania je ukončený pri prúde 0,1-0,2C. Doba nabíjania je približne 2 hodiny.
Životnosť je približne 200-500 cyklov nabitia a vybitia. Samovybíjanie: 100 % ročne.
Batéria má v malej miere „pamäťový efekt“, čo znamená, že ak sa batéria dlhší čas, mesiac alebo dva nepoužívala, musí prejsť cyklom úplného vybitia a nabitia.
Nízkoprúdové nabíjanie predlžuje životnosť batérie, takže najoptimálnejším prevádzkovým režimom by bolo nabíjanie prúdom 0,1 menovitej kapacity batérie.
Doba nabíjania je 15-16 hodín podľa pokynov výrobcu.
Takéto batérie je lepšie nabíjať jednosmerným alebo impulzným prúdom s veľmi krátkymi impulzmi zápornej hodnoty (asymetrický prúd) - pomôže to odstrániť problémy s „pamäťovým efektom“
Nabíjacie napätie na článok je 1,4 - 1,6 voltu a napätie plne nabitého článku je 1,4 voltu. Vybíjanie sa vykonáva až do 0,9 voltov, nižšie je nežiaduce.
Väčšina prichádza vo forme AA batérie a malé diskové batérie (tablety)
Napájacie napätie jedného prvku je 1,37 voltu
Samovybíjanie tohto typu je približne 10 % mesačne.
Sú vystavené „pamäťovému efektu“ a takéto batérie sa neodporúčajú používať v režime vyrovnávacej pamäte. Po dlhšej dobe nečinnosti takejto batérie je potrebné vykonať cyklus nabíjania a vybíjania prúdom približne menovitej kapacity. Vybíjací cyklus od 1,36 voltu do 1 voltu, nižšie sa neodporúča.
Menovitý nabíjací prúd je v rozmedzí 0,1-1 menovitej kapacity prvku.
Môže sa používať pri teplotách do mínus 50 stupňov.
Pb (olovnatá) batéria
Najbežnejší typ energie batérie.Väčšina bezpečným spôsobom nabíjanie vyzerá takto, najprv sa batéria nabíja konštantným prúdom a po prijatí požadované napätie, batéria si toto napätie udrží.
Maximálna hodnota nabíjací prúd 0,2 - 0,3 nominálnej kapacity batérie. Optimálny nabíjací prúd je 10% nominálnej hodnoty, je bezpečný a šetrný k batérii.
Maximálne nabíjacie napätie by nemalo presiahnuť 13,8 voltov. O rýchle nabíjanie je povolené napätie do 14,5 voltov.
Celkový čas plné nabitie by mala byť okolo 5. - 6. hodiny.
Minimálna teplota nabíjania nie je nižšia ako -15°C
AGM batéria
Na rozdiel od olovo-kyselinových, obsahujú absorbovaný elektrolyt a nie kvapalinu ako v kyslých, tesnenia zo sklenenej tkaniny medzi olovenými doskami sú impregnované elektrolytom. A to im dáva množstvo výhod: odolnosť voči vysokým vibráciám, spoľahlivú prevádzku aj pri mínus 30 C, hoci napätie trochu klesá, utesnený dizajn a bezpečnejšie nabíjanie.Počet úplných cyklov nabitia a vybitia je od 500 do 1000 v závislosti od značky modelu.
Ultra-kompaktné nabíjanie lítiových batérií, 1S (3,7V/4,2V) aj 2S (7,4/8,4V) - predovšetkým pre všetky druhy foto a video zariadení a rôzne baterky, ktoré nemajú vlastnú vstavanú „kostru“ nabíjanie (a tiež na nabíjanie ďalších batérií). Rozsah vstupných prevádzkových napätí je 5-18V (požaduje sa, aby vstupné napätie bolo aspoň o 1V vyššie ako napätie na nabíjanej batérii).
Nabíjací prúd:
- pre 3,7V - 0,75A
- pre 7,4V - 1A
Tieto nabíjacie prúdy sú optimálne univerzálne (a hlavne bezpečné!!!) pre veľkú väčšinu batérií všetkých fotoaparátov a kamier.
Pre odhad rozmerov je na fotke rubeľ :)
Vodotesné prevedenie. Ochrana proti skratu a prepólovaniu (naozaj funguje - sám som to testoval! :)
Na „šplhanie“ ku kontaktom batérie sa používajú prispôsobiteľné svorkové kontakty z „Ketai frog“. Je možné (ak je ťažké „šplhať“ kvôli konštrukcii batérie) zameniť plusové a mínusové kontakty „žaby“.
Samozrejme, vždy existujú možnosti pripojenia ku kontaktom batérie „alternatívne“, napríklad upevnením vodičov elastickým pásom alebo elektrickou páskou :)
Pre batérie s „veľmi zložitými“ kontaktmi (a to sú spravidla batérie Sony) je pribalený ďalší konektor s kabelážou, aby sa pôvodná nabíjačka mierne „upgradovala“ – tento konektor prispájkujte k výstupným kontaktom pôvodnej nabíjačky .
Prepínanie medzi 3,7V a 7,4V sa vykonáva otvorením alebo zatvorením vodiča (viď foto). Stav zatvorený - 7,4 V, otvorený - 3,7 V (tieto informácie sú „nakreslené“ aj na doske, pre tých, ktorí zabudli:)
Výstupný konektor z dosky (ktorý ide na batériu) som spravil kompatibilný s celou rodinou univerzálnych nabíjačiek ako iMax (konektor mužského typu DEANS , aka T-Plug ) - t.j. možno použiť doma (aj v aute) iMax (s rovnakými „žabami“ a inými kontaktmi) a pre čisto táborové - pre ľahkosť a kompaktnosť si vezmite tento šál namiesto iMaxu, ktorý je o niečo väčší ako rubeľ :)
Dôležitá poznámka:
Táto nabíjacia doska má jednu vlastnosť (pravdepodobne to nie je „chyba“, ale „funkcia“ - ale stále ju treba brať do úvahy) - má VEĽMI pomalú záverečnú časť nabíjania (CV - Constant Voltage). Zhruba do cca 98% kapacity batérie prebieha nabíjanie pomerne rýchlo (v rámci uvedených prúdov), ale konečné „dobíjanie“ prebieha veľmi pomaly! Tie. Od momentu, keď je batéria skutočne už nabitá, až po rozsvietenie LED indikátora, ktorý signalizuje koniec nabíjania, môže uplynúť veľmi dlhá doba!
A v niektorých prípadoch (hlavne sa to týka 7,4V batérií z fotografie a videa) sa možno ani nedočkáte rozsvietenia LED - ako napríklad pri batérii mojej digitálnej zrkadlovky Pentax... Faktom je, že jej batéria obsahuje vyrovnávaciu dosku, ktorá „vypúšťa“ napätie až 8,3V - kým nabíjacia doska čaká na vytvorenie 8,4V :) A v konečnom dôsledku to nikdy nečaká... :)
Ako sa s tým vysporiadať? Áno, veľmi jednoduché!
Po prvé, môžete jednoducho odhadnúť čas nabíjania (a poznáme nabíjací prúd, ako aj kapacitu batérie - je to napísané). Napríklad nabíjame batériu s napätím 7,4V (označenia 7,2V alebo 8,4V sú všetky rovnaké:) a kapacitou 1600mAh. Podľa toho pri nabíjacom prúde približne 1A možno batériu považovať za nabitú približne po hodine a pol.
Po druhé, jednoducho sa prstom dotknete induktora na doske nabíjačky (to je taká veľká štvorcová okrúhla časť na doske, najväčšia zo všetkých častí :) Ak je na dotyk teplá, tak aktívne nabíjanie je stále prebiehajúce. Ak sa však jeho teplota len málo líši od všeobecnej teploty celej dosky (nemôžete ju jasne cítiť prstom), aktívne nabíjanie sa skončilo a batériu môžete bezpečne odpojiť.
Tu treba hlavne pamätať na jednoduchú pravdu: mierne podbitie lítium-iónovým batériám nielenže nijako neškodí, ale opak je pravdou, je veľmi užitočné pre zvýšenie ich životnosti!!! Dobíjania lítiových batérií sa teda vôbec nebojte, len prebíjania (našťastie vám to táto nabíjacia doska neumožní :) 
Prvou spoločnosťou, ktorá uviedla do sériovej výroby vysokokapacitnú nabíjateľnú lítium-iónovú batériu, bola spoločnosť Sony a jej životnosť sa výrazne predĺžila v porovnaní s jej nikel-kadmiovým náprotivkom.
Bohužiaľ, prvé modely mali značnú nevýhodu, ktorá sa prejavila v tom, že pri vysokom vybíjacom prúde došlo k zapáleniu lítiovej anódy.
Odstránenie tohto problému trvalo približne 20 rokov, riešením bol ovládač, ktorý neumožňuje vznik čistého lítia na anóde lítium-iónovej batérie.
Moderné modely sú spoľahlivé a bezpečné, postupne nahradili nikel-metal hydridové a nikel-kadmiové modely z trhu. nabíjateľné batérie v prenosných zariadeniach sa inštalujú ako zdroj energie pre notebook, fotoaparát, mobilný telefón atď.
Jediným miestom, v ktorom sú lítium-iónové batérie horšie ako nikel-kadmiové batérie, sú zariadenia, ktorých prevádzka vyžaduje vysoký vybíjací prúd, napríklad skrutkovače. Tento typ batérie sa nazýva priemyselný.
Samostatne stojí za zmienku prvky Li-Pol. Jediný rozdiel od lítium-polymérovej batérie je v tom, že v základni je použitý iný elektrolyt, pričom princíp činnosti, vlastnosti a vlastnosti týchto typov sú takmer totožné.
Zvláštnosti
Akýkoľvek typ zdroja energie má svoje výhody, a teda aj nevýhody, lítium iónové batérie len potvrdiť túto axiómu. Pozrime sa podrobnejšie na ich charakteristické črty.
Medzi výhody nepochybne patrí:
- nízke parametre samovybíjania;
- Ak vezmete jeden článok lítium-iónovej batérie, ktorej rozmery sa rovnajú batériám iného typu, potom bude mať väčší náboj (3,7 V oproti 1,2 V). Vďaka tomu bolo možné výrazne zjednodušiť a odľahčiť batériu;
- Neexistuje žiadny taký parameter ako energetická pamäť, to znamená, že batéria nevyžaduje pravidelné vybíjanie na obnovenie napájania (kapacity), čo zjednodušuje prevádzku.
Keď už hovoríme o výhodách, ktoré má tento batériový článok, určité nevýhody nemožno ignorovať, medzi ktoré patrí:
- vstavaná „poistka“, teda ochranná doska, ktorej úlohou je obmedziť napájacie napätie počas nabíjania a zabrániť úplné vybitie batérie, okrem toho sa vyhladzuje maximálny prúd a kontroluje sa aj teplota. Z tohto dôvodu je cena lítium-iónových batérií vyššia ako cena analógových;
- Napriek repasovaniu lítium-iónových batérií podliehajú „starnutiu“, aj keď sú skladované v súlade s prevádzkovým poriadkom. Ako spomaliť tento proces bude diskutované nižšie, kde sa bude diskutovať o prevádzke a jej vlastnostiach.
Video: recenzia, otvorenie lítium-iónovej batérie z mobilného telefónu
Faktor tvaru
Lítium-iónové batérie sú dostupné v dvoch formách – valcové a tabletové.
Mnoho zariadení používa niekoľko lítium-iónových batérií spojených dohromady, napríklad na dosiahnutie napätia 12V alebo na zvýšenie vybíjacieho prúdu, s tým treba počítať, ak si chcete takéto zariadenie kúpiť (zvyčajne je typ zapojenia uvedený na púzdro).
Ako správne nabíjať
Existujú pravidlá, ktoré môžu výrazne predĺžiť životnosť lítium-iónových batérií.
Pravidlo prvé: nemali by ste dovoliť úplné vybitie, vďaka tomu môžete zvýšiť počet cyklov, počas ktorých dochádza k nabíjaniu a vybíjaniu. Nabitím batérie o 20% môžete výrazne predĺžiť jej životnosť, a to minimálne dvojnásobne. Ako príklad uvádzame tabuľku závislosti cyklov nabíjania v závislosti od hĺbky vybitia batérie.
Pravidlo dva: raz za tri mesiace je potrebné vykonať úplný cyklus (to znamená úplné vybitie a nabitie), vďaka čomu sa proces „starnutia“ batérií výrazne spomalí.
Pravidlo tri: lítium-iónovú batériu nemôžete skladovať úplne vybitú, odporúča sa, aby bola batéria nabitá na 30-50 %, inak nie je možné obnoviť jej kapacitu.
Pravidlo štyri: na nabíjanie batérie použite originálnu nabíjačku dodanú výrobcom, vyžaduje si to rozdiel v konštrukcii ochranného obvodu batérie. Teda napríklad batérie HTC, En-El, Sanyo, IRC, ICR, Lir, Mah, Pocket, ID-Security atď. Nie je vhodné nabíjať pomocou zariadenia pre batérie Samsung.
Pravidlo päť: nedovoľte, aby sa batéria prehriala; lítium-iónové zariadenie môže byť prevádzkované pri teplote okolia od -40 do 50 °C. Ak teplotné podmienky Batériu nie je možné obnoviť alebo opraviť, bude potrebné ju vymeniť.
Samostatne je potrebné zdôrazniť, že nabíjateľné batérie slávnych značiek výrazne lepšie vlastnosti ako analógy od neznámych výrobcov. Môžete si byť istí, že batérie DMW-BCG, VPG-BPS, SAFT, ako aj originálne modely, napríklad BL-5C, BP-4L (Nokia), D-Li8, NB-10L (Canon), NP-BG1 (Sony ) alebo LP243454-PCB-LD budú určite lepšie ako ich čínske náprotivky.
Domáca nabíjačka
Ak chcete, môžete si vyrobiť zariadenie vlastnými rukami, ktoré bude slúžiť na nabíjanie lítium-iónových batérií, jeho schéma je znázornená nižšie.
Označenia na obrázku:
- R1 - 22 Ohm;
- R2 – 5,1 kOhm;
- R3 - 2 kOhm;
- R4 -11 Ohm;
- R5 – 1 kOhm;
- RV1 – 22 kOhm;
- R7 – 1 kOhm;
- U1 – stabilizátor LM317T (treba inštalovať na radiátor s veľkou rozptylovou plochou);
- U2 – TL431 (regulátor napätia);
- D1, D2 – LED diódy, môžete použiť typ smd, prvá signalizuje začiatok procesu nabíjania, je vhodné zvoliť červenú, druhú – zelenú;
- tranzistor Q1 – BC557;
- kondenzátory C1, C2 – 100n.
Vstupné napätie do nabíjacieho obvodu lítium-iónovej batérie by malo byť od 9 do 20 V, na tento účel je možné ho zmeniť pulzný blok výživa. Výkon odporu sa musí zvoliť nasledovne:
- R1 – minimálne 2W;
- R5 – 1W
- zvyšok nie je nižší ako 0,125 W.
Ako premenlivý odpor RV1 je vhodné vziať CG5-2 alebo jeho importovaný analóg 3296W. Tento typ umožňuje presnejšie nastaviť výstupné napätie, ktoré by malo byť cca 4,2V.
Princíp fungovania nabíjacieho obvodu je nasledujúci:
Po zapnutí sa batéria nabíja, aktuálna hodnota závisí od rezistora R5 (v našom prípade bude na úrovni 100 mA), nabíjacie napätie sa pohybuje od 4,15 do 4,2 V, spustenie procesu bude signalizovať dióda D1. Keď sa batéria priblíži k prahu nabíjania, záťažový prúd sa zníži, čo spôsobí, že LED D1 zhasne a D2 sa rozsvieti.
Upozorňujeme, že znížením napätia približne o 0,05-0,1V môžete výrazne predĺžiť životnosť batérie, pretože nebude úplne nabitá.
Kontakty pre nabíjaciu jednotku, cez ktorú bude pripojená batéria, je možné vybrať z rozbitého zariadenia, nezabudnite ich pred tým vyčistiť.
Upozorňujeme, že ak sú nastavenia nesprávne, napríklad napätie alebo nabíjací prúd sú príliš vysoké, môže dôjsť k poškodeniu batérie.
Výroba nabíjačky je oveľa lacnejšia ako cena lítium-iónovej batérie, či už v Moskve alebo Petrohrade, takže šetrenie (vzhľadom na rozvinutý predaj) a riskovanie poškodenia batérie pomocou podomácky vyrobeného zariadenia nemá zmysel .
