Импульсная зарядка для li-ion аккумуляторов. Схема импульсного зарядного устройства
Импульсная зарядка для литий-ионных аккумуляторов (без микропроцессора)
Всем нам уже все уши прожужжали, что литий-ионные аккумуляторы правильнее всего заряжать постоянным током до напряжения 4.2 В. По достижении данного значения считается, что аккумулятор набрал где-то 70-80% своей максимальной емкости. К слову сказать, этот момент наступает достаточно быстро и чем больше был ток заряда, тем быстрее.
Теперь остается зафиксировать на аккумуляторе это напряжение и подержать его так еще какое-то время. За это время аккумулятор должен набрать еще процентов 20 емкости. Ток заряда при этом будет неуклонно снижаться но, что немаловажно, до нуля так никогда и не дойдет. Окончанием заряда можно считать снижение тока до ~0.05 от номинальной емкости (той, которая указана на этикетке).
Это так называемый двухэтапный режим заряда CC/CV, о котором более подробно мы рассказывали в этой статье.Описанная логика по своей сути очень правильная и в первом приближении не имеет недостатков: быстрый набор основной емкости, четко заданные критерии перехода к фазе снижения тока и момента окончания зарядки. Но так ли это?
На самом деле, для описанной выше логике работы зарядных устройств порог в 4.2 вольта выбран далеко не случайно. Дело в том, что длительное прикладывание повышенного напряжение к li-ion аккумуляторам ведет к деградации их электродов и электродных масс (электролита) и, как следствие, потери емкости. А так как фаза заряда с фиксированным напряжением и падающим током обычно довольно длительная, то желательно ограничить напряжение сверху на уровне 4.2 (или 4.24В). Что и делается на практике.
Однако, более правильным было бы контролировать напряжение на аккумуляторе не тогда, когда через него протекает большой зарядный ток, а во время холостого хода. Дело в том, что в зависимости от величины внутреннего сопротивления батареи и тока, напряжение на аккумуляторе может запросто достигать 4.3 и даже 4.4 Вольта (если, конечно, нет PCB-модуля, который отрубит акб из-за перенапряжения). Таким образом, зарядное устройство перейдет в режим стабилизации напряжения немного раньше, чем хотелось бы, увеличивая тем самым общее время заряда.
Заряд импульсами тока с паузами между ними
Умная зарядка дейстовала бы следующим образом: сначала отключила бы зарядный ток, выждала бы небольшую паузу, измерила бы напряжение холостого хода на аккумуляторе и на основании этого приняла бы решение о своих дальнейших действиях. Чем ближе напряжение приблизилось к 4.15В (это напряжение полностью заряженного аккумулятора), тем более короткий импульс зарядного тока выдает зарядка. Как только напряжение достигнет заданного порога (4.15 вольта), импульсы тока совсем прекратятся.
Вот как это выглядит на графике:
В таком зарядном устройстве можно оставлять аккумулятор на сколь угодно длительное время, и он будет подзаряжаться по мере необходимости.
Мы только что описали еще один (более правильный) способ зарядки литиевых аккумуляторов - импульсный. Но такие зарядки менее распространены, так как для реализации этого алгоритма требуется микропроцессорное управление, что усложняет и удорожает схему.
Схема зарядника
Но не надо грустить! Оказывается, существует схема импульсного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов БЕЗ МИКРОПРОЦЕССОРА. Вот она:
Как это ни удивительно эта несложная схема в полной мере реализует весь описанный выше алгоритм заряда при полном отсутствии "мозгов". Схема работает следующим образом.
С момент включения схема начинает заряжать аккумулятор постоянным током. Величина тока зависит от напряжения питания и сопротивления резистора RD.
В момент, когда напряжение на элементе при наличие зарядного тока начинает превышать 4,15 Вольта, компаратор (KA393 или KIA70XX) видит это и закрывает транзистор VT1. Далее следует пауза, за время которой напряжение на элементе снижается до своего истинного значения. Т.к. напряжение холостого хода на аккумуляторе ещё не достигло величины 4,15 В, оно вскоре снизится ниже этого значения. Компаратор, увидив это, вновь откроет зарядный ключ.
Процесс будет повторяться снова и снова, с той лишь разницей, что по мере зарядки аккумулятора импульсы зарядного тока будут всё время сокращаться, а длительность паузы между импульсами, наоборот, увеличиваться. То есть будет увеличиваться скважность импульсов.
Ближе к концу зарядки длительность импульса зарядного тока составляет доли процента от длительности паузы между ними, а напряжение на элементе будет практически равно 4,15 Вольта (конкретное значение выставляется потенциометром R1 при настройке схемы).
Теперь о деталях. Разумеется, можно использовать обычный трансформатор без средней точки. Прекрасно можно обойтись и однополупериодным выпрямителем. А еще проще взять в качестве питания какой-нибудь уже готовый 5-вольтовый зарядник от сотового телефона. Чтобы его не спалить возможно придется еще сильнее ограничить ток заряда, увеличив RD, например, до 0.47 Ом.
Транзисторы что-то типа KTA1273. Силовой полевик указан на схеме, но еще лучше взять PHB108NQ03LT (выпаять из старой материнской платы от компа).
Подстроечник 470 Ом. И не самых маленьких размеров, т.к. он все-таки должен рассеивать какую-то мощность. Брать более 470 ом не советую, т.к. это увеличивает гистерезис срабатывания микросхемы KIA (микросхема может просто вырубить зарядку вместо того, чтобы генерировать импульсы, как задумано).
Схемы можно объединять в последовательные цепочки. Это позволяет заряжать батареи из последовательно соединенных аккумуляторов.
Внимание! В случае одновременного заряда нескольких элементов соединенных последовательно, для каждого аккумулятора должна использоваться своя схема со своим собственным трансформатором питания. Или со своей собственной вторичной обмоткой трансформатора. В любом случае каждый канал должен иметь собственный источник питания, не имеющий гальванической связи с другими источниками. В противном случае некоторые из аккумуляторов окажутся замкнутыми накоротко и произойдет небольшой ба-ба-бах!
Схему можно значительно упростить, выкинув необязательные цепи, а также заменив полевик на обычный биполярный транзистор. Вот, например, парочка вполне рабочих вариантов:
Транзистор можно заменить на наш дубовый КТ837. Питания лучше не делать больше 6 вольт, т.к. чем оно выше, тем сильнее все будет греться. Резистором R1 при сильно разряженном аккумуляторе нужно ограничить ток на уровне 700-800 мА, этого будет вполне достаточно для одного элемента li-ion. При подборе резистора главное не превысить максимальную мощность силового транзистора и способности источника питания.
Если не получилось найти микросхемы KIA70хх, их можно заменить другими детекторами напряжения, например, BD4730. Вот вариант зарядки с этой микросхемой:
Для того, чтобы настроить схему, необходимо отловить момент, когда напряжение на аккумуляторе станет ровно 4.2В и в этот момент выставить на 5-ом выводе микросхемы напряжение 2.99 Вольта (при помощи резистора R6). Если есть регулируемый блок питания, можно выставить на нем ровно 4.2 Вольта и на время настройки подключить его вместо аккумулятора.
Любая из этих схем позволяет заряжать литиевые аккумуляторы любых типоразмеров и емкостей (с учетом коррекции зарядного тока) - от небольших элементов в призматических корпусах до циллиндрических 18650 или гигантских 42120.
Схема импульсного зарядного устройства - RadioRadar
Электропитание
Главная 
Радиолюбителю Электропитание
Импульсную зарядку сделать самому
ИБП должен обладать такими качествами, как выдача тока до 10А, при стабильном заданном напряжении. При этом желательно, чтобы никакие компоненты не грелись сильно, а использование зарядного устройства было безопасно. Они, как правило, используются для зарядки автомобильных аккумуляторов. Правильная зарядка таких аккумуляторов увеличивает срок их эксплуатации на 25%.
Импульсное зарядное устройство возможно приобрести или сделать самостоятельно, купив указанные радио-компоненты. Также можно обратиться за помощью к специалистам, которые паяют платы на заказ. В любом случае, варианты решения есть.
Детали можно взять уже бывшие в употреблении, лишь бы были рабочие. Значительная их часть находится в компьютерных блоках питания. Трансформатор был взят из блока питания ПК и рассчитан на 24В выходного напряжения. Без изменения его обмоток, повышения выходного напряжения можно добиться, меняя частоту генератора.
На входе питания дроссель, состоящий из двух непересекающихся обмоток, на кольце от БП. Обе обмотки одинаковые, намотанные проводом диаметром 1мм, по 9 витков каждая.
Схема импульсного зарядного устройства, которая полностью удовлетворяет все требования по заряду автомобильного АКБ, представлена ниже.
Стоит отметить, что можно достигнуть мощности 400Вт увеличив емкость электролитических конденсаторов.
Дополняют её такие составляющие, как: ШИМ регулятор и защита от короткого замыкания.
Защита от короткого замыкания регулируется переменным резистором, тем самым выставляется необходимый ток КЗ.
Все точки подключения указаны. Номиналы элементов указаны на схеме.
Отлично подойдет не только для зарядки АКБ, но и для прочих нужд, ввиду того, что имеется регулировка выходного напряжения. Корпус можно взять от чего угодно, либо сделать самостоятельно.
Минус этого устройства – его габариты. Покупное зарядное устройство будет несколько меньше в объеме.
Автор: RadioRadar
Дата публикации: 29.11.2017
Мнения читателейНет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов из импульсного БП
Предлагаем идею изготовления зарядного устройства для любых свинцово-кислотных аккумуляторов от мотоциклов или авто, при минимальных затратах сил. Создано оно на основе импульсного блока питания 14 В / 5 A. Можно использовать практически любой готовый импульсный источник питания с выходным напряжением 12 — 15 В, который подвергнется небольшой доработке. Кстати, похожий фокус можно провернуть и из компьютерного БП — вот схема и описание ЗУ
Импульсный блок питания на 14 вольтОсобенности зарядного устройства
- напряжение предельное 14.2 V
- минимальное выходное напряжение (АКБ разряжен) 6 V
- ток зарядки переключается 0.8 A / 3.5 A
Дополнительно понадобятся LED индикаторы: зеленый и красный, NPN транзистор. Красный светодиод указывает на зарядку аккумулятора, а зеленый на достижение предельного напряжения (зарядка завершена).
Предупреждаем: в сетевом адаптере присутствуют напряжения, опасные для жизни и здоровья. За подобную доработку следует браться только опытным электронщикам, которые имеют опыт работы с импульсными блоками питания!
Модификация касается только элементов на вторичной стороне трансформатора.Идея основана на коррекции (при необходимости) выходного напряжения блока питания, добавления ограничителя тока и светодиодов, информирующих о режиме работы зарядного устройства.
Схема доработки
Оригинал схемы ИБП
Схема доработкиПоследовательность доработки ИБП
1) Выбор выходного напряжения.
Адаптеры питания часто для стабилизации выходного напряжения, используют TL431. Выходное напряжение задает делитель R1 и R2, где напряжение на R2 всегда равно 2.5 В. выходное напряжение (в режиме стабилизации напряжения, аккумулятор заряжен) составляет 2.5 В х (1 + R1 / R2). Для получения напряжения 14.2 В, если блок питания дает 12 В, нужно увеличить R1 или уменьшить R2. Данный блок питания выдает 14.1 В, поэтому решено не изменять данные делителя.
2) Добавление светодиода зеленого цвета и резистора R4 параллельно оптрону.
В режиме стабилизации напряжения, TL431 управляет током светодиода оптрона, чтобы таким образом получить стабилизацию. Если напряжение на выходе слишком низкое — TL431 закрывается и через оптрон ток не течет. Поставив зеленый светодиод, получаем информацию о достижении режима стабилизации напряжения, то есть заряда аккумулятора. Во время нормальной работы ток оптрона составляет всего около 0.5 мА, то есть зеленый диод горит слабо. Чтобы его свечение было ярче, параллельно оптрону присоединяем резистор R4 номиналом 220 Ом. Он увеличивает ток зеленого диода примерно до 5 мА.
3) Добавление петли гистерезиса ограничения тока
Обычно, за ограничение тока отвечает микросхема, управляющая работой преобразователя. Если на выходе есть сильная перегрузка, например при коротком замыкании — контроллер не в состоянии самостоятельно запустить БП. В системе зарядки аккумулятора надо сделать так, чтобы этот режим ограничения тока стал нормальным режимом. С этой целью добавим элементы: R5 (резистор мощности), R6 (около 1 кОм, защита базы транзистора при коротком замыкании выхода), транзистор T1 и красный светодиод. Значение ограничения тока равна ~ 0.65 В / R5. Резистор R5 по умолчанию 0.82 Ом (0.8 А), который включается параллельно с переключателем, резистором 0.22 Ом / 5 В (тогда ток будет 3.5 А). Резисторы довольно сильно греются — что является самым большим недостатком принятого решения. Вместо ограничения с одиночным транзистором, можно использовать операционного усилителя или токовое зеркало.
Можно ли применить БП от ноутбука?
К сожалению, для переделки не подходят блоки питания от ноутбуков, дающие 19.5 В на выходе. Это связано с тем, что напряжение производится с помощью вспомогательной обмотки и самоподдерживающейся работой устройства. Если понизим напряжение с 19.5 до 14.2 В — это также уменьшит вспомогательные напряжение питания чипа контроллера преобразователя. При 14.2 на выходе система будет работать хорошо, но снижение напряжения ниже 12 В (при разряженном аккумуляторе), преобразователь не будет в состоянии стартануть. С этим же БП старт проходит даже от 6 В — то есть имеется большой запас.
Переделанный БП в ЗУВозможные улучшения
При повторении ЗУ, советуем включить параллельно выходу вольтметр (купить готовый китайский модуль на Али). Так сразу будет видно состояние заряда аккумулятора и напряжение с блока питания.
2shemi.ru
