Всем здравствуйте. Зарядка одной батареи LiPo (литий-полимерный аккумулятор) сегодня не проблема, потому что действительно много схем, разработанных для этой цели. Представленное устройство, это универсальная зарядка для последовательных включённых батарей LiPo 1 ... 4 с зарядным током до 2 А. Представленная универсальная зарядка основана на специализированной микросхеме MAX1737. Это драйвер понижающего импульсного преобразователя, приспособленного для зарядки LiPo / Li-Ion аккумуляторов. Внутренняя структурная схема микросхемы показана на рисунке.
Микросхема оснащена многими функциями, необходимыми для правильной зарядки аккумулятора, такими как: режим предварительной зарядки с уменьшенным током, таймеры для предотвращения перезарядки, обнаружение поврежденного элемента (на основе времени зарядки) и тепловая защита в виде термистора, измеряющего температуру батареи. Кроме того, микросхема MAX1737 имеет встроенный ограничитель тока, питаемый от источника питания, что полезно, когда система находится в режиме управления питанием. В представленной схеме этот блок отсутствует и используется только функция зарядного устройства. Схема зарядного устройства представлена на рисунке.
Источник питания подключен к разъему постоянного тока и должен находиться в диапазоне от 20 ... 28В. Коэффициент полезного действия источника питания должен соответствовать установленному току зарядки. Для этого идеально подходит адаптер питания от ноутбука. Диод D1 защита от обратного подключения питания и защищает аккумулятор от разрядки в случае отключения питания. Элементы D2, C1 защищают источник питания микросхемы U1. Сборка Q1 представляет собой пару ключевых транзисторов преобразователя, компоненты C10, C11, D3 являются частью схемы поляризации ключевого транзистора. Резистор R13 устанавливает максимальный ток зарядки аккумулятора.
Элементы R14, R15, C12 ... 14 отвечают за фильтрацию измерительного напряжения с резистора R13. Напряжение для полномасштабного преобразователя тока составляет 200 мВ. Для резистора R13 = 0,1В это соответствует максимальному току зарядки Imax = 2 А. Ток зарядки, пропорциональный максимальному току, определяется напряжением на выводе ISETOUT (сигнал ISET). Положение перемычки на выводах IADJ приводит к переключению делителя R9 ... 12 и установке тока на 100/75/50/25% Imax (т.е. 2,0 / 1,5 / 1,0 / 0,5 А).
Микросхема U1 постоянно в рабочем состоянии, вывод 18 SHDN подключен к VL (высокий уровень). Внутренняя защита от пониженного напряжения блокирует систему до тех пор, пока напряжение питания не станет ниже напряжения батареи, и схема будет находиться в состоянии RESET. Зарядка начинается с измерения напряжения аккумулятора на выводе BATT. Если напряжение ниже 2,5В / на элемент, ток устанавливается на Imax / 20, батарея заряжается в течение приблизительно 7,5 минут и активируется диод FST (быстрая зарядка). Если напряжение батареи не увеличивается в течение этого времени, сигнализируемая ошибка (диод FLT), если оно превышает 2,5 В / на элемент, устройство переходит в режим быстрой зарядки. Быстрая зарядка — это режим постоянной зарядки, определяемый током Imax (с учетом положения перемычки на выводах IADJ) в течение 90 минут (для значений конденсаторов C8, C9, как на схеме).
После достижения напряжения на элементе 4,2 В (± VAdj) система переходит в режим полной зарядки (сигнализирует диодом FLL). Эта стадия длится еще 90 минут и состоит из зарядки с постоянным напряжением до тех пор, пока таймер не переполнится (что сигнализируемая диодом FLT), или пока ток зарядки не упадет до уровня 0,1 * Imax. Ток заряда падает ниже 0,1 * Imax переводит микросхему U1 в режим удержания Top Off на 45 минут (светодиоды FST и FLL выключены). Еще через 45 минут, если напряжение аккумулятора не падает ниже 95% Vcell, устройство завершает зарядку. Если напряжение аккумулятора падает ниже 95% Vcell, зарядка повторяется.
Количество элементов, соединенных последовательно, и, следовательно, конечное зарядное напряжение определяет состояние вывода CELL. Перемычка конфигурации CELL позволяет устанавливать напряжение, соответствующее 1 ... 4 батареи, включенным последовательно (4,2 ... 16,8 В). Отличительной особенностью MAX1737 от других зарядных устройств является возможность корректировки напряжения зарядки в диапазоне ± 5% относительно номинального напряжения.
Зарядное устройство использует пороги коррекции ± 2,5% и –5%. Это позволяет заряжать напряжением ниже номинального 4,1 / 4,0В, влияющим на увеличение срока службы, или напряжением 4,3В для новых типов батарей LiPo 4,35В. Коррекция выполняется автоматически и независимо от установленного количества аккумуляторов. Если напряжение элемента в батареи по какой-либо причине (например, повреждение аккумулятора) превышает 4,55 ... 4,8 В, зарядка прерывается системой защиты от перенапряжения.Терминалы вывод 13 TMR1 и 14 TMR2 определяют время каждой фазы зарядки, TMR1 (C8) определяет время предварительной зарядки, время полной зарядки, время выключения и время быстрой зарядки TMR2. Для емкости 1 nF время составляет соответственно Pregual = 7,5 минут, Full Charge = 90 мин, Fast Charge = 90 мин, Top Off = 45 мин и пропорционально емкостям, подключенным к выводам TMR1, TMR2.
Для тепловой защиты батареи должен быть установлен термистор NTC 10K B3977, встроенный компаратор микросхемы U1 блокирует зарядку, когда температура батареи находится вне диапазона 2,5 ... 47,5 градуса по цельсию. Температура измеряется каждую 1 секунду. Схема собрана на небольшой двухсторонней печатной плате, ее схема и расположение элементов показаны на рисунке.
Если зарядное устройство работает только с батареями одного типа, для повышения надежности стоит заменить перемычки IADJ, CELLl, VADJ на непосредственное соединение на печатной плате. Первый запуск зарядного устройства должен осуществляться от лабораторного источника питания с ограничением по току. Подключите резистор 10 кОм / 0,5 Вт к клеммам аккумулятора и подключите термистор. После включения источника питания проверьте значения напряжения, соответствующие всем положениям перемычек CELL / VADJ. Если напряжения соответствуют кратному 4,2 В +/– коррекции VADJ, вы можете приступить к зарядке аккумулятора. В этом случае проверьте соответствие выходного напряжения, зарядного тока, работы защиты NTC и сигнализации режима о полном цикле зарядки.
