В публикации рассмотрена схема универсального зарядного устройства (ЗУ) для литиевых аккумуляторов на основе специализированного контроллера заряда CN3765.
Этот контроллер был специально разработан для зарядки именно литиевых аккумуляторов любой разновидности: литий-ионных, литий-железо-фосфатных, литий-титанатных и некоторых других.
Преимуществом является ещё и то, что аккумуляторы при зарядке можно соединять в последовательную батарею, предварительно выставив на плате с контроллером соответствующие выходное напряжение с помощью подстроечного резистора.
Схема работает в режиме импульсного понижающего (step-down) преобразователя с частотой преобразования 300кГц. Входное напряжение для ЗУ составляет 7…30 В постоянного тока, а максимальный выходной ток, задающийся с помощью резистора, может достигать 4 А. Сам заряд проходит по протоколу CC/CV.
На графике показан режим работы ЗУ по протоколу CC/CV. Пунктирной линией обозначен зарядный ток, а сплошной напряжение на аккумуляторной батарее.
Precharge Phase - функция предварительного заряда, если аккумулятор сильно разряжен;
Constant Current Phase - режим заряда стабильным током;
Constant Voltage Phase - режим стабильного напряжения;
Charge terminated - окончание зарядки.
Схема электрическая
Зарядка идёт через силовой p-mosfet транзистор VT1 SI9435BDY, которым и управляет контроллер в импульсном режиме.
В качестве диодов VD3 и VD4 использованы Шоттки SK56 с током на 5A. Накопительная индуктивность L1 22 мкГн изготовлялась вручную на ферритовом кольце размерами 20×10×10 с намоткой медным проводом с диаметром по меди 1 мм в количестве 13 вит. Если нет необходимости в больших зарядных токах, то можно подобрать L1 в smd-корпусе заводского исполнения.
Резисторы R5 и R6 используются контроллером как токоизмерительные. От них собственно и зависит максимальный выходной ток зарядного устройства. Рассчитать максимальный ток, с которым будет производится заряд можно по формуле: IЗУ(A) = 0,12(В) / R5+R6(Ом).
На схеме применены два параллельных резистора типоразмера 2512 сопротивлением 0,1 Ом, т.е. максимальный зарядный ток будет составлять 2,4 А.
Зарядным устройством можно заряжать не только одиночные аккумуляторы, но и последовательные их соединения. Делается это установкой соответствующего выходного напряжения подстроечным резистором R4. Например:
для Li-Ion, Li- Pol - 4,2В на один АКБ, а для 2S - 8.4В, для 3S -12.6В, для 4S -16.8В, для 5S - 21В;
для LFP, LiFeP04 - 3,6В на один АКБ, а для 2S - 7.2В, для 3S -10.8В, для 4S -14.4В, для 5S - 18В.
для Lithium Titanate -2.7В на один АКБ, для 2S это 5.4В, для 3S -8.1В, для 4S -10.8В, для 5S - 13.5В.
Выходное напряжение зарядного устройства тоже описывается формулой: Uвых = 1,205 × (1 + R7/R4) + 0,03. Если заменить подстроечный резистор на переменный и вынести его на переднюю панель корпуса законченного устройства и оборудовать его цифровым вольтметром, то получится универсальное ЗУ для разного «лития».
В контроллере также есть специальные выхода для индикации текущего режима работы. При активном заряде АКБ горит красный светодиод VD1, а при окончании процесса зарядки - красный гаснет и загорается зелёный VD2. При отсутствии подключенных к ЗУ аккумуляторов будут гореть одновременно VD1 и VD2.
Вариант печатной платы ЗУ показан на рисунке ниже. Плата односторонняя, для использования элементов поверхностного монтажа, кроме L1 и подстроечника R4. При изготовлении платы методом ЛУТ, её необходимо будет «отзеркалить», т.к. это верхний слой.