Mạch sạc pin Li-Ion USB 3.7V

Trong bài này chúng ta cùng tìm hiểu một mạch sạc pin li-ion USB 3.7V cho máy tính đơn giản với các tính năng tự ngắt, điều khiển dòng điện.

Làm thế nào nó hoạt động

Mạch có thể được hiểu với sự trợ giúp của mô tả sau:

IC LM358 được cấu hình như một bộ so sánh. IC LM741 không được sử dụng vì nó không được chỉ định để làm việc với điện áp thấp hơn 4,5V.

Chân số 2 là đầu vào đảo ngược của IC được sử dụng làm chân cảm biến và được gắn với một giá trị đặt trước cho các điều chỉnh và cài đặt cần thiết.

Chân số 3 là đầu vào không đảo ngược của opamps tham chiếu ở 3V bằng cách kẹp nó với một diode zener 3V.

Có thể nhìn thấy một vài đèn LED được nối dây qua chân đầu ra của opamp, để phát hiện và chỉ ra tình trạng sạc của mạch. Đèn LED màu xanh lá cây cho biết pin đang được sạc trong khi đèn đỏ sáng ngay sau khi pin được sạc đầy và nguồn cung cấp cho pin bị ngắt.

Cách sạc bằng cổng USB

Hãy nhớ rằng quá trình sạc có thể khá chậm và có thể mất nhiều giờ, vì dòng điện từ USB của máy tính thường rất thấp và có thể nằm trong khoảng từ 200mA đến 500mA tùy thuộc vào mục đích sử dụng cổng số nào.

Khi mạch được lắp ráp và thiết lập, thiết kế được hiển thị bên dưới có thể được sử dụng để sạc bất kỳ Pin Li-Ion dự phòng nào thông qua cổng USB.

Trước tiên, kết nối pin qua các điểm được chỉ định, sau đó cắm đầu nối USB vào ổ cắm USB của máy tính. Đèn LED màu xanh lá cây sẽ ngay lập tức BẬT cho biết pin đang được sạc.

Bạn có thể gắn vôn kế qua pin để theo dõi quá trình sạc của nó và kiểm tra xem mạch cắt nguồn cung cấp có chính xác hay không ở giới hạn quy định.

Vì dòng điện từ USB máy tính có thể khá ít, giai đoạn điều khiển hiện tại có thể được bỏ qua và thiết kế trên có thể được đơn giản hóa nhiều như hình dưới đây:

Video Clip hiển thị hành động tự động ngắt khi pin Li-Ion được sạc tới 4,11V:

Xin lưu ý rằng mạch sẽ không bắt đầu sạc trừ khi pin được kết nối trước khi BẬT công tắc nguồn, do đó hãy kết nối pin trước trước khi kết nối với cổng USB

LM358 có hai opamp có nghĩa là một opamp bị lãng phí ở đây và vẫn không được sử dụng, do đó LM321 có thể được thử thay vào đó để tránh sự hiện diện của một opamp không sử dụng.

Cách thiết lập mạch sạc USB Li-ion ở trên:

Điều đó cực kỳ dễ thực hiện.

1. Đầu tiên, hãy đảm bảo rằng giá trị đặt trước được di chuyển hoàn toàn ở mặt đất. Có nghĩa là, chân số 2 phải ở mức mặt đất thông qua cài đặt trước ban đầu.
2. Tiếp theo, không có bất kỳ pin nào được kết nối, hãy áp dụng chính xác 4,2 V trên +/- các đường cung cấp của mạch, thông qua một nguồn điện có thể điều chỉnh chính xác.
3. Bạn sẽ thấy đèn LED xanh BẬT ngay lập tức.
4. Bây giờ, từ từ xoay cài đặt trước, cho đến khi đèn LED màu xanh lá cây chỉ TẮT và đèn LED ĐỎ BẬT.
5. Đó là tất cả! Mạch hiện đã được thiết lập để ngắt ở 4.2 V khi tế bào Li-Ion thực tế đạt đến mức này.
6. Đối với thử nghiệm cuối cùng, hãy kết nối pin đã xả vào vị trí được hiển thị, cắm nguồn điện đầu vào qua ổ cắm USB máy tính và vui chơi khi xem tế bào được sạc và ngắt ở ngưỡng 4.2 V quy định.

Đã thêm tính năng CC hiện tại không đổi

Có thể thấy, một tính năng dòng điện không đổi đã được thêm vào bằng cách tích hợp giai đoạn BC547 với đế của BJT chính.

Ở đây điện trở Rx xác định điện trở cảm nhận dòng điện và trong trường hợp đạt đến giới hạn dòng điện tối đa, điện thế sụt giảm trên điện trở này sẽ nhanh chóng kích hoạt BC547, làm cơ sở của trình điều khiển BJT, tắt sự dẫn điện của nó và sạc pin .

Bây giờ, hành động này tiếp tục dao động ở ngưỡng giới hạn hiện tại, cho phép dòng điện không đổi được yêu cầu, CC sạc có kiểm soát cho pin Li-ion được kết nối.

Giới hạn hiện tại không cần thiết cho nguồn USB

Mặc dù thiết bị giới hạn dòng điện được hiển thị, điều này có thể không bắt buộc khi sử dụng mạch với USB vì USB đã có dòng điện khá thấp và việc thêm một bộ giới hạn có thể vô ích.

Bộ giới hạn dòng điện chỉ nên được sử dụng khi dòng điện về cơ bản là cao, chẳng hạn như từ kênh năng lượng mặt trời hoặc từ pin khác

Cải thiện mạch hơn nữa

Sau một số thử nghiệm, bóng bán dẫn Darlington không thể chuyển đủ dòng điện sang các tế bào Li-Ion, đặc biệt là các tế bào đã phóng điện sâu. Điều này dẫn đến sự khác biệt về mức điện áp trên tế bào và trên các đường cung cấp của mạch.

Để giải quyết vấn đề này, tôi đã cố gắng cải thiện thiết kế hơn nữa, bằng cách thay thế Darlington BJT đơn lẻ bằng một cặp mạng NPN / PNP, như được đưa ra bên dưới:

Thiết kế này đã cải thiện đáng kể việc phân phối dòng điện, và dẫn đến giảm biên độ chênh lệch giữa mức điện áp đầu cực của pin và mức điện áp nguồn cung cấp thực tế, và do đó, việc chuyển mạch cắt sai.

Video sau đây, hiển thị kết quả thử nghiệm bằng cách sử dụng mạch trên:

Sử dụng Relay 5V

Các thiết kế trên cũng có thể được chế tạo bằng cách sử dụng 5V, điều này sẽ đảm bảo phân phối dòng điện tốt nhất có thể đến tế bào và sạc nhanh hơn. Sơ đồ mạch có thể được nhìn thấy dưới đây:

Xin lưu ý:

Bài viết này đã được thay đổi đáng kể gần đây và do đó các cuộc thảo luận bình luận cũ hơn có thể không phù hợp với sơ đồ mạch được hiển thị trong thiết kế và giải thích cập nhật hiện tại này.