Зарядное устройство для липо аккумулятора. Зарядное устройство для литий-полимерных (LiPo) аккумуляторов. Как заряжать литиевые батарейки

Полнофункциональное зарядное устройство для любых типов батарей от свинцово-кислотных до lifepo4. Несмотря на свой скромный размер может обеспечивать ток заряда до 16А. Все управление зарядным устройством осуществляется при помощи одного 4х позиционного джойстика.В комплекте с зарядным устройством идет температурный датчик для батареи, который позволит производить контроль температуры при зарядки большим током. Зарядное устройство комплектуется оригинальным блоком питания. Благодаря умной конструкции, соединение с блоком питания жесткое и без лишних проводов (разъемы типа "банан"). Дополнительно есть возможность и классического соединения кабелем. И зарядное устройство и блок питания имеют встроенные кулеры, работающие в зависимости от нагрузки, так, что уровень шума зависит исключительно от температуры внутри. Включение происходит при нагреве более 50С. При обычном токе 5-8А кулеры могут не включаться, если в помещении достаточно прохладно.Блок питания оснащен USB выходом 5V 2.1A для зарядки портативных устройств, а зарядное устройство имеет micro USB вход для возможности подключения и контроля с ПК.На блоке питания также вынесены диодные индикаторы текущей работы, показывающее примерный уровень выхода. Стандартно провод для батареи оснащен разъемом "банан"-XT60, кроме того, в комплекте имеется и второй провод "банан"-оголенный провод для пайки необходимого Вам разъема.Балансирные разъемы выполены в виде внешнего модуля. Каждый вариант представлен в 4х видах коннеткоров - стандартный XH, а также менее распространненые у нас HP/PQ,TP/FP и EHОсновные особенностиВысокий ток зарядаКомпактные размерыМинимум проводовИнтеллектуальное управление одной кнопкой,Множество вариантов поддерживаемых батарейДва тихих кулера с зависимым от нагрузки управлениемТемпературный датчикПодключение к ПКUSB выход для портативных устройствЖивая индикация нагрузки на БП.Техническая характеристики:Блок питания:Входное напряжение: 100-240В/50-60гц переменный токВыходное напряжение: 13,8ВВыходной ток: 17А + - 0.5АЗащита от перегрузки >17.5A 500msВыход USB 5V 2.1AЭффективность 91%Защита от перегрева выше 65 градусов СОхлаждение: активный вентиляторРабочая температура: 0-40 градусов СРабочая влажность 0-90%Габариты 125.7х92.7х50.2ммМасса нетто 602грЗарядное устройство:Входное напряжение: постоянное 11-15VГабариты: 92х111.4х50ммМасса нетто: 200мА на ячейкуТипы батарей: LiPo/Liion/liFe: 1-6S, NiMh/NiCd: 1-15 банок, Pb: 2-20VТок заряда: 0.1-1А (+-0.3А) 1А-16А (+-10%)Макс. потребление при зарядке: 180втТок разряда: 0.1-8А (+-10%)Память на 10 профилей заряда/разрядаБлок питания. КомплектацияБлок питания - 1штСетевой кабель для блока питания - 1штИнструкция - 1штКоннектор "банан" - 4штКабель межблочный - 1штИнструкция - 1 штЗарядное устройство. КомплектацияЗарядное устройство 1 шт.Балансирная панель 1 шт.Кабель для балансирной панели 1 шт.Кабель силовой для заряда батареи разъем "банан"-XT60 - 1 шт.Кабель силовой для заряда батареи разъем "банан" - провод для пайки - 1 штКабель для зарядки батарей 2s в жестком корпусе - 1 шт.

На данный момент написания этой статьи литий — полимерные аккумуляторы (LiPo) лидеры по отдаче тока и поэтому моделисты всех стран с радостью перешли именно на них. Что такое LiPo аккумулятор, это специальный полимер который насыщен литий содержащим раствором.

Преимущество LiPo:

1. Так например LiPo при одинаковом весе способны отдавать больше энергии чем NiCd в 4-5 раз, а NiMH в 3-4 раза.
2. Количество рабочих циклов 500-600. За два года аккумулятор теряет всего ~ 20% ёмкости.
3. Бывает два типа — быстро разрядные (Hi) и обычные. Если например в обозначении есть 3С 1000мА, это говорит о том, что такая батарея способна без вреда для себя отдавать ток до 3А, а если 40С 1000мА, то ток в 40А не проблема для такого аккумулятора. Можете себе представить сколько ампер сможет отдавать аккумулятор 40С 3S 5000мА, ему под силу крутить стартер настоящего автомобиля, только подключать его надо в параллель штатному свинцовому аккумулятору и делать очень короткие толчки, чтобы тонкие проводки не пыхнули огнем!
4. Обычные же Липошки (простонародное название LiPo) применяют в электронике не требующей больших разрядных токов, мобильных устройствах, инструментах и в обозначении таких не применяется боква (С). Буква (S) в обозначении указывает сколько банок в аккумуляторе.

Что боятся LiPo:

1. Высокая температура аккумулятора намного страшнее чем низкое напряжение. Не следует при разряде допускать нагрев аккумулятора более чем 60°С (произойдет самовозгорание или взрыв!)
2. При использовании на воздухе в холодный сезон обязательно выдержать аккумуляторы в тепле перед использованием.
3. Вздутие аккумулятора, как результат химических процессов внутри него, как следствие деградация, физическое старение, уменьшение ёмкости.
4. При нарушении достаточно мягкой оболочки батареи, или изменении её формы возможны возгорание и даже взрыв! Даже если кажется, что после крушения самолета ничего не произошло с батареей, но ЧП может произойти при последующей зарядке!

Разрядка LiPo:

1. Минимальное напряжение разряженной банки аккумулятора не должно опускаться ниже 2.5B, но лучше не рисковать и не опускать ниже 3.3В иначе начинается отложение солей и количество циклов уменьшается, а также возможно внутреннее короткое замыкание и соответственно вызовет сильный разогрев, возгоранию и даже взрыв. Поэтому в обязательном порядке надо использовать звуковые индикаторы , которые издают громкий писк при подходе аккумулятора к минимальным значениям напряжения в любой из банок.
2. Для совершенно новых аккумуляторов, первые три разрядки надо сделать током 3-5C. Это позволит расконсервировать элементы (выработать ингибитор), выровнять напряжение по банкам и набрать полную емкость.

Зарядка LiPo:

Осторожно! Лично я всегда заряжаю аккумуляторы вне дома, чего и всем рекомендую, это связано с большим количеством самовозгораний!

Хранение LiPo:

1. Температура хранения от 5 до 28°С, по другим источникам от 0 до 10°С. Моделисты считают, что хранение аккумуляторов в холодильнике, есть лучший вариант и так они прослужат значительно дольше.
2. Напряжение на банках 3.7-3.85В, это ~40% от полного заряда, именно с таким напряжением поставляются производителями LiPo аккумуляторы. В интеллектуальных ЗУ есть режим перевода LiPo в режим хранения. При хранении с другим уровнем заряда, они теряют свою ёмкость гораздо быстрее, которая затем не восстанавливается.
3. LiPo аккумуляторы стареют, даже когда не используются, поэтому не надо покупать аккумуляторы про запас. При покупке обязательно проверить дату производства, ведь двух летний аккумулятор уже потерял как минимум 20% ёмкости.

@@ Идея собрать что-нибудь своими руками для моделиста не чужда, даже можно сказать родна. Но когда речь идёт об электронике, то часто рядовой (тем более начинающий) моделист опускает/поднимает руки от, казалось бы, безвыходного положения чувствительных денежных затрат. Эти страхи не исключение и для тех, кто думает перейти на LiPo аккумуляторы.

@@ Зарядное устройство за приемлемую цену не гарантирует безопасную зарядку. На дорогой зарядник сразу как-то и денег жалко. Тем более, когда читаешь в форумах про профессиональные "умные" зарядники, которые тоже не всегда согласны с требованиями пользователя.

@@ А для начинающего моделиста мысли о бюджете зачастую одерживает верх над разумным заключением о том, что "бесплатный сыр есть только в мышеловке". По этой причине, а также желание прижечь пальчики паяльником подтолкнули меня к разработке своего, в меру "умного" зарядника.

@@ Поиски в интернете готовых схем показали, что их немало. Однако найти простой, в меру умный, не удалось. Вот тогда я окончательно и определился: собирать самому. Наковыряв информации по зарядке LiPo, принялся за железо. Особых знаний в электронике не имею, поэтому самому с нуля разработать схему было не по зубам. За основу был взят "апликейшин ноут" от AVR.

@@ Теперь нужно определиться с возможностями зарядника. Свободного времени крайне мало, поэтому сразу ограничил функции зарядного устройства. Плюс несложные мат. расчёты подвели к следующему:

Микроконтроллер ATtiny26
Выбор этого контроллера был не случаен. Он имел в наличии быстрый ШИМ-125KHz, что упрощало схему. Ну и ресурсов - тютелька в тютельку - для реализации поставленной задачи. Ах да... и цена.

Питание 10-12 вольт (для подзарядок в поле)
По началу колебался, а где взять больше 12 вольт, требуемые для заряда 3х банок. Пока не нашёл у себя в загашнике преобразователь 12->24 вольта для автомобиля. Схема оказалась на столько простой, что в принципе можно повторить и самому. Перепаял её на 14 вольт.

Мощность - максимум 1.5А - 1-3 банки LiPo (12.6 вольт)
Другие аккумуляторы даже и не были в планах...

Мозгами должен соображать, когда прекратить заряд и чтоб не вывести аккумулятор из строя (контроль температуры, времени, напряжения и силы тока)

Учет балансира при зарядке
Думал сначала встроить в зарядник, но потом решил сделать отдельным проектом - ведь девиз был: "будь проще!"

Визуальный контроль за всем происходящим (чтоб знать что там в коробке происходит).

@@ Собрал схему на макетке. Написал тест-программу, подсоединил резистор... В общем, работа пошла. 2КБ свободной памяти под программу стали стремительно уменьшаться, что свидетельствовало о свете в конце туннеля.

"""" Сразу столкнулся с проблемой - регулировка тока заряда никуда не годная - прыгает в пределах 30%. Много раз переписывал код, отвечающий за контроль и удержание тока заряда на заданном уровне - толком ничего не помогло. Дошло...Проблема не в программе. Померил осциллографом... Так у меня пульсации на шунтирующем резисторе под 2 вольта размахом. Что-то не так со схемой. Подбирал катушку и частоту включения силовика - не очень то и помогло. А вот увеличил выходной конденсатор с 470Мф до 2200Мф - всё встало на свои места. Вывод: где-то в Атмеловском апликейшн ноуте ошибка. Полазил по форумам - так оно и есть. Ну что-ж, пожалуй это была самая большая проблема.

@@ Ещё одна проблемка, но уже поменьше - это замер температуры. Вначале мне казалось, что это одна из самых простых задач. Дело в том, что терморезистор изменяет свои значения не линейно, а логарифмически. Это выглядит так:

"""" Этот график и взял время, так как в даташите на резистор было мало информации в отношении сопротивление=температура. А мне нужно было получить значения для каждого градуса. Пришлось задействовать Excel. Так что, если кто желает точных показаний температуры для своего резистора (что совершенно бессмысленно, так как аккумулятор не умрёт, если вместо 40 градусов он будет 42) может считать сам. Далее составляем таблицу значений ADC по формулам:

@@ V=5*(Rt/(Rt+1000)) , где Rt - сопротивление резистора при определённой температуре, взятое из графика.

@@ Полученное значение ADC и записываем в таблицу в файле ntc.inc. Так поступаем для всех значений температуры от 5 до 50 градусов с шагом в один градус. Больше особых проблем не предвидится, можно рисовать печатку. Делал это в WinQCad, а вообще это дело вкуса.

@@ У меня получился такой вариант:

"""" Рисунок печатной платы: лицевая сторона скачать архив (5 кБ) , обратная сторона скачать архив (2 кБ) . Как видно из рисунка, аналоговая земля отделена от основной земли и соединены резистором в 0 Ом.

"""" Как видно из рисунка, аналоговая земля отделена от основной земли и соединены резистором в 0 Ом. Расположение элементов на плате таково:

@@ Так как весь процесс изготовления предполагается для домашних условий, соответственно и плата тоже простая. Хоть она и двухсторонняя, но как видно вторая сторона не нуждается в прецизионном позиционировании с первой. И дырок минимальное число.

@@ Рисунок платы можно переносить любым доступным способом (утюг, фоторезист и т.д.).
Затем травим, сверлим дырочки и проводочками сквозь дырочки имитируем металлизацию отверстий. Вот плата и готова - можно напаивать остальной огород.
@@ Но перед напайкой резисторов R5, R6, R7, R8, R4, R9 почитайте раздел нижеследующее.

@@ Процесс настройки сводится к следующему:

1. Необходимо замерить точное сопротивление резисторов R5 и R6 в параллели;

2. Проверить сопротивление резисторов R7, R8, R4, R9;

INT(ConstVRef/80*((ResistorPos/ResistorGnd)*128+128)), где ConstVRef=3700 (напряжение с TL431 в милливольтах), ResistorPos=сопротивление резисторов R7 и R8 в омах, ResistorGnd= сопротивление резисторов R4 и R9 в омах;

4. Используя всё те же значения, рассчитываем коэффициент ConstImul по формуле:

ConstImul = INT(ConstVRef/(ResistorGnd/(ResistorPos+ResistorGnd)*ResistorSht)*8)

Где плюс к уже сказанному ResistorSht=сопротивление резисторов R5 и R6 в параллели умноженное на 100 (например, два резистора в 1 Ом = 0,5 Ом * 100 = 50);

5. Подставляем полученные коэффициенты в файле LiPoCharger.asm, в строчки:
.equ ConstVmul = 22229
.equ ConstImul = 2416

6. Компилируем в AVRStudio и заливаем в процессор;

7. Теперь на готовой и работающей плате, переменным резистором R14 выставляем напряжение в 3,7 вольта на 17 ноге процессора;

8. При желании можно экспериментальным путём выставить точную скорость процессора через OSCCAL. В моём случае это 0xA0.

@@ Далее - прошивка. Запрограммировать микроконтроллер можно стандартным способом (через SPI). Схемы программаторов и всё с этим связанное не входит в компетенцию данной статьи. Единственное замечание - при программировании микроконтроллера необходимо отключить напряжение заряда - 14 вольт (физически отсоединить провод).

@@ При правильном монтаже и соблюдении 8 пунктов настройки, зарядник начнёт работать сразу. Инструкцию по пользованию устройством написать никак руки не доходят, поэтому, если кто-нибудь, когда-нибудь повторит эту схему и напишет инструкцию - буду очень благодарен. Хотя пользование зарядником до смешного просто - всего две кнопки. Нет никаких скрытых "недокументированных" возможностей.

@@ Схема зарядника - скачать архив (24 кБ)

Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

• с катодом из кобальтата лития;
• с катодом на основе литированного фосфата железа;
• на основе никель-кобальт-алюминия;
• на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .

Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.

На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.

За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.

Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.

На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.

Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?

Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.

2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / I зар.

Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.

Что такое плата защиты?

Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:

В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.

Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:

Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).

Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя - .

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из :

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.

Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.

Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).

Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).

Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).

Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:

Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:

1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
2. Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
3. Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
4. При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
5. При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
6. После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.

Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:

Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).

Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.

Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.

Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).

Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).

LTC1734

Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).

Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.

Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).

Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.

Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).

MCP73812

Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.

Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).

В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).

Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.

Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:

1. Минимальное количество деталей обвеса.
2. Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
3. Определение окончания зарядки.
4. Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
5. Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
6. Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).

Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.

Более подробное описание находится в .

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.

Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.

Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.

О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.

В этой статье, на основе рекомендаций множества пилотов и гонщиков на мини коптерах, мы покажем несколько отличных зарядников для LiPo аккумуляторов. Выбранные зарядные устройства отличаются надежностью, легкостью использования и широкими возможностями.

Портативность — это еще один критерий, важный для пилотов мини коптеров, т.к. в поле тоже бывает нужно заряжать аккумуляторы.

Другие популярные комплектующие для гоночных коптеров можно найти по тэгу « «.

Зарядные устройства серии iSDT

iSDT Q6 Plus 300W

• Купить на Banggood | Amazon | GetFPV | RDQ
• Обзор (англ.)

iSDT SC-608 150W

• Купить на Banggood | Amazon
• Обзор (англ.)

iSDT D2 200W 2-Channel

Без сомнения, зарядники iSDT очень популярны в нашей группе. Есть 3 варианта с разной максимальной мощностью, они подойдут большинству пилотов. Интерфейс пользователя на цветном экране прост в использовании. Для указанной мощности они довольно компактные.

Все три зарядника портативные, ими легко пользоваться в поле. Однако, это относительно новые зарядники, так что убедитесь, что установлена последняя прошивка, со всеми исправлениями и улучшениями. Вот .

Небольшой недостаток этих зарядных устройств — это отсутствие блока питания. Его нужно покупать отдельно. Например, такой .

На ebay я купил недорогой и легкий блок питания для ноутбуков (100 Вт), его удобно брать с собой в поездки. Благодаря широкому диапазону входного напряжения, подойдет очень много разных блоков питания. Выходной разъем можно немного модифицировать и добавить XT60.

D2 — это по сути два зарядника в одном корпусе, он может заряжать 2 разных аккумулятора одновременно, или к нему можно подключить 2 разные платы параллельной зарядки. Кроме того, в него встроен блок питания, так что он напрямую подключается к розетке.

Обновление (август 2017). Модели SC608 и SC620 больше не производятся. Их ещё можно найти в продаже, но обновлений прошивок больше не будет. ИМХО, смысл брать их всё ещё есть.

SkyRC iMAX B6 Mini

• Купить на Banggood | AliExpress

Простой, бюджетный зарядник. B6 Mini — обновленная версия старого и хорошо известного B6, который был одним из самых популярных зарядных устройств. Есть очень много подделок, так что убедитесь, что берете именно оригинал.

SkyRC Q200

• Купить на Banggood | Amazon | AliExpress

Главная фишка SkyRC Q200 — это 4 независимых канала, т.е. он равен 4 отдельным зарядникам. Это значит, что вы можете одновременно заряжать 4 разных аккумулятора! Это просто великолепно, особенно понравится тем, кто не хочет или не может заряжать несколько аккумуляторов соединенных параллельно. Ну или если аккумуляторы с разным числом банок.

Имеет встроенный блок питания, а также вход постоянного тока, т.е. его можно использовать и в поле. Недостаток — вес около 1,3 кг.

Вы можете даже подключить этот зарядник к компьютеру или смартфону чтобы управлять им и контролировать процесс заряда.

Turnigy Reaktor 300W

В Reaktor 300W есть встроенный блок питания, а также вход постоянного тока. Это определенно один из самых надежных зарядных устройств.

Не любите платы параллельной зарядки? Тогда обратите внимание на SkyRC E4Q! Это недорогой 4-х канальный зарядник. Отлично подойдет и для зарядки аккумуляторов в очках/шлемах.

Имеет вход с разъемом XT60, и благодаря малым размерам и весу, отлично подойдет для работы в поле.

Надеюсь эти подсказки оказались полезными. Мы будем следить за новыми устройствами и постараемся держать этот список в актуальном состоянии. Пишите, если есть вопросы.

История измерений

• Июль 2017 — первая версия статьи
• Июль 2018 — убран SC620 (снят с производства), добавлены SkyRC E4Q и iSDT D2