Zabezpieczenie akumulatora Li-Ion lub Li-Po

Rysunek 1. Schemat ideowy zabezpieczenia Li-Ion

Na rysunku 1 pokazano schemat ideowy zabezpieczenia. Podstawowym komponentem jest wzmacniacz operacyjny MCP6001 pełniący rolę komparatora. Ma on szereg zalet, które wykorzystano w tym projekcie:

• Małe napięcie zasilające (od 1,8 do 6 V).
• Mały pobór prądu (typowo 100 µA).
• Wyjście Rail-to-Rail.
• Niewielka obudowa (SOT23-5).

Jego wyjście bezpośrednio steruje bramką tranzystora MOSFET-P, który załącza obciążenie. Rolę źródła napięcia odniesienia pełni układ LM385-1.2 dostarczający stabilnego napięcia 1,235 V. Rezystor R1 powoduje, że prąd płynący przez niego wynosi ok. 28 µA przy napięciu zasilania 3,5 V.

Minimalna wartość tego prądu została przez producenta określona na 10 µA, zatem poprawna praca elementu jest zapewniona w szerokim zakresie temperatury. Elementy okalające układ US2 ustalają progi załączenia i wyłączenia obciążenia, w szczególności rezystor R5, który powoduje ich rozsunięcie.

Różnica między nimi musi być odpowiednio duża, aby układ nie wpadał w oscylacje spowodowane przez odłączanie obciążenia o dużym poborze prądu od ogniwa o znacznej rezystancji wewnętrznej.

Rezygnacja z regulacji jakiegokolwiek parametru przez użytkownika umożliwiała miniaturyzację urządzenia. Lektura not katalogowych różnych ogniw wykazała, iż minimalne napięcie, do którego może zostać rozładowane ogniwo bez obawy o jego uszkodzenie, zawiera się w przedziale 2,7...3 V.

Wynika z tego, iż próg wyłączenia na poziomie 3 V będzie odpowiedni dla wszystkich ogniw. Z kolei, maksymalny pobierany prąd jest ograniczony przez tranzystor i wynosi ok. 2 A zależnie od temperatury otoczenia.

Rysunek 2. Schemat montażowy zabezpieczenia Li-Ion

Zabezpieczenie zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 26 mm×15 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Urządzenie nie wymaga jakichkolwiek czynności uruchomieniowych. W egzemplarzu modelowym zmierzono następujące wartości:

• próg załączenia: 3,06 V,
• próg wyłączenia: 3,38 V,
• spadek napięcia przy 1 A poboru prądu przez obciążenie: 67 mV (U_ZAS=3,5 V),
• pobór prądu bez obciążenia: 140 µA przy U_ZAS = 3,5 V i 130 µA przy U_ZAS = 3 V.

Płytkę można zabezpieczyć przed wpływem czynników środowiskowych poprzez pokrycie jej lakierem oraz wciśnięcie w odcinek rurki termokurczliwej.

Michał Kurzela, EP