Uniwersalna ładowarka akumulatorów litowych

Uniwersalna ładowarka akumulatorów litowych

Akumulatory litowe są dzisiaj powszechnie stosowanym źródłem energii. Opisana ładowarka umożliwia ładowanie akumulatora LiPo, Li-Ion, LiFePO4 zapewniając nadzór nad prawidłowym procesem ładowania. Dzięki zastosowaniu jednego z nowszych kontrolerów ładowania typu BQ25300 firmy Texas Instruments aplikacja składa się zaledwie z kilku elementów.

Podstawowe parametry:
  • umożliwia ładowanie jednego ogniwa LiPo, Li-Ion, LiFePO4,
  • możliwość wyboru prądu ładowania: 0,5 A, 1 A lub 2 A,
  • bazuje na układzie BQ25300 (przetwornica impulsowa),
  • ładowanie z algorytmem CC/CV,
  • w pełni autonomiczne urządzenie,
  • wszystkie ustawienia konfiguruje się zworkami,
  • zasilanie 5 V.

Zaprezentowany w artykule układ uniwersalnej ładowarki impulsowej bazuje na układzie BQ25300 i jest przeznaczony do ładowania jednego ogniwa LiPo, Li-Ion lub LiFePO4 z możliwością wyboru prądu ładowania 0,5 A, 1 A, 2 A, przy zachowaniu wysokiej sprawności działania >85%. Ładowarka jest autonomicznym urządzeniem i do pracy nie wymaga układu nadrzędnego, wszystkie ustawienia konfiguruje się zworkami.

Układ BQ25300 jest sterownikiem obniżającej przetwornicy impulsowej, przystosowanej do ładowania akumulatorów litowych algorytmem CC/CV. Budowa wewnętrzna układu została pokazana na rysunku 1. Układ ma wbudowane zabezpieczenia niezbędne do prawidłowego ładowania akumulatora, takie jak tryb wykrywania uszkodzonego akumulatora, tryb ładowania wstępnego z obniżonym prądem, zabezpieczenie przed przeładowaniem, timer bezpieczeństwa oraz zabezpieczenie termiczne akumulatora w postaci termistora NTC.

Budowa i działanie

Schemat ideowy ładowarki został pokazany na rysunku 1. Zasilanie 5 V jest doprowadzane poprzez złącze PWR i wymaga źródła o wydajności minimum 2 A. Układ BQ25300 dopuszcza szerszy zakres napięcia zasilania, ale wymaga to odpowiedniej korekty zastosowanych elementów. Dioda ON sygnalizuje obecność zasilania.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny układu BQ23500 (za notą TI)

Prąd ładowania ustalany jest rezystorem podłączonym do wyprowadzenia ICHG (wyprowadzenie 4 układu U1). W modelu prąd ustalają rezystor R5 oraz przyłączone do niego równolegle za pomocą zwory ISET rezystory R3 lub R4. Ich wypadkowa wartość określa prąd ładowania:

  • R5=78,7 kΩ: 0,5 A,
  • połączenie równoległe R5||R3: 1 A,
  • połączenie równoległe R5||R4: 2 A.

Zwarcie zwory EN aktywuje układ ładowarki. W zależności od typu akumulatora zworą VSET określamy napięcie wyjściowe ładowarki na 3,6 V (zwora rozwarta) dla akumulatora LiFePO4 oraz na 4,2 V (zwora zwarta) dla akumulatorów Li-Ion, LiPo. Dzielnik z elementów R7 i R8 polaryzuje zewnętrzny termistor 10 kΩ NTC podłączony pomiędzy wyprowadzenie 3 złącza ACCU a masę układu na wyprowadzeniu 2.

Rysunek 2. Schemat ładowarki

Ładowany akumulator podłączony jest do wyprowadzeń 1(+), 2(–) złącza ACCU. Dioda STAT sygnalizuje stan procesu ładowania. Ciągłe świecenie diody sygnalizuje proces ładowania, miganie z częstotliwością 1 Hz przekroczenie temperatury pracy układu lub akumulatora, przeładowaną baterię, przekroczenie czasu ładowania przed osiągnięciem naładowania akumulatora lub usterkę ładowarki.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 3. Montaż przebiega zgodnie z ogólnymi zasadami i nie wymaga dokładnego opisu. Pierwsze uruchomienie ładowarki należy przeprowadzić z zasilacza laboratoryjnego z ograniczeniem i pomiarem prądu, z pełną kontrolą prądu i końcowego napięcia ładowania. Termistor NTC należy umieścić przy akumulatorze. Należy zadbać o odpowiedni przekrój przewodów połączeniowych oraz ich możliwie niewielką długość.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB

Po ustawieniu zwór ISET/VSET oraz EN należy sprawdzić zgodność napięć wyjściowych dla wybranego typu akumulatora. Po podłączeniu akumulatora należy skontrolować prąd i napięcie końcowe ładowania, działanie zabezpieczeń termicznych oraz sygnalizację trybów w pełnym cyklu. Jeżeli pomiary przebiegną pomyślnie dla wszystkich ustawień VSET/ISET, ładowarka jest gotowa do pracy.

UWAGA:
• Układ zalecany jest do ładowania akumulatorów ze zintegrowanymi modułami zabezpieczeń. Ładowanie akumulatorów bez wbudowanego zabezpieczenia wymaga zwiększonej ostrożności i zachowania zasad bezpiecznej pracy z takimi ogniwami;
• Ustawienia zwór ładowarki VSET/ISET muszą być wykonane przed podłączeniem akumulatora, zgodnie z parametrami zalecanymi przez producenta;
• Niedopuszczalna jest zmiana położenia zwór ustalających parametry ładowarki VSET/ISET, po podłączeniu akumulatora, przy włączonym zasilaniu ładowarki. Jakakolwiek pomyłka w ustawieniach napięć może zakończyć się przekroczeniem napięcia znamionowego i eksplozją akumulatora;
• Wszelkie próby należy przeprowadzić z należytą ostrożnością, gdyż zwarcie akumulatora może być niebezpieczne;
• Nie należy pozostawiać ładującego się akumulatora bez nadzoru.

Adam Tatuś, EP

Wykaz elementów:
Rezystory: (SMD0603) 1%
  • R1, R2: 2,2 kΩ
  • R3: 82 kΩ
  • R4: 27 kΩ
  • R5: 78,7 kΩ
  • R6, R9: 10 kΩ
  • R7: 4,53 kΩ
  • R8: 22,6 kΩ
Kondensatory:
  • C1: 2,2 μF/25 V ceramiczny (SMD0805)
  • CE1: 47 μF/25 V elektrolityczny (6,3 mm)
  • C2: 2,2 μF/16 V ceramiczny (SMD0603)
  • C3, C5: 10 μF/25 V ceramiczny (SMD0805)
  • C4: 47 nF/25 V ceramiczny (SMD0603)
Półprzewodniki:
  • ON: dioda LED zielona (SMD0603)
  • STAT: dioda LED czerwona (SMD0603)
  • U1: BQ25300RTER (WQFN16)
Pozostałe:
  • L1: dławik 1 μH/7 A PI0530-1R0
  • ACCU: złącze DG 3 piny 3,5 mm
  • PWR: złącze DG 2 piny 3,5 mm
  • EN, VSET: listwa SIP 2 piny 2,54 mm + zwora
  • ISET: listwa SIP 3 piny 2,54 mm + zwora
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
marzec 2022
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik maj 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio maj - czerwiec 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje maj 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna maj 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów