USB 3.7V Li-Ion Batterieladekreis

In diesem Artikel untersuchen wir eine einfache USB-3,7-V-Li-Ionen-Batterieladeschaltung für Computer mit automatisch abgeschalteten Stromregelungsfunktionen.

Wie es funktioniert

Die Schaltung kann mit Hilfe der folgenden Beschreibung verstanden werden:

Der IC LM358 ist als Komparator konfiguriert. Der IC LM741 wird nicht verwendet, da er nicht für Spannungen unter 4,5 V ausgelegt ist.

Pin 2, der der invertierende Eingang des IC ist, wird als Erfassungsstift verwendet und mit einer Voreinstellung für die erforderlichen Einstellungen und Einstellungen versehen.

Pin 3, der der nichtinvertierende Eingang der Operationsverstärker ist, wird bei 3 V durch Klemmen mit einer 3-V-Zenerdiode referenziert.

Über dem Ausgangspin des Operationsverstärkers sind einige LEDs zu sehen, die den Ladezustand der Schaltung erkennen und anzeigen. Die grüne LED zeigt an, dass der Akku geladen wird, während das rote leuchtet, sobald der Akku vollständig aufgeladen ist und die Batterie unterbrochen wird.

Aufladen über den USB-Anschluss

Bitte denken Sie daran, dass der Ladevorgang sehr langsam sein kann und viele Stunden dauern kann, da der Strom von USB eines Computers normalerweise sehr niedrig ist und zwischen 200 mA und 500 mA liegen kann, je nachdem, welcher Nummernanschluss für diesen Zweck verwendet wird.

Sobald die Schaltung zusammengebaut und eingerichtet ist, kann das unten gezeigte Design zum Laden eines beliebigen Li-Ion-Ersatzakkus über den USB-Anschluss verwendet werden.

Schließen Sie zuerst den Akku an den angegebenen Punkten an und stecken Sie dann den USB-Anschluss in die USB-Buchse Ihres Computers. Die grüne LED sollte sofort leuchten, um anzuzeigen, dass der Akku geladen wird.

Sie können ein Voltmeter an der Batterie anbringen, um deren Aufladung zu überwachen und zu überprüfen, ob der Stromkreis die Versorgung an der angegebenen Grenze korrekt abschaltet oder nicht.

Da der Strom von einem Computer-USB-Gerät erheblich geringer sein kann, kann die aktuelle Steuerstufe ignoriert und das obige Design wie unten gezeigt erheblich vereinfacht werden:

Videoclip, der die automatische Abschaltaktion zeigt, wenn die Li-Ion-Zelle auf 4,11 V aufgeladen wird:

Bitte beachten Sie, dass der Stromkreis erst dann aufgeladen wird, wenn vor dem Einschalten des Akkus ein Akku angeschlossen wurde. Schließen Sie daher den Akku zuerst an, bevor Sie ihn an den USB-Anschluss anschließen

Ein LM358 hat zwei Operationsverstärker, was bedeutet, dass hier ein Operationsverstärker verschwendet wird und daher nicht verwendet wird LM321 kann versucht werden stattdessen, um das Vorhandensein eines nicht verwendeten Opamps im Leerlauf zu vermeiden.

So richten Sie die oben genannte USB-Li-Ionen-Ladeschaltung ein:

Das ist extrem einfach zu implementieren.

1. Stellen Sie zunächst sicher, dass die Voreinstellung vollständig auf der Bodenseite verschoben ist. Das heißt, der Pin Nr. 2 sollte sich zunächst über die Voreinstellung auf Bodenniveau befinden.
2. Legen Sie anschließend ohne angeschlossene Batterie exakte 4,2 V an die Stromversorgung an +/- Versorgungsleitungen der Schaltung durch eine genau einstellbare Stromversorgung.
3. Sie sehen sofort die grüne LED.
4. Drehen Sie nun langsam die Voreinstellung, bis die grüne LED gerade erlischt und die ROTE LED leuchtet.
5. Das ist alles! Die Schaltung ist jetzt so eingestellt, dass sie bei 4,2 V abschaltet, wenn die tatsächliche Li-Ion-Zelle diesen Pegel erreicht.
6. Schließen Sie für den abschließenden Test eine entladene Batterie an die angegebene Position an, schließen Sie die Eingangsleistung über eine USB-Buchse des Computers an und beobachten Sie, wie die Zelle bei der festgelegten 4,2-V-Schwelle aufgeladen und abgeschaltet wird.

Konstante aktuelle CC-Funktion hinzugefügt

Wie zu sehen ist, wurde ein Konstantstrommerkmal hinzugefügt, indem die BC547-Stufe in die Basis des Haupt-BJT integriert wurde.

Hier bestimmt der Rx-Widerstand den Stromerfassungswiderstand, und wenn die maximale Strombegrenzung erreicht ist, löst der an diesem Widerstand entstehende Potentialabfall schnell den BC547 aus, der die Basis des Treiber-BJT erdet, dessen Leitung abschaltet und die Batterie auflädt .

Diese Aktion schwingt nun weiter an der Strombegrenzungsschwelle und ermöglicht den erforderlichen konstanten Strom CC kontrolliertes Laden für den angeschlossenen Li-Ionen-Akku.

Strombegrenzung für USB-Stromversorgung nicht erforderlich

Obwohl eine Strombegrenzungsfunktion gezeigt wird, ist dies möglicherweise nicht erforderlich, wenn die Schaltung mit einem USB verwendet wird, da der USB-Strom bereits ziemlich niedrig ist und das Hinzufügen eines Begrenzers möglicherweise unbrauchbar ist.

Der Strombegrenzer sollte nur verwendet werden, wenn der Quellenstrom im Wesentlichen hoch ist, z. B. von einem Solaranel oder einer anderen Batterie

Die Schaltung weiter verbessern

Nach einigen Tests stellte sich heraus, dass der Darlington-Transistor nicht in der Lage war, ausreichend Strom an Li-Ion-Zellen zu schalten, insbesondere an Zellen, die tief entladen waren. Dies führte zu einem Unterschied in den Spannungspegeln über die Zelle und über die Versorgungsschienen der Schaltung.

Um dieses Problem zu bekämpfen, habe ich versucht, das Design weiter zu verbessern, indem ich den einzelnen Darlington BJT durch ein Paar NPN / PNP-Netzwerke ersetzt habe, wie unten angegeben:

Diese Konstruktion verbesserte die Stromabgabe erheblich und führte zu einer Verringerung der Differenzspanne zwischen dem Spannungspegel der Batterieklemme und dem tatsächlichen Versorgungsspannungspegel und daher zu einer falschen Abschaltung.

Das folgende Video zeigt das Testergebnis unter Verwendung der obigen Schaltung:

Verwendung eines 5V-Relais

Die oben genannten Designs können auch mit 5 V gebaut werden, um die bestmögliche Stromversorgung der Zelle und ein schnelleres Laden zu gewährleisten. Das Schaltbild ist unten zu sehen:

Bitte beachten Sie:

Dieser Artikel wurde kürzlich erheblich geändert, und daher stimmen die älteren Kommentardiskussionen möglicherweise nicht mit dem Schaltplan überein, der in diesem aktuellen aktualisierten Design und dieser Erklärung gezeigt wird.