USB 3,7V Li-Ion batteriladdarkrets

I den här artikeln studerar vi en enkel dator USB 3.7V li-ion batteriladdarkrets med automatisk avstängning, nuvarande kontrollfunktioner.

Hur det fungerar

Kretsen kan förstås med hjälp av följande beskrivning:

IC LM358 är konfigurerad som en komparator. IC LM741 används inte eftersom den inte är specificerad för att arbeta med spänningar lägre än 4,5V.

Stift nr 2, som är IC: s inverterande ingång, används som avkänningsstift och är fäst med en förinställning för de nödvändiga justeringarna och inställningarna.

Stift nr 3, som är den icke-inverterande ingången för opamperna, är referens vid 3V genom att klämma fast den med en 3V zenerdiod.

Ett par lysdioder kan ses kabelanslutna över opampens utgångsstift för att detektera och indikera kretsens laddningstillstånd. Grön lysdiod indikerar att batteriet laddas medan den röda tänds så snart batteriet är fulladdat och strömmen är avbruten till batteriet.

Så här laddar du med USB-port

Kom ihåg att laddningsprocessen kan vara ganska långsam och kan ta många timmar, eftersom strömmen från en dators USB normalt är mycket låg och kan variera mellan 200mA och 500mA beroende på vilken nummerport som används för ändamålet.

När kretsen har monterats och ställts in kan den nedan visade designen användas för att ladda valfritt Li-Ion-batteri via USB-porten.

Anslut först batteriet över de angivna punkterna och anslut sedan USB-kontakten med datorns USB-uttag. Den gröna lysdioden ska omedelbart tändas och indikerar att batteriet laddas.

Du kan ansluta en voltmeter över batteriet för att övervaka laddningen och kontrollera om kretsen bryter strömmen korrekt eller inte vid den angivna gränsen.

Eftersom strömmen från en dator-USB kan vara ganska mindre kan det aktuella kontrollsteget ignoreras och ovanstående design kan förenklas mycket som visas nedan:

Videoklipp som visar den automatiska avstängningsåtgärden när Li-Ion-cellen laddas upp till 4,11V:

Observera att kretsen inte startar laddning såvida inte ett batteri är anslutet innan strömbrytaren PÅ, varför anslut först batteriet innan du ansluter det till USB-porten

En LM358 har två opamps vilket innebär att en opamp slösas bort här och förblir oanvänd därför LM321 kan prövas istället för att undvika närvaron av en ledig oanvänd opamp.

Så här ställer du in ovanstående USB Li-ion-laddarkrets:

Det är extremt enkelt att implementera.

1. Kontrollera först att förinställningen flyttas helt på marken. Det betyder att stift nr 2 bör vara på marknivå genom förinställningen från början.
2. Därefter, utan batteri anslutet, applicera en exakt 4,2 V över hela +/- försörjningsledningar för kretsen, genom en exakt justerbar strömförsörjning.
3. Du ser den gröna lysdioden tändas direkt.
4. Vrid nu långsamt förinställningen tills den gröna lysdioden stängs av och den RÖDA lysdioden tänds.
5. Det är allt! Kretsen är nu klar att stänga av vid 4,2 V när den faktiska Li-Ion-cellen når denna nivå.
6. För den slutliga testningen, anslut ett urladdat batteri till den visade positionen, anslut ingångsströmmen via ett USB-uttag på datorn och ha kul när du tittar på att cellen laddas och bryts vid den angivna 4,2 V-tröskeln.

Konstantström CC-funktion tillagd

Som kan ses har en konstant strömfunktion lagts till genom att integrera BC547-steget med basen för huvud-BJT.

Här bestämmer Rx-motståndet det aktuella avkänningsmotståndet, och om den maximala strömgränsen uppnås, utlöser den potentiella nedgången som utvecklas över detta motstånd snabbt BC547, vilket gör att basen på drivrutinen BJT, stänger av dess ledning och laddning av batteriet .

Nu fortsätter denna åtgärd att svänga vid den aktuella gränströskeln, vilket möjliggör den erforderliga konstantströmmen, CC kontrollerad laddning för det anslutna Li-ion-batteriet.

Nuvarande begränsning krävs inte för USB-ström

Även om en strömbegränsande anläggning visas kan detta inte behövas när kretsen används med en USB eftersom USB redan är ganska låg med ström och att lägga till en begränsare kan vara värdelös.

Strömbegränsaren ska endast användas när källströmmen är väsentligen hög, t.ex. från en solanel eller från ett annat batteri

Förbättra kretsen ytterligare

Efter några tester verkade det som om Darlington-transistorn inte kunde växla tillräcklig ström till en Li-Ion-celler, speciellt som var djupt urladdade. Detta resulterade i en skillnad i spänningsnivåer över cellen och över kretsens matningsskenor.

För att bekämpa denna fråga försökte jag förbättra designen ytterligare genom att ersätta den enda Darlington BJT med ett par NPN / PNP-nätverk, enligt nedan:

Denna konstruktion förbättrade strömtillförseln avsevärt och resulterade i en minskning av skillnadsmarginalen mellan batteriets terminal spänningsnivå och den faktiska matningsspänningsnivån och därmed falsk avstängning.

Följande video visar testresultatet med ovanstående krets:

Använda ett 5V-relä

Ovanstående konstruktioner kan också byggas med en 5V, vilket säkerställer bästa möjliga strömleverans till cellen och snabbare laddning. Kretsschemat kan ses nedan:

Vänligen notera:

Den här artikeln har ändrats väsentligt nyligen och därför kanske de äldre kommentarsdiskussionerna inte stämmer överens med kretsschemat som visas i denna uppdaterade design och förklaring.