Маленькое зарядное устройство LiFePO4

Эта схема зарядного устройства для одноэлементной батареи LiFePO4 (литий-железо-фосфатный) основана на операционном усилителе LM358 (операционный усилитель) и пара недорогих и доступных компонентов. Питание может осуществляться от любого порта USB или стандартного адаптера питания USB. В нем не используются сложные в обращении устройства для поверхностного монтажа (SMD) или миниатюрные чипы.

Аккумуляторы LiFePO4 наиболее известны своей безопасностью благодаря чрезвычайно стабильному химическому составу на основе фосфатов. Кроме того, литиевые батареи нового типа по своей сути негорючи. Следовательно, они могут выдерживать суровые условия, будь то мороз или палящая жара. Даже при воздействии опасных событий (столкновение или короткое замыкание) они не взрываются и не загораются, что значительно снижает вероятность какого-либо вреда. Фосфатный состав также продлевает срок службы батарей.

Одноэлементные батареи LiFePO4 теперь доступны любителям электроники. Они также доступны в виде плат/модулей зарядного устройства LiFePO4 у онлайн-продавцов. Большинство таких китайских модулей (1S/3,2 В) построены на базе 16-контактной микросхемы QFN — TP5000, как показано на рис. 1.

Цепь и работа

Принципиальная схема маленького зарядного устройства для аккумулятора LiFePO4 показана на рис. 2. Используемый в схеме pnp-транзистор S8550 (T1) направляет входное питание постоянного тока на аккумулятор через кремниевый диод 1N4007 (D1). Транзистор Т1 управляется через ОУ LM358 (IC1). К особенностям IC1 относятся малое смещение, диапазон синфазного входного сигнала относительно земли и возможность высокого дифференциального входного напряжения. Зеленый светодиод 1 действует как индикатор зарядки. while Светодиод 2 указывает на полностью заряженный аккумулятор. Светодиод 3 работает как индикатор питания, но он также подает фиксированное опорное напряжение на инвертирующий входной контакт 2 микросхемы IC1.

К клеммам аккумулятора подключена сеть резисторов сопротивлением 1,2 кОм (R7 и R8). Выход соединения этой резисторной сети поступает на неинвертирующий входной контакт 3 микросхемы IC1. Поскольку схема спроектирована как одноэлементное зарядное устройство LiFePO4 (3,2 В), она настроена на рекомендуемое выходное напряжение 3,6 В.

Когда напряжение подключенной батареи (BUC) меньше порогового напряжения, транзистор T1 начинает заряжать батарею, и светодиод 1 загорается, показывая, что процесс зарядки продолжается. Когда напряжение аккумулятора LiFePO4 превышает определенный предел, зарядный ток постепенно уменьшается и, наконец, IC1 выключает T1, чтобы остановить дальнейшую зарядку. Это происходит сразу после того, как напряжение батареи достигает ожидаемого уровня 3,6 В, о чем свидетельствует свечение светодиода 2 и выключение светодиода 1. Позже, когда напряжение аккумулятора упадет ниже порогового уровня, зарядное устройство автоматически перезапустит новый цикл зарядки, if заряжаемый аккумулятор находится в держателе, подключенном к CON2.

Создание и тестирование

Для построения этой схемы достаточно небольшого кусочка перфорированной платы (или нулевого PCB). Схема небольшого зарядного устройства PCB показана на рис. 3, а расположение его компонентов — на рис. 4. После сборки схемы на перфорированной плате или PCB подключите источник постоянного тока 5 В к разъему CON1. Авторский прототип показан на рис. 5.

Загрузите PCB и PDF-файлы компоновки компонентов: нажмите здесь

Для надежной фиксации батареи рекомендуется использовать качественный одноэлементный держатель батареи 18650. Вы можете сделать красивый корпус для зарядного устройства LiFePO4 в case, если хотите использовать его в течение длительного времени.

После сборки обеспечьте питание схемы (без батареи LiFePO4) стабильным источником постоянного напряжения 5 В, обеспечиваемым портом USB, адаптером питания USB или регулируемым лабораторным источником питания. Если все в порядке, вы увидите светящиеся светодиоды LED2 (полный заряд) и LED3 (питание). Если вы подключите вольтметр к держателю батареи (CON2), он будет отображать напряжение постоянного тока, близкое к 3,6 В. Теперь, когда вы вставите аккумулятор LiFePO4 в держатель, светодиод 1 (зарядка) загорится, а светодиод 2 погаснет.

Примечание. Эта схема проста, но имеет и некоторые ограничения, например:

Т.К. Харендран – разработчик электроники, бета-тестер аппаратного обеспечения, автор и обозреватель продуктов.