ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ Li-Ion АККУМУЛЯТОРОВ

Абрамов Сергей г. Оренбург

В настоящее время широкое распространение получили Li-Ion и Li-полимерные аккумуляторы. Их отличительная особенность- большая ёмкость при меньшем весе и габаритах. Достаточно большая номенклатура таких аккумуляторов применяется в сотовых телефонах. Специфика зарядки подобных накопителей электроэнергии заключается в строгом соблюдении режимов зарядки, несоблюдение которых приводит к выходу из строя, а иногда и взрыву аккумуляторов. Сложность соблюдения режимов зарядки видимо обусловливает редкие публикации подобных статей.

Для зарядки Li-Ion аккумуляторов выпускаются специализированные микросхемы, обеспечивающие безопасную зарядку. Автор приводит одну из конструкций зарядного устройства на микросхеме MC34674. Она представляет собой полностью интегрированное готовое решение для зарядки одноэлементных Li-Ion и Li-полимерных аккумуляторов. Данная микросхема обеспечивает максимальный зарядный ток равный 1 амперу при входном напряжении 4,3-10 вольт. Микросхема обеспечивает защиту от высокого входного (не более 28 вольт) напряжения, перегрева микросхемы и аккумулятора. Данная микросхема допускает зарядку полностью разряженных аккумуляторов малым током. Размеры чипа 2х3мм., поэтому собранное зарядное устройство занимает очень мало места, и позволяет встраивать его в носимое изделие.

Процесс зарядки представляет собой три этапа. Первый это когда аккумулятор полностью разряжен, так называемая «капельная зарядка», величина напряжения ниже 2,7 вольт. При этом входное напряжение заряда должно превышать хотя бы на 60мв. Второй этап, зарядка постоянным током, если напряжение на аккумуляторе выше 2,7 вольт. И третий этап, это дозарядка постоянным напряжением, величина напряжения 4,2 вольта, ток постепенно падает до нуля. При этом в процессе зарядки контролируется величина тока и напряжения. Если в процессе работы потребителя энергии, напряжение на аккумуляторе упадёт до 4,1 вольта, включится вновь режим заряда постоянным током, т.е. максимально возможным. Если в процессе заряда температура кристалла увеличится до 110°С, во избежание выхода из строя микросхемы зарядка прекращается. Микросхема позволяет регулировать ток заряда аккумулятора в зависимости от его температуры, для этого в аккумулятор должен быть встроен NTC термистор. В аккумуляторах используемых для сотовых телефонов такой термистор имеется.

Рассмотрим работу зарядного устройства Рис1. Напряжение от USB устройства или внешнего источника поступает на разъём Х2. Проходит через предохранитель FU1, фильтруется и сглаживается дросселем L1 и конденсатором C3 и поступает на вход микросхемы D1. Емкость С4 и варистор R6 используется для гашения импульсных выбросов в момент подключения зарядного устройства на горячую. Зарядное напряжение выходит с 8 ножки микросхемы D1 и поступает на + аккумулятора GB1. Цепочка R1, R2, C2 служит для установки температурного окна нагрева-замерзания аккумулятора, в котором будет производиться зарядка. С данными номиналами резисторов верхняя температура отключения выбранная +55°С, будет достигнута если RT+R2=120к. Нижняя температура выбрана -40°С, будет достигнута если RT+R2=290к). Вывод EN(4) D1 служит для внешнего включения (логический 0), выключения (логическая 1) микросхемы. Выводы GRN(2) и RED(3) служат для индикации режима работы зарядного устройства. На данной схеме эти выводы заводятся на свободные порты микроконтроллера переносного устройства. Если в схеме не предусматривается использование микроконтроллера то вывод 4 необходимо заземлить. Номиналы резисторов R3, R4 уменьшить до 470 Ом, подключить их вместо +5в на 1 ножку D1, и последовательно с резисторами включить светодиоды, для индикации режима работы зарядного устройства. Следующие уровни определяют в каком режиме находится микросхема. Если Uvx_norma=0 и Zar_Bat=1, то значит батарея заряжена. Если Uvx_norma=1 и Zar_Bat=0 то батарея заряжается.

Устройство собрано на односторонней печатной плате размером 9х13мм рис2. В устройстве применены чип компоненты. С1,С2,С4-0402, С3-1206, R1-R5-0402, R6-0805, L1-3216, FU1-0402.

Рис1.

Рис2.