• Главная
>
• Электроника
⬎

Микросхема заряда и мониторинга литиевого аккумулятора IP5306 в самоделках

Зарядных микросхем на сегодняшний день множество моделей, чем же хороша дешевая IP5306?
❶ - Импульсное преобразование напряжения питания 5В до нужного значения. Благодаря этому не рассеивает много тепла.
❷ - Зарядный ток 2,1А отлично подходит для высокотоковых банок аккумуляторного инструмента. В "мертвой" батарее многие элементы остаются в рабочем состоянии, на мой взгляд это основные претенденты для использования в своих устройствах.
❸ - Разряд в нагрузку происходит под управлением этой же микросхемы. Считаю это основным ее преимуществом. Обычные зарядные чипы никак не контролируют напряжение при разряде, эта функция полностью ложится на нагрузку.
❹ - Есть кнопка включения/выключения питания. Можно использовать два канала, при некоторых дополнениях схемы.

К недостаткам можно отнести не регулируемый ток заряда и то что микросхема разработана исключительно для переносных аккумуляторов. Для управления нагрузками нужны некоторые доработки. Даже если устраивает выходное напряжение 5В, все равно выход придется дорабатывать для нормального включения/выключения.

Типовая схема включения IP5306:

Выход +5В (VOUT) включается автоматически, при подключении нагрузки, в режиме ожидания на контакте около 2,3В. Для включения полноценных 5В достаточно подключить нагрузку вплоть до резистора 100К, а это около 23мкА. Однако если нагрузка не увеличит свое потребление хотя-бы до 30-40мА (заявлено 45мА), то повышающий преобразователь отключится через 30 секунд.

Также выход управляется кратковременным нажатием кнопки на выводе KEY - на VOUT появляется +5В на 30 секунд в ожидании нагрузки более 45мА. Для отключения питания нужно нажать кнопку 2 раза. Питание отключится даже при токе 2А, а вот надолго ли - вопрос. Ведь микросхема рассчитана на физическое отсоединение нагрузки от USB-гнезда, а не выключение всегда подключенного устройства.

Для нормального управления VOUT штатной кнопкой KEY, чтобы нагрузка нормально выключалась и не включалась произвольно, можно ввести мосфет с компаратором. Пока напряжение не превысит установленный порог, мосфет не откроется. Если для питания самоделки не требуется именно 5В, например светодиода, VOUT используется только как сигнал для коммутации батареи.

Штатный белый светодиод включается долгим нажатием кнопки KEY (более 2с), выключается также долгим нажатием. Два кратковременных нажатия отключают и светодиод, и VOUT, если оба включены.

Таким образом, можно независимо управлять двумя каналами одной кнопкой.

Так как зарядный ток 2,1А довольно высок, очень желательна защита от перегрева. Ну а раз в копрусе есть еще один компаратор, то и защита от заряда на морозе. Высокотоковые банки из электроинструмента 18650 без проблем берут такой ток, если они исправны. А вот например из батареи ноутбука у меня прилично нагревались даже две запараллеленные банки.

При использовании вынимаемых аккумуляторов, очень кстати будет защита от переполюсовки. Предохранители служат как защита от переполюсовки ак, когда однин уже вставлен, а также для защиты от любых замыканий в схеме.

Недостатком схемы является высокое потребление из-за компараторов - чуть меньше 1мА в покое. Потребление самой IP5306 заявлено 50мкА.

При зарядке мигает зеленый светодиод. При коротком нажатии включается нагрузка1 и загорается зеленый. При долгом нажатии включается нагрузка2 и горит синий. Для отключения обоих нужно два коротких нажатия, для отключения второй нужно долгое нажатие. Красный светодиод загорается при зарядке, если батарея слишком холодная или слишком горячая, подача питания на зарядный чип отключается.

Когда напряжение на батарее снизится до 2,8-2,9В (мои экемпляры показывали такие значения), оба канала отключатся.

Все полевые мосфеты на схеме, за исключением VT3 - малогабаритные 8205A. В корпусе sot-23-6 два транзистора, соединенные стоками, поэтому каждый транзистор на схеме это на самом два параллельно соединенных. Дешевый, встречается в защите литиевых батарей. Главное преимущество - низкое сопротивление в открытом состоянии при низком напряжении на затворе. Такому малютке противопоказан линейный режим из-за низкой способности рассеивать мощность. Поэтому VT3 выбран в более массивном корпусе TO-252 с материнской платы. Возможно на месте VT3 будет прекрасно работать 8205A, так как зависание компараторов DA2 в неопределенности маловероятно из-за введенного гистерезиса (резистор 10К и 1М в цепи обратной связи неинвертирующих входах).

Дроссель 1мкГн должен выдерживать большой ток без насыщения, по докуметации 12А. Причем для зарядки требования к нему сильно меньше, чем при питании нагрузки 5В/2,4А. У меня сгорело несколько микросхем с мелким дросселем-гантелькой, при подключении нагрузки на VOUT более 1А. Отличным вариантом считаю дросселя из зеленых колечек со старых материнских плат. Просто зеленые или зеленые с красным - эти кольца способны держать приличное магнитное поле без насыщения. Рассчитать количество витков можно на калькуляторах, коих полно, например тут. Магнитная проницаемость мю этих колец 55.

Если выходные 5В не требуются, на схеме показан именно такой вариант, то выход VOUT используется для работы компаратора, который управляет коммутацией минуса батареи. Плюс можно брать с батареи или с VOUT (на схеме пунктиром). При питании нагрузки от батареи, на месте конденсаторов C3/C4/C5 хватит одного керамического 10мкФ. Если используется выход +5В, то для уменьшения пульсаций можно к одному керамическому добавить танталовый микрофарад на 30-50.

Цепь VD1/R9 используется при питании напрямую от батареи, чтобы IP5306 держала VOUT активным. Заявлено 45мА, при которых она не перейдет в дежурный режим, по факту не отключается и при 35мА. Диод VD1 можно использовать любой на ток не менее 50мА, в зависимости от падения напряжения на нем подбирается резистор R9 - ток через него при включенном VOUT должен быть 35-45мА. Резистор должен быть способным рассеивать от 0,25Вт.

Если канал +5В используется в нагрузке, то цепь VD1/R9 не нужна, при условии потребления нагрузкой более 45мА.

Диоды VD2/VD3 любые малогабаритные. Функция VD3 и VT1 отключать наргузку1 при зарядке, так как IP5306 подает входные +5В напрямую на VOUT. Если отключать канал во время зарядки не требуется, то цепь VD3/VT1 исключается.

Все керамические конденсаторы 100н выполняют помехоподавляющую функцию и могут быть исключены, при сильном желании. Кроме C10, он сглаживает импульсное напряжение выхода KEY.

Резисторы делителей R19/R20/R21/R22/R23 придется подбирать для правильной температуры защиты. Напряжения на делителях указаны ориентировочные. NTC резистор можно применять других номиналов, все равно делители подбирать. R19/R20 подбираются для защиты от мороза, R21/R22 от перегрева (45-47 по цельсию), R23 если не удалость подобрать номиналы предыдущих четырех. Подстроечные резисторы зло!

Любой ненужный узел можно исключить. Например температурную защиту или компаратор одного из каналов. Или защиту от переполюсовки.

В будущем планирую испытать DW01 вместо компараторов. Если схема будет работать без нареканий, то конструкция упростится. И ток потребления в покое сильно уменьшится.