Схема контроллера литий-ионного аккумулятора
Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора
Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC.
Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.
Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.
На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.
Микросхема с маркировкой DW01-P в небольшом корпусе – это по сути «мозг» контроллера. Вот типовая схема включения данной микросхемы. На схеме G1 – ячейка литий-ионного или полимерного аккумулятора. FET1, FET2 – это MOSFET-транзисторы.
Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.
Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.
Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.
Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.
Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.
Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты в целом.
Защита от перезаряда (Overcharge Protection).
Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.
Если напряжение на ячейке достигнет 4,2 – 4,3V (Overcharge Protection Voltage – VOCP), то микросхема управления закрывает транзистор FET2, тем самым препятствуя дальнейшему заряду аккумулятора. Аккумулятор будет отключен от источника питания до тех пор, пока напряжение на элементе не снизится ниже 4 – 4,1V (Overcharge Release Voltage – VOCR) из-за саморазряда. Это только в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка, например он вынут из сотового телефона.
Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.
Защита от переразряда (Overdischarge Protection).
Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 2,3 – 2,5V (Overdischarge Protection Voltage – VODP), то контроллер выключает MOSFET-транзистор разряда FET1 – он подключен к выводу DO.
Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).
Тут есть весьма интересное условие. Пока напряжение на ячейке аккумулятора не превысит 2,9 – 3,1V (Overdischarge Release Voltage – VODR), нагрузка будет полностью отключена. На клеммах контроллера будет 0V. Те, кто мало знаком с логикой работы защитной схемы могут принять такое положение дел за «смерть» аккумулятора. Вот лишь маленький пример.
Миниатюрный Li-polymer аккумулятор 3,7V от MP3-плеера. Состав: управляющий контроллер – G2NK (серия S-8261), сборка полевых транзисторов – KC3J1.
Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.
При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.
Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (VODR).
Тут возникает весьма резонный вопрос.
По схеме видно, что выводы Стока (Drain) транзисторов FET1, FET2 соединены вместе и никуда не подключаются. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда? Как нам снова подзарядить «банку» аккумулятора, чтобы контроллер опять включил транзистор разряда – FET1?
Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.
Если порыться в даташитах на микросхемы защиты Li-ion/polymer (в том числе DW01-P, G2NK), то можно узнать, что после срабатывания защиты от глубокого разряда, действует схема обнаружения заряда – Charger Detection. То есть при подключении зарядного устройства схема определит, что зарядник подключен и разрешит процесс заряда.
Зарядка до уровня 3,1V после глубокого разряда литиевой ячейки может занять весьма длительное время – несколько часов.
Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6. О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь.
Именно этим методом мне удалось восстановить Li-polymer 3,7V аккумулятор от MP3-плеера. Зарядка от 2,7V до 4,2V заняла 554 минуты и 52 секунды, а это более 9 часов! Вот столько может длиться «восстановительная» зарядка.
Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых аккумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.
Для защиты батареи, состоящей из нескольких литиевых аккумуляторов, применяются специализированные микросхемы. Например, микросхема CM1041, которая часто является основой плат защиты АКБ от электроинструмента. О том, как работают такие микросхемы, читайте в отдельном материале: «Как работает плата защиты литиевой батареи?».
Что за плата на аккумуляторе телефона
На сегодняшний день литий ионные аккумуляторы являются самыми эффективными аккумуляторами. Они компактные, имеют большую энергоемкость, лишены эффекта памяти. При всех достоинствах у них имеется один существенный недостаток, их работу и процесс заряда нужно тщательно контролировать. Если аккумулятор разрядится ниже некоторого предела или перезарядить, он быстро теряет свои свойства, вздуться и даже взорваться. Тоже самое и в случае перегрузки и коротких замыканиях — нагрев, образование газов и в итоге взрыв.
Некоторые литий ионных аккумуляторы снабжены предохранительным клапаном, который не даст аккумулятору взорваться, но большая часть мощных полимерных аккумуляторов таких клапанов не имеют.
Другими словами, при эксплуатации литий ионных аккумуляторов требуется система их защиты.
Многие наверняка заметили маленькие платы в аккумуляторах мобильных телефонов, вот как раз эта плата и является защитой. Защищает она от глубкого разряда, от перезаряда и от коротких замыканий или перегрузок по току.
Схема этой защиты очень простая, н а плате находиться пара микросхем с мелочевкой.
За всеми процессами следит микросхема DW01. Вторая микросхема — это сборка из двух полевых транзисторов. Первый транзистор контролирует процесс разряда, второй отвечает за заряд батареи.
Во время разряда микросхема следит за падением напряжения на переходах полевых ключей, если оно доходит до критической величины (150-200мВ), микросхема закрывает транзисторы, отключая батарею от нагрузки. Работа схемы восстанавливается менее чем за секунду после того, после снятия нагрузки.
Падение напряжение на переходах транзисторов микросхема отслеживает через второй вывод.
В зависимости от емкости аккумулятора эти контроллеры могут кардинально отличаться внешним видом, током короткого замыкания и топологией схемы, но функция у них всегда одинаковая — защищать аккумулятор от перезаряда, глубокого разряда и перегрузки по току. Многие контроллеры также обеспечивают защиту от перегрева банки, контроль температуры осуществляется термодатчиком.
У меня скопилось очень много плат защиты от аккумуляторов мобильных телефонов и как раз для одного моего проекта в котором задействован литий ионный аккумулятор понадобилась система защиты. Проблема в том, что эти платы рассчитаны на максимальный ток в 1Ампер, а мне нужна была плата с током минимум 6-7 Ампер. Платы с нужным для моих целей током стоят меньше пол доллара, но ждать месяц-другой я не мог. Осмотрев китайские платы на алиэкспресс я понял, что они не многим отличаются от моих. Схематика та же, только ток защиты побольше за счёт параллельного включения силовых транзисторов.
При параллельном соединении полевых транзисторов, сопротивление их каналов будет значительно меньше, поэтому падение напряжения на них будет меньше, а ток срабатывания защиты будет больше. Параллельное соединение ключей даст возможность коммутировать большие токи, чем больше ключей , тем больше общий ток коммутации.
В схеме применены стандартные сборки из двух полевиков в одном корпусе. Их часто применяют на платах защиты аккумуляторов смартфонов и не только.
Сборки 8205А имеют очень много аналогов, как и микросхемы контроля DW01.
После сборки платы я протестировал её. Получилось именно то, что мне нужно для проекта:
- Плата заряжает аккумулятор до напряжения 4,2В и отключает его от зарядного устройства;
- При разряде аккумулятора ниже 2,5В аккумулятор отключился от нагрузки;
- При токах выше 12-13 Ампер аккумулятор отключается.
Литий ионные аккумуляторы имеют малый саморазряд, но аккумулятор дополненный такой платой будет разряжаться быстрее, чем аккумулятор без защиты. Ток потребления схемы защиты мизерный, и составляет около 2,5 МИКРОампер.
Подробнее о работе платы защиты
Собираем мощную плату контроля
Плата защиты для одной банки LI-ION http://ali.pub/28463y
Плата защиты для двух банок http://ali.pub/284681
Платы защиты с функцией балансировки банок http://ali.pub/28463d
Купить электронную нагрузку http://ali.pub/28ncwt
С уважением — АКА КАСЬЯН
Контроллер питания в смартфоне — что это и зачем нужно?
Контроллер питания (Battery management system) — микросхема, расположенная внутри телефона и отвечающая за процесс распределения и потребления электропитания во время зарядки мобильного устройства.
Кратко его главные функции заключаются в следующем:
- Мониторинг состояния аккумулятора.
- Обеспечение защиты аккумулятора от перезарядки, глубокого заряда, а также разного рода повреждений.
- Оптимизация работы батареи.
- Отправка информации о состоянии и работе аккумулятора на телефон.
- Контроль температуры батареи.
Зачем нужен контроллер питания в телефоне?
Благодаря контроллеру питания пользователям смартфонов не нужно следить за процессом зарядки, так как эта микросхема полностью его контролирует. В первую очередь, она регулирует необходимое напряжение, чтобы оно не превысило свое максимальное или минимальное значение (не произошла перезарядка или глубокая разрядка).
Кроме того, контроллер регулирует напряжение и меняет его во время самой зарядки в зависимости от того, насколько разряжена или заряжена батарея. Например, процесс зарядки телефона до 80% происходит намного быстрее, чем с 80% до 100%.
Но наиболее полезная функция контроллера во время зарядки — это возможность оставить телефон с подключенным ЗУ после того, как уровень заряда достиг 100%. Владельцу не нужно волноваться, что телефон перегреется, или батарея взорвется. Он может оставить устройство заряжаться на ночь, так как контроллер автоматически уменьшит напряжение и активирует этап дозарядки. Более подробно процесс ночной зарядки смартфона описан на сайте AndroidLime.ru .
Контроль температуры
Зарядка при слишком высоких (выше 45 градусов) или слишком низких (ниже 0 градусов) температурах не только уменьшает производительность батареи, но и потенциально опасна для ее состояния. У большинства контроллеров есть функция отслеживания температуры батареи, задача которой — отправить данные о ней на телефон. Тот, в свою очередь, либо отобразит соответствующее предупреждение на экране, либо выключится, чтобы не допустить повреждения телефона и батареи.
Регулировка и проверка ЗУ
Вне зависимости от максимальной силы тока, которую способно выдавать любое зарядное устройство, телефон будет потреблять столько, сколько ему нужно для полноценной зарядки. За эту функцию также отвечает контроллер питания, который считывает характеристики ЗУ и устанавливает максимально возможный безопасный для телефона ток, но не максимально выдаваемый ток зарядного устройства.
Например, максимальная сила тока ЗУ равна 2А, а для зарядки телефона нужно всего 1,42 А — контроллер питания установит 1,42 А, так как это именно столько, сколько нужно мобильному устройству.
Встроенная Плата Защиты В Аккумуляторах Для Телефонов
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Поделиться
Последние посетители 0 пользователей онлайн
- Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
Сообщения
Не будет работать — диод закрыт, этот диод защищает от выбросов индуктивности, которая должна стоять между COM и OUT, через катушку и подаётся питание на схему. Далее, неправильно нашли землю во входном сигнале, сигнал гасится на диоде, перекиньте провода.
Для 2003 Широтно импульсная модуляция неприемлема. Управление идет логическим нулем или единицей. Подача напряжения на вход приводит к включению обмотоки
Батарея дохлая, а если зарядка как всегда на трёх деталях и при зарядке пробовали фонарик включать дохлые и светодиоды.
первое что нужно почитать-документацию на микруху https://docs.yandex.ru/docs/view?tm=1707083521&tld=ru&lang=en&name=ULN200xA.pdf&text=uln2003&url=https%3A%2F%2Fwww.diodes.com%2Fassets%2FDatasheets%2FULN200xA.pdf&lr=10313&mime=pdf&l10n=ru&sign=aaf6d6fddeaa170a7e1c97cfd0fadce7&keyno=0&nosw=1&serpParams=tm%3D1707083521%26tld%3Dru%26lang%3Den%26name%3DULN200xA.pdf%26text%3Duln2003%26url%3Dhttps%3A%2F%2Fwww.diodes.com%2Fassets%2FDatasheets%2FULN200xA.pdf%26lr%3D10313%26mime%3Dpdf%26l10n%3Dru%26sign%3Daaf6d6fddeaa170a7e1c97cfd0fadce7%26keyno%3D0%26nosw%3D1 проверить работу соленоидов можно просто подавая 3.3в на вход нужного канала. А потом уже смотреть что выдает ваш процессор https://www.engineersgarage.com/wp-content/uploads/2/2/1/5/22159166/relays-with-stm32-microcontroller-and-uln2003-relay-driver_orig.png https://www.dessy.ru/include/images/ware/rdkt/RDKT22551_1.GIF как видно из ссылок-gnd должен быть общий
Как были получены измерения? А то есть подозрение, что это китайский показометр уплыл от прогрева. Лучше не тратьте время, силы и деньги на показометры с али, поскольку после пяти попробованных штук так или иначе свой собрать захочется. Плюс там реально надо искать, я очень сильно удивился когда в отзывах к одному наткнулся на фотки трёх разных ревизий плат. Т.к. выходное напряжение у вас 24в и ток менее 20А, можно использовать популярную микру измерителя «всего и вся» INA226. Библиотек под неё в инете немало. Мериет до 36В (только положительные значения) и падение на шунте требует +/-81,92мВ полной шкалы (идеально для советских 75мВ шунтов), ток мериет в обоих направлениях. 16 бит АЦП позволяет легко сделать 3,5 разрядный показометр, никаких деталей обвеса, кроме подтяжки i2c шины и фильтра по замеру тока, не надо. Показания по току калибруются (в даташите описана процедура расчётов, большинство библиотек просто требуют максимальный ток и точное сопротивление шунта, остальное считают сами), но по итогу всё сведется к шунту — как он будет плавать.
Общий ноль привел к тому, что управляющее напряжение упало с 3.3В до 0.6В. И схема по-прежнему не управляет соленоидом. Он всегда заперт. Разъединил земли, и входные 3.3В вернулись.
это свойство германиевых транзисторов их и похоронило. вы еще не устали биться головой о бетонную стенку. (это вопрос риторический ;)) маленькая подсказка — в схеме первоисточника (УНЧ от магнитофона Маяк202), стаяла такая деталюха как терморезистор на 220 Ом, вот эта деталь устанавливалась на радиатор выходных транзисторов и делала «стабилизацию» температурного режима. а. а.