Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer ControlsComputer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

Dar.El 09 Lis 2013 12:13 19419 25
  • Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    W pełni automatyczna ładowarka akumulatorów Li-Ion i Li-Poly do 3A i końcowym napięciu ładowania 4,2V zasilana z 5V.
    Coraz więcej jest dostępnych akumulatorów Li-Ion i Li-Poly a nadal jest mało ładowarek do nich, więc postanowiłem skonstruować tym razem mocniejszą. Słabsza jest opisana tu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2642387.html
    Płytka jest mała: 33mm x 31mm (bez wyprowadzeń). Wysokość: 15mm z radiatorem i 5,8mm bez radiatora, bez montowania wyprowadzeń (goldpinów) 4,1mm. Wyprowadzenia są w rastrze 2,54mm, więc można montować ładowarkę na płytkach uniwersalnych i stykowych ale do stykowych przy takich prądach to tylko do prób. Prąd można regulować w zakresie 0,5A do 3A potencjometrem SMD.
    Jest bardzo dużo zabezpieczeń:
    -odwrotnym podłączeniem akumulatora,
    -pomyleniem zasilania z akumulatorem,
    -zbyt niską i zbyt wysoką temperaturą akumulatora,
    -przed przegrzaniem ładowarki,
    -zbyt długim ładowaniem (niektóre wersje układu scalonego),
    -brak zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania,
    -brak zabezpieczenia przed zbyt wysokim napięciem zasilania.

    Diody LED sygnalizują: podłączenie zasilania (czerwona PWR), ładowanie (czerwona Charg) i naładowanie akumulatora (zielona END).
    Prąd maksymalny, z powodu przegrzewania się ładowarki z radiatorem R21, jest mniejszy od deklarowanego 3A na początku ładowania (około 2A), ale trwa to bardzo krótko, bo akumulator prawie od razu ma 3,7V przy którym 3A jest osiągalne.
    Mierzyłem maksymalny prąd, dla różnych napięć akumulatora, przy 5V zasilania i swobodnym dostępie powietrza 22°C do płytki (bez żadnej obudowy).

    Ładowarka ładuje akumulatory mające poniżej 3V prądem 10% ustawionego a kończy ładowanie gdy prąd spadnie do 10%.
    Zabezpieczenie termiczne nie pozwoli ładować akumulatora gdy jego temperatura jest poniżej 0°C lub powyżej 50°C. Oczywiście trzeba zamontować na akumulatorze termistor 10k a jak tej funkcji nie używa się to wystarczy zewrzeć zworkę T-off znajdującą się na płytce ładowarki.
    Ładowarki można łączyć równolegle w celu zwiększenia prądu ładowania. Można też poprawić ich wydajność, wymuszając ruch powietrza wentylatorem, który może też chłodzić przy okazji akumulatory, przy szybkim ładowaniu.
    Do ładowania akumulatorów połączonych szeregowo, można użyć wielu ładowarek, ale każda musi mieć swoje własne zasilanie. Obecnie można bardzo tanio kupić zasilacze 5V 3A, więc nie stanowi to większego problemu.

    Schemat jak to połączyć dla trzech akumulatorów połączonych szeregowo, następne łączy się wg tej samej zasady.
    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    Ładowarka potrzebuje radiatora, jest do wytracenia z 5W ciepła przy 3A. Praktycznie prawie całe ciepło pojawia się na padzie odizolowanym od rozlanej masy, potrzebna jest dlatego podkładka izolująca, między radiatorem a płytką, aby nie zewrzeć padu termalnego na którym jest napięcie względem masy. Płytkę można przykręcić do radiatora ale nie wolno zapomnieć o przekładce.
    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    Lustro prądowe jest zrobione na wzmacniaczu operacyjnym i tranzystorze PMOSFET na którym wydziela się większość mocy strat. Wzmacniacz operacyjny musi być RAIL to RAIL a tranzystor LOGIC LEVEL.
    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Dar.El
    Poziom 40  
    Offline 
    Różne elementy elektroniczne oraz moduły mojej konstrukcji i z importu. ALLEGRO
    Specjalizuje się w: konstruktor elektronik-programista avr w asm.
    Dar.El napisał 5435 postów o ocenie 772, pomógł 746 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2006 roku.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    szymon122
    Poziom 38  
    Pięknie się prezentuje. Pochwal się od razu gdzie znalazłeś takie fajne radiatorki :D
    Dlaczego rozlałeś masę po całej płytce co uniemożliwia założenie radiatora bez izolacji?

    Zamiast tego można chyba dać ścieżki z masą tam gdzie je trzeba dać i zabezpieczyć je soldermaską aby nie robiły zwarcia a wolne miejsce użyć do odprowadzania ciepła albo drugi pomysł: Tranzystor zamontować z drugiej strony, Większym padem na zewnątrz, nie będzie problemu z odprowadzaniem ciepła przez radiator bez izolacji ;)
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #3
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #4
    novak512
    Poziom 12  
    szymon122 napisał:
    Pięknie się prezentuje. Pochwal się od razu gdzie znalazłeś takie fajne radiatorki :D

    Aidou napisał:
    Radiatorek wygląda mi na jakiś ze starych grafik bądź innych układów.


    Może być od chipsetu płyty głównej.
  • #5
    krzycho123
    Poziom 31  
    Takie radiatory i wiele innych formatów można bez problemu kupić w sklepach elektronicznych , kosztują grosze .

    Bardzo podoba mi się pomysł z zaprzęgnięciem mosfetu do układu MCP , czekam aż układ trafi do sprzedaży :)
  • #6
    Citek
    Poziom 22  
    Dar.El napisał:
    Do ładowania akumulatorów połączonych szeregowo, można użyć wielu ładowarek, ale każda musi mieć swoje własne zasilanie. Obecnie można bardzo tanio kupić zasilacze 5V 3A, więc nie stanowi to większego problemu.

    Czyli nie można do jednego zasilacza podłączyć np. 3 ładowarek?

    Ładowarka Li-Ion Li-Poly na MCP73833 + PMOSFET, max 3A
  • #7
    Dar.El
    Poziom 40  
    :arrow: szymon122
    Nie udało by się zrobić płytki jednostronnej i nie da rady zalać wszystkiego maską, przelotki muszą być odsłonięte bo inaczej mają problemy na produkcji płytek. Podkładki silikonowe są dostępne i nie są drogie, więc zrobiłem tak jak widać. Z przegrzaniem tranzystora nie ma tragedii, jest wykorzystany w 10% a MCP... nie pozwoli nagrzać płytki powyżej 80°C.

    :arrow: Citek
    Tak nie można, zresztą rysując schemat zaszalałeś, uproszczenia z brakiem niektórych połączeń powodują na możliwość działania takiej konfiguracji.

    Dodałem schemat ładowarki w pierwszym poście.
  • #8
    Freddy
    Poziom 43  
    Dar.El :arrow: Możesz podać typ wzmacniacza Rail-to-rail i tranzystora ?
  • #10
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #11
    Dar.El
    Poziom 40  
    Nie ma różnicy czy jest ścieżka czy jej nie ma i tak przelotki nie będą pokryte maską a maska nie jest za gruba, więc potrzeba przekładki. Gdyby cała strona płytki była tylko na potencjale tranzystora, to wtedy można bez podkładki, ale to jest niemożliwe.
    W TME jest łatwy sposób wyszukiwania elementów, można znaleźć odpowiednie tranzystory i wzmacniacze operacyjne. Ja zastosowałem takie jakie miałem dostępne w większej ilości i raczej niedostępne w Polsce.
  • #12
    mkpl
    Poziom 37  
    Ta dioda SS34 wydaje się być trochę na styk. Ja bym dal lekki zapas SS4x lub nawet ss56.
  • #13
    Dar.El
    Poziom 40  
    MCP... ogranicza temperaturę PCB do 80°C a SS34 ma 17°C/W i 0.35V @ 3A przy 125°C struktury. Przez kilka minut sprawdzałem na 5A i nic się nie stało, więc 3A nie stanowi problemu. SS54 dam do wersji 5A.
  • #14
    quniq
    Poziom 21  
    Freddy napisał:
    Dar.El :arrow: Możesz podać typ wzmacniacza Rail-to-rail i tranzystora ?


    chociażby taniutki mcp6001. Mos w zasadzie dowolny o napięciu otwarcia bramki poniżej 3V.
  • #15
    Freddy
    Poziom 43  
    quniq napisał:
    Freddy napisał:
    Dar.El :arrow: Możesz podać typ wzmacniacza Rail-to-rail i tranzystora ?


    chociażby taniutki mcp6001. Mos w zasadzie dowolny o napięciu otwarcia bramki poniżej 3V.
    Ja przecież pytałem autora i uzyskałem odpowiedź !
  • #16
    Dar.El
    Poziom 40  
    Mosfet nie dowolny :!: . Wystarczy 4,5V dla bramki, ważniejsze jest Rdson, przy dużym prądzie może zabraknąć napięcia pod koniec ładowania.
  • #17
    quniq
    Poziom 21  
    O, co do mosa faktycznie, nie wziąłem tego pod uwagę.

    Freddy, nie widziałem konkretnej odpowiedzi - po prostu zaproponowałem.
  • #18
    yahuza
    Poziom 11  
    Wybaczcie za laickie pytanie ale może się czegoś nauczę przy okazji.

    Mowa jest o lustrze prądowym, którego elementem wykonawczym jest MOSFET i to na nim ma się wydzielać większość ciepła, rozumiem dlaczego. Ale z tego co mi wiadomo to lustro prądowe działania zasadzie takiej, że prąd w obu gałęziach jest taki sam, tj powielany jest prąd referencyjny, To prowadzi do tego, że moc oddawana przez te gałęzie powinna byc jednakowa, a zakładając że ten scalak z racji swojego rozmiaru ma gorsze parametry, to na nim powinno wydzielać się więcej ciepła.
    Rozumiem, że to co jest tut zastosowane, omija ten problem. Nie rozumiem jednak do końca zasady działania tego sprzężenia. Układ wie ile prądu pobiera scalak ale w jaki sposób ustala się napicie w gałęzi MOSFETA na takie samo to już nie wiem.

    Jacek
  • #19
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  
    Może głupie pytanie, ale czy warto aż tak rozbudowywać układ? Wydaje mi się że w obecnej erze akumulatorków LiPo dostępne są lepsze układy sterujące nie wymagające jakiś luster prądowych na wzmacniaczach operacyjnych, a spodziewałbym się że nawet będą zintegrowane z kluczami prądowymi. Czy jestem w błędzie?
  • #20
    Dar.El
    Poziom 40  
    Jeżeli są to poproszę o namiar, umieść linki do takich scalaków. Yahuza musisz się jeszcze pouczyć elektroniki.
  • #21
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  
    Dar.El napisał:
    Jeżeli są to poproszę o namiar, umieść linki do takich scalaków.
    To są moje przypuszczenia, opieram je bardziej na wyczuciu. Tak na szybko znalazłem takiego scalaka jak BQ24070RHLT. W TME 16zł sztuka, niby drogo, ale układ jest dość mały i wygląda że rozwiązuje wiele problemów na raz. Nie krytykuję Twojego projektu, bardziej chciałbym się dowiedzieć jakie są zalety i wady obu rozwiązań.
  • #22
    Dar.El
    Poziom 40  
    Ten scalak ma max 1500mA, nie wolno patrzeć na "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" i jest obwarowane wieloma zależnościami. Dodatkowo obudowa DFN nadaje się tylko do automatycznego montażu, jak ktoś zamówi ze 100 szt. miesięcznie to da się zrobić. Jeżeli można zrobić taniej dodając tranzystor to po co robić drożej na jednym scalaku. Teraz najważniejsza jest cena, gdyby większości zależało na bajerach i cackach to mógłbym takie projektować.
  • #23
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  
    Dar.El napisał:
    Ten scalak ma max 1500mA, nie wolno patrzeć na "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" i jest obwarowane wieloma zależnościami.
    Tak, wiem w katalogu tme coś piszą o 2A, a datasheet coś innego. Podałem to jako przykład zintegrowanego układu, a skoro są takie, to ktoś inny pewnie produkuje większe, albo planuje wprowadzić do produkcji.

    Dar.El napisał:
    Dodatkowo obudowa DFN nadaje się tylko do automatycznego montażu, jak ktoś zamówi ze 100 szt. miesięcznie to da się zrobić.
    Ręcznie też się da, pady bez problemu, jedyny problem jaki widzę to dobre lutowanie do thermal vias, ale to pewnie też z użyciem hot-aira da się zrobić na kolanie.

    Dar.El napisał:
    Jeżeli można zrobić taniej dodając tranzystor to po co robić drożej na jednym scalaku. Teraz najważniejsza jest cena, gdyby większości zależało na bajerach i cackach to mógłbym takie projektować.
    Zewnętrzny klucz (tranzystor) jeszcze potrafię zaakceptować, stanowi to wygodę dla projektanta PCB że może punktowe źródło ciepła łatwiej umieszczać, oraz to ze struktura krzemowa sterownika będzie tańsza i prostsza. Jest na tym jakiś zysk. Natomiast dokładnie układu lustra prądowego, gdzie jest klasyczny opamp i kilka rezystorów, wydaje mi się rozrzutnością.
  • #24
    Dar.El
    Poziom 40  
    Zaczynałem projektować ładowarkę na większy prąd od prostszych rozwiązań. Doszedłem do optymalnego rozwiązania, ekonomia/jakość. Jak rozbierzesz zasilacz chiński to w środku niewielka ilość elementów a jak będzie to markowy produkt, okazuje się że jest to bardzo skomplikowany układ. Ciekawe dlaczego tak jest? Prosty układ nie koniecznie jest dobry.
  • #25
    Major1206
    Poziom 2  
    Mam pytanie w związku działaniem układu. Jeżeli dobrze rozumiem, to w fazie CC napięcie na na wejściu odwracającym wynosi nieco poniżej 5 V ze względu na spadek napięcia na rezystorze R8. Natomiast na wejściu nieodwracającym jest mniejsze (spadek na R7). Wtedy na wyjściu wzmacniacza jest stan niski. Przy przejściu do trybu CV następuje zmniejszenie poboru prądu przez MCP73833, i wtedy na wejściu nieodwracającym jest większe napięcie niż na odwracającym i następuje wyłączenie tranzystora. Zgadza się?
    Głównie mi chodzi o to przy jakim stanie naładowania następuje przełączenie tranzystora.
  • #26
    Dar.El
    Poziom 40  
    Tranzystor jest sterowany analogowo, wg potrzeb stabilizacji prądu. Wyłączenie następuje tylko po naładowaniu akumulatora.