"Latarka" zasilana Li-Po z wbudowaną ładowarką

Chcę zbudować układ będący swego rodzaju latarką - 3 diody LED zasilane z wbudowanego aku Li-Po 3,7V, ładowane przez TP4056 z USB PC z opcjonalną przetwornicą STEP-UP MCP1640.
Schemat poglądowy - ma to w ogóle prawo działać?



Założeniem jest praca LEDów na maks. prądzie przez możliwie najdłuższy czas, przy zachowaniu minimalnych rozmiarów i wagi układu.
Diody wg. datasheet pracują w zakresie 1,2-1,6V, przy czym maks. prąd (50mA) osiągają w ok. 1,27-1,28V, dla ułatwienia przyjmijmy 1,3V i ten wariant mnie interesuje (1,3V 50mA).
Czyli 3 diody spięte szeregowo potrzebowałby 3,9V 50mA.
Chcę użyć Li-Pola 3,7V 950mAh i podbić mu napięcie MCP1640 do 4V na wyjściu +/- 0,1V 50mA (więcej mi nie potrzeba, a nie wiem jak odbije się to na baterii).
4V i 950mAh pozwoliłoby mi na puszczenie LEDów w szeregu i w teorii 19h ciągłej pracy układu (pomijam rozładowywanie, okresowe zużycie aku i obecność przetwornicy). W praktyce może z 17h by pociągnął.
Jak wpięcie w układ przetwornicy odbije się na baterii, o ile może wzrosnąć pobór prądu? Nie mówię tu o uA, branych przez przetwornicę, a o mA? Da radę zmieścić się w ~50mA?
Słowem - na ile godzin wystarczy mi baterii?
Druga sprawa - z jakimi temp. mogę się liczyć?
Przetwornica i ładowarka mają bezpośredni kontakt z aku, można by powiedzieć że praktycznie na nim leżą. O ile pojedynczy Li-Po ponoć nie grzeje się przy ładowaniu, to nie wiem czy płytki go zbytnio nie podgrzeją. Całość upchana ma być w ciasnej, hermetycznej obudowie z HIPSu, więc ew. radiator można by przykleić tylko na obudowę.

1. Pierwszy raz widzę LED o takich parametrach pracy. Pokaż notę katalogową.
2. Akumulatory Li-Po pracują w zakresie 3,3-4,2V.
2. LED steruje się prądem, nie napięciem. Więc albo pomyśl o źródle prądowym, albo co prostsze, wstaw rezystor ograniczający prąd LED.

1. Bo to IR, chyba że coś źle odczytałem...
datasheet
2. Może podchodzę do tematu od złej strony, ale częściowe rozładowanie i spadek napięcia poniżej 3,9V uniemożliwi mi chyba puszczenie LEDów w szeregu? Nie znalazłem żadnego datasheet tych Li-Poli, a pojęcia nie mam po jakim czasie zdechnie poniżej wartości granicznych.
Mówimy konkretnie o tym ogniwie z oferty Dareltek



3. Masz coś konkretnego na myśli i czy mówimy wciąż o diodach w szeregu? Poprawcie mnie jeśli się mylę, ale takie połączenie chyba mniej zużyje baterię.

1. 50mA to jest "absolute maximum rating", parametry są oznaczane dla 20mA. Przy 20mA dioda będzie żyła długo, przy 50 krótko.
2. Oczywiście, że uniemożliwi. Jedyna opcja to przetwornica boost.
Owszem, diody w szeregu, ale razem z nimi w szeregu rezystor. Typowo Twoja dioda ma spadek typowo 1,2V, więc można by takie dać w szereg 3, przetwornicę ustawić na 3,7V i w szereg z LEDami jeszcze rezystor 4R7. Ewentualnie 4 diody, rezystor 10R i przetwornica na 5V.
Tylko pamiętaj o zabezpieczeniu przed nadmiernym rozładowaniem akumulatora.

Czyli generalnie wszystko zostaje jak jest, dokładam jedynie rezystor 4R7 między przetwornicę a diody, 0,25W chyba wystarczy?
Li-Pol ma już wbudowany PCM, czy kolejne zabezpieczenie będzie konieczne? Cytując za Dareltek

Quote:

wbudowany układ zabezpieczający PCM (chroniący przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, zwarciem).
UWAGA - PCM nie pozwala na pobór prądu większego od 1C

Reasumując, układ zasilam Li-Polem przez przetwornicę. Jeżeli zdechnie, ładowarka podpięta pod USB domyślnie poda 1A, czyli 50mA za dużo. Ale tu powinien chyba zadziałać PCM aku, więc zmiana rezystora ładowarki i ograniczenie jej prądu chyba nie będzie konieczne. Ładowanie odbywa się w trybie rapid charge i trwa 1h. Nie powinno mieć też znaczenia, czy aku jest rozładowany, czy podładowywany, przetwornica zapewni stałe 3,7V.
PCM powinien mnie też uchronić przed zbyt długim ładowaniem baterii.
Nie wiem jeszcze tylko, czy obecność przetwornicy w układzie wpłynie dodatkowo na pobór prądu. Obecnie wychodzi mi ~23mA, czyli ok. 40h pracy układu, pomijając rozładowywanie etc.
Z wydzielaniem ciepła przez przetwornicę też chyba nie powinno być problemów, jeśli działa w zakresie ~+/-0,5 V od nominalnego napięcia na baterii.
Sam aku ma leżeć bezpośrednio na ładowarce i przetwornicy, więc przedzielenie taśmą izolacyjną chyba będzie wskazane.

Edit

Zastanawiam się jeszcze, czy ładowarkę TP4056 mogę użyć w wersji standard, czy potrzebna będzie z dodatkowymi zabezpieczeniami i wyprowadzeniem do podłączenia przetwornicy.

Mój błąd. Naładowany w pełni li-pol ma 4,2V, a ta przetwornica jest wyłącznie podwyższająca. Więc albo ustawić przetwornicę na 4,2V i rezystor dobrać dla 4,2V, albo dorzucić jeszcze jedną diodę LED, ustawić przetwornicę na 4,9V i dać rezystor 4R7.
Najlepszymi warunkami dla ładowania li-pol jest prąd 0,1C - wtedy będzie on miał największą żywotność. Prąd 1C skraca żywotność i powoduje nagrzewanie się akumulatora w czasie ładowania.
Zabezpieczenia w akumulatorze są awaryjne i nie powinny być używane przy regularnej pracy. Zabezpieczenie podnapięciowe radziłbym zrobić w postaci odpowiedniego dzielnika na nodze enable przetwornicy.
Przetwornica przy Uwe=3,3V i Uwy=4,9V będzie miała ponad 90% sprawności, więc w opcji na 4 LEDy, przy minimalnym stanie akumulatora będzie pobierała około 33mA. To daje trzydzieścikilka godzin pracy, przy pełnym akumulatorze i bez doładowywania.
Przetwornica jest wpięta równolegle z akumulatorem, żadnych dodatkowych wyprowadzeń jej nie potrzeba.

Zostanę przy 3 LEDach i 4,2V. Wychodzi mi rezystor coś koło 30R.
Ładowanie 0,1C znacznie wydłuży też czas ładowania, a nie chciałbym ładować go pół dnia. Znalazłem datasheet zbliżonego aku w ofercie TME; standardowo zalecają 490mAh dla 980mAh.
Podejrzewam, że wymiana rezystora Rprog w TP4056 ze standardowego 1,2k na 2-3k pozwoliłaby na uzyskanie optymalnych wyników.
Wersja "bogatsza" TP4056 ma wbudowane zabezpieczenie przed zbyt dużym rozładowaniem <2,5V i poborem prądu >3A akumulatora przy rozładowaniu.
Nie załatwiłoby to kwestii zabezpieczeń?

Czyli zalecają 0,5C. Rozsądne.
Przy 2,5V masz spore szanse, że akumulator będzie do wyrzucenia. Poza tym, czym jest ta wersja "bogatsza"? Bo nie widzę, jakim sposobem prąd z akumulatora do obciążenia miałby przechodzić przez ładowarkę.

Też to nie bardzo rozumiem, ale nie jestem elektronikiem...
Wprawdzie link z alledrogo i datasheet choć nie jestem pewien, czy akurat do tej wersji.

Faktycznie, moduł ma zabezpieczenie. Ale nadal uważam, że 2,5V to zbyt niskie napięcie. Człowiek, który to sprzedaje jest użytkownikiem Elektrody - https://www.elektroda.pl/rtvforum/uzytkownik353298.html
Zapytaj go o możliwość zmiany napięcia odcięcia akumulatora, bo ze zdjęcia płytki nie mogę wywnioskować jaki układ za to odpowiada. Niżej 3V bym nie schodził.

Pytałem, napięcia nie da się zmienić.
Da się to jakoś w miarę prosto obejść? Pisałeś o dzielniku na nodze EN przetwornicy, czyli co, jeżeli dobrze rozumiem - wystarczyłby dodatkowy rezystor? Ew. jaki?

Dwa. W nocie katalogowej piszą, że układ wyłącza się przy 20% napięcia zasilania, co dla 3,3V daje 0,66V. Dobierz taki dzielnik, dołącz go do wejścia przetwornicy i powinno działać.

Witam
Muszą być 4 LEDy w szereg, bo przy naładowanym akumulatorze będziesz miał na wyjściu 4,2V. Przez LEDy może płynąć maksymalnie 20mA. Większy tylko do pracy impulsowej. Nie uzyskasz większej jasności, przegrzeją się i spalą w ciągu minut/godzin. Jak chcesz większą jasność to połącz dwa szeregi po 4 LEDy i ustaw 40mA.

Poprostujakub wrote:

Dwa. W nocie katalogowej piszą, że układ wyłącza się przy 20% napięcia zasilania, co dla 3,3V daje 0,66V. Dobierz taki dzielnik, dołącz go do wejścia przetwornicy i powinno działać.

Dobrałem, i jak nie walnąłem się gdzieś po drodze wychodzi mi stosunek napięć 0,66/3,3=0,2 i rezystory np. 1R i 4R w szeregu. Pytanie tylko czy na EN czy IN, bo albo się przejęzyczyłeś albo zrobiły się dwie wersje i sam już nie wiem, która jest właściwa.

Dar.El wrote:

Witam
Muszą być 4 LEDy w szereg, bo przy naładowanym akumulatorze będziesz miał na wyjściu 4,2V. Przez LEDy może płynąć maksymalnie 20mA. Większy tylko do pracy impulsowej. Nie uzyskasz większej jasności, przegrzeją się i spalą w ciągu minut/godzin. Jak chcesz większą jasność to połącz dwa szeregi po 4 LEDy i ustaw 40mA.

To trochę komplikuje sprawę...
1. Czy nie rozwiązaliśmy tego przypadkiem rezystorem wstawionym między przetwornicę a LEDy? Wychodziło mi coś koło 30R.
2. Nie mogę dać 4 LEDów, bo soft z którym to ma działać ogranicza mnie do 3, a jego zmienić nie mogę. Dlatego rozpatruje tylko układ z 3 LEDami.
3. Pytałem Cię jeszcze na mailu o przetwornicę Step-Up MCP1640 - czy aku powinien być podłączony pod IN+ i EN, a układ OUT+ i GND, czy odwrotnie - aku IN+ i GND, a układ OUT+ i EN? Zakręciłem się tu i wolę się upewnić.

bdv wrote:

Dobrałem, i jak nie walnąłem się gdzieś po drodze wychodzi mi stosunek napięć 0,66/3,3=0,2 i rezystory np. 1R i 4R w szeregu. Pytanie tylko czy na EN czy IN, bo albo się przejęzyczyłeś albo zrobiły się dwie wersje i sam już nie wiem, która jest właściwa.

Proponowałbym dzielnik 91k i 22k. Miałem na myśli włączenie dzielnika pomiędzy wejście zasilania układu a masę, z środkiem wpiętym do nogi EN.

Ok, chyba wszystko jasne. Dzielnik dobrałem trochę inny, bardziej pod kątem dostępności w sklepie.
Wstępnie 18k i 68k, ew. 39k i 150k lub 56k i 220k; wszystkie dają zbliżone wartości, więc jak nie ma jakiś przeciwwskazań to pewno zostanę przy 18k i 68k.
Machnąłem też nowy schemat, żeby to jakoś podsumować. Jak byś mógł, zerknij czy wszystko z nim ok.


Troszkę się chyba pośpieszyłem i zakupiłem TP4056 z zabezpieczeniami

stąd dodatkowe wyprowadzenia B+, B- do podłączania przetwornicy. W sumie są tu chyba zbędne i nie wiem czy w ogóle jest sens je wykorzystywać.
Druga sprawa, że z dobranym dzielnikiem wystarczyłaby chyba zwykła wersja TP4056 tj.

więc to się może zmieni przyszłościowo.

Wygląda w porządku.

No to gitara, dzięki wielkie za pomoc.

Dzielnik napięcia działa, ale nie do końca jak powinien...
Wyszedł problem z przetwornicą, tzn. noga EN musi być wpięta w układ, natomiast
- przetwornica załączy się, kiedy napięcie na EN > 90% napięcia wejścia (w praktyce miernik wskazuje, że wystarczy ok 80%)
- przetwornica wyłączy się, kiedy napięcie na EN < 20% napięcia wejścia (i to się zgadza).
I tu pojawia mi się problem, ponieważ przy aktualnym dzielniku (18k i 68k) napięcie na EN jest <20% napięcia wejścia, przez co przetwornica jest cały czas wyłączona.

Macie może jakiś pomysł jak to rozwiązać i zabezpieczyć aku przed rozładowaniem.
Aktualnie działa tylko PCM wbudowane w Li-Po i załącza się poniżej 2,5V, a poniżej 3V chciałbym nie schodzić.

Racja, wybacz, że wprowadziłem Cię w błąd.
Potrzebny Ci będzie układ nadzorujący, zwany też układem watchdog albo reset. Przejrzałem Allegro, ale tam same na 5V, z kolei TME ma drogą wysyłkę, jak na układ za 90 gr....

Nie szkodzi
Mógłbyś podać jakiegoś linka, który konkretnie masz na myśli i jak to później wpiąć w układ?
TME na terenie Łodzi już tak nie zdziera, z resztą jest jeszcze WEKTON i też ma obszerną ofertę

Ten na przykład: http://www.tme.eu/pl/details/mcp100t-300i_tt/uklady-watchdog-i-reset/microchip-technology/#
Sposób podłączenia masz w nocie katalogowej - noga reset idzie do nogi EN przetwornicy.
Obecny dzielnik wyrzucasz, za do do nogi Vdd dajesz kondensator 100n.

Hm... jasność jest prawie proporcjonalna do prądu aż do 50mA i to 50mA jest jak najbardziej dopuszczalne (a Kingbright to firma, po której nie spodziewam się naciąganych danych); natomiast proponuję zauważyć, że napięcie przewodzenia jest przy 20mA _typowe_ 1.2V, ale ma prawo być do 1.6V - nie można zakładać, że napięcie potrzebne do trzech LED-ów będzie mniejsze od napięcia akumulatorka, ani że będzie większe. Poza tym napięcie przewodzenia diody zależy od temperatury - im cieplej, tym jest mniejsze.

Z tego powodu nie można liczyć na to, że dobierze się napięcie i opornik według danych katalogowych i uzyska się taki prąd, jaki się zaplanowało - trzeba zrobić układ stabilizujący prąd poprzez pomiar spadku napięcia na oporniku. Aby nie zużywać baterii więcej, niż to niezbędne, warto postarać się o to, by ten opornik był możliwie mały - nawet użyć scalonego komparatora do pomiaru tego napięcia.

Jeśli ta przetwornica nie działa poprawnie przy napięciu wejściowym wyższym od wyjściowego, to może trzeba użyć innej? Napięcie można podwyższać układem flyback na tranzystorze, w takim układzie jest jeszcze dioda prostująca, która powoduje spadek napięcia o około 0.7V - może to wystarczy? A może zrobić układ ograniczania prądu, który przy zbyt dużym napięciu baterii będzie działać niezależnie od przetwornicy, a przy odpowiednio małym da jej sygnał "za duże napięcie", kiedy prąd będzie za duży?

Dzięki Poprostujakub, zamówiłem, zobaczymy czy wszystko będzie ok
Jeśli dobrze czytam schemat, powinno to chyba tak wyglądać:



LEDy zmieniłem na mocniejsze, aktualnie idą na 4,2V bez rezystora i ok. 50-55mA, czyli mniej więcej na pół gwizdka.
Urządzenie pracuje raczej w stałej temp. bo pokojowej, więc jakieś skrajne wahania nie wchodzą tu w grę.
Przetwornica sama w sobie też ładnie pracuje i jak na razie się sprawdza. Trzeba tylko poprawić zabezpieczenie i powinno być ok.

Wszystko wydaje się działać ok, dzięki raz jeszcze za pomoc
Wybrałem MCP100-300DI/TO i CC-100n, w tym zestawieniu układ wyłącza się <3V na ok 75sec. i załącza ponownie na ok. 4sec., ale jest to myślę akceptowalne i nie wpłynie negatywnie na aku. Od paru h utrzymuje mi się na aku 2,94V i nie zanosi się na drastyczną zmianę.

Zastanawiam się jeszcze nad ewentualną wymianą kondensatora na większy; zakładam że zwiększyłoby to odpowiednio czas trwania wyłączenia/załączenia układu.

Przypominam, że te LEDy traktowane prądem 50mA pożyją kilka miesięcy. Złącze jest zaprojektowane do pracy ciągłej z prądem 20mA.
Ten cykl załącz-wyłącz bierze się stąd, że po zdjęciu obciążenia napięcie na akumulatorze wzrasta (akumulator ma swoją rezystancję wewnętrzną, na której płynący prąd wywołuje spadek napięcia). Kondensator jest wyłącznie od filtrowania zakłóceń - nie wpływa na parametry czasowe układu.

Dzięki za wyjaśnienie, czyli nie ma sensu tego ruszać
LEDy, jak wspominałem, wymieniłem na mocniejsze - 100mA, aktualnie idą na ok 50-55mA.