دارة شاحن بطارية ليثيوم أيون USB 3.7 فولت

في هذه المقالة ندرس دائرة شاحن بطارية ليثيوم أيون USB 3.7 فولت بسيطة للكمبيوتر مع ميزة القطع التلقائي والتحكم الحالي.

كيف تعمل

يمكن فهم الدائرة بمساعدة الوصف التالي:

تم تكوين IC LM358 كمقارن. لا يتم استخدام IC LM741 نظرًا لأنه لم يتم تحديده للعمل بجهد أقل من 4.5 فولت.

يتم استخدام الدبوس رقم 2 وهو المدخل المقلوب للدائرة المتكاملة كدبوس الاستشعار ويتم إرفاقه بإعداد مسبق للتعديلات والإعدادات المطلوبة.

الدبوس رقم 3 وهو المدخل غير المقلوب لل opamps هو مرجع عند 3V عن طريق تثبيته ب 3V zener diode.

يمكن رؤية زوج من مصابيح LED سلكيًا عبر دبوس الإخراج من opamp ، للكشف عن حالة شحن الدائرة والإشارة إليها. يشير مؤشر LED الأخضر إلى أن البطارية قيد الشحن بينما يضيء اللون الأحمر بمجرد اكتمال شحن البطارية ، وانقطاع الإمداد عن البطارية.

كيفية الشحن باستخدام منفذ USB

يرجى تذكر أن عملية الشحن يمكن أن تكون بطيئة جدًا وقد تستغرق عدة ساعات ، لأن التيار من USB للكمبيوتر يكون عادةً منخفضًا جدًا وقد يتراوح بين 200mA إلى 500mA اعتمادًا على منفذ الرقم المستخدم لهذا الغرض.

بمجرد تجميع الدائرة وإعدادها ، يمكن استخدام التصميم الموضح أدناه لشحن أي بطارية Li-Ion احتياطية عبر منفذ USB.

قم أولاً بتوصيل البطارية عبر النقاط المشار إليها ، ثم قم بتوصيل موصل USB بمقبس USB بالكمبيوتر الخاص بك. يجب أن يتم تشغيل مصباح LED الأخضر على الفور للإشارة إلى أن البطارية قيد الشحن.

يمكنك توصيل الفولتميتر عبر البطارية لمراقبة شحنها ، والتحقق مما إذا كانت الدائرة تقطع التيار بشكل صحيح أم لا عند الحد المحدد.

نظرًا لأن التيار من جهاز كمبيوتر USB يمكن أن يكون أقل من ذلك ، يمكن تجاهل مرحلة التحكم الحالية ويمكن تبسيط التصميم أعلاه كثيرًا كما هو موضح أدناه:

مقطع فيديو يوضح إجراء القطع التلقائي ، عند شحن خلية Li-Ion حتى 4.11 فولت:

يرجى ملاحظة أن الدائرة لن تبدأ الشحن ما لم يتم توصيل البطارية قبل تشغيل مفتاح الطاقة ، لذلك يرجى توصيل البطارية أولاً قبل توصيلها بمنفذ USB

يحتوي LM358 على اثنين من opamps مما يعني أن أحد opamp يضيع هنا ويظل غير مستخدم ، لذلك قد تتم تجربة LM321 بدلا من ذلك لتجنب وجود opamp الخمول غير المستخدمة.

كيفية إعداد دائرة شاحن USB Li-ion أعلاه:

هذا سهل التنفيذ للغاية.

1. أولاً ، تأكد من تحريك الإعداد المسبق على الجانب الأرضي تمامًا. بمعنى ، يجب أن يكون الدبوس رقم 2 على مستوى الأرض من خلال الإعداد المسبق في البداية.
2. بعد ذلك ، دون توصيل أي بطارية ، قم بتطبيق 4.2 فولت بالضبط عبر +/- خطوط إمداد الدائرة ، من خلال مصدر طاقة دقيق قابل للتعديل.
3. سترى المصباح الأخضر قادمًا على الفور.
4. الآن ، قم بتدوير الإعداد المسبق ببطء ، حتى يتم إيقاف تشغيل مصباح LED الأخضر ، ويتم تشغيل RED LED.
5. هذا كل شئ! تم ضبط الدائرة الآن على القطع عند 4.2 فولت عندما تصل خلية Li-Ion الفعلية إلى هذا المستوى.
6. للاختبار النهائي ، قم بتوصيل بطارية فارغة إلى الموضع المعروض ، وقم بتوصيل طاقة الإدخال من خلال مقبس USB للكمبيوتر ، واستمتع بمشاهدة الخلية وهي تشحن وتقطع عند عتبة 4.2 فولت المنصوص عليها.

تمت إضافة ميزة CC الحالية الثابتة

كما يتضح ، تمت إضافة ميزة تيار مستمر من خلال دمج مرحلة BC547 مع قاعدة BJT الرئيسية.

هنا يحدد المقاوم Rx المقاوم للاستشعار الحالي ، وفي حالة الوصول إلى الحد الأقصى للتيار ، فإن الانخفاض المحتمل عبر هذا المقاوم يؤدي بسرعة إلى تشغيل BC547 ، الذي يؤسس قاعدة المحرك BJT ، ويغلق التوصيل وشحن البطارية .

الآن ، يستمر هذا الإجراء في التذبذب عند عتبة الحد الحالية ، مما يتيح التيار المستمر المطلوب ، CC الشحن المتحكم فيه لبطارية Li-ion المتصلة.

الحد الحالي غير مطلوب لطاقة USB

على الرغم من عرض وسيلة تقييد حالية ، فقد لا يكون ذلك مطلوبًا عند استخدام الدائرة مع USB نظرًا لأن USB منخفض جدًا بالفعل مع التيار وقد تكون إضافة المحدد غير مجدية.

يجب استخدام المحدد الحالي فقط عندما يكون تيار المصدر مرتفعًا بشكل كبير ، مثل من anel الشمسي أو من بطارية أخرى

مزيد من تحسين الدائرة

بعد إجراء بعض الاختبارات ، ظهر أن ترانزستور دارلينجتون لم يكن قادرًا على تحويل تيار كافٍ إلى خلايا Li-Ion ، خاصةً التي تم تفريغها بعمق. نتج عن ذلك اختلاف في مستويات الجهد عبر الخلية وعبر قضبان إمداد الدائرة.

لمكافحة هذه المشكلة ، حاولت تحسين التصميم بشكل أكبر ، من خلال استبدال Darlington BJT المنفردة بزوج من شبكة NPN / PNP ، كما هو موضح أدناه:

أدى هذا التصميم إلى تحسين التسليم الحالي بشكل كبير ، وأدى إلى تقليل هامش الاختلاف بين مستوى جهد طرف البطارية ومستوى جهد الإمداد الفعلي ، وبالتالي التبديل الخاطئ للقطع.

يوضح الفيديو التالي نتيجة الاختبار باستخدام الدائرة أعلاه:

باستخدام مرحل 5V

يمكن أيضًا إنشاء التصميمات المذكورة أعلاه باستخدام 5 فولت ، مما يضمن أفضل توصيل حالي ممكن للخلية وشحن أسرع. يمكن رؤية مخطط الدائرة أدناه:

يرجى الملاحظة:

تم تغيير هذه المقالة بشكل كبير مؤخرًا ، وبالتالي قد لا تتطابق مناقشات التعليقات الأقدم مع مخطط الدائرة الموضح في هذا التصميم والشرح المحدثين.