วงจรควบคุมแบตเตอรี่ลิเธียม 3 ก้อน การอัพเกรดไฟฉาย LED: วิธีเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่วด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วิธีการทดแทนทางเลือก

ทุกคนรู้ถึงข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธียม ประการแรกคือความหนาแน่นของพลังงานสูง น้ำหนักเบา และไม่มี "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าศักยภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมหนึ่งก้อน (3.6V) มีขนาดใหญ่เป็นสามเท่าของแบตเตอรี่ NiCad หรือ NiMH หนึ่งก้อน (1.2V)

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมมีคุณสมบัติหลายประการที่ไม่อนุญาตให้นำไปใช้อย่างปลอดภัยหากไม่มี ระบบพิเศษควบคุม. ระบบเหล่านี้เรียกว่าตัวควบคุมการชาร์จและการคายประจุ ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ มีวงจรบูรณาการระดับสูงที่มีจำหน่ายทั่วไปเพื่อทำหน้าที่เหล่านี้ แต่ปรากฎว่ามันไม่สามารถใช้งานได้กับคนจำนวนมาก ไม่มีจำหน่ายแยกในร้านขายอะไหล่วิทยุ ต้องสั่งซื้อจากบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านการจัดหา ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์สำหรับสถานประกอบการและร้านซ่อม และชุดขั้นต่ำในกรณีนี้คือตั้งแต่ 10 ชิ้น (อย่างดีที่สุด)

ทั้งหมดนี้กระตุ้นให้เราพัฒนาตัวควบคุมของเราเองโดยใช้องค์ประกอบแยกซึ่งหาซื้อได้ตามร้านขายวิทยุประจำจังหวัด

เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมหมด คุณต้องควบคุมแรงดันและกระแสในวงจร

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมที่ชาร์จแล้ว คือ 4.2V ไม่ใช่ 3.6V ตามที่เขียนไว้ โดยจะลดลงเหลือ 3.6V เมื่อโหลดใกล้กับความจุของแบตเตอรี่ การควบคุมแรงดันไฟฟ้าคือการป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่หมด ปล่อยต่ำกว่า 3V เกณฑ์นี้จะแตกต่างกันไปภายใน 0.5V ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและรูปทรงเรขาคณิตของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่เหลือน้อย ต่ำกว่า 3V นำไปสู่กระบวนการทางเคมีภายในแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานต่อไป

ในการควบคุมความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจร คุณจำเป็นต้องจัดให้มีกลไกการปิดระบบ คล้ายกับเบรกเกอร์ที่ติดตั้งอยู่ในแผงไฟฟ้าในอพาร์ตเมนต์ทุกห้อง เหล่านั้น. จะต้องป้องกันการลัดวงจรและปิดเมื่อกระแสในวงจรเกิน โดยทั่วไปแล้ว กระแสคายประจุสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถผลิตได้ เท่ากับความจุของมัน ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ ด้วยความจุ 2Ah สามารถส่งกระแสไฟฟ้า 2A ได้อย่างปลอดภัย การทำงานของแบตเตอรี่ ที่กระแสไฟฟ้าเกินความจุของแบตเตอรี่ สามารถทำได้ในโหมดระยะสั้น หรือในโหมดปกติ ถ้าผู้ผลิตแบตเตอรี่ระบุไว้ในเอกสารประกอบ ในกรณีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรแบตเตอรี่ลิเธียม อาจระเบิด! ระวัง!

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการทางเคมี โหมดการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียม สามารถอ่านได้ที่นี่ คู่มือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของ Panasonic (เป็นภาษาอังกฤษ)

ทุกอย่างเริ่มต้นเมื่อแบตเตอรี่แล็ปท็อปของฉันหมด แล็ปท็อปมีอายุสองปีเมื่อพิจารณาจากแบตเตอรี่ มันใช้งานไม่ได้ - เสียบปลั๊กอยู่ตลอดเวลา ตามที่ฉันได้รับแจ้งในภายหลัง นี่อาจเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของแบตเตอรี่ เหล่านั้น. นี่ไม่ใช่การที่แบตเตอรี่หมดช้า ด้วยความจุที่ลดลงในทางกลับกันแล็ปท็อปใช้งานได้ประมาณห้าชั่วโมงเพียงวันเดียวที่ไม่ได้เปิดจากแบตเตอรี่ก็แค่นั้นแหละ ตรวจไม่พบแบตเตอรี่ใน Windows อีกต่อไป และฉันสรุปได้ว่าตัวควบคุมแบตเตอรี่ในตัวหมด แบตเตอรี่ เมื่อถอดแบตเตอรี่ออกแล้ว เราเห็นองค์ประกอบ 6 ชิ้นรวมกัน 2 เป็น 3 เซลล์ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน

โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าในแต่ละเซลล์ เราได้ตรวจสอบแล้วว่าเซลล์เหล่านั้นถูกชาร์จแล้ว นี่เป็นการยืนยันเวอร์ชันของคอนโทรลเลอร์ที่ล้มเหลวอีกครั้ง ในระหว่างการตรวจสอบตัวควบคุมภายนอก ไม่พบความเสียหายที่มองเห็นได้ ฉันปฏิเสธแนวคิดในการซ่อมแซมคอนโทรลเลอร์ว่าใช้งานยาก (ในฟอรัมที่ผู้คนเขียนเกี่ยวกับการขายปลีกและการเขียนโปรแกรมโปรเซสเซอร์คอนโทรลเลอร์) โดยทั่วไปแล้ว ความซับซ้อนของคอนโทรลเลอร์นี้สร้างความประทับใจอย่างมาก ใครจะรู้บ้างว่าจริงๆ แล้วมีอะไรไหม้อยู่ที่นั่น?

ดังนั้นฉันจึงสั่งแบตเตอรี่ใหม่และตัดสินใจจัดการกับแบตเตอรี่นี้ในภายหลัง แต่เปล่าประโยชน์!

ฉันเริ่มทำงานกับมันประมาณสองเดือนต่อมา ฉันฉีกองค์ประกอบออกจากเคส ถอดพวกมันออกจากคอนโทรลเลอร์ วัดแรงดันไฟฟ้าและรู้สึกประหลาดใจมาก - องค์ประกอบ 4 ชิ้นถูกคายประจุจนหมด! และอีกสองตัวมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 1V เห็นได้ชัดว่าตัวควบคุมที่เสียหายปล่อยเซลล์ 2 เซลล์ออกมาจนหมด

ตามคำแนะนำแบตเตอรี่ เมื่อปล่อยประจุต่ำกว่า 3V จำเป็นต้องชาร์จด้วยกระแสไฟที่ 0.1 ของความจุ ไม่สามารถชาร์จเซลล์ทั้ง 4 นี้ได้ ห้ามเต้นรำกับแทมบูรีน การแช่แข็งและการละลาย การแตะ ฯลฯ ไม่ได้ช่วยอะไร ฉันต้องทิ้งพวกเขาไป นี่เป็นการคายประจุมากเกินไปจนทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมหมด ส่วนที่เหลืออีกสององค์ประกอบถูกเรียกเก็บเงิน

องค์ประกอบถูกทำเครื่องหมายว่า Sanyo UR18650FM 2.6AH เป็นที่ชัดเจนทันทีว่าความจุของเซลล์คือ 2.6Ah และผลิตโดยบริษัท Sanyo ของญี่ปุ่น การค้นหาบนเว็บไซต์ของบริษัทนี้นำเราไปสู่เอกสารชื่อ มีเพียงตัวอักษร M ต่อท้ายเท่านั้น เอกสารนี้น่าสนใจมาก มันมีอยู่ ข้อกำหนดทางเทคนิคแบตเตอรี่ความจุ 2.5Ah ขนาดใกล้เคียงกับของเรา

การตัดสินใจใช้เอกสารนี้เป็นแนวทางในการดำเนินการ เราจึงเริ่มออกแบบตัวควบคุมการจ่ายไฟของเรา

จากกราฟ "ลักษณะอัตราการคายประจุ" เห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบสามารถจ่ายกระแสไฟได้สูงถึง 2.7V และกระแส 2C เช่น ความจุสองเท่า ดังนั้น องค์ประกอบของเราที่มีความจุ 2.6Ah จึงสามารถส่งออกได้ 5.2A

ตัวควบคุมการคายประจุ

หลังจากวิเคราะห์เอกสารนี้และเอกสารอ้างอิงอื่น ๆ อย่างครอบคลุมแล้ว Vladimir Nikolaevich Skvortsov (เพื่อไม่ให้สับสนกับ Starling) ได้สร้างตัวควบคุมสำหรับการทำงานกับเซลล์ลิเธียมหนึ่งหรือสองเซลล์ คอนโทรลเลอร์ปกป้ององค์ประกอบจากการลัดวงจรและการคายประจุเกิน

วงจรควบคุมที่แสดงในภาพช่วยให้แน่ใจว่าโหลดถูกปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงเหลือ 6V (3V ในแต่ละองค์ประกอบ) การลัดวงจรถือเป็นกระแสไฟฟ้าที่มากกว่า 4A

ในการใช้คอนโทรลเลอร์ที่มีองค์ประกอบเดียว (การปิดเครื่อง 3V) คุณต้องเลือก (เพิ่ม) ตัวต้านทาน R1 - รับผิดชอบเกณฑ์การตอบสนองเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง คุณต้องคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของทรานซิสเตอร์ VT1 ด้วย (% ความทนทานต่อการเบี่ยงเบน)

เพื่อควบคุมความแรงของกระแสไฟฟ้า ให้เลือกตัวต้านทาน R7 ยิ่งเรตติ้งต่ำเท่าใด คอนโทรลเลอร์ก็จะผ่านกระแสได้มากขึ้นเท่านั้น

ในฐานะทรานซิสเตอร์ VT3 คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามอันทรงพลังใดก็ได้โดยมีการสำรองกระแสไฟ 3 เท่าของความจุของแบตเตอรี่เช่น 15N03

หลักการและโหมดการทำงานของตัวควบคุม

เปิดเครื่อง โหมดปกติ

เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่มีแบตเตอรี่ชาร์จแล้วสองก้อน (8.4V) ทรานซิสเตอร์ VT4 จะเปิดขึ้น เนื่องจากกระแสพื้นฐานผ่าน R4 แรงดันไฟฟ้าที่ตัวปล่อยของ VT4 จึงกลายเป็นประมาณ 0.7V นอกจากนี้ตัวต้านทาน R4 จะปิด VT2 ไว้

เมื่อ VT4 เปิด กระแสเริ่มไหลผ่านตัวแบ่ง R1-R2 ซึ่งสร้างแรงดันตกคร่อม R1 และ VT1 เปิด แรงดันไฟฟ้าที่ท่อระบายน้ำจะใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าที่ แบตเตอรี่- ผ่านตัวต้านทาน R3 มันถูกจ่ายให้กับเกท VT3 และจะเปิดขึ้น ในกรณีนี้ แบตเตอรี่ “-” ผ่าน R7 และ VT3 แบบเปิดเชื่อมต่อกับขั้วเอาต์พุต “-” คอนโทรลเลอร์เปิดอยู่

การป้องกันการคายประจุมากเกินไป

เมื่อเกิดแรงดันไฟบนแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ถึง 6V (3V ในแต่ละองค์ประกอบ) แรงดันไฟฟ้าบนตัวแบ่ง R1-R2 จะลดลงแรงดันไฟฟ้าที่เกต VT1 ก็ลดลงถึงเกณฑ์การปิดด้วย VT1 จะปิด Gate VT3 เชื่อมต่อผ่าน R5 เข้ากับแบตเตอรี่ "-" แบตเตอรี่ ดังนั้น VT3 จะปิดด้วย โหลดถูกปิด หากต้องการคืนคอนโทรลเลอร์ให้กลับสู่สถานะเดิม คุณต้องถอดโหลดออกและชาร์จแบตเตอรี่

เมื่อทำการทดสอบ วงจรประกอบคุณต้องเชื่อมต่อโหลดขั้นต่ำบางอย่างเข้ากับมัน เช่น ไฟ LED กลไกการป้องกันใช้งานได้กับโหลดที่เชื่อมต่ออยู่เท่านั้น และไฟ LED จะระบุอย่างชัดเจนเมื่อโหลดถูกตัดการเชื่อมต่อ

ป้องกันการลัดวงจร

กระแสไฟฟ้าลัดวงจรถูกกำหนดโดย R7 ยิ่งเรตติ้งต่ำเท่าใด คอนโทรลเลอร์ก็จะผ่านกระแสได้มากขึ้นเท่านั้น วงจรในรูปที่ 1 ใช้ตัวต้านทาน 0.1 โอห์ม ด้วยตัวต้านทานดังกล่าว คอนโทรลเลอร์ยอมให้กระแสสูงถึง 4A กระแสที่สูงกว่าถือเป็นไฟฟ้าลัดวงจร เมื่อทำงานที่กระแสสูง ตัวต้านทาน R7 ต้องมีกำลังเพียงพอ - อย่างน้อย 1W

เมื่อกระแสไฟที่อนุญาตเกิน แรงดันตกคร่อม R7 + แรงดันตกคร่อมแหล่งกำเนิด - เดรน VT3 จะเพิ่มขึ้นเป็นระดับเปิดของ VT2 เปิด VT2 เชื่อมต่อประตูของ VT3 กับแบตเตอรี่ "-" VT3 จะปิด ท่อระบายน้ำ VT3 รวมถึงฐาน VT4 และเกต VT2 เชื่อมต่อกันผ่านโหลดไปที่ “+” ของแบตเตอรี่ VT4 ปิด, แรงดันไฟฟ้าบนตัวแบ่ง R1-R2 อยู่ที่ประมาณ 0, VT1 ก็ปิดเช่นกัน โหลดถูกปิด หากต้องการคืนค่าคอนโทรลเลอร์ให้กลับสู่สถานะดั้งเดิม คุณต้องถอดโหลดออก

พีซีบี

แผงวงจรพิมพ์ในรูปแบบ Sprint-Layout 4 สามารถดาวน์โหลดได้ในรูปแบบ rar, 5Kb

หากคุณไม่มีโปรแกรมนี้ คุณสามารถดาวน์โหลดได้ในรูปแบบ rar ขนาด 1MB

เลือกขนาดของอุปกรณ์ (30 x 16 มม.) เพื่อให้สามารถติดตั้งที่ส่วนท้ายของแบตเตอรี่ได้ แบตเตอรี่

รูปถ่ายอุปกรณ์

โปรดทราบว่าฐานของทรานซิสเตอร์ VT4 (KT3107) และประตูของ VT2 (2SK583) เป็นตัวนำที่ด้านหลังของแผงวงจรพิมพ์

การเตรียมแบตเตอรี่

อย่าใช้แบตเตอรี่ประเภทหรือยี่ห้อต่างกันในอุปกรณ์เดียวกัน การค้นหาองค์ประกอบที่เหมือนกันจะดีกว่าและปลอดภัยกว่า

เมื่อใช้สององค์ประกอบ คุณจะต้องสร้างสมดุลระหว่างศักยภาพเริ่มต้น - นั่นคือ ต้องมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน ในการดำเนินการนี้ ให้เชื่อมต่อขั้วลบ (เครื่องหมายลบ) โดยตรง และขั้วบวกผ่านตัวต้านทาน 30 โอห์ม กำลังของตัวต้านทาน 1 หรือ 2 วัตต์ จากนั้นคุณจะต้องวัดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วตัวต้านทาน หากเกิน 10 มิลลิโวลต์ ต้องรอก่อนครับ คุณต้องรอประมาณหนึ่งวัน ปรากฎว่าแบตเตอรี่ที่มีประจุมากกว่าจะค่อยๆ คายประจุผ่านตัวต้านทานไปยังแบตเตอรี่ที่มีประจุน้อยกว่า ที่. แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมพวกมันจะเท่ากัน องค์ประกอบที่สมดุลสามารถเชื่อมต่อได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน - แบบอนุกรมหรือแบบขนาน

ชี้แจงเล็กๆ น้อยๆ เกี่ยวกับ การเชื่อมต่อแบบอนุกรม- ตัวควบคุมการจ่ายไฟแบบรวมจากโรงงานจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าในแต่ละองค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม คอนโทรลเลอร์ของเราจะควบคุมเฉพาะแรงดันเอาต์พุตทั้งหมดเท่านั้น การวัดแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้องค์ประกอบที่สมดุล ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างองค์ประกอบต่างๆ คือ 5 - 8 มิลลิโวลต์ นี่เป็นที่ยอมรับอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องติดตั้งตัวควบคุมแยกต่างหากในแต่ละองค์ประกอบ

ทฤษฎีประจุ

ตัวควบคุมการประจุจากโรงงานจะควบคุมแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟ และเวลาในการชาร์จ และเลือกโหมดปกติหรือโหมดอ่อนโยน หากแรงดันไฟฟ้าบนองค์ประกอบสูงกว่า 3V ก็จะชาร์จตามปกติ กระบวนการชาร์จในกรณีนี้เกิดขึ้นใน 2 ขั้นตอน:
ขั้นที่ 1 – การชาร์จด้วยกระแสคงที่ (CC)
ขั้นตอนที่ 2 – การชาร์จด้วยแรงดันคงที่ (CV)

กระแสไฟชาร์จสูงสุดขึ้นอยู่กับความจุ (C) ของแบตเตอรี่ ตามกฎแล้วคือ 0.7C หรือ 1.0C สำหรับองค์ประกอบของเรา กระแสไฟชาร์จระบุไว้ในเอกสารและมีค่าเท่ากับ 0.7C แรงดันชาร์จ 4.2V (สำหรับหนึ่งองค์ประกอบ)

แหล่งจ่ายไฟสำหรับชาร์จแบตเตอรี่หนึ่งก้อนจะต้องมีแรงดันไฟฟ้า 4.2V และให้กระแสไฟฟ้า 0.7C (โดยที่ C คือความจุของแบตเตอรี่ ในกรณีของเรา 2.6 0.7 = 1.82A) หากองค์ประกอบเชื่อมต่อแบบอนุกรมแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จจะเพิ่มเป็นสองเท่า - 8.4V หากขนานกันกระแสจะเพิ่มเป็นสองเท่า 2 0.7C = 1.4C และแรงดันไฟฟ้ายังคงอยู่ที่ 4.2V

กราฟคุณลักษณะการชาร์จจะแสดงการชาร์จทั้งสองขั้นตอน ในระยะแรกผ่านแบตเตอรี่ ผ่านกระแส 0.7C สิ่งสำคัญที่นี่คือเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสสูงเกินค่านี้ ในขณะเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งองค์ประกอบจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 3 เป็น 4.2V ขั้นตอนนี้เรียกว่า - ดี.ซี.(CC) หมายความว่าในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะยังคงที่

ขั้นแรกจะสิ้นสุดเมื่อแรงดันไฟฟ้าทั่วองค์ประกอบถึง 4.2V ซึ่งระบุด้วยหมายเลขสีแดง 1 บนกราฟ จากนี้ไปขั้นที่สองจะเริ่มต้นขึ้น - แรงดันไฟฟ้าคงที่ (CV) ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ 4.2V และกระแสจะค่อยๆ ลดลงจนเหลือค่าที่น้อยมาก ช่วงเวลาที่กระแสเริ่มลดลงจะแสดงบนกราฟด้วยหมายเลขสีแดง 2

ดังที่เห็นได้จากกราฟ 80% ของการเพิ่มกำลังการผลิตเกิดขึ้นในระยะแรก

ตัวควบคุมจากโรงงานพิจารณาว่าการชาร์จเสร็จสมบูรณ์เมื่อกระแสไฟลดลงถึง ตั้งค่า- ตามกฎแล้วนี่คือ 0.1C บนกราฟของเรา นี่คือ 50 มิลลิแอมป์ นอกจากนี้ ตัวควบคุมจากโรงงานบางตัวจะตรวจสอบเวลาในการชาร์จด้วย ถ้าเพื่อ เวลาที่แน่นอนแบตเตอรี่ไม่ได้ชาร์จจนเต็ม (กระแสไฟยังไม่ลดลงถึงค่าที่ต้องการ) ตัวควบคุมจะหยุดชาร์จด้วย เวลาในการชาร์จขึ้นอยู่กับความจุและกระแสไฟชาร์จ และระบุไว้ในเอกสารประกอบ สำหรับแบตเตอรี่ของเราคือ 3 ชั่วโมงที่กระแส 0.7C

ตัวควบคุมจะเลือกโหมดการชาร์จแบบนุ่มนวลหากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต่ำกว่า 3V เซลล์ดังกล่าวถือว่ามีการปล่อยประจุออกลึกและต้องชาร์จอย่างระมัดระวัง ในกรณีนี้ การชาร์จจะเริ่มต้นด้วยขั้นตอนการเติมเงิน ในขั้นตอนนี้ กระแสไฟชาร์จจะถูกตั้งค่าไว้ที่ 0.1 ของความจุ (0.1C) ด้วยกระแสนี้ แรงดันไฟฟ้าบนองค์ประกอบจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เป็น 3V แล้วทุกอย่างก็เป็นไปตามปกติ

หากคุณใช้องค์ประกอบที่ให้บริการได้และไม่ปล่อยประจุต่ำกว่า 3V คุณสามารถผ่านไปได้อย่างสมบูรณ์ด้วยวิธีชั่วคราว ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องมีแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้า 4.2 หรือ 8.4V และข้อจำกัดกระแสไฟ การสิ้นสุดการชาร์จสามารถตรวจสอบได้ตามความแรงของกระแสไฟหรือไม่ตรวจสอบเลย แต่สามารถปิดแหล่งจ่ายไฟได้หลังจากผ่านไป 2 หรือ 3 ชั่วโมง

ในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะเผยแพร่วิธีการปรับเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟแบบเดิมเพื่อให้ตรงตามคุณลักษณะที่อธิบายไว้ข้างต้น

ที่จะดำเนินต่อไป…

การพัฒนาอุปกรณ์และแผงวงจรพิมพ์ - Skvortsov Vladimir Nikolaevich
คำชี้แจงปัญหาการนำเสนอและการออกแบบวัสดุ - Vitaly Ugreninov
ทูเมน-คอสโมพอยส์ค, 2009

แหล่งที่มาที่ใช้

มินิ - ชาร์จ USB สหกลุ่มเทคนิค TEGIR พลังงานการเดินทาง

คู่มือลิเธียมไอออน อุตสาหกรรมพานาโซนิค

ข้อมูลจำเพาะ UR18650F บริษัท SANYO Mobile Energy

กลุ่มผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน บริษัท SANYO Mobile Energy

เราจะพูดถึงบอร์ดที่สะดวกมากพร้อมตัวควบคุมการชาร์จที่ใช้ TP4056 บอร์ดยังมีการป้องกันแบตเตอรี่ Li-ion 3.7V เพิ่มเติมอีกด้วย

เหมาะสำหรับนำไปประดิษฐ์ของเล่นและ เครื่องใช้ในครัวเรือนจากแบตเตอรี่ไปจนถึงตัวสะสม
นี่คือโมลูลราคาถูกและมีประสิทธิภาพ (ชาร์จกระแสสูงสุด 1A)

แม้ว่าจะมีการเขียนเกี่ยวกับโมดูลบนชิป TP4056 ไปแล้วมากมาย แต่ฉันจะเพิ่มของตัวเองเล็กน้อย
เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับขนาดที่แพงกว่าเล็กน้อยซึ่งใหญ่กว่าเล็กน้อย แต่ยังรวมโมดูล BMS เพิ่มเติม () สำหรับการตรวจสอบและปกป้องแบตเตอรี่จากการคายประจุเกินและการชาร์จไฟเกินตาม S-8205A และ DW01 ซึ่งปิด แบตเตอรี่เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกิน


บอร์ดได้รับการออกแบบให้ทำงานกับเซลล์ 18650 (สาเหตุหลักมาจากกระแสการชาร์จ 1A) แต่ด้วยการดัดแปลงบางอย่าง (การต่อตัวต้านทาน - ลดกระแสการชาร์จ) พวกมันจะเหมาะสำหรับแบตเตอรี่ 3.7V ใด ๆ
เค้าโครงของบอร์ดสะดวก - มีแผ่นสัมผัสสำหรับการบัดกรีที่อินพุตเอาต์พุตและแบตเตอรี่ โมดูลสามารถขับเคลื่อนได้ตามปกติจาก Micro USB สถานะการชาร์จจะแสดงด้วยไฟ LED ในตัว
ขนาดประมาณ 27 x 17 มม. ความหนาน้อย จุดที่ “หนาที่สุด” คือขั้วต่อ MicroUSB


ข้อมูลจำเพาะ:
ประเภท: โมดูลเครื่องชาร์จ
แรงดันไฟฟ้าขาเข้า: 5V แนะนำ
แรงดันตัดการชาร์จ: 4.2V (±)1%
กระแสไฟชาร์จสูงสุด: 1000mA
แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าป้องกันการคายประจุเกิน: 2.5V
แบตเตอรี่ การป้องกันกระแสเกินปัจจุบัน: 3A
ขนาดกระดาน: ประมาณ. 27*17มม
ไฟ LED แสดงสถานะ: สีแดง: กำลังชาร์จ; สีเขียว: การชาร์จเสร็จสมบูรณ์
น้ำหนักบรรจุภัณฑ์: 9g

ลิงก์ในชื่อขายได้มากห้าชิ้น กล่าวคือ ราคาของบอร์ดหนึ่งแผ่นอยู่ที่ประมาณ 0.6 เหรียญสหรัฐ นี่มีราคาแพงกว่าบอร์ดชาร์จ TP4056 หนึ่งอันเล็กน้อย แต่ไม่มีการป้องกัน - ขายเป็นแพ็คในราคาหนึ่งดอลลาร์ครึ่ง แต่สำหรับการใช้งานปกติ คุณต้องซื้อ BMS แยกต่างหาก

สั้นๆ เกี่ยวกับการปรับกระแสไฟชาร์จสำหรับ TP4056

โมดูลควบคุมการชาร์จ TP4056 + ป้องกันแบตเตอรี่
ให้การป้องกันไฟเกิน, ดิสชาร์จเกิน, การป้องกันสามเท่าจากการโอเวอร์โหลดและการลัดวงจร
กระแสไฟชาร์จสูงสุด: 1A
กระแสไฟจำหน่ายต่อเนื่องสูงสุด: 1A (สูงสุด 1.5A)
ข้อจำกัดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ: 4.275 V ±0 025 วี
ขีดจำกัดการคายประจุ (จุดตัด): 2.75 V ±0 1 ว
การป้องกันแบตเตอรี่, ชิป: DW01.
B+ ต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่
B- เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่
P- เชื่อมต่อกับขั้วลบของโหลดและจุดเชื่อมต่อการชาร์จ

บนบอร์ดมี R3 (ทำเครื่องหมาย 122 - 1.2 kOhm) เพื่อเลือกกระแสการชาร์จที่ต้องการสำหรับองค์ประกอบเลือกตัวต้านทานตามตารางและจำหน่ายต่อ


ในกรณีที่มีการรวม TP4056 ทั่วไปจากข้อกำหนด



นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่มีการนำโมดูล TP4056+BMS จำนวนมากมาใช้ พบว่าสะดวกมากสำหรับการแปลงเครื่องใช้ในครัวเรือนและของเล่นเป็นแบตเตอรี่โดยปราศจากปัญหา

ขนาดของโมดูลมีขนาดเล็ก ความกว้างของแบตเตอรี่ AA สองก้อนแบนราบ เหมาะสำหรับติดตั้งแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือเก่า


สำหรับการชาร์จจะใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V มาตรฐานจาก USB อินพุตคือ MicroUSB หากใช้บอร์ดแบบเรียงซ้อนคุณสามารถบัดกรีเข้ากับบอร์ดแรกแบบขนานได้ ภาพถ่ายแสดงขั้วลบและขั้วบวกที่ด้านข้างของขั้วต่อ MicroUSB


กับ ด้านหลังไม่มีอะไรเลย - สามารถช่วยได้เมื่อติดด้วยกาวหรือเทป


ขั้วต่อ MicroUSB ใช้สำหรับจ่ายไฟ บอร์ดเก่าบน TP4056 มี MiniUSB
คุณสามารถประสานบอร์ดเข้าด้วยกันที่อินพุตและเชื่อมต่อเพียงอันเดียวเข้ากับ USB - ด้วยวิธีนี้คุณสามารถชาร์จน้ำตก 18650 ได้เช่นสำหรับไขควง


เอาต์พุตคือแผ่นสัมผัสด้านนอกสำหรับเชื่อมต่อโหลด (OUT +/–) ตรงกลาง BAT +/– สำหรับเชื่อมต่อเซลล์แบตเตอรี่


ค่าธรรมเนียมมีขนาดเล็กและสะดวก แตกต่างจากโมดูลบน TP4056 ตรงที่มีการป้องกันเซลล์แบตเตอรี่ที่นี่
ในการเชื่อมต่อแบบคาสเคด คุณจะต้องเชื่อมต่อเอาต์พุตโหลด (OUT +/–) แบบอนุกรม และอินพุตกำลังแบบขนาน


โมดูลนี้เหมาะสำหรับการติดตั้งในเครื่องใช้ในครัวเรือนและของเล่นต่างๆ ที่ใช้พลังงานจากองค์ประกอบ 2-3-4-5 AA หรือ AAA ประการแรก จะช่วยประหยัดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยครั้ง (ในของเล่น) และประการที่สอง คือ ความสะดวกสบายและความอเนกประสงค์ คุณสามารถใช้แบตเตอรี่ที่นำมาจากแบตเตอรี่เก่าจากแล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือ บุหรี่ไฟฟ้าแบบใช้แล้วทิ้ง และอื่นๆ ในกรณีที่มีสามองค์ประกอบ สี่ หกและอื่นๆ คุณต้องใช้โมดูล StepUp เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจาก 3.7V เป็น 4.5V/6.0V เป็นต้น ขึ้นอยู่กับภาระแน่นอน นอกจากนี้ ยังสะดวกอีกด้วยคือตัวเลือกของเซลล์แบตเตอรี่สองเซลล์ (2S, บอร์ดสองชุดในซีรีส์, 7.4V) พร้อมบอร์ด StepDown ตามกฎแล้ว StepDowns สามารถปรับได้ และคุณสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าใดๆ ภายในแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายได้ นี่เป็นพื้นที่เพิ่มเติมสำหรับใส่แบตเตอรี่ AA/AAA แทน แต่คุณไม่ต้องกังวลกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของของเล่น


โดยเฉพาะบอร์ดตัวหนึ่งมีไว้สำหรับเครื่องผสม IKEA รุ่นเก่า บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ในนั้นและแบตเตอรี่ทำงานได้ไม่ดี (NiMH 1.2V แทนที่จะเป็น 1.5V) มอเตอร์ไม่สนใจว่าจะใช้พลังงานจาก 3V หรือ 3.7V ดังนั้นฉันจึงทำโดยไม่ใช้ StepDown มันเริ่มที่จะเปลี่ยนไปอย่างแรงขึ้นอีกหน่อย


แบตเตอรี่จากบุหรี่ไฟฟ้า 08570 เกือบจะเป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการดัดแปลงใด ๆ (ความจุประมาณ 280 mAh และราคานี้เป็นราคาฟรี)


แต่ในกรณีนี้มันยาวไปหน่อย ความยาวของแบตเตอรี่ AA คือ 50 มม. แต่แบตเตอรี่นี้มีขนาด 57 มม. มันไม่พอดี แน่นอนว่าคุณสามารถสร้าง "โครงสร้างส่วนบน" ได้ เช่น จากพลาสติกโพลีมอร์ฟ แต่...
เลยเอาแบตเตอรี่รุ่นเล็กที่มีความจุเท่ากันมา เป็นที่พึงปรารถนาอย่างยิ่งที่จะลดกระแสการชาร์จ (เป็น 250...300 mA) โดยการเพิ่มตัวต้านทาน R3 บนบอร์ด คุณสามารถให้ความร้อนมาตรฐาน งอปลายด้านหนึ่ง และบัดกรีด้านที่มีอยู่ที่ 2-3 kOhm

ด้านซ้ายเป็นภาพโมดูลเก่า ตำแหน่งของส่วนประกอบจะแตกต่างกันในโมดูลใหม่ แต่มีองค์ประกอบเดียวกันทั้งหมดอยู่


เราเชื่อมต่อแบตเตอรี่ (บัดกรี) เข้ากับขั้วที่อยู่ตรงกลาง BAT +/– ประสานหน้าสัมผัสมอเตอร์จากแผ่นคอนแทคเตอร์สำหรับแบตเตอรี่ AA (ถอดออกทั้งหมด) ประสานโหลดมอเตอร์เข้ากับเอาต์พุตของบอร์ด (OUT +/–) .
คุณสามารถเจาะรูที่ฝาด้วย Dremel สำหรับ USB ได้


ฉันสร้างฝาใหม่ - ฉันทิ้งอันเก่าไปหมดแล้ว ของใหม่มีร่องสำหรับวางบอร์ดและมีรูสำหรับ MicroUSB


GIF ของมิกเซอร์ที่ทำงานโดยใช้พลังงานแบตเตอรี่ - หมุนอย่างแรง ความจุ 280mAh เพียงพอสำหรับการทำงานไม่กี่นาที คุณต้องชาร์จภายใน 3-6 วัน ขึ้นอยู่กับว่าคุณใช้งานบ่อยแค่ไหน (ไม่ค่อยได้ใช้ก็ชาร์จทีเดียวได้ถ้าแบตหมด) เนื่องจากกระแสไฟชาร์จลดลงจึงใช้เวลานานในการชาร์จน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมงเล็กน้อย แต่การชาร์จจากสมาร์ทโฟนใดๆ


หากคุณใช้ตัวควบคุม StepDown สำหรับรถยนต์ควบคุมระยะไกล ควรใช้ 18650 สองตัวและบอร์ดสองตัวและเชื่อมต่อแบบอนุกรม (และอินพุตการชาร์จแบบขนาน) ดังในภาพ โดยที่ OUT ทั่วไปคือโมดูลสเต็ปดาวน์ใดๆ และปรับเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ (เช่น 4.5V/6.0V) ในกรณีนี้ รถจะไม่ขับช้าๆ เมื่อแบตเตอรี่หมด ในกรณีที่มีการคายประจุ โมดูลจะปิดทันที

โมดูล TP4056 พร้อมการป้องกัน BMS ในตัวนั้นใช้งานได้จริงและหลากหลาย
โมดูลนี้ออกแบบมาสำหรับกระแสไฟชาร์จ 1A
หากคุณเชื่อมต่อแบบคาสเคดให้คำนึงถึงกระแสรวมเมื่อทำการชาร์จเช่น 4 คาสเคดสำหรับการจ่ายไฟแบตเตอรี่ไขควงจะ "ถาม" สำหรับการชาร์จ 4A และจะถูกชาร์จจาก โทรศัพท์มือถือจะไม่ยืนมัน
โมดูลนี้สะดวกสำหรับการสร้างของเล่นขึ้นมาใหม่ - รถยนต์ที่ควบคุมด้วยวิทยุ หุ่นยนต์ โคมไฟต่างๆ รีโมทคอนโทรล... - ของเล่นและอุปกรณ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยๆ

อัปเดต: หากเครื่องหมายลบเป็นแบบ end-to-end ทุกอย่างจะซับซ้อนมากขึ้นด้วยการขนาน
ดูความคิดเห็น

สินค้าจัดทำไว้เพื่อเขียนรีวิวจากทางร้าน บทวิจารณ์นี้เผยแพร่ตามข้อ 18 ของกฎของไซต์

ฉันกำลังวางแผนที่จะซื้อ +57 เพิ่มในรายการโปรด ฉันชอบรีวิว +29 +62

การออกแบบและหลักการทำงานของตัวควบคุมการป้องกันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน/โพลีเมอร์

หากคุณแยกแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือออกจากกันคุณจะพบว่าแบตเตอรี่มีขนาดเล็ก พีซีบี- นี่คือวงจรป้องกันที่เรียกว่าหรือไอซีป้องกัน- เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง มาดูกันว่าวงจรป้องกันมีโครงสร้างอย่างไรและประกอบด้วยองค์ประกอบใดบ้าง

วงจรควบคุมการชาร์จแบบธรรมดา แบตเตอรี่ลิเธียมแสดงถึง ค่าธรรมเนียมเล็กน้อยซึ่งติดตั้งวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากส่วนประกอบ SMD ตามกฎแล้ววงจรควบคุมของ 1 เซลล์ ("ธนาคาร") ที่ 3.7V ประกอบด้วยไมโครวงจรสองตัว ชิปควบคุมหนึ่งตัวและอีกตัวหนึ่งเป็นชุดประกอบของทรานซิสเตอร์ MOSFET สองตัว

ภาพถ่ายแสดงบอร์ดควบคุมการชาร์จจากแบตเตอรี่ 3.7V

ไมโครวงจรที่มีป้ายกำกับ DW01-P ในบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กนั้นโดยพื้นฐานแล้วถือเป็น "สมอง" ของคอนโทรลเลอร์ นี่คือแผนภาพวงจรทั่วไปสำหรับการเชื่อมต่อไมโครวงจรนี้ ในแผนภาพ G1 คือเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือโพลีเมอร์ FET1, FET2 เป็นทรานซิสเตอร์ MOSFET


โซโคเลฟกา รูปร่างและการกำหนดพินของชิป DW01-P


ทรานซิสเตอร์ MOSFET ไม่รวมอยู่ในวงจรไมโคร DW01-P และผลิตในรูปแบบของชุดวงจรไมโครแยกต่างหากของทรานซิสเตอร์ MOSFET ชนิด N 2 ตัว โดยทั่วไปจะใช้ชุดประกอบที่มีป้ายกำกับ 8205 และแพ็คเกจอาจเป็น 6 พิน (SOT-23-6) หรือ 8 พิน (TSSOP-8) ชุดประกอบอาจมีป้ายกำกับว่า TXY8205A, SSF8205, S8205A เป็นต้น คุณยังสามารถค้นหาชุดประกอบที่มีเครื่องหมาย 8814 และชุดที่คล้ายกันได้

นี่คือ pinout และองค์ประกอบของชิป S8205A ในแพ็คเกจ TSSOP-8

ทรานซิสเตอร์ภาคสนามสองตัวใช้เพื่อแยกการควบคุมการคายประจุและการชาร์จของเซลล์แบตเตอรี่ เพื่อความสะดวกจึงผลิตขึ้นในกรณีเดียว

ทรานซิสเตอร์ (FET1) ที่ต่อกับขา OD ( คายประจุมากเกินไป) วงจรไมโคร DW01-P ตรวจสอบการคายประจุแบตเตอรี่ - เชื่อมต่อ/ตัดการเชื่อมต่อโหลด และอันหนึ่ง (FET2) ที่ต่อกับขา OC ( ขูดเลือดขูดเนื้อ) - เชื่อมต่อ/ตัดการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ (เครื่องชาร์จ) ดังนั้นด้วยการเปิดหรือปิดทรานซิสเตอร์ที่เกี่ยวข้องคุณสามารถปิดโหลด (ผู้บริโภค) หรือหยุดการชาร์จเซลล์แบตเตอรี่ได้

ลองดูตรรกะของชิปควบคุมและวงจรป้องกันทั้งหมดโดยรวม

การป้องกันการชาร์จไฟเกิน

ดังที่คุณทราบการชาร์จไฟแบตเตอรี่ลิเธียมที่สูงกว่า 4.2 - 4.3V มากเกินไปนั้นเต็มไปด้วยความร้อนสูงเกินไปและแม้แต่การระเบิด

หากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ถึง 4.2 - 4.3V ( แรงดันไฟฟ้าป้องกันการชาร์จไฟเกิน - วี โอซีพี) จากนั้นชิปควบคุมจะปิดทรานซิสเตอร์ FET2 จึงป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่เพิ่มเติม แบตเตอรี่จะถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งพลังงานจนกว่าแรงดันไฟฟ้าทั่วเซลล์จะลดลงต่ำกว่า 4 - 4.1V ( แรงดันปล่อยมากเกินไป - วีโอซีอาร์) เนื่องจากการปลดปล่อยตัวเอง กรณีนี้จะเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีที่ไม่มีโหลดเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ เช่น ถูกถอดออกจากโทรศัพท์มือถือ

หากแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับโหลด ทรานซิสเตอร์ FET2 จะเปิดอีกครั้งเมื่อแรงดันไฟฟ้าทั่วเซลล์ลดลงต่ำกว่า 4.2V

การป้องกันการคายประจุมากเกินไป

หากแรงดันแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 2.3 - 2.5V ( แรงดันไฟฟ้าป้องกันการโอเวอร์ดิสชาร์จ- วีโอดีพี) จากนั้นตัวควบคุมจะปิดทรานซิสเตอร์ MOSFET ของการปล่อย FET1 - ซึ่งเชื่อมต่อกับพิน DO

มีค่อนข้างมาก สภาพที่น่าสนใจ - จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าบนเซลล์แบตเตอรี่เกิน 2.9 - 3.1V ( แรงดันปล่อยเกินพิกัด - วี โอดีอาร์) โหลดจะถูกตัดการเชื่อมต่อโดยสมบูรณ์ จะมี 0V ที่ขั้วต่อตัวควบคุม ผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับตรรกะของวงจรป้องกันเพียงเล็กน้อยอาจเข้าใจผิดว่าสถานะนี้เป็นเพราะ "การตาย" ของแบตเตอรี่ นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ขนาดเล็ก 3.7V จากเครื่องเล่น MP3 ส่วนประกอบ: คอนโทรลเลอร์ควบคุม - G2NK (series S-8261) การประกอบทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม - KC3J1.


แบตเตอรี่คายประจุต่ำกว่า 2.5V วงจรควบคุมตัดการเชื่อมต่อจากโหลด เอาต์พุตคอนโทรลเลอร์คือ 0V


ยิ่งกว่านั้นหากคุณวัดแรงดันไฟฟ้าบนเซลล์แบตเตอรี่หลังจากถอดโหลดแล้วจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและถึงระดับ 2.7V


เพื่อให้ตัวควบคุมเชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับ "โลกภายนอก" อีกครั้งนั่นคือกับโหลดแรงดันไฟฟ้าในเซลล์แบตเตอรี่จะต้องเป็น 2.9 - 3.1V ( วี โอดีอาร์).

มีคำถามที่สมเหตุสมผลมากเกิดขึ้นที่นี่

แผนภาพแสดงให้เห็นว่าขั้วต่อเดรนของทรานซิสเตอร์ FET1, FET2 เชื่อมต่อเข้าด้วยกันและไม่ได้เชื่อมต่ออยู่ที่ใดเลย กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรดังกล่าวอย่างไรเมื่อมีการกระตุ้นการป้องกันการชาร์จไฟเกิน? เราจะชาร์จแบตเตอรี่ "ขวด" อีกครั้งได้อย่างไรเพื่อให้คอนโทรลเลอร์เปิดทรานซิสเตอร์คายประจุ - FET1 - อีกครั้ง

หากคุณค้นหาเอกสารข้อมูลสำหรับชิปป้องกัน Li-ion/โพลีเมอร์ (รวมถึง DW01-P,G2NK) จากนั้นคุณจะพบว่าหลังจากกระตุ้นการป้องกันการคายประจุลึกแล้ว วงจรตรวจจับประจุจะทำงาน - การตรวจจับเครื่องชาร์จ- นั่นคือเมื่อเชื่อมต่อแล้ว ที่ชาร์จวงจรจะตรวจจับได้ว่ามีการเชื่อมต่อเครื่องชาร์จแล้วจึงทำการชาร์จได้

การชาร์จไปที่ระดับ 3.1V หลังจากการคายประจุเซลล์ลิเธียมจนหมดอาจใช้เวลานานมาก - หลายชั่วโมง

หากต้องการคืนค่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน/โพลีเมอร์ คุณสามารถใช้อุปกรณ์พิเศษ เช่น เครื่องชาร์จอเนกประสงค์ Turnigy Accucell 6 คุณสามารถดูวิธีการทำเช่นนี้ได้

ด้วยวิธีนี้ฉันสามารถกู้คืนแบตเตอรี่ Li-polymer 3.7V จากเครื่องเล่น MP3 ได้ การชาร์จจาก 2.7V เป็น 4.2V ใช้เวลา 554 นาที 52 วินาที ซึ่งก็คือ มากกว่า 9 ชั่วโมง - นี่คือระยะเวลาที่การเรียกเก็บเงิน "กู้คืน" สามารถคงอยู่ได้

เหนือสิ่งอื่นใด การทำงานของวงจรไมโครป้องกันแบตเตอรี่ลิเธียมรวมถึงการป้องกันกระแสเกิน ( การป้องกันกระแสเกิน) และไฟฟ้าลัดวงจร การป้องกันกระแสเกินจะถูกกระตุ้นในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าตกอย่างกะทันหันตามจำนวนที่กำหนด หลังจากนั้นไมโครเซอร์กิตจะจำกัดกระแสโหลด หากมีไฟฟ้าลัดวงจร (ไฟฟ้าลัดวงจร) ในโหลด ตัวควบคุมจะปิดการทำงานจนสุดจนกว่าไฟฟ้าลัดวงจรจะหมดไป

ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเกตแบบหุ้มฉนวน

ทุกวันนี้ ในบรรดาทรานซิสเตอร์ที่มีจำนวนเพียงพอ มีสองชั้นที่แตกต่างกัน: พี-เอ็น- ทรานซิสเตอร์ทรานซิชัน (ไบโพลาร์) และทรานซิสเตอร์ที่มีเกทเซมิคอนดักเตอร์หุ้มฉนวน (เอฟเฟกต์สนาม) อีกชื่อหนึ่งที่สามารถพบได้เมื่ออธิบายทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามคือ MOS (เมทัล - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์) เนื่องจากซิลิกอนออกไซด์ (SiO 2) ส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุอิเล็กทริก อีกชื่อหนึ่งที่ค่อนข้างธรรมดาคือ MIS (โลหะ - อิเล็กทริก - เซมิคอนดักเตอร์)

คำชี้แจงเล็กน้อย คุณมักจะได้ยินเงื่อนไข มอสเฟต, มอสเฟต, ทรานซิสเตอร์มอส- คำนี้บางครั้งอาจทำให้ผู้มาใหม่ด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้าใจผิด

มอสเฟตคืออะไร?

MOSFET เป็นตัวย่อของวลีภาษาอังกฤษสองวลี: โลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ (โลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์) และ Field-Effect-Transistors (ทรานซิสเตอร์ที่ควบคุมสนามไฟฟ้า) ดังนั้น MOSFET จึงไม่มีอะไรมากไปกว่าทรานซิสเตอร์ MOS ทั่วไป

ฉันคิดว่าตอนนี้เป็นที่ชัดเจนแล้วว่าคำว่า mosfet, MOSFET, MOS, MOS, MOS มีความหมายเหมือนกัน กล่าวคือ ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเกตที่มีฉนวน

เป็นที่น่าจดจำว่านอกเหนือจากตัวย่อ MOSFET แล้ว มีการใช้ตัวย่อ J-FET (ทางแยก) ด้วย ทรานซิสเตอร์ J-FET ก็เป็นทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็กเช่นกัน แต่ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวถูกควบคุมโดยใช้ ผู้จัดการการเปลี่ยนแปลง ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ต่างจาก MOSFET ที่มีโครงสร้างแตกต่างกันเล็กน้อย

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์สนามผล

สาระสำคัญของการทำงานของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามคือความสามารถในการควบคุมกระแสที่ไหลผ่านโดยใช้สนามไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) สิ่งนี้จะเปรียบเทียบได้ดีกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ โดยที่กระแสเอาต์พุตขนาดใหญ่จะถูกควบคุมโดยใช้กระแสอินพุตขนาดเล็ก

ลองมาดูแบบจำลองอย่างง่ายของทรานซิสเตอร์สนามผลที่มีประตูหุ้มฉนวน (ดูรูป) เนื่องจากทรานซิสเตอร์แบบ MOS มาพร้อม ประเภทต่างๆค่าการนำไฟฟ้า (n หรือ p) จากนั้นรูปนี้จะแสดงทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กที่มีเกตหุ้มฉนวนและช่องสัญญาณชนิด n


พื้นฐานของทรานซิสเตอร์ MOS คือ:

    สารตั้งต้นซิลิกอน - วัสดุพิมพ์สามารถเป็นได้ทั้งชนิด p หรือสารกึ่งตัวนำชนิด n ถ้าซับสเตรตเป็นชนิด p แสดงว่าเซมิคอนดักเตอร์จะมีอะตอมที่มีประจุบวกมากกว่าที่ตำแหน่งของโครงผลึกซิลิคอน หากสารตั้งต้นเป็นประเภท n แสดงว่าเซมิคอนดักเตอร์จะมีอะตอมที่มีประจุลบและอิเล็กตรอนอิสระมากกว่า ในทั้งสองกรณี การก่อตัวของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p หรือ n เกิดขึ้นได้จากการนำสิ่งเจือปนเข้าไป

    สารกึ่งตัวนำ n+ ภูมิภาค - บริเวณเหล่านี้อุดมไปด้วยอิเล็กตรอนอิสระอย่างมาก (ซึ่งก็คือ “+”) ซึ่งทำได้โดยการนำสิ่งเจือปนเข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์ อิเล็กโทรดแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำเชื่อมต่อกับพื้นที่เหล่านี้

    อิเล็กทริก - โดยแยกอิเล็กโทรดเกทออกจากซับสเตรตซิลิกอน ตัวอิเล็กทริกนั้นทำจากซิลิคอนออกไซด์ (SiO 2) อิเล็กโทรดเกทซึ่งเป็นอิเล็กโทรดควบคุมเชื่อมต่อกับพื้นผิวของอิเล็กทริก

ตอนนี้เรามาอธิบายสั้น ๆ ว่ามันทำงานอย่างไร

หากใช้แรงดันไฟฟ้าบวกระหว่างเกตและแหล่งกำเนิด ( + ) ไปที่เทอร์มินัลเกต จากนั้นสนามไฟฟ้าตามขวางจะเกิดขึ้นระหว่างเทอร์มินัลเกตโลหะและซับสเตรต ในทางกลับกัน สิ่งนี้จะเริ่มดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระที่มีประจุลบ ซึ่งกระจายตัวในปริมาณเล็กน้อยในซับสเตรตซิลิกอน ไปยังชั้นผิวของอิเล็กทริก

เป็นผลให้อิเล็กตรอนจำนวนมากสะสมอยู่ในชั้นผิวและเกิดช่องที่เรียกว่า - ภูมิภาคการนำ- ในรูปช่องจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน ความจริงที่ว่าช่องนั้นเป็นประเภท n หมายความว่าประกอบด้วยอิเล็กตรอน ดังที่เราเห็น "สะพาน" ชนิดหนึ่งถูกสร้างขึ้นระหว่างแหล่งกำเนิดและขั้วท่อระบายน้ำ และในความเป็นจริงคือบริเวณ n+ ซึ่งนำกระแสไฟฟ้า

กระแสเริ่มไหลระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ ดังนั้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าควบคุมภายนอก จึงควบคุมค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม หากคุณถอดแรงดันไฟฟ้าควบคุมออกจากเกต ช่องนำไฟฟ้าในชั้นใกล้พื้นผิวจะหายไป และทรานซิสเตอร์จะปิดและหยุดส่งกระแส ควรสังเกตว่ารูปจำลองแบบง่ายแสดงทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามพร้อมช่องสัญญาณชนิด nนอกจากนี้ยังมี ทรานซิสเตอร์สนามผลมีช่อง p-type

แบบจำลองที่แสดงนั้นเรียบง่ายมาก ในความเป็นจริงการออกแบบทรานซิสเตอร์ MOS สมัยใหม่นั้นซับซ้อนกว่ามาก แต่ถึงกระนั้นโมเดลที่เรียบง่ายก็แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนและเรียบง่ายถึงแนวคิดที่ใส่เข้าไปในอุปกรณ์ของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่มีประตูหุ้มฉนวน

เหนือสิ่งอื่นใด ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กที่มีประตูหุ้มฉนวนนั้นเป็นประเภทที่หมดและสมบูรณ์แล้ว รูปนี้แสดงให้เห็นเพียงทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่ได้รับการเสริมสมรรถนะ - ในช่องนั้น "เสริมสมรรถนะ" ด้วยอิเล็กตรอน ในทรานซิสเตอร์ชนิดพร่อง อิเล็กตรอนมีอยู่อยู่แล้วในพื้นที่ช่องสัญญาณ ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงส่งกระแสผ่านโดยไม่มีแรงดันไฟฟ้าควบคุมที่เกต ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่หมดลงและเสริมประสิทธิภาพนั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ MOSFET แบบเสริมสมรรถนะและแบบหมดประจุได้ที่นี่ มันยังแสดงอยู่ที่นั่นด้วย MOSFET ได้รับการกำหนดอย่างไร?บนแผนผัง

สังเกตได้ง่ายว่าอิเล็กโทรดเกทและสารตั้งต้นพร้อมกับอิเล็กทริกที่อยู่ระหว่างนั้นก่อให้เกิดตัวเก็บประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่ง เพลตคือขั้วประตูโลหะและพื้นที่ซับสเตรต และฉนวนระหว่างอิเล็กโทรดเหล่านี้คือไดอิเล็กตริกของซิลิคอนออกไซด์ (SiO 2) ดังนั้นทรานซิสเตอร์สนามผลจึงมีพารามิเตอร์สำคัญที่เรียกว่า ความจุเกต.

ทรานซิสเตอร์แบบ Field-Effect ต่างจากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ตรงที่มีสัญญาณรบกวนภายในต่ำกว่า ความถี่ต่ำ- ดังนั้นจึงมีการใช้อย่างแข็งขันในเทคโนโลยีการเสริมแรงเสียง ตัวอย่างเช่น ไมโครวงจรขยายกำลังความถี่ต่ำสมัยใหม่สำหรับเครื่องเล่น CD/MP3 ในรถยนต์มีทรานซิสเตอร์ MOSFET บนแผงหน้าปัดของตัวรับสัญญาณรถยนต์ คุณจะพบข้อความว่า “ เพาเวอร์มอสเฟต” หรือคล้ายกัน นี่คือวิธีที่ผู้ผลิตคุยโว ทำให้ชัดเจนว่าเขาไม่เพียงใส่ใจเรื่องพลังเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณภาพเสียงด้วย

เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์แล้ว ทรานซิสเตอร์ภาคสนามจะมีความต้านทานอินพุตที่สูงกว่า ซึ่งสามารถเข้าถึงกำลัง 10 ถึงกำลัง 9 ของโอห์มหรือมากกว่า คุณลักษณะนี้ช่วยให้เราพิจารณาว่าอุปกรณ์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยศักย์ไฟฟ้าหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือโดยแรงดันไฟฟ้า วันนี้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างวงจรที่มีการใช้พลังงานต่ำเพียงพอในโหมดพักแบบคงที่ สภาพนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรหน่วยความจำแบบคงที่ที่มีเซลล์จัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก

หากเราพูดถึงโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่สำคัญในกรณีนี้ไบโพลาร์จะแสดงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเลือกสนามมีความสำคัญมากซึ่งจะลดประสิทธิภาพโดยรวมของวงจรทั้งหมด อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ เป็นผลมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตทรานซิสเตอร์แบบ field effect จึงสามารถกำจัดปัญหานี้ได้ ทรานซิสเตอร์ภาคสนามสมัยใหม่มีความต้านทานช่องสัญญาณต่ำและทำงานได้ดี ความถี่สูง.

เป็นผลจากการค้นหาเพื่อปรับปรุงคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์สนามผลกำลังสูงแบบไฮบริด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ - ทรานซิสเตอร์ IGBTซึ่งเป็นลูกผสมระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์สองขั้ว

ทรานซิสเตอร์ IGBT

ทรานซิสเตอร์สองขั้วเกตแบบหุ้มฉนวน

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่ สิ่งที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ IGBT ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ตัวย่อนี้ยืมมาจากคำศัพท์ภาษาต่างประเทศและย่อมาจาก Insulated Gate Bipolar Transistor และในภาษารัสเซียจะดูเหมือน Insulated Gate Bipolar Transistor ดังนั้นทรานซิสเตอร์ IGBT จึงถูกเรียกว่า IGBT IGBT เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เป็นกุญแจอิเล็กทรอนิกส์อันทรงพลังที่ติดตั้งอยู่ แหล่งที่มาของชีพจรแหล่งจ่ายไฟ อินเวอร์เตอร์ และระบบควบคุมการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า

ทรานซิสเตอร์ IGBT เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างแยบยล ซึ่งเป็นลูกผสมระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์สองขั้ว การรวมกันนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์ประเภทนี้สืบทอดคุณสมบัติเชิงบวกของทั้งทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

สาระสำคัญของการทำงานของทรานซิสเตอร์ IGBT คือทรานซิสเตอร์สนามผลจะควบคุมทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์อันทรงพลัง เป็นผลให้สามารถสลับโหลดที่ทรงพลังได้โดยใช้กำลังควบคุมต่ำเนื่องจากสัญญาณควบคุมถูกส่งไปยังประตูของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม

โครงสร้างภายในของ IGBT คือการเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนของสวิตช์อินพุตอิเล็กทรอนิกส์สองตัวที่ควบคุมเทอร์มินัลบวก รูปต่อไปนี้แสดงวงจรสมมูลอย่างง่ายของทรานซิสเตอร์สองขั้วเกทที่หุ้มฉนวน

กระบวนการทั้งหมดของการทำงานของ IGBT สามารถแสดงได้เป็นสองขั้นตอน: ทันทีที่ใช้แรงดันไฟฟ้าบวก ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กจะเปิดขึ้นระหว่างเกตและแหล่งกำเนิด นั่นคือ n-channel จะถูกสร้างขึ้นระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ ในกรณีนี้ การเคลื่อนตัวของประจุจากภูมิภาคเริ่มเกิดขึ้น nไปยังภูมิภาค พีซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปิดของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กระแสไหลจากตัวส่งไปยังตัวสะสม

ประวัติความเป็นมาของการปรากฏตัวของ IGBT

ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามกำลังปรากฏตัวครั้งแรกในปี 1973 และในปี 1979 ได้มีการเสนอวงจรทรานซิสเตอร์แบบคอมโพสิต ซึ่งติดตั้งทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ควบคุมโดยใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเกตที่มีฉนวน ในระหว่างการทดสอบ พบว่าเมื่อใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เป็นสวิตช์ ทรานซิสเตอร์หลักจะไม่อิ่มตัว และจะช่วยลดความล่าช้าได้อย่างมากเมื่อปิดสวิตช์

ต่อมาในปี พ.ศ. 2528 ได้มีการแนะนำทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่มีประตูหุ้มฉนวนซึ่งมีลักษณะเด่นคือโครงสร้างแบน ช่วงของแรงดันไฟฟ้าในการทำงานมีขนาดใหญ่ขึ้น ดังนั้นที่แรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสสูง การสูญเสียในสถานะจึงมีน้อยมาก ในกรณีนี้อุปกรณ์มีลักษณะการสลับและการนำไฟฟ้าคล้ายกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และการควบคุมจะดำเนินการโดยแรงดันไฟฟ้า

อุปกรณ์รุ่นแรกมีข้อเสียบางประการ: การสลับทำได้ช้าและไม่น่าเชื่อถือมากนัก รุ่นที่สองเปิดตัวใน 90s และรุ่นที่สามยังคงมีการผลิต: พวกเขากำจัดข้อบกพร่องดังกล่าว, พวกเขามีความต้านทานอินพุตสูง, กำลังควบคุมต่ำและในสถานะเปิดแรงดันตกค้างก็ต่ำเช่นกัน

ขณะนี้ทรานซิสเตอร์ IGBT มีวางจำหน่ายในร้านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเปลี่ยนกระแสได้ในช่วงตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยแอมแปร์ ( ฉันคิดสูงสุด ) ก แรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ (คุณสูงสุด ) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่หลายร้อยถึงหนึ่งพันโวลต์หรือมากกว่า

สัญลักษณ์ของ IGBT (IGBT) บนแผนภาพวงจร

เนื่องจากทรานซิสเตอร์ IGBT มีโครงสร้างรวมกันระหว่างเอฟเฟกต์สนามและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เทอร์มินัลจึงถูกเรียกว่าเกท - ซี(อิเล็กโทรดควบคุม), ตัวปล่อย ( อี) และตัวสะสม ( ถึง- ในรูปแบบต่างประเทศ เอาท์พุตชัตเตอร์จะถูกกำหนดด้วยตัวอักษร , เอาต์พุตตัวส่งสัญญาณ - อีและเอาต์พุตของตัวรวบรวมคือ .

รูปแสดงเงื่อนไข การกำหนดกราฟิกทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์พร้อมประตูหุ้มฉนวน ทรานซิสเตอร์สามารถแสดงได้ด้วยไดโอดเร็วในตัว นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์ IGBT ยังสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้:

คุณสมบัติและขอบเขตของการใช้ IGBT

คุณสมบัติที่โดดเด่นของทรานซิสเตอร์ IGBT:

    ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (เช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม)

    มีการสูญเสียในรัฐต่ำ

    สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 0 C;

    สามารถทำงานกับแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 1,000 โวลต์ และกำลังไฟฟ้ามากกว่า 5 กิโลวัตต์

คุณสมบัติที่ระบุไว้ทำให้สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ IGBT ในอินเวอร์เตอร์ ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร และตัวควบคุมกระแสสลับได้ นอกจากนี้ มักใช้ในแหล่งพลังงานการเชื่อม ในระบบควบคุมสำหรับไดรฟ์ไฟฟ้าที่ทรงพลัง ซึ่งติดตั้งบนยานพาหนะไฟฟ้า เช่น หัวรถจักรไฟฟ้า รถราง รถราง โซลูชันนี้เพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมากและรับประกันความราบรื่นในระดับสูง

นอกจากนี้ ข้อมูลอุปกรณ์ยังได้รับการติดตั้งในแหล่งที่มาอีกด้วย แหล่งจ่ายไฟสำรองและอยู่ในเครือข่ายด้วย ไฟฟ้าแรงสูง- ทรานซิสเตอร์ IGBT สามารถพบได้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องซักผ้า จักรเย็บผ้าและเครื่องล้างจาน เครื่องปรับอากาศแบบอินเวอร์เตอร์ ปั๊ม ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์สำหรับรถยนต์ ระบบจ่ายไฟสำหรับเซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์โทรคมนาคม อย่างที่คุณเห็น ขอบเขตของการใช้ IGBT นั้นค่อนข้างใหญ่

เป็นที่น่าสังเกตว่าในบางกรณี IGBT และ MOSFET สามารถใช้แทนกันได้ แต่สำหรับขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าต่ำความถี่สูง ทรานซิสเตอร์ MOSFETและสำหรับแรงดันไฟฟ้าแรงสูงที่ทรงพลัง - ทรานซิสเตอร์ IGBT

ตัวอย่างเช่น ทรานซิสเตอร์ IGBT ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบที่ความถี่การทำงานสูงถึง 20-50 กิโลเฮิรตซ์ ที่ความถี่ที่สูงขึ้น ประเภทนี้ทรานซิสเตอร์ การสูญเสียเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ความสามารถเต็มรูปแบบของทรานซิสเตอร์ IGBT นั้นแสดงออกมาที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานมากกว่า 300-400 โวลต์ นั่นเป็นเหตุผล ทรานซิสเตอร์สองขั้วประตูแบบหุ้มฉนวนตรวจจับได้ง่ายที่สุดในเครื่องใช้ไฟฟ้าไฟฟ้าแรงสูงและกำลังสูง


ความคืบหน้ากำลังก้าวไปข้างหน้า และแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังเข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ NiCd (นิกเกิล-แคดเมียม) และ NiMh (นิกเกิล-เมทัล ไฮไดรด์) ที่ใช้กันทั่วไปมากขึ้น
ด้วยน้ำหนักที่เทียบเคียงได้ขององค์ประกอบเดียว ลิเธียมจึงมีความจุที่ใหญ่กว่า นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าขององค์ประกอบยังสูงกว่าสามเท่า - 3.6 V ต่อองค์ประกอบ แทนที่จะเป็น 1.2 V
ต้นทุนของแบตเตอรี่ลิเธียมเริ่มเข้าใกล้แบตเตอรี่อัลคาไลน์ทั่วไป น้ำหนักและขนาดน้อยกว่ามากและนอกจากนั้นสามารถและควรชาร์จได้ ผู้ผลิตบอกว่าสามารถทนได้ 300-600 รอบ
มีหลายขนาดและการเลือกขนาดให้เหมาะสมก็ไม่ใช่เรื่องยาก
การคายประจุเองต่ำมากจนต้องนั่งนานหลายปีและยังคงมีประจุอยู่ เช่น อุปกรณ์ยังคงทำงานเมื่อจำเป็น

"C" หมายถึงความจุ

มักพบการกำหนดเช่น "xC" นี่เป็นเพียงการระบุที่สะดวกของประจุหรือกระแสคายประจุของแบตเตอรี่โดยมีส่วนแบ่งความจุ ได้มาจาก คำภาษาอังกฤษ"ความจุ" (ความจุ, ความจุ)
เมื่อพูดถึงการชาร์จด้วยกระแส 2C หรือ 0.1C พวกเขามักจะหมายถึงกระแสไฟควรเป็น (2 × ความจุของแบตเตอรี่)/ชม. หรือ (0.1 × ความจุของแบตเตอรี่)/ชม. ตามลำดับ
ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ที่มีความจุ 720 mAh ซึ่งกระแสไฟชาร์จคือ 0.5 C จะต้องชาร์จด้วยกระแส 0.5 × 720 mAh / h = 360 mA ซึ่งใช้กับการคายประจุด้วย

คุณสามารถสร้างเครื่องชาร์จแบบธรรมดาหรือไม่ธรรมดาได้ด้วยตัวเอง ขึ้นอยู่กับประสบการณ์และความสามารถของคุณ

แผนภาพวงจรของเครื่องชาร์จ LM317 แบบธรรมดา


ข้าว. 5.


วงจรการใช้งานให้ความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างแม่นยำซึ่งกำหนดโดยโพเทนชิออมิเตอร์ R2
การรักษาเสถียรภาพกระแสไม่สำคัญเท่ากับการรักษาแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะทำให้กระแสคงที่โดยใช้ตัวต้านทานแบบแบ่ง Rx และทรานซิสเตอร์ NPN (VT1)

กระแสไฟชาร์จที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-Ion) และแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (Li-Pol) เฉพาะเจาะจงถูกเลือกโดยการเปลี่ยนความต้านทาน Rx
ความต้านทาน Rx โดยประมาณสอดคล้องกับอัตราส่วนต่อไปนี้: 0.95/Imax
ค่าของตัวต้านทาน Rx ที่ระบุในแผนภาพสอดคล้องกับกระแส 200 mA ซึ่งเป็นค่าโดยประมาณและขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์ด้วย

จำเป็นต้องจัดเตรียมหม้อน้ำโดยขึ้นอยู่กับกระแสไฟชาร์จและแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะต้องสูงกว่าแรงดันแบตเตอรี่อย่างน้อย 3 โวลต์สำหรับการทำงานปกติของโคลง ซึ่งสำหรับธนาคารหนึ่งคือ 7-9 V

แผนภาพวงจรของเครื่องชาร์จแบบธรรมดาบน LTC4054


ข้าว. 6.


คุณสามารถถอดตัวควบคุมการชาร์จ LTC4054 ออกจากโทรศัพท์มือถือรุ่นเก่าได้ เช่น Samsung (C100, C110, X100, E700, E800, E820, P100, P510)


ข้าว. 7. ชิป 5 ขาขนาดเล็กนี้มีชื่อว่า "LTH7" หรือ "LTADY"

ฉันจะไม่ลงรายละเอียดที่เล็กที่สุดในการทำงานกับไมโครวงจร ทุกอย่างอยู่ในแผ่นข้อมูล ฉันจะอธิบายเฉพาะคุณสมบัติที่จำเป็นที่สุดเท่านั้น
ชาร์จกระแสได้สูงสุด 800 mA
แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดคือตั้งแต่ 4.3 ถึง 6 โวลต์
ข้อบ่งชี้การชาร์จ
ป้องกันการลัดวงจรเอาต์พุต
การป้องกันความร้อนสูงเกินไป (ลดกระแสประจุที่อุณหภูมิสูงกว่า 120°)
ไม่ชาร์จแบตเตอรี่เมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 2.9 V

กระแสไฟชาร์จถูกกำหนดโดยตัวต้านทานระหว่างเทอร์มินัลที่ห้าของไมโครวงจรและกราวด์ตามสูตร

ผม=1,000/อาร์,
โดยที่ I คือกระแสประจุในหน่วยแอมแปร์ R คือความต้านทานของตัวต้านทานในหน่วยโอห์ม

ไฟแสดงสถานะแบตเตอรี่ลิเธียมต่ำ

ที่นี่ วงจรง่ายๆซึ่งจะสว่างขึ้น LED เมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อยและแรงดันตกค้างใกล้ถึงจุดวิกฤต


ข้าว. 8.


ทรานซิสเตอร์พลังงานต่ำใด ๆ แรงดันไฟฟ้าติดไฟ LED ถูกเลือกโดยตัวหารจากตัวต้านทาน R2 และ R3 ควรต่อวงจรหลังชุดป้องกันเพื่อไม่ให้ไฟ LED ระบายแบตเตอรี่จนหมด

ความแตกต่างของความทนทาน

ผู้ผลิตมักจะอ้างว่าชาร์จได้ 300 รอบ แต่ถ้าคุณชาร์จลิเธียมน้อยกว่า 0.1 โวลต์เป็น 4.10 V จำนวนรอบจะเพิ่มขึ้นเป็น 600 รอบหรือมากกว่านั้น

การดำเนินการและข้อควรระวัง

พูดแบบนั้นได้อย่างปลอดภัย แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์แบตเตอรี่ที่ "บอบบาง" ที่สุดที่มีอยู่นั่นคือจำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎง่ายๆ แต่บังคับหลายข้อ การไม่ปฏิบัติตามซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาได้
1. ไม่อนุญาตให้ชาร์จแรงดันไฟฟ้าเกิน 4.20 โวลต์ต่อขวด
2. ไม่อนุญาต ไฟฟ้าลัดวงจรแบตเตอรี่
3. ไม่อนุญาตให้คายประจุด้วยกระแสไฟฟ้าเกินความจุโหลดหรือทำให้แบตเตอรี่มีอุณหภูมิสูงกว่า 60°C 4. การปล่อยประจุไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้า 3.00 โวลต์ต่อขวดเป็นอันตราย
5. การทำความร้อนแบตเตอรี่ให้สูงกว่า 60°C เป็นอันตราย 6. การลดแรงดันแบตเตอรี่เป็นอันตราย
7. การเก็บรักษาในสภาพที่ระบายออกแล้วเป็นอันตราย

การไม่ปฏิบัติตามสามประเด็นแรกจะทำให้เกิดเพลิงไหม้ ส่วนที่เหลือ - สูญเสียความสามารถทั้งหมดหรือบางส่วน

จากประสบการณ์การใช้งานหลายปีฉันสามารถพูดได้ว่าความจุของแบตเตอรี่เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แต่ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นและแบตเตอรี่เริ่มทำงานน้อยลงเมื่อใช้กระแสไฟสูง - ดูเหมือนว่าความจุจะลดลง
ด้วยเหตุนี้ ฉันจึงมักจะติดตั้งคอนเทนเนอร์ที่ใหญ่กว่าตามขนาดของอุปกรณ์ที่อนุญาต และแม้แต่กระป๋องเก่าที่มีอายุสิบปีก็ใช้งานได้ค่อนข้างดี

สำหรับกระแสที่ไม่สูงมากแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือเก่าก็เหมาะสม


คุณสามารถรับแบตเตอรี่ 18650 ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบจากแบตเตอรี่แล็ปท็อปเก่า

ฉันจะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมได้ที่ไหน

ฉันเปลี่ยนไขควงและไขควงไฟฟ้าเป็นลิเธียมเมื่อนานมาแล้ว ฉันไม่ได้ใช้เครื่องมือเหล่านี้เป็นประจำ ตอนนี้แม้จะไม่ได้ใช้งานมาหนึ่งปี แต่ก็ยังทำงานได้โดยไม่ต้องชาร์จใหม่!

ฉันใส่แบตเตอรี่ขนาดเล็กลงในของเล่นเด็ก นาฬิกา ฯลฯ ที่ติดตั้งเซลล์ "กระดุม" 2-3 เซลล์จากโรงงาน ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้ไฟ 3V จริงๆ ฉันจะเพิ่มไดโอดหนึ่งตัวเป็นอนุกรมและมันก็ใช้งานได้ดี

ฉันใส่มันไว้ในไฟฉาย LED

แทนที่จะเป็น Krona 9V ที่มีราคาแพงและความจุต่ำ ฉันติดตั้ง 2 กระป๋องในเครื่องทดสอบและลืมปัญหาและค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมทั้งหมด

โดยทั่วไปแล้ว ฉันจะวางไว้ทุกที่ที่ทำได้ แทนที่จะวางแบตเตอรี่

ฉันจะซื้อลิเธียมและสาธารณูปโภคที่เกี่ยวข้องได้ที่ไหน

ขาย. ในลิงค์เดียวกัน คุณจะพบโมดูลการชาร์จและสิ่งที่เป็นประโยชน์อื่นๆ สำหรับ DIYers

คนจีนมักจะโกหกเรื่องความสามารถและน้อยกว่าที่เขียนไว้


ซันโยผู้ซื่อสัตย์ 18650

อุปกรณ์พกพาต้องมีแบตเตอรี่ โดยปกติจะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ แม้ว่าคุณสมบัติการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่จะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง แต่แบตเตอรี่เองก็แทบไม่เปลี่ยนแปลงเลย

ความจุและคุณสมบัติการทำงานของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่หลักการทำงานทั่วไปยังคงเหมือนเดิม แบตเตอรี่อาจมีความร้อนมากเกินไปอย่างมากเมื่อทำการชาร์จและล้มเหลว เมื่อคายประจุมากเกินไป แรงดันไฟฟ้าอาจลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤติ ซึ่งจะทำให้องค์ประกอบเสื่อมสภาพ และการชาร์จใหม่จะทำไม่ได้ ดังนั้นจึงใช้เพื่อควบคุมกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ วงจรอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าตัวควบคุม

อุปกรณ์นี้ใช้ในวงจร โทรศัพท์มือถือ, แล็ปท็อป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาอื่นๆ จำเป็นต้องมีตัวควบคุมแบตเตอรี่สำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม รวมอยู่ในอุปกรณ์จ่ายไฟสำรองและอุปกรณ์อื่นๆ

อัลกอริธึมกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่

เพื่อให้เข้าใจวิธีการชาร์จแบตเตอรี่ ให้พิจารณาวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวแบตเตอรี่เท่านั้น

ในกรณีของเราเราใช้แบตเตอรี่ 18650 ที่มีความจุ 2400 mAh โดยมีค่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ 2.8-4.3 V และแหล่งจ่ายไฟ 5 โวลต์ที่มีกระแสสูงสุด 1 A มาคำนวณพารามิเตอร์ของที่ต้องการ ตัวต้านทาน ในกรณีนี้เราจะถือว่าแบตเตอรี่อยู่ในสภาพปกติและไม่ได้คายประจุจนหมด มาชาร์จแบตเตอรี่กันเถอะ ขั้นแรกเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่น้อยที่สุดกระแสจะสูงสุดและ Ur - แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานควรเป็น 2.2 โวลต์ (นี่คือความแตกต่างระหว่าง Uip - แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ 5 V และแบตเตอรี่เริ่มต้น ค่า)

จากข้อมูลเหล่านี้ เราคำนวณ R - ความต้านทานเริ่มต้นของตัวต้านทานและ Pr - การกระจายพลังงาน:

R= Ur/I = 2.2/1 = 2.2 โอห์ม โดยที่ I คือกระแสสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟ

ราคา=I2R =1x1x2.2 = 2.2 วัตต์

เมื่อแรงดันไฟฟ้าในแบตเตอรี่ถึง 4.2 V Icharge - กระแสไฟชาร์จจะเป็น:

อิซาร์=(Ui -4.2)/R=(5-4.2)/2.2 = 0.3 A.

ปรากฎว่าในการชาร์จเราจำเป็นต้องมีตัวต้านทานที่ทำงานตามตัวบ่งชี้เหล่านี้ แต่ในรูปแบบนี้คุณจะต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่องเพื่อไม่ให้พลาดช่วงเวลาที่มาถึง ค่าสูงสุดที่ 4.2 โวลต์

สำคัญ!ตามทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะชาร์จแบตเตอรี่โดยไม่มีวงจรป้องกันแยกต่างหาก แต่จะไม่สามารถตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟชาร์จได้ ใช่ ตัวเลือกนี้สามารถใช้ได้ 1-2 ครั้ง แต่รับประกันไม่ได้ว่าแบตเตอรี่จะไม่หมด

ฟังก์ชั่นพื้นฐานของคอนโทรลเลอร์

มีงานหลักสามประการที่ตัวควบคุมการชาร์จดำเนินการ:

  • การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า
  • การอนุรักษ์ทรัพยากร
  • หลีกเลี่ยงการพังทลายร้ายแรง

คอนโทรลเลอร์มีหน้าที่ต่างกัน พวกเขาปรับการจ่ายกระแสไฟเพื่อให้แน่ใจว่าตัวบ่งชี้มีค่าน้อยกว่าประจุสูงสุด แต่ในขณะเดียวกันก็เกินกระแสไฟที่คายประจุเอง อุปกรณ์จะตรวจสอบการผ่านของการคายประจุและการชาร์จแบตเตอรี่ทุกขั้นตอน โดยพิจารณาจากโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่

หากเรากำลังพูดถึงแบตเตอรี่แล็ปท็อปตัวควบคุมจะชดเชยการไหลของพลังงานเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จและการทำงานของพีซีพร้อมกัน บางครั้งอุปกรณ์จะติดตั้งเซ็นเซอร์ความร้อนเพื่อปิดเครื่องฉุกเฉินเมื่อร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไป

หากระบบใช้แบตเตอรี่หลายก้อนพร้อมกัน ตัวควบคุมจะชาร์จเฉพาะแบตเตอรี่ที่ยังไม่ได้ชาร์จเท่านั้น

เพื่อป้องกันก๊าซรั่วและการระเบิด ตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่บางรุ่นใช้เซ็นเซอร์ความดัน

ใส่ใจ!การทำงานของตัวควบคุมใดๆ จะต้องให้แน่ใจว่าอัตราส่วนกระแสคงที่/แรงดันไฟฟ้าคงที่ (CC/CV) ถูกต้อง หากในระหว่างการชาร์จปริมาณพลังงานที่ให้มามากเกินไปส่วนที่เกินนี้จะถูกปล่อยบนคอนโทรลเลอร์ในรูปของความร้อน ดังนั้นตัวควบคุมจึงไม่เคยติดตั้งอยู่ในแบตเตอรี่ แต่จะรวมอยู่ด้วย โครงการทั่วไปแต่จะอยู่แยกกันเสมอ แต่จะสร้างอุปกรณ์ด้วยมือของคุณเองได้อย่างไร?

วงจรอย่างง่าย

หนึ่งในคอนโทรลเลอร์ที่พบบ่อยที่สุดคือเวอร์ชันบนชิปบน DW01 มันถูกใช้ในส่วนใหญ่ อุปกรณ์เคลื่อนที่- ในลักษณะที่ปรากฏองค์ประกอบนี้เป็นกระดานอิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมด

DW01 มี 6 เอาต์พุตและติดตั้งทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามในแพ็คเกจเดียวที่มี 8 เอาต์พุต - นี่คือชิป 8205A

ในวงจรนี้ งานของตัวควบคุมการชาร์จคือการปิดแบตเตอรี่เมื่อแบตเตอรี่หมดหรือชาร์จเต็มแล้วนั่นคือถึงค่า 4.25 V แทนที่จะเป็น DW01 คุณสามารถใช้ NE57600, G2J, G3J, S8261 S8210, K091, JW01, JW11 และวงจรไมโครอื่นที่คล้ายกัน

ชิป LC05111CMT มีทรานซิสเตอร์ภาคสนามอยู่แล้ว มีเพียงตัวเก็บประจุและตัวต้านทานเท่านั้นที่ใช้เพิ่มเติมที่นี่ วงจรนี้ใช้ทรานซิสเตอร์ในตัวซึ่งมีความต้านทานการเปลี่ยนแปลง 0.011 โอห์ม นี่เป็นแผนภาพง่าย ๆ สำหรับการสร้างแบตเตอรี่ด้วยมือของคุณเอง ระหว่างพิน S1 และ S2 ความต้านทานสูงสุดคือ 24 V และกระแสประจุ/คายประจุสูงสุดคือ 10A

อุปกรณ์ที่ผลิตเองทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามนั้น พารามิเตอร์ที่กำหนดมิฉะนั้นจะไม่สามารถรับประกันการทำงานที่เหมาะสมของแบตเตอรี่ได้

วีดีโอ