UEBE

Зарядка Li-Ion аккумуляторов на TL431 (LDO)

Меры безопасности:
Литий-ионные аккумуляторы обладают очень высокой удельной энергией и содержат химически активные вещества. Соблюдайте осторожность при обращении и тестировании. Не допускайте короткого замыкания аккумулятора, перезаряда, механической деформации, протыкания оболочки, разборки, подключения в обратной полярности, не подвергайте их воздействию высоких температур, не используйте вздутые аккумуляторы, не пытайтесь восстановить неисправные. Это может нанести Вам физический и материальный ущерб !

Немного о зарядках для Li-Ion АКБ на дискретных элементах:
При рассмотрении многих схем, для зарядки LI-Ion аккумуляторов, были выявлены явные недостатки, такие как - большое падение напряжения на регулирующих элементах, cвязанно это с падением напряжения на токоизмерительном резисторе 0.6v плюс падение на регулирующем транзисторе 0.6v (включенного по схеме эмиттерного повторителя), общее падение составляет 1.2 вольта. Из этого следует что если мы будем заряжать аккумулятор от USB порта напряжением 5 вольт, то при достижении на АКБ (при зарядке) напряжения 3.8 вольт (3.8v=5v-1.2v) ток заряда начинает стремительно падать, это ведет к значительному увеличению продолжительности полной зарядки АКБ.
Чтобы избавится от этого недостатка было применено включение регулирующего транзистора по схеме с общим эмиттером (по аналогии стабилизаторов с низким падением напряжения), в результате, при полностью открытом транзисторе Q3, падение напряжения на нем составляет не 0.6v, а десятки миливольт. Картину не много портит диод D1, он вносит падение около 0.2v что в совокупности дает падение 0.8v, при этом полное напряжение, которое схема может пропустить на АКБ 5v-0.8v=4.2v, а не 3.8v как было рассмотрено вышe.
В результате этого схемотехнического решения ток заряда АКБ остается стабильным до установленного напряжения отсечки 4.2 вольта, т.е. до окончания зарядки АКБ.



Описание работы схемы:
По сути, схема представляет из себя стабилизатор тока и напряжения с замещающим эфектом, т.е. пока напряжение на АКБ, в процессе зарядки, не достигло уровня Uстаб=(R8/R9+1)*Uref (Uref=2.495 опорное напряжение TL431) и TL431 находится в закрытом состоянии, схема работает как стабилизатор тока Iстаб=0.6/R4 (0.6 - напряжение открывания эмиттер-база Q2). Как только напряжение на аккумуляторе достигает значения Uстаб, схема переходит в режим стабилизации напряжения. На элементах Q2,R5,R6 реализован сумматор напряжений с датчика тока(R4) и датчика выходного напряжения(U1,R8,R9). При достижении напряжения открывания транзистора Q2, с датчика тока или напряжения, Q2 начинает открываться, тем самым уменьшая ток базы транзистора Q3, который является общим силовым регулирующим элементом.
Таким образом в данной схеме достигаются нужные режимы стабилизации тока(в процессе зарядки АКБ) и напряжения (в момент окончания заряда АКБ).
Светодиод горит во время зарядки АКБ и гаснет при заряженной АКБ на 85-90% (т.е. при достижении напряжения на АКБ 4.2 вольта, заданное делителем R8,R9).
Что бы АКБ набрала максимальную емкость заряда - оставьте АКБ на подзарядке, на 12-24 часа.

Настройка - Рекомендации:
Без подключенного Li-Ion аккумулятора!, проверить напряжение на выходе схемы, должно быть 4.1-4.2 вольта, если отличается, подстроить резисторами делителя R8 или R9. Затем мультиметром (в режиме амперметра) закоротить выход и подбором резистора R4 установить ток в районе 70-90мА(для зарядки от USB порта). Если заряжать будете не от USB, а (на пример) от телефонных зарядок или иного источника напряжения, то ток можно поднять до 200-400мА(зависит от емкости заряжаемого АКБ).
БУДТЕ ОСТОРОЖНЫ ! при выборе тока заряда Li-Ion аккумулятора! (ознакомьтесь с рекомендациями производителя на Ваш тип АКБ)
Недопускайте нагрева Li-Ion аккумулятора в процессе зарядки выше 30 'С - ПОЖАРО и ВЗРЫВООПАСНО! (схема не имеет температурной защиты)
С некоторыми экземплярами TL431 может наблюдаться самовозбуждение схемы, для устранения этого явления требуется установить конденсатор 10nF между катодом и управляющим выводом TL431.
Если схема будет отключаться от АКБ по окончанию зарядки, то диод "ШОТТКИ" D1 можно исключить из схемы, он нужен для предотвращения разрядки АКБ через переход БАЗА-КОЛЛЕКТОР транзистора Q3 и R7 (обратный ток разряда составляет около 4mA).
Транзисторы Q1,Q2 - любые слаботочные PNP, Q3 - выбирайте в зависимости от расчетного тока заряда.
Если индикация зарядки не требуется, то можно исключить из схемы элементы Q1,R1,R2,R3 и светодиод, тем самым сократив количество деталей в схеме.