Модули защиты и контроллеры заряд/разряд для Li-ion аккумуляторов
Для начала нужно определиться с терминологией.
При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.
Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:
И вот тоже они:
Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).
Контроллеры заряда-разряда
Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).
DW01-Plus
Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.
Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.
Вся схема выглядит примерно вот так:
S-8241 Series
Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.
Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.
AAT8660 Series
Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).
FS326 Series
LV51140T
Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.
R5421N Series
Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:
| Обозначение | Порог отключения по перезаряду, В | Гистерезис порога перезаряда, мВ | Порог отключения по переразряду, В | Порог включения перегрузки по току, мВ |
|---|---|---|---|---|
| R5421N111C | 4.250±0.025 | 200 | 2.50±0.013 | 200±30 |
| R5421N112C | 4.350±0.025 | |||
| R5421N151F | 4.250±0.025 | |||
| R5421N152F | 4.350±0.025 |
SA57608
Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.
Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:
| Обозначение | Порог отключения по перезаряду, В | Гистерезис порога перезаряда, мВ | Порог отключения по переразряду, В | Порог включения перегрузки по току, мВ |
|---|---|---|---|---|
| SA57608Y | 4.350±0.050 | 180 | 2.30±0.070 | 150±30 |
| SA57608B | 4.280±0.025 | 180 | 2.30±0.058 | 75±30 |
| SA57608C | 4.295±0.025 | 150 | 2.30±0.058 | 200±30 |
| SA57608D | 4.350±0.050 | 180 | 2.30±0.070 | 200±30 |
| SA57608E | 4.275±0.025 | 200 | 2.30±0.058 | 100±30 |
| SA57608G | 4.280±0.025 | 200 | 2.30±0.058 | 100±30 |
LC05111CMT
Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.
Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет
Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.
Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.
По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.
Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (
4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.
Схема контроллера литий-ионного аккумулятора
Устройство и принцип работы защитного контроллера Li-ion/polymer аккумулятора
Если расковырять любой аккумулятор от сотового телефона, то можно обнаружить, что к выводам ячейки аккумулятора припаяна небольшая печатная плата. Это так называемая схема защиты, или Protection IC.
Из-за своих особенностей литиевые аккумуляторы требуют постоянного контроля. Давайте разберёмся более детально, как устроена схема защиты, и из каких элементов она состоит.
Рядовая схема контроллера заряда литиевого аккумулятора представляет собой небольшую плату, на которой смонтирована электронная схема из SMD компонентов. Схема контроллера 1 ячейки («банки») на 3,7V, как правило, состоит из двух микросхем. Одна микросхема управляющая, а другая исполнительная – сборка двух MOSFET-транзисторов.
На фото показана плата контроллера заряда от аккумулятора на 3,7V.
Цоколёвка, внешний вид и назначение выводов микросхемы DW01-P.
Транзисторы MOSFET не входят в состав микросхемы DW01-P и выполнены в виде отдельной микросхемы-сборки из 2 MOSFET транзисторов N-типа. Обычно используется сборка с маркировкой 8205, а корпус может быть как 6-ти выводной (SOT-23-6), так и 8-ми выводной (TSSOP-8). Сборка может маркироваться как TXY8205A, SSF8205, S8205A и т.д. Также можно встретить сборки с маркировкой 8814 и аналогичные.
Вот цоколёвка и состав микросхемы S8205A в корпусе TSSOP-8.
Два полевых транзистора используются для того, чтобы раздельно контролировать разряд и заряд ячейки аккумулятора. Для удобства их изготавливают в одном корпусе.
Тот транзистор (FET1), что подключен к выводу OD (Overdischarge) микросхемы DW01-P, контролирует разряд аккумулятора – подключает/отключает нагрузку. А тот (FET2), что подключен к выводу OC (Overcharge) – подключает/отключает источник питания (зарядное устройство). Таким образом, открывая или закрывая соответствующий транзистор, можно, например, отключать нагрузку (потребитель) или останавливать зарядку ячейки аккумулятора.
Давайте разберёмся в логике работы микросхемы управления и всей схемы защиты вцелом.
Защита от перезаряда (Overcharge Protection).
Как известно, перезаряд литиевого аккумулятора свыше 4,2 – 4,3V чреват перегревом и даже взрывом.
Если же аккумулятор подключен к нагрузке, то транзистор FET2 вновь открывается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,2V.
Защита от переразряда (Overdischarge Protection).
Далее микросхема управления DW01-P перейдёт в режим сна (Power Down) и потребляет ток всего 0,1 мкА. (при напряжении питания 2V).
Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Схема контроля отключила его от нагрузки. На выходе контроллера 0V.
При этом если замерить напряжение на ячейке аккумулятора, то после отключения нагрузки оно чуть подросло и достигло уровня 2,7V.
Чтобы контроллер вновь подключил аккумулятор к «внешнему миру», то есть к нагрузке, напряжение на ячейке аккумулятора должно быть 2,9 – 3,1V (VODR).
Тут возникает весьма резонный вопрос.
Дело в том, что внутри полевых транзисторов есть так называемые паразитные диоды – они являются результатом технологического процесса изготовления MOSFET-транзисторов. Вот именно через такой паразитный (внутренний) диод транзистора FET1 и будет течь ток заряда, так как он будет включен в прямом направлении.
Чтобы восстановить литий-ионный/полимерный аккумулятор можно использовать специальные приборы, например, универсальное зарядное устройство Turnigy Accucell 6. О том, как это сделать, я уже рассказывал здесь.
Кроме всего прочего, в функционал микросхем защиты литиевых акумуляторов входит защита от перегрузки по току (Overcurrent Protection) и короткого замыкания. Защита от токовой перегрузки срабатывает в случае резкого падения напряжения на определённую величину. После этого микросхема ограничивает ток нагрузки. При коротком замыкании (КЗ) в нагрузке контроллер полностью отключает её до тех пор, пока замыкание не будет устранено.
Тема: Один из лучших усилителей(Схема)
Опции темы
Большая просьба корифеям, прокоментируйте пожайлуста ниже следующую схему усилителя, который позиционируется как один из лучших в мире.
Я не совсем понял что происходит в схеме, как то очень сложно он выглядит, хотя производитель упрямо твердит что это на его взгляд самое лучшее и изменять он ничего не хочет.
Заранее спасибо!
Ну это понятно, а есть ли в схеме хоть какая нибудь изюминка? И вообще это класс АВ или В?
Это класс АВ высокой мощности, Ватт 900, наверное.
Так нагляднее схема
Как по мне, так защиту на Т6, Т7 в домашнем варианте уся можно смело выкинуть(звуку лучше будет), так же как и 2-3 пары выходников. Правда, это уже рисуется другой усилитель.
А что он еще может твердить?
Ключевой, на самом деле, является фраза: «нв его взгляд».
Схема, на мой взгляд, действительно самая обыкновенная, изюминка, разве что в латералах в УН.
С уважением.
Почему такая плохая картина, ничего не видно.
Схема интересная, сигнал проходит только по полевым транзисторам.
Линейность так себе.. Хотя конечно на фоне всяких плиниусов неплохо
Усилитель неплох, ток покоя драйверного каскада в 90 мА (оценка) нормально справится с прокачкой выходного каскада. Идеологически построен правильно, и по звуку будет весьма неплох. С теми же Аккуфейсами вполне поспорит. Жаль, что SK216/SJ79 сняты с производства, а аналогов нет.
Более точные выводы можно сделать, если посчитать, какое напряжение на выходе ОУ нужно для полной раскачки 4 Ом на 20 кГц. Тогда можно будет сравнивать с СЛ или Натали etc.
E322a что за микросхема
Обзор посвящен плате (модулю) контроллера внешнего аккумулятора ( power bank) напряжением выхода 5 В и током до 0.8 А.
В обзоре будут приведены его технические характеристики, кратко описана схемотехника, сделаны тесты, представлены осциллограммы, сделаны полезные выводы и даны рекомендации по практическому применению.
(изображение с официального сайта AliExpress )
Перед тем, как привести технические параметры тестируемого модуля power bank, несколько слов о его «начинке».
Именно на этих характеристиках и основана последующая таблица.
Плата контроллера внешнего аккумулятора (power bank)- технические характеристи ки:
| Напряжение выхода | 5.1 В (4.95. 5.25 В) |
| Максимальный ток выхода | 0.8 А |
| Напряжение зарядки | 4.5. 5.5 В |
| Ток зарядки | до 0.8 А |
| Максимальное напряжение заряда батареи | 4.2 В |
| Управление | Автоматическое включение и выключение |
| Пороговый ток автоматического включения / выключения | 60 мА |
| Ток покоя | 13 мкА |
| КПД (при разряде) | до 91% |
| Частота преобразования | 1 МГц |
| Защита | От перезаряда, переразряда, перегрузки по току и др. |
| Размер платы | 21 x 17 x 11 мм (Д х Ш х В) |
Теперь приступим к детальному изучению объекта обзора.
Внешний вид и констру кция платы (модуля) power bank
Плата стоит настолько дёшево, что по одиночке её даже и не продают. Купить можно только комплект сразу из пяти штук, и всё равно получается недорого.
(кликнуть для увеличения)
Сразу столько контроллеров нам не надо. Поэтому выламываем одну штуку; далее её и будем всесторонне тестировать.
Так выглядит верхняя часть платы с выходным полноразмерным разъёмом USB :
Кроме разъёма USB здесь расположен только ещё один элемент: миниатюрный светодиод (красный цвет свечения) в корпусе SMD (для поверхностного монтажа).
Рассмотрим эту сторону вертикально сверху:
Теперь взглянем на обратную сторону, самую насыщенную элементами:
Здесь (снизу вверх) расположены: разъём микро- USB ( для зарядки), микросхема контроллера (без маркировки) и её обвязка, дроссель схемы повышения напряжения.
Такая схема хороша тем, что плата может работать в режиме «сквозной зарядки», то есть можно зарядным устройством одновременно и заряжать аккумулятор, работающий с этой платой, и питать устройство, подключенное к плате.
Но есть «тонкость»: в этом случае зарядное устройство должно быть рассчитано на ток выхода, способный одновременно обеспечить двух потребителей энергии. То есть, предельный ток зарядного устройства желателен не менее, чем в 1.6 А.
И, наконец, посмотрим на всю систему (power bank) вместе с аккумулятором в сборе в процессе зарядки:
В качестве аккумулятора для этого повербанка использован оставшийся в живых аккумулятор от сгоревшего планшета.
Светодиод светится непрерывным красным светом при работе на нагрузку и по окончании процесса заряда аккумулятора; в течение самого процесса заряда мигает примерно раз в секунду.
Кроме того, светодиод мигает ещё в двух случаях: если ток нагрузки недостаточен для стабильного включения устройства (менее 55 мА); а также, когда заряда в аккумуляторе осталось менее 10% (частые мигания).
Испытание модуля power bank
Осциллограммы снимались с вывода 6 микросхемы (т.е. точки соединения микросхемы с индуктивностью).
Осциллограммы снимались при трёх значениях тока: ниже порога автоматического включения, немного выше порога включения, вблизи максимально-допустимого тока выхода.
Окончательный диагноз модуля (контроллера) power bank (внешнего аккумулятора)
Протестированная миниатюрная плата power bank показала себя с наилучшей стороны, полностью подтвердив заявленные параметры.
В целом плата подходит для создания и ли ремонта power bank- ов (внешних аккумуляторов) и систем автономного питания небольшой мощности для устройств с напряжением 5 В и током до 0.8 А.
В качестве недостатка следует упомянуть, что различных модных систем «быстрой зарядки» протестированный модуль не поддерживает.
При выборе контроллера для power bank- а пользователю необходимо особое внимание уделить минимальному току нагрузки, при котором он сохраняет работоспособность. Многие маломощные устройства (наушники, смарт-часы и т.п.) с малым током потребления могут отказаться заряжаться от внешнего аккумулятора со слишком большим током включения (либо зарядятся не полностью). Для таких устройств необходимо внимательное изучение технических параметров и/или обзоров (если они есть).
Вступайте в группу SmartPuls.Ru 
Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Импульсные блоки питания — устройство и ремонт
Сервисный центр Комплэйс выполняет ремонт импульсных блоков питания в самых разных устройствах.
Схема импульсного блока питания
Импульсные блоки питания используются в 90% электронных устройств. Но для ремонта импульсных блоков питания нужно знать основные принципы схемотехники. Поэтому приведем схему типичного импульсного блока питания.
Работа импульсного блока питания
Первичная цепь импульсного блока питания
Первичная цепь схемы блока питания расположена до импульсного ферритового трансформатора.
На входе блока расположен предохранитель.
Затем стоит фильтр CLC. Катушка, кстати, используется для подавления синфазных помех. Вслед за фильтром располагается выпрямитель на основе диодного моста и электролитического конденсатора. Для защиты от коротких высоковольтных импульсов после предохранителя параллельно входному конденсатору устанавливают варистор. Сопротивление варистора резко падает при повышенном напряжении. Поэтому весь избыточный ток идет через него в предохранитель, который сгорает, выключая входную цепь.
Защитный диод D0 нужен для того, чтобы предохранить схему блока питания, если выйдет из строя диодный мост. Диод не даст пройти отрицательному напряжению в основную схему. Потому, что откроется и сгорит предохранитель.
За диодом стоит варистор на 4-5 ом для сглаживания резких скачков потребления тока в момент включения. А также для первоначальной зарядки конденсатора C1.
Активные элементы первичной цепи следующие. Коммутационный транзистор Q1 и с ШИМ (широтно импульсный модулятор) контроллер. Транзистор преобразует постоянное выпрямленное напряжение 310В в переменное. Оно преобразуется трансформатором Т1 на вторичной обмотке в пониженное выходное.
И еще — для питания ШИМ-регулятора используется выпрямленное напряжение, снятое с дополнительной обмотки трансформатора.
Работа вторичной цепи импульсного блока питания
Во выходной цепи после трансформатора стоит либо диодный мост, либо 1 диод и CLC фильтр. Он состоит из электролитических конденсаторов и дросселя.
Для стабилизации выходного напряжения используется оптическая обратная связь. Она позволяет развязать выходное и входное напряжение гальванически. В качестве исполнительных элементов обратной связи используется оптопара OC1 и интегральный стабилизатор TL431. Если выходное напряжение после выпрямления превышает напряжение стабилизатора TL431 включается фотодиод. Он включает фототранзистор, управляющий драйвером ШИМ. Регулятор TL431 снижает скважность импульсов или вообще останавливается. Пока напряжение не снизится до порогового.
Ремонт импульсных блоков питания
Неисправности импульсных блоков питания, ремонт
Исходя из схемы импульсного блока питания перейдем к ее ремонту. Возможные неисправности:
Примеры ремонта импульсных блоков питания
Например, рассмотрим ремонт импульсного блока питания на несколько напряжений.
Неисправность заключалась в в отсутствии на выходе блока выходных напряжений.
Например, в одном блоке питания оказались неисправны два конденсатора 1 и 2 в первичной цепи. Но они не были вздутыми.
На втором не работал ШИМ контроллер.
На вид все конденсаторы на снимке рабочие, но внутреннее сопротивление у них большое. Более того, внутреннее сопротивление ESR конденсатора 2 в кружке оказалось в несколько раз выше номинального. Этот конденсатор стоит в цепи обвязки ШИМ регулятора, поэтому регулятор не работал. Работоспособность блока питания восстановилась только после замены этого конденсатора. Потому что ШИМ заработал.
Ремонт компьютерных блоков питания
Пример ремонта блока питания компьютера. В ремонт поступил дорогой блок питания на 800 Вт. При его включении выбивало защитный автомат.
Выяснилось, что короткое замыкание вызывал сгоревший транзистор в первичной цепи питания. Цена ремонта составила 3000 руб.
Имеет смысл чинить только качественные дорогие компьютерные блоки питания. Потому что ремонт БП может оказаться дороже нового.
Цены на ремонт импульсных БП
Цены на ремонт импульсных блоков питания очень отличаются. Дело в том, что существует очень много электрических схем импульсных блоков питания. Особенно много отличий в схемах с PFC (Power Factor Correction, коэффициент коррекции мощности). ЗАС повышает КПД.
Но самое важное — есть ли схема на сгоревший блок питания. Если такая электрическая схема есть в доступе, то ремонт блока питания существенно упрощается.
Стоимость ремонта колеблется от 1000 рублей для простых блоков питания. Но достигает 10000 рублей для сложных дорогих БП. Цена определяется сложностью блока питания. А также сколько элементов в нем сгорело. Если все новые БП одинаковые, то все неисправности разные.
Например, в одном сложном блоке питания вылетело 10 элементов и 3 дорожки. Тем не менее его удалось восстановить, причем цена ремонта составила 8000 рублей. Кстати, сам прибор стоит порядка 1 000 000 рублей. Таких блоков питания в России не продают.
Не смогли починить БП? Обращайтесь в Комплэйс.
Устройство китайских зарядок для ноутбуков описано здесь.
