. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Nabíjení lithiových baterií s nestandardním napětím

Nabíjení lithiových baterií s nestandardním napětím

Přidáním pouhých dvou operačních zesilovačů a několika dalších diskrétních součástek k obvodu automatické nabíječky lithiových akumulátorů, získáme nabíječku podporující i nestandardní baterie s napětí v rozsahu od 3,6 do 4,2 V.

Lithium-iontové (Li-Ion) a lithium-polymerové (Li-Pol) nabíjecí baterie jsou dnes nejrozšířenějším typem akumulátorů, používaných nejčastěji v produktech spotřební elektroniky. Kvůli vysokému poměru hustoty akumulované energie k objemu baterie se výborně hodí pro většinu mobilních a přenosných zařízení, ať již ze spotřební, měřicí nebo průmyslové elektroniky. V současné době a zároveň po dlouhé řadě let vývoje a experimentů se jedná o naprosto standardní produkt, s maximálním nabíjecím napětím 4,2 V ± 1%. Současně s bateriemi je rovněž dostupná celá řada specializovaných integrovaných obvodů pro jejich nabíjení, obvykle rovněž s podporou napětí 4,2 V a tolerancí ± 1%.

Především v posledních letech se na trh dostává i řada různých speciálních baterií, využívajících technologii lithia, ovšem s výrazně vyšší hustotu akumulované energie a jinými specifickými hodnotami napětí a proudu pro proces vybíjení a nabíjení. Z toho plyne především odlišné nabíjecí napětí a nabíjecí proud.

Z toho důvodu společnost Maxim nedávno představila návrh nabíječky se standardním obvodem MAX1737, ovšem v konfiguraci s podporou nestandardního zakončovacího napětí a vyššího nabíjecího proudu. Kromě toho, že se zároveň zkrátí doba nabíjení, není funkce obvodu nijak ovlivněna a konstruktérům jsou k dispozici všechny původní integrované funkce.


Obr. 1: Vnitřní blokové schéma obvodu MAX1737 od společnosti Maxim

Pokud bychom měli být konkrétnější, jedná se například o baterie řady ANR26650m1od společnosti A123 Systems, které mají nominální provozní napětí 3,3 V. Baterie umožňují nabíjení standardní rychlostí 1,3 C (tedy proudem 3A), nebo rychlonabíjení s až 4,34 C (proudem až 10 A) s konečným nabíjecím napětím v hodnotě přesně 3,6 V. Podobných speciální baterií je dnes celá řada a všechny vyžadují ukončovací napětí v rozmezí od 3,6 do 4,2 V.

Obvod na obr. 2 vychází z doporučeného zapojení obvodu MAX1737 (IC), určeného pro nabíjení jednoho až čtyř 4,2 V lithiových článků. Celá úprava pro nestandardní napětí spočívá především v doplnění obvodu o jeden dvojnásobný, nízkopříkonový operační zesilovač MAX4163 a několik rezistorů.


Obr. 2: Schéma zapojení obvodu MAX4163 pro nabíjení speciální lithiových baterií s nestandardním ukončovacím napětím

Rovněž se v obvodu využívá možnost změny nabíjecího napětí a to konkrétně hodnotou jediného rezistoru Rcs. V případě použití rezistoru s hodnotou 33 mOhm je možné dosáhnout nabíjecího proudu 3 A, čímž se dostaneme na hodnotu standardního nabíjecího proudu pro uvedené baterie A123 Systems. S úpravou také souvisí použití dostatečně dimenzovaných výkonových součástek na pozicích N1, N2, D1, D4 a indukčnosti L1, které musí být schopny provozu při trvalém nabíjecím proudu 3 A.

V případě kdy požadujeme ještě vyšší nabíjecí proud než jsou uvedené 3 A, musíme spínací tranzistory N1 a N2 nahradit výkonnějšími typy, ovšem podobného napětí na elektrodě Drain. Podmínkou je rovněž kapacita řídicí elektrody Gate, která by neměla být příliš vysoká, aby nezatěžovala výstupy budičů v obvodu MAX1737. Více informací o maximálním řídicím proudu je dostupných v technické dokumentaci k odbodu, dostupné v odkazech pod článkem. Rovněž je v tom případě samozřejmě nutné změnit i diody D1, D4 a další součástky, před které nabíjecí proud protéká.

Nabíjecí obvod MAX1737 je vnitřně nastaven na automatické přepnutí z režimu konstantního proudu (CC), na režim konstantní napětí (CV) s hodnotou 4,2 V ±0,8%. Z toho důvodu byl k obvodu přidán dvojnásobný operační zesilovač MAX4163, zapojený tak, aby tento pevně nastavený limit změnil. Obvod A2 je na schématu zapojen jako neinvertující zesilovač se ziskem 1,16, čímž na svém výstupním pinu poskytuje napětí 4,2 V ve chvíli, kdy napětí na jeho vstupu dosáhne hodnoty 3,6 V. Výstup obvodu A2 je veden k pinu BATT řídicího obvodu (který je běžně používán pro snímání napětí baterie), takže nabíječka se z režimu CC přepne při dosažení 3,6 V.

Vstup obvodu A2 se připojuje ke kladnému pólu nabíjené baterie. Pokud jsou na tomto místě použity odpory s tolerancí 1%, je maximální možná chyba při měření napětí 3,6 V jen -1,1%/+1,2%. Použitím odporů s nižší tolerancí se můžeme dostat až na hodnotu maximální chyby 0,8%. Rovněž pro získání vyšší přesnosti můžeme využít funkci pinu VADJ (pin č. 8) řídicího obvodu.

Druhá polovina dvojnásobného operačního zesilovače - A1 je zapojena jako diferenciální zesilovač s jednotkovým ziskem. Jeho vstupy jsou zapojeny k výstupu obvodu A2 a kladné svorce nabíjené baterie. Jeho výstup řídí signál CS, řídicího obvodu. Jeho úkolem je hlídání nabíjecího proudu jako rozdílu napětí mezi BATT a CS. Pokud je úbytek napětí na rezistoru Rcs roven nule, je stejná hodnota i na pinu BATT a tedy na obou vstupech operačního zesilovače A1.

Pokud je potřena, je možné změnou rezistorů na vstupu upravit konečné nabíjecí napětí a to dokonce až k hodnotě 2,5 V na článek, beze změny zapojení. Rozhodujícím prvkem je v tomto případě obvod A2, jeho vstupní napětí (až 2,14 V) rozhoduje o přepnutí řídicího obvodu z režimu CC do režimu CV. Je-li na vstup připojena baterie s napětím nižším než 2,14 V, přejde nabíječka do režimu šetrného nabíjení proudem 1/10 Iout a to až do dokud napětí překročí hodnotu 2,14 V. Poté přejde do režimu nabíjení plným proudem.

Maximální napájecí napětí dvojnásobného operačního zesilovače určuje maximální možný počet nabíjených článků. Na obr. 3 je uvedena V-A charakteristika uvedené nabíječky s hodnotami součástek podle obr. 2.


Obr. 3: Nabíjecí proud vs. nabíjecí napětí obvodu z obr. 2

Více informací o obvodech MAX1737 a MAX4163 je možné nalézt na webových stránkách výrobce: http://maxim-ic.com.

Autor: Shasta Thomas, aplikační inženýr Maxim

Odkazy & Download:
Domovská stránka výrobce obvodů
Přehled distributorů

Charging Lithium Batteries with a Nonstandard Termination Voltage
MAX1737 - Stand-Alone Switch-Mode Lithium-Ion Battery-Charger Controller
MAX4163 - SOT23, Micropower, Single-Supply, Rail-to-Rail I/O Op Amps
Data Sheet MAX1737







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 28. 04. 2016 v 12:47 zaslal host
Nestandartní?
A co třeba akumulátory s maximálním napětím 4.35V O těch nic?


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
M75 QUECTEL
Dual-Band GSM modul provedení SMD, pouze pro SMS služby
Termín nepotvrzen od 275 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007