Jump to content

    

Зарядное устройство для LiPo батареи

Recommended Posts

Gorby

Уважаемые коллеги, требуется совет сообщества.

Есть прибор, питаемый от сети через встроенный АС\DС модуль с выходным напряжением 15В. Он может обеспечить ток до 12А, что более чем вдвое превышает максимальные потребности устройства (2-4А). Ну, запас карман не рвет. Внутри прибора имеется батарея LiPo аккумуляторов в сочетании 4S2P, что дает номинальное напряжение порядка 15В (14.8В по бумагам). Емкость батареи 5000mAh , ток разряда 4А - то есть встроенными в чипы-контроллеры транзисторами не обойтись, нужны внешние. Хочется обычных в таких случаях вещей - работа устройства от сети, мягкий (безразрывный, т.е. без реле) переход на батарею при пропадании сети, возврат при появлении сети. А когда сеть есть, подзаряжать батарею по необходимости. Вроде просто. И иметь выключатель питания на два фиксированных положения - Вкл и Выкл.

Полно специализированных микросхем (например BQ24618RGET), которые вроде решают часть задач, но в силу своей внутренней сложности получить хорошее (стабильно работающее) решение не получается. Мой предшественник, использовав этот контроллер, вынужден был спроектировать отдельный модуль на ардуине, который раз в 10 минут снимал с него питание с помощью реле - ибо схема спорадически не хотела переходить в режим зарядки. А так лупанул PowerOnReset, контроллер расчухался и начал заряжать. Стыд, как грится и срам. Еще момент, этот контроллер для зарядки требует входного напряжения 20В (напомню, есть входное 15В). Предшественник не справился также с проектированием BOOST преобразователя 15->20В, который постоянно горел. Дошло до маразма - купили на Алиэкспресс готовый бустер на XL6009E1, который работал, но грелся сильно. Так его обмотали черной тканево-резиновой липкой лентой (!) чтобы не поплавил чего еще. При всем при этом в схеме задействованы 4 реле. Их контакты попарно запараллелены (!). Ну жуть в общем.

А вопрос такой: искать чудо-микросхему, выполняющую все хотелки? Городить всё на россыпи? Взять готовые проверенные BUCK и BOOST и самому соорудить управление на ПИК\АВР? Кто как делал, из вашего личного опыта? Вопрос миниатюризации остро не стоит. А вот тепловыделения хотелось бы как можно меньше.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain

15 В напрямую никак не хватит, потому что номинал банки 4,2 В, и про балансировщик Вы не сказали.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gorby

Батарея выводов балансировки не имеет.

Ну ясно, что не хватит. Тут вопрос - что делать?

- бустер с 15 до 20, затем бак чарджер

- маленький изолированный (трансформатор? SEPIC?) на 3-5В последовательно с входным напряжением и им регулировать ток зарядки

- SEPIC c 15В он же чарджер.

- еще варианты?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain

Если нужен просто да/нет 4 А ток заряда, тогда автогенераторный SEPIC на компараторе, наверное, будет самым дешёвым и простым решением.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gorby

Спасибо. Ну не так же простецки :)   Для ЛиПо нужно по крайней мере два режима: зарядка полным зарядным током (с контролем температуры)  и "дозаправка"  постоянным напряжением. Думаю, оба легко реализуемы на SEPIC.  Не покажете пример "автогенераторный SEPIC на компараторе" ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gorby
1 hour ago, Plain said:

У меня из такого готового лишь другие топологии, SEPIC пока нет, к вечеру накидаю.

Попробовал на TI их калькулятор. С первого взгляда получается, что SEPIC на заявленные параметры получается около 90% КПД. Наверное, из-за диода в том числе. Можно КПД сепика получить 95-96% ?

А бак-буст (где катушка в мосту с 4-мя ключами) получается около 98% КПД.  Как думаете, это определяется топологией?

Использовал параметры:  Входное напряжение 14-16В,  Выходное напряжение 15В 3А.

Share this post


Link to post
Share on other sites

byRAM

А зачем высокий КПД при заряде, когда КПД самого зарядного устройства с аккумуляторами низкий, а по входу огромный запас по току?

Проще продувать получше, чем КПД повышать, да ещё такой дорогой ценой.

Я бы вообще стэпап-бустом в режиме ограничения тока ограничился. Вот и вся зарядка получится дёшево и эффективно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gorby
13 minutes ago, byRAM said:

А зачем высокий КПД при заряде, когда КПД самого зарядного устройства с аккумуляторами низкий, а по входу огромный запас по току?

Проще продувать получше, чем КПД повышать, да ещё такой дорогой ценой.

Я бы вообще стэпап-бустом в режиме ограничения тока ограничился. Вот и вся зарядка получится дёшево и эффективно.

Аккумулятор и зарядник находятся внутри прибора, который заполнен всякой не очень теплопроводной всячиной. Скорее даже изолятором. Поэтому вопрос невыделения лишнего тепла важен. И вентилятор внутри не очень желателен из-за шума и просто некуда выдувать.  Цена большого значения не имеет, тиражи небольшие.

Ну дешево наверное, да. Эффективно - очень вряд ли.

Ну и до кучи, есть еще один подводный камень, не описанный ранее. При входном напряжении от БП 15В и батарее 4S2P  имеем эту внутреннюю шину реально до напряжения 4-х разряженных ЛиПо ячеек =11В.  А на многих периферийных платах стояд недорогие DCDC конверторы  15->12В. То есть они работать правильно не будут. А хочется максимально продлить работу от батареи. Вот и видится использование такого же (или того же) бакбуста\сепика при питании от батареи. Думаю, если извернуться на пупе, то одним можно обойтись. Но можно просто идентичную плату вставить. И тут уже очень важно, чтобы она с высоким КПД была.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain

Вот почти самостоятельный зарядник, и как он заряжает Cbat, который здесь вместо батареи:

 

bad-590.thumb.gif.c7882d534579ac4213d7a664322a65df.gif

 

КПД=94%, это по 1 Вт первые попавшиеся силовые транзисторы, по 500 мВт стандартные 12-миллиметровые дроссели, и по 120 мВт транзисторы драйвера. Помимо одного, а не двух дросселей, КПД 4-транзисторного повышающе-понижающего больше за счёт того, что один из последовательно включённых транзисторов включён постоянно, поэтому отсутствуют его динамические потери.

 

Поскольку компаратор простой, ему требуется вольтодобавка VB, поэтому, перед подачей сигнала разрешения EN, нужно подкачать на ней напряжение до номинала, посредством BST, это подрядка 10-ти меандров 500 кГц.

 

Как видно, схема полностью обратима, поэтому можно просто добавить вторую ОС на ещё одной TL431, и схема будет стабилизировать ещё и 12 В на своём входе, когда там исчезнут 15 В, которые соответственно должны приходить через идеальный диод, если выход этого БП потребляет существенно.

Edited by Plain

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
26.03.2022 в 16:13, Plain сказал:

15 В напрямую никак не хватит, потому что номинал банки 4,2 В, и про балансировщик Вы не сказали.

Конечно не хватит. Тут типичная задача батареи ноутбука, а это 18-19В входное питание, а затем берете любую схему ноута, смотрите систему зарядки и в путь... Зачем изобретать велосипед - непонятно...

Либо вариант №2 - берем дешевую свинцово-кислотную батарею на 12В, которая прекрасно зарядится от 15В входного, затем к ней на разряд ставим буст 12->15В и все...

Edited by mantech

Share this post


Link to post
Share on other sites

ДЕЙЛ

Shemagee под рукой нет, поэтому в паинте нарисовал. Если напряжение источника совпадает с напряжением аккумулятора, то я сделал бы бесперебойник по такой схеме. Здесь показана общая идея, а так вместо резистора можно вставить источник тока на двух транзисторах и можно добавить схему отключения аккуммулятора при его полной зарядке. Аккумулятор будет постоянно подзаряжаться, а в случае пропадания питания он мгновенно перехватит эстафету. 

image.thumb.png.bf2e5518c86836511670432a03c0782f.png

 

Edited by ДЕЙЛ

Share this post


Link to post
Share on other sites

vladec

А если Источник питания AC-DC или DC-DC с трансформатором и диодным выпрямителем на выходе, то можно и входной диод из схемы выбросить.

Share this post


Link to post
Share on other sites

byRAM
1 час назад, vladec сказал:

А если Источник питания AC-DC или DC-DC с трансформатором и диодным выпрямителем на выходе, то можно и входной диод из схемы выбросить.

Это 180-Ваттный на линейном трансформаторе? Крайне сомнительно :unknw:

Давно я таких не видел, импульсные давно трансформаторы на 50 Гц вытеснили практически везде, кроме лабораторных.

Share this post


Link to post
Share on other sites

vladec
01.04.2022 в 12:27, byRAM сказал:

Давно я таких не видел, импульсные давно трансформаторы на 50 Гц вытеснили практически везде, кроме лабораторных.

Я имею в виду не выпрямители к 50Гц трансформаторам, а обычные импульсные источники с диодным выпрямителем на выходе без дополнительных каскадов линейной стабилизации, а таких большинство среди современных AC-DC и DC-DC источников.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.