En este artículo estudiamos un circuito de cargador de batería de iones de litio USB de 3,7 V para computadora simple con funciones de control de corriente de corte automático.
Cómo funciona
El circuito se puede entender con la ayuda de la siguiente descripción:
El IC LM358 está configurado como comparador. El IC LM741 no se utiliza ya que no está especificado para trabajar con voltajes inferiores a 4,5 V.
El pin n. ° 2, que es la entrada inversora del IC, se utiliza como pin de detección y se adjunta con un preajuste para los ajustes y la configuración necesarios.
El pin n. ° 3, que es la entrada no inversora de los amplificadores operacionales, es una referencia a 3 V al sujetarlo con un diodo zener de 3 V.
Se pueden ver un par de LED conectados a través del pin de salida del opamp, para detectar e indicar la condición de carga del circuito. El LED verde indica que la batería se está cargando, mientras que el rojo se ilumina tan pronto como la batería está completamente cargada y se corta el suministro a la batería.
Cómo cargar usando el puerto USB
Recuerde que el proceso de carga puede ser bastante lento y puede llevar muchas horas, porque la corriente del USB de una computadora es normalmente muy baja y puede oscilar entre 200mA y 500mA dependiendo del número de puerto que se utilice para tal fin.
Una vez que el circuito está ensamblado y configurado, el diseño que se muestra a continuación se puede usar para cargar cualquier batería de iones de litio de repuesto a través del puerto USB.
Primero conecte la batería en los puntos indicados y luego conecte el conector USB con la toma USB de su computadora. El LED verde debería encenderse instantáneamente para indicar que la batería se está cargando.
Puede conectar un voltímetro a través de la batería para controlar su carga y comprobar si el circuito corta el suministro correctamente o no en el límite especificado.
Dado que la corriente de una computadora USB puede ser bastante menor, la etapa de control actual se puede ignorar y el diseño anterior se puede simplificar mucho como se muestra a continuación:
Video clip que muestra la acción de corte automático, cuando la celda de Li-Ion se carga hasta 4.11V:
Tenga en cuenta que el circuito no iniciará la carga a menos que se conecte una batería antes de encender el interruptor, por lo tanto, conecte la batería primero antes de conectarla al puerto USB
Un LM358 tiene dos opamps, lo que significa que un opamp se desperdicia aquí y permanece sin usar, por lo tanto Se puede probar LM321 en lugar de evitar la presencia de un opamp inactivo sin usar.
Cómo configurar el circuito del cargador de iones de litio USB anterior:
Eso es extremadamente fácil de implementar.
- Primero, asegúrese de que el ajuste predeterminado se mueva completamente en el lado del suelo. Es decir, el pin n. ° 2 debe estar al nivel del suelo a través del preajuste inicialmente.
- A continuación, sin ninguna batería conectada, aplique exactamente 4,2 V a través del +/- líneas de alimentación del circuito, a través de una fuente de alimentación ajustable precisa.
- Verá que el LED verde se enciende instantáneamente.
- Ahora, gire lentamente el preset, hasta que el LED verde se apague y el LED ROJO se encienda.
- ¡Eso es todo! El circuito ahora está todo listo para cortarse a 4.2 V cuando la celda de Li-Ion real alcance este nivel.
- Para la prueba final, conecte una batería descargada a la posición que se muestra, conecte la alimentación de entrada a través de una toma USB de la computadora y diviértase viendo cómo la celda se carga y se corta en el umbral estipulado de 4.2 V.
Característica CC de corriente constante agregada
Como se puede ver, se ha agregado una característica de corriente constante al integrar la etapa BC547 con la base del BJT principal.
Aquí, la resistencia Rx determina la resistencia de detección de corriente, y en caso de que se alcance el límite máximo de corriente, la caída de potencial desarrollada en esta resistencia activa rápidamente el BC547, que conecta a tierra la base del controlador BJT, apagando su conducción y cargando la batería. .
Ahora, esta acción sigue oscilando en el umbral del límite de corriente, lo que permite la corriente constante requerida, CC carga controlada para la batería de iones de litio conectada.
No se requiere limitación de corriente para alimentación USB
Aunque se muestra una función de limitación de corriente, es posible que no sea necesaria cuando el circuito se utiliza con un USB, ya que el USB ya está bastante bajo con corriente y agregar un limitador puede ser inútil.
El limitador de corriente debe usarse solo cuando la corriente de la fuente es sustancialmente alta, como de un panel solar o de otra batería
Mejorando aún más el circuito
Después de algunas pruebas, pareció que el transistor Darlington no podía conmutar suficiente corriente a las celdas de iones de litio, especialmente las que estaban profundamente descargadas. Esto resultó en una diferencia en los niveles de voltaje en la celda y en los rieles de suministro del circuito.
Para combatir este problema, traté de mejorar aún más el diseño, reemplazando el Darlington BJT único con un par de redes NPN / PNP, como se indica a continuación:
Este diseño mejoró significativamente la entrega de corriente y dio como resultado una reducción en el margen de diferencia entre el nivel de voltaje del terminal de la batería y el nivel de voltaje de suministro real y, por lo tanto, una falsa conmutación de corte.
El siguiente video muestra el resultado de la prueba usando el circuito anterior:
Usando un relé de 5V
Los diseños anteriores también se pueden construir usando 5V, lo que garantizará la mejor entrega de corriente posible a la celda y una carga más rápida. El diagrama del circuito se puede ver a continuación:
Tenga en cuenta:
Este artículo se modificó sustancialmente recientemente y, por lo tanto, las discusiones de comentarios anteriores pueden no coincidir con el diagrama de circuito que se muestra en este diseño y explicación actualizados.
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