Integrerade strömhanteringskretsar från ON Semiconductor (ONS) är redan välkända för inhemska utvecklare. Dessa är AC/DC-omvandlare och PWM-regulatorer, effektfaktorkorrigerare, DC/DC-omvandlare och naturligtvis linjära regulatorer. Dock nästan ingen bärbar enhet kan inte klara sig utan ett batteri och följaktligen utan mikrokretsar för att ladda och skydda det. ONS-företaget har i sin produktlinje ett antal lösningar för att hantera batteriladdning, som traditionellt för ONS kombinerar tillräcklig funktionalitet med låg kostnad och användarvänlighet.
Inom modern elektronik är de vanligaste NiCd/NiMH- och Li-Ion/Li-Pol-batterier. Var och en av dem har sina egna fördelar och nackdelar. Nickel-kadmium (NiCd) batterier är billiga och har också mest stort antal urladdnings-/laddningscykler och hög belastningsström. De största nackdelarna är: hög självurladdning, såväl som "minneseffekten", vilket leder till en partiell kapacitetsförlust vid ofta laddning av ett ofullständigt urladdat batteri.
Nickelmetallhydrid (NiMH) batterierär ett försök att eliminera bristerna med NiCd, i synnerhet "minneseffekten". Dessa batterier är mindre kritiska för laddning efter ofullständig urladdning och är nästan dubbelt så höga som NiCd när det gäller specifik kapacitet. Det finns också förluster av NiMH-batterier har ett lägre antal urladdnings-/laddningscykler och en högre självurladdning jämfört med NiCd.
Litiumjonbatterier (Li-Ion). har den högsta energitätheten, vilket gör att de kan överträffa andra typer av batterier vad gäller kapacitet med samma totala dimensioner. Låg självurladdning och frånvaron av en "minneseffekt" gör den här typen av batteri opretentiös att använda. Men för att säkerställa säker användning kräver litiumjonbatterier användning av teknik och designlösningar (porösa polyolefinfilmer för att isolera de positiva och negativa elektroderna, närvaron av en termistor och en säkerhetsventil för att avlasta övertryck), vilket leder till en ökning av kostnaden för litiumbaserade batterier jämfört med andra kraftelement.
Litiumpolymer (Li-Pol) batterierär ett försök att lösa säkerhetsproblemet med litiumbaserade batterier genom att använda en fast torr elektrolyt istället för gelelektrolyten i Li-Ion. Denna lösning låter dig erhålla egenskaper som liknar Li-Ion-batterier till en lägre kostnad. Förutom ökad säkerhet gör användningen av fast elektrolyt att tjockleken på batteriet kan minskas (upp till 1,5 mm). Den enda nackdelen jämfört med Li-Ion-batterier är det mindre driftstemperaturintervallet i synnerhet, Li-Pol-batterier rekommenderas inte att laddas vid minusgrader.
Dagens bärbara applikationer kräver snabbast möjliga batteriladdning, undviker överladdning, maximerar batteritiden och förhindrar kapacitetsförlust. MC33340 Och MC33342- laddningskontroller från ON Semiconductor, som kombinerar allt du behöver för att snabbt ladda och skydda NiCd- och NiMH-batterier.
MC33340/42 kontroller implementerar:
Dessa styrenheter, i kombination med en extern linjär eller pulsomvandlare, bildar ett komplett batteriladdningssystem. Ett exempel på en sådan laddningskrets som använder en klassisk stabilisator LM317 visas i fig. 1.
Ris. 1.
LM317 i denna krets fungerar som en stabiliserad strömkälla med laddningsströmmen inställd av motståndet R7:
I chg(snabb) = (V ref + I adjR8)/R7. Underhållsladdningsströmmen ställs in av motstånd R5:
I chg(trickle) = (V in - V f(D3) - V batt)/R5. R2/R1-avdelaren måste utformas på ett sådant sätt att när batteriet är fulladdat är Vsen-ingången mindre än 2 V:
R2 = R1(V batt/V sen - 1).
Med hjälp av stiften t1, t2, t3, trebitars logik (nycklar i diagrammet) ställs antingen in laddningstiden till 71...283 minuter, eller de övre och nedre gränserna för temperaturdetektering.
Baserat på den presenterade kretsen erbjuder ON Semiconductor utvecklingskort MC33340EVB Och MC33342EVB.
Litiumbatterier kräver hög stabilitet hos laddningsspänningen, till exempel för LIR14500-batteriet från EEMB måste laddningsspänningen ligga inom 4,2±0,05 V. För laddning av litiumbaserade batterier erbjuder ONS en helt integrerad lösning - NCP1835B. Detta är ett laddningschip med en linjär regulator, en CCCV (konstant ström, konstant spänning) laddningsprofil och en laddningsström på 30...300 mA. Näring NCP1835B kan utföras antingen från en vanlig AC/DC-adapter eller från en USB-port. En variant av anslutningskretsen visas i fig. 2.
Ris. 2.
Huvudfunktioner:
En till viktig punkt i batteriladdningssystem finns skydd mot att överskrida den tillåtna inspänningen. ONS-lösningar kopplar bort utgången från målkretsen när en oacceptabel spänning finns vid ingången.
NCP349- en ny produkt från ONS som skyddar mot ingående överspänning upp till 28 V. Mikrokretsen stänger av utgången när inspänningen överstiger den övre tröskeln eller om den undre tröskeln inte nås. En FLAG#-utgång tillhandahålls också för att indikera ingående överspänning. Typiskt schema applikationen visas i fig. 3.
Ris. 3.
Denna mikrokrets finns med olika nedre (2,95 och 3,25 V) och övre (5,68; 6,02; 6,4; 6,85 V) svarströsklar, som är kodade i namnet. NCP360 har samma funktionalitet som NCP349, förutom den maximala inspänningen: 20 V.
ON Semiconductor har, jämfört med sina konkurrenter, inte ett särskilt brett utbud av mikrokretsar för laddning av batterier. De presenterade lösningarna i deras segment kännetecknas dock av konkurrenskraftiga egenskaper och pris, såväl som användarvänlighet.
Alla radioamatörer är mycket bekanta med laddningskort för en burk li-jonbatterier. Det är mycket efterfrågat på grund av dess låga pris och bra utgångsparametrar.
Används för att ladda de tidigare nämnda batterierna med en spänning på 5 Volt. Liknande halsdukar finns bred tillämpning i hemlagad design med en autonom strömkälla i form av litiumjonbatterier.
Dessa kontroller tillverkas i två versioner - med och utan skydd. De med skydd är lite dyra.
Skydd utför flera funktioner
1) Kopplar bort batteriet vid djupurladdning, överladdning, överbelastning och kortslutning.
Idag kommer vi att kontrollera den här halsduken i detalj och förstå om de parametrar som utlovats av tillverkaren motsvarar de verkliga, och vi kommer också att ordna andra tester, låt oss gå.
Kortets parametrar visas nedan
Och det här är kretsarna, den översta med skydd, den nedersta utan
Under ett mikroskop märks att skivan är av mycket god kvalitet. Dubbelsidigt glasfiberlaminat, inga ”par”, silkscreentryck finns, alla in- och utgångar är märkta, det går inte att blanda ihop anslutningen om man är försiktig.
Mikrokretsen kan ge en maximal laddningsström på cirka 1 Ampere. Denna ström kan ändras genom att välja motståndet Rx (markerat i rött).
Och detta är en platta av utströmmen beroende på motståndet hos det tidigare indikerade motståndet.
Mikrokretsen ställer in den slutliga laddningsspänningen (ca 4,2 volt) och begränsar laddningsströmmen. Det finns två lysdioder på kortet, röda och blå (färgerna kan vara olika) under laddning, den andra när batteriet är fulladdat.
Tillgänglig Micro USB kontakt där 5 volt tillförs.
Första testet.
Låt oss kolla utspänning, till vilken batteriet kommer att laddas, bör det vara från 4,1 till 4,2V
Det stämmer, inga klagomål.
Andra provet
Låt oss kontrollera utgångsströmmen, på dessa kort är den maximala strömmen inställd som standard, och det är ungefär 1A.
Vi kommer att ladda kortets utgång tills skyddet utlöses, vilket simulerar hög förbrukning vid ingången eller ett urladdat batteri.
Den maximala strömmen är nära den deklarerade, låt oss gå vidare.
Test 3
Ansluten till batteriplatsen laboratorieblock nätaggregat där spänningen är förinställd på cirka 4 volt. Vi minskar spänningen tills skyddet stänger av batteriet, multimetern visar utspänningen.
Som du kan se, vid 2,4-2,5 volt försvann utspänningen, det vill säga skyddet fungerar. Men den här spänningen är under kritisk, jag tror att 2,8 volt skulle vara helt rätt, generellt sett rekommenderar jag inte att ladda ur batteriet så mycket att skyddet fungerar.
Test 4
Kontrollera skyddsströmmen.
För dessa ändamål användes en elektronisk last, vi ökade gradvis strömmen.
Skyddet fungerar vid strömmar på cirka 3,5 ampere (syns tydligt i videon)
Bland bristerna kommer jag bara att notera att mikrokretsen värms upp ogudaktigt och till och med ett värmeintensivt kort hjälper förresten, själva mikrokretsen har ett substrat för effektiv värmeöverföring och detta substrat löds fast på kortet, det senare. spelar rollen som kylfläns.
Jag tror inte att det finns något att tillägga, vi såg allt perfekt, tavlan är ett utmärkt budgetalternativ när vi pratar om om en laddningsregulator för en burk med liten kapacitet Li-Ion batteri.
Jag tror att detta är en av de mest framgångsrika utvecklingarna av kinesiska ingenjörer, som är tillgänglig för alla på grund av dess obetydliga pris.
Lycklig vistelse!
Först måste du bestämma dig för terminologin.
Som sådan det finns inga urladdnings-laddningsregulatorer. Det här är nonsens. Det är ingen idé att hantera utsläppet. Urladdningsströmmen beror på belastningen - så mycket som den behöver, det tar lika mycket. Det enda du behöver göra vid urladdning är att övervaka spänningen på batteriet för att förhindra att det överurladdas. För detta ändamål använder de .
Samtidigt separata kontroller avgift inte bara existerar, utan är absolut nödvändiga för genomförandet av processen li-ion laddning batterier. De ställer in den ström som krävs, bestämmer slutet på laddningen, övervakar temperaturen etc. Laddningsregulatorn är en integrerad del av alla.
Baserat på min erfarenhet kan jag säga att en laddnings-/urladdningskontroller egentligen betyder en krets för att skydda batteriet från för djup urladdning och omvänt överladdning.
Med andra ord, när vi talar om en laddnings-/urladdningskontroller talar vi om skyddet inbyggt i nästan alla litiumjonbatterier (PCB- eller PCM-moduler). Här är den:
Och här är de också: 
Det är uppenbart att skyddsskivor presenteras i olika formfaktorer och sätts ihop med olika elektroniska komponenter. I den här artikeln kommer vi att titta på alternativ för skyddskretsar för Li-ion-batterier (eller, om du föredrar, urladdnings-/laddningskontroller).
Eftersom detta namn är så väletablerat i samhället kommer vi också att använda det. Låt oss börja med, kanske, den vanligaste versionen på DW01 (Plus)-chippet.
Ett sådant skyddskort för li-jonbatterier finns i vartannat mobiltelefonbatteri. För att komma till det behöver du bara riva av det självhäftande med inskriptioner som är limmade på batteriet.
Själva DW01-chippet är sexbent och två fälteffekttransistorer är strukturellt gjorda i ett paket i form av en 8-bensenhet.
Stift 1 och 3 styr strömbrytarna för urladdningsskydd (FET1) respektive överladdningsskydd (FET2). Tröskelspänningar: 2,4 och 4,25 Volt. Pin 2 är en sensor som mäter spänningsfallet över fälteffekttransistorer, vilket ger skydd mot överström. Transistorernas övergångsresistans fungerar som en mätshunt, så svarströskeln har en mycket stor spridning från produkt till produkt.
Hela schemat ser ut ungefär så här: 
Den högra mikrokretsen märkt 8205A är fälteffekttransistorerna som fungerar som nycklar i kretsen.
SEIKO har utvecklat specialiserade chips för att skydda litiumjon och litiumpolymerbatterier från överladdning/överladdning. För att skydda en burk används integrerade kretsar i S-8241-serien. 
Överladdnings- och överladdningsskyddsbrytare fungerar på 2,3V respektive 4,35V. Strömskyddet aktiveras när spänningsfallet över FET1-FET2 är lika med 200 mV.
Ett liknande skyddsschema för encelliga litiumbatterier med skydd mot överladdning, överladdning och överladdnings- och urladdningsströmmar. Implementerad med LV51140T-chippet. 
Tröskelspänningar: 2,5 och 4,25 Volt. Det andra benet på mikrokretsen är ingången till överströmsdetektorn (gränsvärden: 0,2V vid urladdning och -0,7V vid laddning). Stift 4 används inte.
Kretsdesignen liknar de tidigare. I driftläge förbrukar mikrokretsen ca 3 μA, i blockeringsläge - ca 0,3 μA (bokstav C i beteckningen) och 1 μA (bokstav F i beteckning). 
R5421N-serien innehåller flera modifieringar som skiljer sig åt i storleken på svarsspänningen under laddning. Detaljer ges i tabellen:
En annan version av laddnings-/urladdningsregulatorn, endast på SA57608-chippet. 
Spänningarna vid vilka mikrokretsen kopplar bort burken från externa kretsar beror på bokstavsregister. För detaljer, se tabellen:
SA57608 förbrukar ganska stor ström i viloläge - cirka 300 μA, vilket skiljer den från de ovan nämnda analogerna i den värsta sidan(strömmarna som förbrukas där är i storleksordningen bråkdelar av en mikroampere).
Och slutligen erbjuder vi en intressant lösning från en av världsledande inom produktion av elektroniska komponenter On Semiconductor - en laddningsurladdningskontroller på LC05111CMT-chippet. 
Lösningen är intressant genom att nyckel-MOSFET:erna är inbyggda i själva mikrokretsen, så allt som återstår av tilläggselementen är ett par motstånd och en kondensator.
Övergångsresistansen för de inbyggda transistorerna är ~11 milliohm (0,011 ohm). Den maximala laddnings-/urladdningsströmmen är 10A. Den maximala spänningen mellan plintarna S1 och S2 är 24 volt (detta är viktigt när man kombinerar batterier till batterier).
Mikrokretsen finns i paketet WDFN6 2,6x4,0, 0,65P, Dual Flag.
Kretsen ger som förväntat skydd mot överladdning/urladdning, överbelastningsström och överladdningsström.
Det är viktigt att förstå att skyddsmodulen och laddkontrollerna inte är samma sak. Ja, deras funktioner överlappar i viss mån, men att kalla skyddsmodulen inbyggd i batteriet för en laddningsregulator skulle vara ett misstag. Nu ska jag förklara vad skillnaden är.
Den viktigaste rollen för alla laddningsregulatorer är att implementera rätt laddningsprofil (vanligtvis CC/CV - konstant ström/konstant spänning). Det vill säga att laddningsregulatorn måste kunna begränsa laddningsströmmen vid en given nivå och därigenom styra mängden energi som "hälls" in i batteriet per tidsenhet. Överskottsenergi frigörs i form av värme, så vilken laddningsregulator som helst blir ganska varm under drift.
Av denna anledning är laddningskontroller aldrig inbyggda i batteriet (till skillnad från skyddskort). Regulatorerna är helt enkelt en del av en riktig laddare och inget mer.
Dessutom är inte ett enda skyddskort (eller skyddsmodul, vad man nu vill kalla det) kapabelt att begränsa laddningsströmmen. Kortet styr bara spänningen på själva banken och, om den går över förutbestämda gränser, öppnar utgångsbrytarna och kopplar därmed bort banken från omvärlden. Kortslutningsskydd fungerar förresten också på samma princip - när kortslutning Spänningen på banken sjunker kraftigt och djupurladdningsskyddskretsen utlöses.
Förvirring mellan skyddskretsarna för litiumbatterier och laddningskontroller uppstod på grund av likheten mellan svarströskeln (~4,2V). Endast i fallet med en skyddsmodul kopplas burken helt bort från de externa terminalerna, och i fallet med en laddningsregulator växlar den till spänningsstabiliseringsläget och minskar gradvis laddningsströmmen.
Det är ingen hemlighet att Li-ion-batterier inte gillar djupurladdning. Detta får dem att vissna och vissna, och även öka det inre motståndet och tappa kapacitet. Vissa exemplar (de med skydd) kan till och med hamna i djup dvala, varifrån det är ganska problematiskt att dra ut dem. Därför, när du använder litiumbatterier, är det nödvändigt att på något sätt begränsa deras maximala urladdning.
För att göra detta används speciella kretsar som kopplar bort batteriet från belastningen vid rätt tidpunkt. Ibland kallas sådana kretsar för urladdningskontroller.
Därför att Urladdningsregulatorn styr inte storleken på urladdningsströmmen, det är inte en regulator av något slag. I själva verket är detta ett etablerat men felaktigt namn för djupurladdningsskyddskretsar.
Tvärtemot vad många tror är de inbyggda batterierna (PCB-kort eller PCM-moduler) inte utformade för att begränsa laddnings-/urladdningsströmmen, eller för att i tid stänga av belastningen när den är helt urladdad, eller för att korrekt bestämma ögonblicket för slutet av avgift.
För det första, Skyddskort är i princip inte kapabla att begränsa laddnings- eller urladdningsströmmen. Detta bör hanteras av minnesavdelningen. Det maximala de kan göra är att stänga av batteriet när det blir kortslutning i lasten eller när det överhettas.
För det andra, De flesta skyddsmoduler stänger av li-ion-batteriet vid en spänning på 2,5 volt eller ännu mindre. Och för de allra flesta batterier är detta en väldigt kraftig urladdning, detta bör inte tillåtas alls.
För det tredje, Kineserna nitar dessa moduler i miljontals... Tror du verkligen att de använder högkvalitativa precisionskomponenter? Eller att någon där ute testar och justerar dem innan de installeras i batterier? Naturligtvis är detta inte sant. Vid tillverkning av kinesiska moderkort följs endast en princip strikt: ju billigare, desto bättre. Därför, om skyddet kopplar bort batteriet från laddaren exakt vid 4,2 ± 0,05 V, är detta mer sannolikt en lycklig olycka än ett mönster.
Det är bra om du har en PCB-modul som fungerar lite tidigare (till exempel vid 4,1V). Då når batteriet helt enkelt inte tio procent av sin kapacitet och det är det. Det är mycket värre om batteriet ständigt laddas, till exempel till 4,3V. Då minskar livslängden och kapaciteten sjunker och kan i allmänhet svälla.
Det är OMÖJLIGT att använda skyddskorten inbyggda i litiumjonbatterier som urladdningsbegränsare! Och som laddningsbegränsare också. Dessa kort är endast avsedda för nödkoppling av batteri i nödsituationer.
Därför behövs separata kretsar för att begränsa laddningen och/eller skydda mot för djupurladdning.
Enkel laddare på diskreta komponenter och specialiserade integrerade kretsar vi tittade på. Och idag ska vi prata om de lösningar som finns idag för att skydda ett litiumbatteri från för mycket urladdning.
Till att börja med föreslår jag en enkel och pålitlig Li-ion överurladdningsskyddskrets, bestående av endast 6 element. 
Värdena som anges i diagrammet kommer att resultera i att batterierna kopplas bort från belastningen när spänningen sjunker till ~10 Volt (jag gjorde skydd för 3 seriekopplade 18650-batterier i min metalldetektor). Du kan ställa in din egen avstängningströskel genom att välja motstånd R3.
Förresten, full urladdningsspänning Li-ion batteriär 3,0 V och inte mindre.
Ett åkergräs (som i diagrammet eller liknande) kan grävas ur en gammal moderkort från datorn, vanligtvis finns det flera av dem samtidigt. TL-ku kan förresten också tas därifrån.
Kondensator C1 behövs för den första starten av kretsen när omkopplaren slås på (den drar kort grinden T1 till minus, vilket öppnar transistorn och driver spänningsdelaren R3, R2). Vidare, efter laddning Cl, upprätthålls spänningen som krävs för att låsa upp transistorn av mikrokretsen TL431.
Uppmärksamhet! Transistorn IRF4905 som anges i diagrammet kommer perfekt att skydda tre litiumjonbatterier kopplade i serie, men är helt olämplig för att skydda en 3,7 volts bank. Det sägs hur man själv avgör om en fälteffekttransistor är lämplig eller inte.
Nackdelen med denna krets: i händelse av en kortslutning i belastningen (eller för mycket strömförbrukning), kommer fälteffekttransistorn inte att stängas omedelbart. Reaktionstiden kommer att bero på kapacitansen hos kondensatorn C1. Och det är fullt möjligt att något under den här tiden kommer att hinna brinna ut ordentligt. En krets som omedelbart reagerar på en kort belastning under belastning presenteras nedan: 
Switch SA1 behövs för att "starta om" kretsen efter att skyddet har löst ut. Om utformningen av din enhet ger möjlighet att ta bort batteriet för att ladda det (i en separat laddare), så behövs inte den här omkopplaren.
Resistansen hos motståndet R1 måste vara sådan att TL431-stabilisatorn når driftläge vid en lägsta batterispänning - den väljs på ett sådant sätt att anod-katodströmmen är minst 0,4 mA. Detta ger upphov till en annan nackdel med denna krets - efter att skyddet har utlösts fortsätter kretsen att förbruka energi från batteriet. Strömmen, även om den är liten, är tillräckligt för att helt tömma ett litet batteri på bara ett par månader.
Diagrammet nedan för egentillverkad övervakning av urladdningen av litiumbatterier är fri från denna nackdel. När skyddet utlöses är strömmen som förbrukas av enheten så liten att min testare inte ens upptäcker den. 
Nedan finns en modernare version av urladdningsbegränsaren litiumbatteri med hjälp av stabilisator TL431. Detta gör för det första att du enkelt och enkelt kan ställa in önskat svarströskel, och för det andra har kretsen hög temperaturstabilitet och tydlig avstängning. Klapp och så är det! 
Att skaffa TL-ku idag är inga problem alls, de säljs för 5 kopek per gäng. Motstånd R1 behöver inte installeras (i vissa fall är det till och med skadligt). Trimmer R6, som ställer in svarsspänningen, kan ersättas med en kedja av konstanta motstånd med utvalda resistanser.
För att lämna blockeringsläget måste du ladda batteriet över skyddströskeln och sedan trycka på S1 "Återställ"-knappen.
Besväret med alla ovanstående scheman är att för att återuppta driften av scheman efter att ha blivit skyddad, krävs operatörsingripande (slå på och av SA1 eller tryck på en knapp). Detta är priset att betala för enkelhet och låg strömförbrukning i låst läge.
Den enklaste li-ion överladdningsskyddskretsen, utan alla nackdelar (nåja, nästan alla) visas nedan: 
Funktionsprincipen för denna krets är mycket lik de två första (i början av artikeln), men det finns ingen TL431-mikrokrets, och därför kan dess egen strömförbrukning reduceras till mycket små värden - cirka tio mikroampere . En omkopplare eller återställningsknapp behövs inte heller. Kretsen kopplar automatiskt batteriet till lasten så snart spänningen överstiger ett förinställt tröskelvärde.
Kondensator C1 undertrycker falsklarm vid drift på en pulsad last. Alla lågeffektsdioder fungerar; det är deras egenskaper och kvantitet som bestämmer kretsens driftspänning (du måste välja den lokalt).
Vilken lämplig n-kanals fälteffekttransistor som helst kan användas. Huvudsaken är att den klarar belastningsströmmen utan att anstränga sig och kan öppnas vid låg gate-source spänning. Till exempel P60N03LDG, IRLML6401 eller liknande (se).
Ovanstående krets är bra för alla, men det finns ett obehagligt ögonblick - den smidiga stängningen av fälteffekttransistorn. Detta sker på grund av planheten hos den initiala sektionen av ström-spänningskarakteristiken för dioderna.
Denna nackdel kan elimineras med modern elementbas, nämligen att använda mikroeffektspänningsdetektorer (effektmonitorer med extrem låg strömförbrukning). Nästa krets för att skydda litium från djupurladdning presenteras nedan: 
MCP100 mikrokretsar finns i både DIP-paket och plana versioner. För våra behov är ett 3-voltsalternativ lämpligt - MCP100T-300i/TT. Typisk strömförbrukning i blockeringsläge är 45 µA. Kostnaden för liten grossist är cirka 16 rubel/styck.
Det är ännu bättre att använda en BD4730-skärm istället för MCP100, eftersom den har en direkt utgång och därför kommer det att vara nödvändigt att utesluta transistor Q1 från kretsen (anslut mikrokretsens utgång direkt till Q2-porten och motståndet R2, samtidigt som R2 ökar till 47 kOhm).
Kretsen använder en mikro-ohm p-kanal MOSFET IRF7210, som enkelt växlar strömmar på 10-12 A. Fältbrytaren är helt öppen redan vid en grindspänning på ca 1,5 V, och i öppet tillstånd har den försumbar resistans (mindre än 0,01 Ohm)! Kort sagt en väldigt cool transistor. Och viktigast av allt, inte för dyrt.
Enligt min åsikt är det sista schemat närmast idealet. Om jag hade obegränsad tillgång till radiokomponenter skulle jag välja den här.
En liten förändring i kretsen gör att du kan använda en N-kanalstransistor (då är den ansluten till den negativa belastningskretsen): 
BD47xx strömförsörjningsmonitorer (övervakare, detektorer) är en hel rad mikrokretsar med svarsspänningar från 1,9 till 4,6 V i steg om 100 mV, så att du alltid kan välja dem för att passa dina syften.
Vilken som helst av ovanstående kretsar kan kopplas till ett batteri med flera batterier (efter viss justering förstås). Men om bankerna har olika kapacitet, kommer de svagaste av batterierna ständigt att gå in i en djupurladdning långt innan kretsen fungerar. Därför rekommenderas det i sådana fall alltid att använda batterier inte bara med samma kapacitet, utan helst från samma batch.
Och även om detta skydd har fungerat felfritt i min metalldetektor i två år nu, skulle det fortfarande vara mycket mer korrekt att övervaka spänningen på varje batteri personligen.
Använd alltid din personliga Li-ion batteriurladdningskontroll för varje burk. Då kommer alla dina batterier att tjäna dig lycklig i alla sina dagar.
I alla ovanstående scheman för att skydda litiumjonbatterier från djupurladdning används MOSFETs som arbetar i växlingsläge. Samma transistorer används vanligtvis i överladdningsskyddskretsar, kortslutningsskyddskretsar och i andra fall där belastningsreglering krävs.
För att kretsen ska fungera som den ska måste naturligtvis fälteffekttransistorn uppfylla vissa krav. Först kommer vi att besluta om dessa krav, och sedan tar vi ett par transistorer och, enligt deras datablad (enl. tekniska specifikationer) låt oss avgöra om de är lämpliga för oss eller inte.
Uppmärksamhet! Vi kommer inte att överväga de dynamiska egenskaperna hos FET:er, såsom omkopplingshastighet, grindkapacitans och maximal pulsad dräneringsström. Dessa parametrar blir kritiska viktiga när transistorn arbetar vid höga frekvenser (växelriktare, generatorer, PWM-modulatorer, etc.), men diskussionen om detta ämne ligger utanför ramen för denna artikel.
Så vi måste omedelbart bestämma kretsen som vi vill montera. Därav det första kravet på en fälteffekttransistor - det måste vara rätt typ(antingen N- eller P-kanal). Detta är den första.
Låt oss anta att den maximala strömmen (lastström eller laddström - det spelar ingen roll) inte kommer att överstiga 3A. Detta leder till det andra kravet - en fältarbetare måste tåla sådan ström under lång tid.
Tredje. Låt oss säga att vår krets kommer att skydda 18650-batteriet från djupurladdning (en bank). Därför kan vi omedelbart bestämma driftsspänningarna: från 3,0 till 4,3 volt. Medel, maximalt tillåten drain-source spänning U ds bör vara mer än 4,3 volt.
Det sista påståendet är dock sant endast om endast en litiumbatteribank används (eller flera parallellkopplade). Om, för att driva din last, ett batteri med flera batterier kopplade i serie används, då den maximala dräneringskällans spänning för transistorn måste överstiga den totala spänningen för hela batteriet.
Här är en bild som förklarar denna punkt: 
Som framgår av diagrammet, för ett batteri med 3 18650 batterier kopplade i serie, i skyddskretsarna för varje bank är det nödvändigt att använda fältenheter med en dränering-till-källa-spänning U ds > 12,6V (i praktiken, du måste ta det med viss marginal, till exempel 10 %).
Detta innebär samtidigt att fälteffekttransistorn måste kunna öppna helt (eller åtminstone tillräckligt starkt) redan vid en gate-source spänning U gs på mindre än 3 Volt. Faktum är att det är bättre att fokusera på en lägre spänning, till exempel 2,5 volt, så att det finns en marginal.
För en grov (initial) uppskattning kan du titta i databladet på "Cut-off voltage"-indikatorn ( Grindtröskelspänning) är spänningen vid vilken transistorn är på tröskeln för öppning. Denna spänning mäts vanligtvis när dräneringsströmmen når 250 µA.
Det är tydligt att transistorn inte kan användas i detta läge, eftersom dess utgångsimpedans är fortfarande för hög och den kommer helt enkelt att brinna ut på grund av överskottseffekt. Det är därför Transistorns avstängningsspänning måste vara lägre än arbetsspänningen för skyddskretsen. Och ju mindre den är, desto bättre.
I praktiken, för att skydda en burk av ett litiumjonbatteri, bör du välja en fälteffekttransistor med en brytspänning på högst 1,5 - 2 volt.
Således är huvudkraven för fälteffekttransistorer följande:
Låt oss nu titta på specifika exempel. Till exempel har vi till vårt förfogande transistorerna IRF4905, IRL2505 och IRLMS2002. Låt oss ta en närmare titt på dem.
Vi öppnar databladet och ser att detta är en transistor med en kanal av p-typ (p-kanal). Om vi är nöjda med detta tittar vi vidare.
Den maximala dräneringsströmmen är 74A. I överskott förstås, men det passar.
Drain-source spänning - 55V. Enligt villkoren för problemet har vi bara en litiumbank, så spänningen är ännu högre än vad som krävs.
Därefter är vi intresserade av frågan om vad drain-source-resistansen kommer att vara när öppningsspänningen vid grinden är 2,5V. Vi tittar på databladet och ser inte omedelbart denna information. Men vi ser att brytspänningen U gs(th) ligger i intervallet 2...4 Volt. Vi är absolut inte nöjda med detta.
Det sista kravet är alltså inte uppfyllt kassera transistorn.
Här är hans datablad. Vi tittar och ser omedelbart att detta är en mycket kraftfull N-kanal fältenhet. Dräneringsström - 104A, drain-source spänning - 55V. Än så länge är allt bra.
Kontrollera spänningen V gs(th) - max 2,0 V. Utmärkt!
Men låt oss se vilket motstånd transistorn kommer att ha vid en gate-source-spänning = 2,5 volt. Låt oss titta på diagrammet: 
Det visar sig att med en grindspänning på 2,5V och en ström genom transistorn på 3A, kommer en spänning på 3V att falla över den. I enlighet med Ohms lag kommer dess motstånd i detta ögonblick att vara 3V/3A=1Ohm.
Således, när spänningen på batteribanken är cirka 3 volt, kan den helt enkelt inte leverera 3A till belastningen, eftersom det totala belastningsmotståndet, tillsammans med transistorns drain-source-resistans, måste vara 1 Ohm. Och vi har bara en transistor som redan har ett motstånd på 1 ohm.
Dessutom, med ett sådant internt motstånd och en given ström, kommer transistorn att släppa effekt (3 A) 2 * 3 Ohm = 9 W. Därför måste du installera en radiator (ett TO-220-hus utan en radiator kan försvinna någonstans runt 0,5...1 W).
En extra larmklocka bör vara det faktum att den lägsta grindspänningen för vilken tillverkaren specificerade transistorns utgångsresistans är 4V.
Detta tycks antyda att fältarbetarens drift vid en spänning Ugs mindre än 4 V inte var tänkt.
Med tanke på allt ovan, kassera transistorn.
Så låt oss ta vår tredje kandidat ur lådan. Och titta omedelbart på dess prestandaegenskaper.
N-typ kanal, låt oss säga att allt är i sin ordning.
Maximal dräneringsström - 6,5 A. Lämplig.
Den högsta tillåtna drain-source-spänningen V dss = 20V. Stor.
Brytspänning - max. 1,2 volt. Så långt så bra.
För att ta reda på utgångsresistansen för denna transistor behöver vi inte ens titta på graferna (som vi gjorde i föregående fall) - det erforderliga motståndet anges omedelbart i tabellen bara för vår grindspänning.
I den här artikeln kommer vi att prata om Li-Ion-laddningsregulatorn på MCP73833.
Bild 1.
Fram till denna punkt har jag använt LT4054-kontroller, och för att vara ärlig var jag nöjd med dem:
Det gjorde det möjligt att ladda kompakta Li-Pol-batterier med en kapacitet på upp till 3000 mAh
Var ultrakompakt: sot23-5
Hade en batteriladdningsindikator
Den har ett gäng skydd, vilket gör det till ett praktiskt taget oförstörbart chip
Figur 2.
En ytterligare fördel är att innan jag började göra något med den köpte jag 50 stycken, till ett väldigt blygsamt pris.
Jag identifierade brister i arbetet, och, ärligt talat, satte de mig i en delvis stupor:
Den maximala deklarerade strömmen är 1A, trodde jag. Men redan vid 300 mA under laddningen värms chipet upp till 110 * C, även i närvaro av stora radiatorpolygoner och en radiator fäst vid chipets plastyta.
När det termiska skyddet slås på utlöses tydligen en komparator, som snabbt återställer strömmen. Som ett resultat förvandlas mikrokretsen till en generator, som dödar batteriet. På så sätt dödade jag 2 batterier tills jag kom på vad som var fel med oscilloskopet.
Med tanke på ovanstående fick jag problem med enhetens laddningstid på cirka 10 timmar. Naturligtvis missnöjde detta mig och konsumenterna av min elektronik mycket, men vad kan jag göra: alla ville öka livslängden med samma parametrar för enheten, och ibland förbrukar de mycket.
I detta avseende började jag leta efter en kontroller som skulle ha mycket bättre parametrar och värmeavledningsförmåga, och mitt val har hittills bestämt sig för MCP73833, främst på grund av det faktum att min vän hade dessa kontroller i lager, och jag visslade en ett par bitar snabbt (snabbare än han) lödde prototypen och utförde de tester jag behövde.
Låt mig inte ägna mig åt en fullständig och noggrann översättning av databladet (även om detta är användbart), utan snabbt och enkelt berätta vad jag först och främst tittade på i denna styrenhet och om jag gillade det eller inte.
1. Allmänt schema inneslutningar är det som fångar ditt öga från början. Det är lätt att märka att, med undantag för indikationen (vilket du inte behöver göra), består selen av endast 4 delar. De inkluderar två filterkondensatorer, ett motstånd för programmering av batteriladdningsströmmen och en 10k termistor för att övervaka överhettning av Li-Ion-batteriet. Detta schema visas i figur 3. Det här är definitivt coolt.
Figur 3. Kopplingsschema MCP73833
2. Hon är mycket bättre med värme. Detta framgår även av anslutningsschemat, eftersom identiska ben är synliga som kan användas för värmeavledning. Utöver detta, tittar på det faktum att chipet är tillgängligt i msop-10 och DFN-10-paket, som är större i yta än sot23-5. Dessutom, i DFN-10-fallet finns det en speciell polygon, som kan och bör användas som kylfläns till en stor yta. Om du inte tror mig, titta på figur 4 för dig själv. Den visar stiften på benen på DFN-10-fodralet och den routing som rekommenderas av tillverkaren kretskort, med värmeavlägsnande med hjälp av en polygon.
Figur 4.
3. Närvaron av en 10k termistor. Naturligtvis kommer jag i de flesta fall inte att använda det, eftersom jag är säker på att jag inte kommer att överhetta batteriet, men: det finns uppgifter där jag menar en full laddning av batteriet på bara 30 minuters drift från strömförsörjningen. I sådana fall kan batteriet i sig överhettas.
4. Ett ganska kompliceratm. Som jag förstod och försökte: det finns 1 lysdiod som ansvarar för om ström tillförs från laddningsnätet. I teorin är saken inte så nödvändig, men: Jag hade fall när jag bröt kontakten och styrenheten helt enkelt inte fick 5V vid ingången. I sådana fall stod det direkt klart vad som var fel. En extremt användbar funktion för utvecklare. För konsumenter ersätts den enkelt av en lysdiod längs 5V-ingången, installerad med ett strömbegränsande motstånd.
5. De återstående två lysdioderna är trasiga under laddningsstadiet. Detta gör att du kan ladda ur MK (om du till exempel inte behöver visa batteriladdningen på displayen) när det gäller att bearbeta laddningen på batteriet under laddning (indikering om det är laddat eller inte).
6. Programmering av laddningsströmmen över ett brett område. Personligen försökte jag ställa in laddningsströmmen till 1A på kortet som visas i figur 1, och vid cirka 890mA gick kortet i termiskt skydd i stabilt läge. Som folk runt omkring säger, med stora räckvidder drog de ut 2A perfekt från den här kontrollern, och teknisk beskrivning Den maximala laddningsströmmen är 3A, men jag har ett antal tvivel relaterade till den termiska belastningen på chipet.
7. Om du tror på databladet, så har denna mikrokrets: Låg-Dropout linjär regulatorläge - reducerad inspänningsläge. I dessa lägen, med hjälp av en DC-DC-omvandlare, kan du försiktigt minska spänningen vid mikrokretsens ingång under starten av laddningen för att minska dess värmealstring. Själv försökte jag minska spänningen, och värmen blev logiskt sett mindre, men minst 0,3-0,4V borde sjunka på denna mikrokrets så att den bekvämt kan ladda batteriet. Rent tekniskt ska jag göra en liten modul som gör detta automatiskt, men jag har varken pengar eller tid för detta, så jag ber gärna alla som är intresserade att mejla mig. Blir det lite fler personer så släpper vi en sådan på vår hemsida.
8. Jag gillade inte att kroppen var väldigt liten. Att löda det utan hårtork (DFN-10) är svårt, och det kommer inte att fungera bra, oavsett hur du ser på det. Det är bättre med msop-10, men det tar mycket tid för nybörjare att lära sig hur man löder det.
9. Jag gillade inte att den här kontrollern inte har ett inbyggt BMS (batteriskydd mot snabbladdning/urladdning och ett antal andra problem). Men dyrare kontroller från TI har sådana saker.
10. Jag gillade priset. Dessa kontroller är inte dyra.
Och sedan ska jag implementera detta chip i mina olika enhetsidéer. Till exempel tillverkas den nu redan på fabriken testversion utvecklingskort baserat på STM32F103RCT6 och 18650 batterier. Jag har redan ett utvecklingskort för den här kontrollern, som har visat sig mycket väl, och jag vill komplettera den med en bärbar version så att jag kan ta med mig mitt arbetsprojekt och inte tänka på ström och söka efter ett uttag att sätt i strömförsörjningen.
Jag kommer även att använda den i alla lösningar som kräver laddningsströmmar på mer än 300mA.
Jag hoppas att du kan använda detta användbara och enkel mikrokrets i dina enheter.
Om du överhuvudtaget är intresserad av batterikraft, här är min personliga video om batterikraft för enheter.
