Простое зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов от USB.

Правильно выбранное зарядное устройство - залог успешной работы вашего аккумулятора. Долговечность аккумулятора в первую очередь определяется режимом его зарядки. Основными причинами порчи могут быть перезарядка по времени и превышение допустимой величины заряда.

Наиболее часто в мобильных устройствах (ноутбуки, мобильные телефоны, КПК и другие) применяют литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Это связано с их преимуществами по сравнению с широко использовавшимися ранее никель-металлгидридными (Ni-MH) и никель-кадмиевыми (Ni-Cd) аккумуляторами.
Из-за свойственной металлическому литию нестабильности, особенно в процессе заряда, исследования сдвинулись в область создания аккумулятора без применения Li, но с использованием его ионов. Хотя литий-ионные аккумуляторы обеспечивают незначительно меньшую энергетическую плотность, чем литиевые аккумуляторы, тем не менее Li-ion аккумуляторы безопасны при обеспечении правильных режимов заряда и разряда. Обычно ресурс коммерческих Li-ion аккумуляторов до понижения разрядной емкости на 20 % составляет 500-1000 циклов, но он значительно зависит от величины предельного зарядного напряжения.
Li-ion аккумуляторы содержат несколько встроенных устройств защиты: плавкий предохранитель, термопредохранитель и внутреннюю схему управления, которая отключает аккумулятор в нижней и верхней точках напряжения разряда и заряда.
Для заряда Li-ion аккумуляторов используется метод "постоянное напряжение / постоянный ток", суть которого заключается в ограничении напряжения на аккумуляторе. В этом он подобен методу заряда свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). Основные отличия заключаются в том, что для Li-ion аккумуляторов - выше напряжение на элемент (номинальное напряжение элемента 3.6 В против 2 В для SLA), более жесткий допуск на это напряжение (+ - 0.05 В) и отсутствие медленного подзаряда по окончании полного заряда.
Для примера приведем требования и рекомендации по заряду и разряду литий-ионных аккумуляторов фирмы Panasonic:
•     максимальное напряжение заряда 4.2 или 4.1 вольта в зависимости от модели аккумулятора;
•     напряжение окончания разряда 3.0 вольта;
•     рекомендуемый ток заряда 0.7 С, ток разряда (нагрузки) - 1 С и меньше;
•     если напряжение на аккумуляторе менее 2.9 вольта, то рекомендуемый ток заряда 0.1 С;
•     глубокий разряд может привести к повреждению аккумулятора (т.е. должно соблюдаться общее правило - Li-ion аккумуляторы любят скорее находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном, и заряжать их можно в любое время, не дожидаясь разряда);
•     по мере приближения напряжения на аккумуляторе к максимальному значению, ток заряда уменьшается. Окончание разряда должно происходить при уменьшении тока заряда до (0.1 … 0.07) С в зависимости от модели аккумулятора. После окончания заряда ток заряда прекращается полностью.
•     диапазон температур при заряде от 0 до 45 градусов Цельсия, при разряде от минус 10 до 60 градусов Цельсия.

Приведенные выше данные могут отличаться в ту или иную сторону для аккумуляторов других производителей.
В то время как для SLA аккумуляторов допустима некоторая гибкость в установке значения напряжения прекращения заряда, для Li-ion аккумуляторов изготовители очень строго подходят к выбору этого напряжения. Порог напряжения прекращения заряда для Li-ion аккумуляторов 4.10 В или 4.20 В, допуск на установку для обоих типов + - 0.05 В на элемент. Для вновь разрабатываемых Li-ion аккумуляторов, вероятно, будут определены другие значения этого напряжения. Следовательно, зарядные устройства для них должны быть адаптированы к требуемому напряжению заряда.
В зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторов, которые позволяют изменять значение этого порога напряжения, его правильная установка должна соблюдаться при обслуживании любых аккумуляторов Li-ion типа. Однако большинство изготовителей не обозначают тип Li-ion аккумулятора и напряжения окончания заряда. И, если напряжение установлено неправильно, то аккумулятор с более высоким напряжением выдаст более низкое значение емкости, а аккумулятор с более низким - будет немного перезаряжен. При умеренной температуре повреждения аккумуляторов не происходит.
Именно в этом, как правило, и заключается причина того, что аккумулятор, заряженный, например, в "родном" телефоне, работает меньшее или большее время, чем этот же аккумулятор, заряженный в настольном зарядном устройстве неизвестного производителя.
Медленный подзаряд по окончании полного заряда, характерный для аккумуляторов на основе никеля, не применяется, потому что Li-ion аккумулятор не терпит перезаряда. Медленный заряд может вызвать металлизацию лития и привести к разрушению элемента. Вместо этого время от времени для компенсации маленького саморазряда аккумулятора из-за небольшого тока потребления устройством защиты может применяться кратковременный заряд.
Для того чтобы обеспечить сложный алгоритм заряда Li-ion аккумуляторов, были разработаны специальные микросхемы. Одна из таких распространенных и дешевых микросхем MAX1555. Именно на ней я собрал зарядное устройства для множества валяющихся у меня без дела Li-ion аккумуляторов.

Рис.1 Схема Зарядного устройства на MAX1555 для Li-ion аккумуляторов

С порта USB мы можем снять 500 или 100 миллиампер чистого тока под собственные нужды.   «Умные» контроллеры порта нужно настраивать, чтобы забрать 500 мА. Без настройки можно отобрать до 100 мА. В некоторых конструкциях материнских плат и ноутбуков ток ничем не ограничивается, кроме предохранителя. Поэтому можно отобрать все 500 мА без настроек.  Микросхема не знает, к какому варианту порта ее подключили, поэтому   ограничивает ток заряда аккумулятора значением 100мА, чтобы не заморачиваться с настройкой порта. Однако у нее есть еще один вход - к нему можно подключить любой источник питания с напряжением от 4,3 до 7 вольт, включая китайский "кубик", который просто втыкается в розетку, после чего начинает греться. В этом случае, ток заряда будет составлять уже 350мА. Если  подключить сразу два источника - и USB и источник питания, то микросхема выберет последнее, в смысле не последнее подключенное, а источник питания. Светодиод VD2 горит до тех пор, пока батарея не заряжена. Светодиод VD1 индицирует наличие питания от USB порта. Плата сделана таким образом, что все компоненты, включая SMD светодиоды, расположены внизу при подключении ее в USB порт. Чтобы было видно «на просвет»  необходимо  выбрать тонкий стеклотекстолит либо изменить посадочные места под выводные 3мм светодиоды и впаять их с обратной стороны. Для защиты USB порта используется SMD самовосстанавливающийся предохранитель F1 с током удержания 200 мА. Вместо него можно применить резистор 0603 1 Ом или перемычку- но в случае ошибки в монтаже или при выходе из строя микросхемы возможен выход из строя порта. Батарея после окончания свечения светодиода еще продолжает некоторое время дозаряжаться маленьким током, но это составляет до 5 % емкости. Если напряжение элемента меньше 3 вольт, то микросхема его подзаряжает током 40 мА.

Рис.2 Плата Зарядного устройства

Рис.3 Фото платы зарядного устройства

Автор - evildesign