Jak zbudować ładowarkę baterii litowej 18650 i moduł wspomagający

W tym samouczku zamierzamy zbudować moduł ładowarki i wzmacniacza baterii litowej, łącząc układ scalony ładowarki akumulatorów litowo-jonowych TP4056 i układ scalony konwertera doładowania FP6291 dla jednokomorowej baterii litowej. Taki moduł bateryjny będzie bardzo przydatny przy zasilaniu naszych projektów elektronicznych bateriami litowymi. Moduł może bezpiecznie ładować baterię litową i zwiększać jej napięcie wyjściowe do regulowanego 5V, które może być używane do zasilania większości naszych płyt rozwojowych, takich jak Arduino, NodeMcu itp. Prąd ładowania naszego modułu jest ustawiony na 1A, a prąd wyjściowy jest również ustawiony na 1 A przy 5 V, jednak można go również łatwo zmodyfikować, aby zapewnić do 2,5 A, jeśli jest to wymagane i obsługiwane przez akumulator.

W całym samouczku omówimy schemat obwodu, jak zaprojektowałem płytkę drukowaną, jak ją zamówiłem i jakie problemy wystąpiły podczas lutowania elementów i testowania obwodu. Jeśli jesteś zupełnie nowy w bateriach litowych i obwodach ładowarki, zapoznaj się z wprowadzeniem do baterii litowych i obwodu ładowarki baterii litowej, aby uzyskać pomysł, zanim przejdziesz dalej z tym obwodem.

Tutaj użyliśmy PCBWay do dostarczenia płytek PCB dla tego projektu. W kolejnych częściach artykułu szczegółowo omówiliśmy całą procedurę projektowania, zamawiania i montażu płytek drukowanych dla tego obwodu ładowarki baterii litowej.

Wymagane składniki

• Układ scalony ładowarki akumulatorów litowo-jonowych TP4056
• FP6291 Boost Converter IC
• Złącze żeńskie USB typu A.
• 5-stykowe złącze Micro USB 2.0 typu B.
• 5 × rezystor (2 × 1 k, 1,2 k, 12 k, 88 k)
• 6 × kondensator (2 × 0,1 µf, 2 × 10 µf, 2 × 20 µf)
• 2 × diody LED
• 1 × cewka indukcyjna (4,7 µH)
• 1 × Dioda (1N5388BRLG)
• 18650 ogniwo litowe

Schemat obwodu i wyjaśnienie

Schemat obwodu ładowarki i modułu wzmacniacza baterii litowej 18650 podano powyżej. Obwód ten składa się z dwóch głównych części, z których jedna to obwód ładowania akumulatora, a druga to przetwornica doładowania prądu stałego na prąd stały. Część Booster służy do zwiększenia napięcia akumulatora z 3,7 V do 4,5 V-6 V. Tutaj, w tym obwodzie, zastosowaliśmy żeńskie złącze USB typu A po stronie wzmacniacza i 5-stykowe złącze Micro USB 2.0 typu B po stronie ładowarki. Pełne działanie obwodu można również znaleźć na wideo na dole tej strony.

Obwód ładowarka jest w oparciu o dedykowane litowo-jonowy ładowarki TP4056 cyfrowego. TP4056 to kompletna ładowarka liniowa stałoprądowa / stałonapięciowa do jednokomorowych akumulatorów litowo-jonowych. Pakiet SOP i mała liczba komponentów zewnętrznych sprawiają, że TP4056 idealnie nadaje się do zastosowań przenośnych. Ten układ scalony obsługuje operację ładowania akumulatora, przetwarzając napięcie wejściowe 5 V DC otrzymane przez gniazdo Micro USB. Połączone z nim diody LED sygnalizują stan ładowania.

DC-DC podwyższającą napięcie obwodu został zaprojektowany przy użyciu Boost DC-DC FP6291 IC. Ten 1 MHz DC-DC Step-Up Boost IC może być używany w aplikacji, na przykład, uzyskując stabilne napięcie 5 V z baterii 3 V. Obwód Boost Converter pobiera zasilanie wejściowe przez zaciski akumulatora (+ i -) jest przetwarzane przez układ scalony FP6291, aby zapewnić stabilne zasilanie 5 V DC przez standardowe gniazdo USB na jego wyjściu.

Wykonanie PCB 18650 Ładowarka do baterii litowych i moduł wzmacniacza

Teraz, gdy rozumiemy, jak działają schematy, możemy przystąpić do tworzenia PCB dla naszego projektu. Możesz zaprojektować PCB za pomocą dowolnego wybranego przez nas oprogramowania PCB. Po ukończeniu nasza płytka PCB wygląda jak poniżej.

Układ PCB dla powyższego obwodu jest również dostępny do pobrania jako Gerber z linku:

• 18650 ładowarka akumulatorów litowych plik Gerber

Teraz, gdy nasz projekt jest gotowy, nadszedł czas, aby wykonać je za pomocą pliku Gerber. Wykonanie PCB jest dość łatwe, po prostu wykonaj poniższe czynności:

Zamawianie PCB w PCBWay

Krok 1: Wejdź na https://www.pcbway.com/, zarejestruj się, jeśli to Twój pierwszy raz. Następnie w zakładce Prototyp PCB wprowadź wymiary swojej płytki PCB, liczbę warstw i liczbę potrzebnych PCB.

Krok 2: Kontynuuj, klikając przycisk „Cytuj teraz”. Zostaniesz przeniesiony na stronę, na której możesz ustawić kilka dodatkowych parametrów, jeśli jest to wymagane, takich jak użyty materiał, rozstaw ścieżek itp. Ale głównie wartości domyślne będą działać dobrze.

Krok 3: Ostatnim krokiem jest załadowanie pliku Gerber i kontynuacja płatności. Aby upewnić się, że proces przebiega bezproblemowo, PCBWAY sprawdza, czy plik Gerber jest prawidłowy przed przystąpieniem do płatności. W ten sposób możesz mieć pewność, że Twoja płytka drukowana jest przyjazna dla produkcji i dotrze do Ciebie zgodnie z zobowiązaniem.

Montaż i testowanie ładowarek 18650 i modułu Booster

Po kilku dniach otrzymaliśmy PCB w zgrabnym opakowaniu, a jakość PCB była jak zawsze dobra. Górna warstwa i dolna warstwa płyty pokazano poniżej.

Po zmontowaniu wszystkich komponentów i przylutowaniu czerwono-czarnego przewodu do pinów B + i B-, aby połączyć się z naszymi ogniwami 18650. Ponieważ nie miałem ze sobą zgrzewarki punktowej, użyłem magnesów do zabezpieczenia połączenia z ogniwami 18650. Zmontowany moduł wraz z baterią litową pokazano poniżej.

Zielona i żółta dioda LED na płytce wskazują stan ładowania modułu. Zielona dioda LED będzie się świecić, gdy akumulator jest ładowany, a żółta dioda LED będzie się świecić, ładowanie jest zakończone lub moduł oczekuje na akumulator. Port micro USB może służyć do ładowania akumulatora, jeśli ładowarka nie jest podłączona, wówczas nie będzie świecić ani zielona ani żółta dioda. Z tym modułem możemy użyć dowolnej ładowarki 5 V, po prostu upewnij się, że prąd wyjściowy ładowarki wynosi 1A lub więcej. Poniższy obraz pokazuje moduł ładujący naszą baterię litową, zwróć uwagę, że świeci się zielona dioda LED.

Wyjściowy port USB jest przeznaczony dla 5 V i 1 A. Napięcie baterii z ogniw 18650 jest zwiększane do 5 V, aby zasilać projekty elektroniczne. Poniższy obrazek pokazuje, w jaki sposób moduł może być użyty do zasilania płytki nano Arduino.

Zwróć uwagę, że maksymalny prąd wyjściowy modułu teoretycznie można skonfigurować nawet do 2,5A, ale praktycznie nie udało mi się uzyskać więcej niż 1,5A nawet gdy rezystor był ustawiony na 2,5A. Może to być spowodowane moją baterią lub samym układem wspomagającym. Jeśli jednak prąd obciążenia jest mniejszy niż 1 A, ten niedrogi obwód doładowania będzie wystarczający.

Mam nadzieję, że podobał Ci się artykuł i dowiedziałeś się czegoś przydatnego, jeśli masz jakieś pytania, możesz je zostawić w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystać z naszych forów, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.