Circuito carregador de bateria de íon-lítio USB 3.7V

Neste artigo, estudamos um circuito simples carregador de bateria de íon de lítio USB 3.7V para computador com desligamento automático e recursos de controle de corrente.

Como funciona

O circuito pode ser entendido com a ajuda da seguinte descrição:

O IC LM358 é configurado como um comparador. O IC LM741 não é usado, pois não é especificado para trabalhar com tensões inferiores a 4,5 V.

O pino 2, que é a entrada inversora do IC, é usado como o pino de detecção e é anexado a um preset para os ajustes e configurações necessários.

O pino # 3, que é a entrada não-inversora dos opamps, é referenciado em 3V, prendendo-o com um diodo zener de 3V.

Um par de LEDs pode ser visto através do pino de saída do opamp, para detectar e indicar a condição de carga do circuito. O LED verde indica que a bateria está sendo carregada, enquanto o vermelho acende assim que a bateria está totalmente carregada e o fornecimento da bateria é cortado.

Como carregar usando a porta USB

Lembre-se de que o processo de carregamento pode ser bastante lento e levar muitas horas, porque a corrente do USB de um computador é normalmente muito baixa e pode variar entre 200mA a 500mA, dependendo do número de porta usado para esse propósito.

Uma vez que o circuito é montado e configurado, o design mostrado abaixo pode ser usado para carregar qualquer bateria de íon de lítio sobressalente através da porta USB.

Primeiro conecte a bateria nos pontos indicados e, em seguida, conecte o conector USB com o soquete USB do seu computador. O LED verde deve se acender instantaneamente, indicando que a bateria está sendo carregada.

Você pode conectar um voltímetro à bateria para monitorar seu carregamento e verificar se o circuito interrompe a alimentação corretamente ou não no limite especificado.

Uma vez que a corrente de um USB de computador pode ser bem menor, o estágio de controle de corrente pode ser ignorado e o design acima pode ser muito simplificado como mostrado abaixo:

Videoclipe mostrando a ação de corte automático, quando a célula de íon de lítio é carregada até 4,11 V:

Observe que o circuito não iniciará o carregamento a menos que uma bateria seja conectada antes de ligar o interruptor, portanto, conecte a bateria antes de conectá-la à porta USB

Um LM358 tem dois opamp, o que significa que um opamp é desperdiçado aqui e permanece sem uso, portanto LM321 pode ser tentado em vez de evitar a presença de um opamp ocioso não utilizado.

Como configurar o circuito do carregador de íon de lítio USB acima:

Isso é extremamente fácil de implementar.

1. Primeiro, certifique-se de que o preset seja movido totalmente no lado do solo. Ou seja, o pino 2 deve estar no nível do solo por meio do preset inicialmente.
2. Em seguida, sem nenhuma bateria conectada, aplique 4,2 V exatos em toda a +/- linhas de alimentação do circuito, através de uma fonte de alimentação ajustável precisa.
3. Você verá o LED verde acender instantaneamente.
4. Agora, gire lentamente o preset, até que o LED verde apague e o LED VERMELHO acenda.
5. Isso é tudo! O circuito agora está configurado para desligar em 4,2 V quando a célula Li-Ion real atingir este nível.
6. Para o teste final, conecte uma bateria descarregada na posição mostrada, conecte a alimentação de entrada através de um soquete USB do computador e divirta-se assistindo a célula sendo carregada e desligada no limite estipulado de 4,2 V.

Recurso CC de corrente constante adicionado

Como pode ser visto, um recurso de corrente constante foi adicionado ao integrar o estágio BC547 com a base do BJT principal.

Aqui o resistor Rx determina o resistor de detecção de corrente, e caso o limite máximo de corrente seja atingido, a queda de potencial desenvolvida através deste resistor aciona rapidamente o BC547, que aterra a base do driver BJT, desligando sua condução e carregando a bateria .

Agora, esta ação continua oscilando no limite de corrente, habilitando a corrente constante necessária, CC carregamento controlado para a bateria de íons de lítio conectada.

Limitação de corrente não necessária para alimentação USB

Embora um recurso de limitação de corrente seja mostrado, isso pode não ser necessário quando o circuito é usado com um USB, uma vez que o USB já está muito baixo com a corrente e adicionar um limitador pode ser inútil.

O limitador de corrente deve ser usado apenas quando a corrente da fonte for substancialmente alta, como de um anel solar ou de outra bateria

Melhorando ainda mais o circuito

Depois de alguns testes, parecia que o transistor Darlington não conseguia mudar a corrente suficiente para as células de íons de lítio, especialmente as que estavam profundamente descarregadas. Isso resultou em uma diferença nos níveis de tensão na célula e nos trilhos de alimentação do circuito.

Para combater esse problema, tentei melhorar ainda mais o design, substituindo o único Darlington BJT por um par de rede NPN / PNP, conforme indicado abaixo:

Este projeto melhorou significativamente o fornecimento de corrente e resultou em uma redução na margem de diferença entre o nível de tensão do terminal da bateria e o nível de tensão de alimentação real e, portanto, comutação de corte falso.

O vídeo a seguir mostra o resultado do teste usando o circuito acima:

Usando um Relé 5V

Os projetos acima também podem ser construídos em 5V, o que garantirá a melhor entrega de corrente possível para a célula e um carregamento mais rápido. O diagrama do circuito pode ser visto abaixo:

Observe:

Este artigo foi substancialmente alterado recentemente e, portanto, as discussões de comentários mais antigas podem não corresponder ao diagrama de circuito mostrado neste projeto atualizado e explicação.