Крупногабаритный аккумулятор «Космос» 18650 производства КНР, имеющий почему-то одинаковое обозначение с аккумулятором 18650 типоразмера AA-size, также можно использовать в предлагаемом вашему вниманию аккумуляторном блоке питания (несмотря на то, что аккумулятор - «гигант» имеет встроенную защитную плату).
Список сокращений в статье
1). АБП - аккумуляторный блок питания (название статьи).
2). ЗУ - зарядное устройство.
3). ПВХ - поливинил-хлоридная (трубка).
4). Li-Io – Литий-ионный и LiPo – литий-полимерный (аккумуляторы).
Аккумуляторный блок питания (далее просто АБП) разрабатывался для совместной работы с ПДФ2 (Проигрывателем для флешки-2). Однако АБП можно использовать для работы с другими устройствами, питающимися от стабилизированного напряжения + 5 Вольт, и имеющими потребляемый ток не более 500 мА.
АБП создан на базе двух покупных изделий – микромодулей, размещённых на малогабаритных печатных платах с SMD-компонентами.
Модуль А1 - Модуль зарядки LiIo/LiPo аккумуляторов с защитой TP4056 (mini USB) – заказан на Алиэкспресс, но его близкий аналог - модуль зарядки LiIo/LiPo аккумуляторов (артикул: 00611) с защитой TP4056 (micro USB) можно купить быстрее (в течение 10 дней) за 36 рублей в интернет магазине MCU.
Основные характеристики модуля А1
Модуль зарядки LiIo/LiPo аккумуляторов на TP4056 и схемой контроля батареи имеет защиту от переразряда / перезаряда и перегрузки по току. Зарядка аккумулятора может осуществляться как от microUSB, так и от внешнего источника питания.
Входное напряжение - +4,5В … +5,5 Вольта;
Напряжение полного заряда - + 4,2 Вольта;
Защита от перезаряда - +4,30 ± 0,050 Вольта;
Регулируемый ток зарядки – 0,1 … 1А;
Точность зарядки - 1,5 %;
Порог срабатывания защиты от переразряда - +2,4 ± 0,100 Вольта;
Защита от перегрузки и короткого замыкания - 3A;
Диапазон рабочих температур от -10 ºС до +85 ºС;
Размер платы: 26 х 17 х 4,5 мм.
ИМС TP4056 - контроллер заряда Li-ion батареи – имеет аналоги 4056, 4056E, TP4056E и располагается в корпусе SOP8, имеющем 8 выводов.
Модуль зарядки LiIo/LiPo аккумуляторов на TP4056 имеет недостатки.
1). Отсутствует защита от переполюсовки (от неправильной полярности включения).
2). При работе от аккумулятора включение нагрузки осуществляется нажатием кнопки SB1 «Пуск» (если установка переключателя SA1 в положение «Вкл» оказалась не достаточной).
Введение дополнительной кнопки SB1 c двумя НР контактами показано красным цветом на рисунке 1А. При наличии кнопки с парой переключающихся контактов (см. рисунок 1В) можно исключить возможность по забывчивости нажать SB1 при подключённом ЗУ (зарядном устройстве). Примечание: рисунок 1В находится в архиве файла «ABP_4work», поставленного на пароль.
Основные характеристики модуля А2
Преобразователь DC/DC повышает входное напряжение с +3,3 … +5 Вольт до +5 Вольт. Артикул: 01721. Совместим с LiIo/LiPo аккумуляторами, имеющими рабочее напряжение 3,7 Вольта.
Ток нагрузки – 500 мА, не более (зависит от входного напряжения).
Коэффициент преобразования – до 96%.
Размер платы: 25 х 18 х 6 мм.
Список деталей для изготовления отсека GB1:
1). Прямоугольный отрезок листового паронита 45 х 17,5 х 0,7 мм. (Паронит можно заменить электрокартоном или стеклотекстолитом толщиной до 1 мм).
2). Отрезок ПВХ (поливинил-хлоридной) трубки диаметром 4 мм. (длиной 3 мм., но лучше с тройным запасом).
3). Прямоугольный отрезок красной меди 95 х 50 х 1 мм.
4). Прямоугольный отрезок пружинистой бронзы 25х8х0,35 мм.
5) Скрепка канцелярская (толщиной 0,8 … 1 мм желательно в цветной ПВХ трубке).
6). Самодельная «вынималка» GB1 – отрезок кожзаменителя размерами 77 х 25 х 1 мм, вырезанный, например, из старой папки, скрепляющей дипломный проект.
Необходимые крепёжные изделия
1). Винт латунный М3 х 8.
2). Лепесток монтажный М3 (можно вырезать из жести толщиной 0,35 мм).
3). Шайба Гровера (пружинная стальная шайба) М3.
4). Гайка латунная М3.
5). Два полых цилиндра (для крепления расклёпыванием) с резьбой М2,5 (например, D = 6 мм.; H = 3,5 мм.; h = 2 мм).
Примечание. 1) по возможности, весь крепёж (во избежание коррозии) рекомендуется применить латунный. Использование стальных крепёжных изделий потребует троекратное покрытие крепежа влагозащитным лаком или нитрокраской.
Наиболее интересные выдержки
Выдержки с разных сайтов, посвящённых контроллеру, созданному на базе ИМС TP4056, и предназначенному для заряда и защиты Li-ion батареи.
Модуль А1 может заряжать Li-ion и li-po (литий-ионные и литий-полимерные) аккумуляторы.
Допустимый нагрев TP4056 – не более +80ºС.
При входном напряжении +12 Вольт ИМС TP4056 взрывается.
А1 греется гораздо меньше при питании напряжением + 4,2 … 4,3 Вольта. Допустимое входное напряжение + 4,5 … + 8 В, но рекомендуется не превышать величины + 5 Вольт. В ИМС TP4056 происходит линейное (а не импульсное) преобразование напряжения и, соответственно нагрев тем больше, чем выше входное напряжение.
При токе около 3,2 Ампера модуль отключает нагрузку. Транзисторная сборка U3 из двух полевых транзисторов довольно сильно, но не критично нагревается, рассеивая при этом мощность около 0,7 Ватта.
Оптимальная (по нагреву) разница напряжений вход – выход составляет 0,4 Вольта.
При КЗ, с отключением нагрузки модуль успешно справляется (и даже без нагрева элементов).
Переполярность (перепутали «+» и «-») при включении приводит к моментальному разогреву и выходу из строя ИМС TP4056.
Модуль А1 от аккумулятора отсоединять не имеет смысла, так как ток, потребляемый модулем от аккумулятора ничтожно мал (десятые доли миллиампера).
Рекомендуемая замена ИМС TP4056 – IP2312 (4,2 … 4,4 Вольта; 1 ... 3 Ампера).
Настройка АБП
Обычно для зарядки Li-ion аккумуляторов используют ток зарядки равный половине численного значения ёмкости или менее (0,2 … 0,5 С). А чтобы использовать модуль для зарядки аккумуляторов малой ёмкости следует подобрать сопротивление резистора R3 в соответствии с таблицей (см. рисунок 1Б). Для этого R3 заменяют подстроечным резистором с номиналом до 33 кОм. Регулировать зарядный ток (заменив R3 подстроечником) можно во время заряда GB1.
Ток зарядки будет ограничен возможностями источника питания (ЗУ) и нагревом модуля. Авторская ИМС TP4056 оснащена термозащитой, которая снижает ток зарядки при перегреве.
Если, нагрев по какой-либо причине нужно снизить, то сопротивление R8 можно увеличить с 0,2 до 0,4 Ома или дополнительно плату модуля установить на медный радиатор через тонкий слой терморезины.
Рисунок 1Б.
Работа с АБП
1). Выбирают или заказывают требуемый аккумулятор (18650) (желательно без встроенной в корпус аккумулятора платы защиты). Аккумулятор с платой защиты имеет неоправданно большие размеры.
2). Делают дозарядку аккумулятора до загорания синего LED «Заряжен», расположенного на плате защиты А1. (Обычно новые аккумуляторы поставляются в разной степени заряженными).
3). Отключают от АБП кабель, ведущий к ЗУ. Включают нагрузку (ПДФ2) тумблером SA1 (и, при необходимости, дополнительным нажатием кнопки SB1 «Пуск»).
4). По окончании работы с нагрузкой (ПДФ2) переключатель SA1 «Вкл» устанавливают в верхнее (по схеме - рисунок 1) положение.
Примечание: Заряд GB1 выполняется при замкнутых контактах переключателя SA1 «Вкл».
Информация любителям улучшать изделия
1). Если есть желание сделать индикаторы «Заряд» (красный) и «Заряжено» (синий) доступными к просмотру на передней фальшпанели гаджета, SMD – светодиоды можно заменить более крупными 3-х или 5- миллиметровыми.
2). Для увеличения напряжения срабатывания защиты с +2,2 … 2,4 Вольт до +2,8 Вольт можно последовательно с резистором R5 (100 Ом) включить 1-2 кремниевых диодов с прямым падением напряжения порядка 0,6 … 0, 7 Вольта. SMD резистор можно заменить обычным типа УЛИ, ОМЛТ или ВС. Подойдут малогабаритные диоды Шотки, например, SS24, SS34.
3). При использовании аккумуляторов с ёмкостью менее 2 А/часов, рекомендуется уменьшить зарядный ток.
4). Все выводы двух модулей можно соединить параллельно, тогда ток заряда аккумулятора и ток нагрузки возрастут вдвое.
Уважаемые читатели!
Предлагаем Вашему вниманию гуманитарный блок к статье АБП. Первая часть гуманитарного блока – четыре загадки.
Загадка – шарада №1.
Сначала предлог из двух букв напишите.
Потом от меча вы себя сберегите –
здесь на три буквы холодный расчёт.
Шестой – буква «А» пусть подсказкой идёт.
Может быть, вам более по нраву придётся другая загадка. Попробуйте прочитать подсказку:
Загадка №2.
В хоккее есть, в электросчётчике - есть.
А в гаджете, если не будет –
литиевый аккумулятор погубит.
Третья загадка не представляет из себя неразрешимую задачу.
Загадка №3.
В правовом государстве – социальная.
В команде аутсайдеров – дырявая.
В неудавшемся наступлении – вынужденная.
А в сложном девайсе – электронная.
И, наконец, последняя - загадка №4 – пожалуй, самая фривольная и простая.
Даже опытный пострел забывать о ней не смел.
Если всё же забывал – часто в чайник получал.
Вторая часть гуманитарного блока - ребус АБП №1 (см. рисунок 1г). Он является заданием, дублирующим первую часть гуманитарного блока.
Рисунок 1г.
Полный ответ к ребусу АБП №1:
По полному ответу к ребусу несложно выделить ответ и проследить почему так, а не иначе читаются рисунки, составляющие ребус.
Разгадав ребус или загадки, следует ввести ответ в строку «Пароль» файла «ABP_4work». При правильном ответе вы сможете, получить комплект рисунков для изготовления АБП. Также, (к тихой радости любителей разгадывать ребусы) Вы сможете в открытом виде прочитать ответ к ребусу №1. Архив файла «ABP_4work» можно скачать здесь:
ВИДЕО
Если у Вас есть желание посмотреть на поделку при демонстрации её внешнего вида и «работы», то откройте видео «АБП_пров» (142 МБ), пройдя по ссылке:
Для того, чтобы посмотреть этот же файл на мобильном устройстве вы можете воспользоваться QR - кодом:
А вот, что хотела сообщить об АБП голосовой помощник от Яндекса, непревзойдённый диктор – бот Алиса:
Я тоже люблю паять, но у меня нет возможности уделять любимому занятию много времени. Рада, что, хотя бы участвую в рецензировании статьи. Итак, начну с критических замечаний.
1). В первый раз вижу такую нарядную схему (рисунок 1). А может быть и правда, принципиальная не принципиально? Так для начинающих понятнее.
2). Хочу дополнить, что входящие на АБП +5 Вольт, можно подать или через USB – разъём, или через проводники, впаянные в квадратные пятачки «плюс» и «минус» на плате защиты.
3). Хороша схема, но о дополнительной кнопке «Пуск», включённой корректно можно узнать только из поставленного на пароль ZIP-архива (смотрите рисунок 1В).
4). Применение громоздкого аккумулятора со встроенной внутрь его платы защиты - это уже (выражаясь лингвистически) техническая тавтология (масло масленое). Дополнительный нагрев, хотя и в допустимых пределах.
Далее - положительные моменты.
1). Используя АБП, можно не бояться перезарядить или чрезмерно разрядить аккумулятор, а также сделать КЗ. Во всех случаях сработает защита и отключит аккумулятор.
2). А чего стоит добыча перемычек из старых резисторов! Такое решение ласкает глаз и бередит душу. Впрочем, не оставаться же без дела старым резисторам. Пусть послужат перемычками.
3). Нагрев модулей совсем не большой, правда и время полного заряда аккумулятора составило 8 часов.
4). Монтаж АБП получился аккуратным, жалко только, что ничего не сказано о корпусе изделия.
И в заключение, советы по возможной доработке АБП.
1). Обязательно посмотрите видео. Часть важных материалов вынесена туда.
2). Не пытайтесь вносить изменения в схему АБП без наличия паяльника с тонким жалом.
3). Перед подключением зарядного устройства проверьте, соблюдена ли полярность включения модуля А1. Переполярность приведёт к выходу из строя ИМС TP4056.
4). Для обеспечения большого (до 1 Ампера) зарядного тока, следует выбирать ЗУ, рассчитанные на такой же или больший выходной ток.
5). Я была бы рада, если кто-то подскажет, как увеличить выходное напряжение преобразователя DC/DC хотя бы на 0,7 Вольта.
На этом дозволенные речи прекращаю: улетаю на астероид Круитни (он всего 5 км в диаметре) на коллоквиум для ознакомления с основными принципами создания блоков питания на сверхмалых спутниках.
Пожелайте мне удачи! И начинайте разработку собственного аккумуляторного блока питания. Поверьте, это гораздо интереснее, чем следовать алгоритму, предлагаемому другими конструкторами.
Особенности изготовления АБП
Рисунок 02.
Материалы, необходимые для изготовления отсека – держателя аккумулятора GB1.
Рисунок 03.
На рисунке 3 (см. построчно сверху-вниз) изображены:
1). Вырезание ножницами из листового паронита 3 изолирующих прокладок с отверстием D=4,2 мм. Быстрее будет если сначала просверлить отверстия, а уже затем разрезать заготовку.
2). Изготовление из отрезка пружинистой бронзы размерами 25 х 8 х 0,35 мм подпружиненного контакта «+3,7 В».
3). Получение отрезка ПВХ – трубки для изолирования подпружиненного контакта «+3,7 В» от медного корпуса отсека.
Сверло большого диаметра – для двусторонней зенковки (снятия заусениц) отверстия в бронзе.
Рисунок 04.
На отрезке красной меди сверху – типоразмер AA-size аккумулятора GB1.
В центре – отсек в сборе.
Снизу - бонка с резьбой М2,5 для крепления расклёпыванием.
Справа – крепёж для сборки подпружиненного контакта «+3,7 В».
В самом низу рисунка – порядок изготовления кожаной «вынималки» аккумулятора GB1 из самодельного отсека.
Рисунок 05.
Порядок сборки подпружиненного контакта «+3,7 В» для аккумуляторного отсека. Торцы отсека лудятся паяльником мощностью не менее 60 Вт.
Рисунок 06.
Отсек в сборе. Красные стрелки показывают, что винты М2,5х6 мм вкручиваются в расклёпанные в дне отсека бонки с резьбой М2,5.
Рисунок 07.
Развёртка отсека – держателя GB1 из листовой красной меди толщиной 1 мм. Пунктиром указаны линии изгиба развёртки под углом 90 градусов.
Рисунок 08.
Чертежи развёрток контакт-пружины (подпружиненного контакта «+3,7 В») и трёх паронитовых прокладок. Контакт-пружина вырезается ножницами по металлу и её кромки обрабатываются надфилем или плоским бархатным напильником
Рисунок 08а.
В присланном с Алиэкспресс пакете были 4 одинаковые платы одним монолитом. Оказывается, их можно просто разломить по уже сделанным с двух сторон насечкам между платами! Но делать это желательно в мягких перчатках, осторожно.
Рисунок 09.
Модуль А1 «Плата защиты» и модуль А2 «DC/DC - преобразователь». ПБО (позиционные буквенные обозначения) обоих модулей хорошо видны и на них имеются сноски в тексте статьи.
Рисунок 10.
Отсек для аккумулятора типоразмера AA-size в сборе. Боковые кромки сторон отсека облужены, на случай дальнейшего укрепления жёсткости корпуса (Пропаивать лужёные части, как оказалось после пробной установки GB1 и отсек, не потребовалось).
Рисунок 11.
Изображено:
1). Самодельный отсек (вид сбоку-снизу).
2). Выключатель KCD11 красная клавиша (артикул 00415 в интернет магазине MCU 17 рублей).
3). Модуль А1 «Плата защиты» (заказан недорого на Алиэкспресс). Кроме того, модуль зарядки LiIo/LiPo аккумуляторов TP4056 с разъёмом microUSB (артикул 01671 имеется в интернет магазине MCU за 35 рублей).
4). Модуль А2 «Преобразователь DC/DC повышающий 5 Вольт» (артикул 01721 - имеется в интернет магазине MCU за 60 рублей).
Рисунок 11а.
Если нет монтажного одножильного провода достаточной толщины, для соединения модулей А1 и А2 с нагрузкой, то с резисторов с редко востребованными номиналами можно просто обрезать выводы (ножки). Предварительно выводы зачищают и облуживают. В авторском случае использовано 2 резистора МЛТ0,5 с толщиной выводов 0,8 мм и длиной выводов 25 мм. Радиолюбителей, вставших на защиту «испорченных» резисторов, желаем успокоить. В случае крайней необходимости, резисторы можно восстановить, сняв краску с медных чашечек и подпаяв к ним «ножки».
Рисунок 12.
Подключённые к источнику +5 Вольт модуль А1 + модуль А2 (без подключённого аккумулятора GB1) вырабатывают выходное напряжение +5,10 Вольта. Но не всё так просто! (Больше информации смотрите в видео).
Рисунок 13.
Пока посылка с Li-ion аккумулятором упорно не шла из Алиэкспресс, решено было испытывать АБП с другим (крупногабаритным) аккумулятором «Космос» с установленной внутри корпуса «защитной платой». Футляр (МКАУ.734348.003 2-4 >PE-HD<) для увеличенного аккумулятора 18650 с платой защиты пр-ва КНР сделан из запчасти: Упор задний (ограничитель от прикосновения испарителя к стенке) для холодильников Атлант, Минск (Atant, Minsk). Артикул запчасти: 773434800300. Номер на запчасти МКАУ.734348.003 (MKAY734348003).
Рисунок 14.
На свежем аккумуляторе, отдающем в нагрузку небольшой (90 мА) ток через модуль А2 (DC/DC преобразователь до +5 Вольт), контролируется постоянное напряжение 3,8 Вольта (замерено сразу после вынимания аккумулятора из упаковки).
Рисунок 15.
График, поясняющий принцип заряда аккумулятора. Battery Carrent – это зарядный ток. End of Charge Current – конечный зарядный ток, уменьшившийся до 0,1С (до 10% от численного значения ёмкости конденсатора).
Выдержки по зарядке Li-ion аккумуляторов
1). Kantata: Прикиньте, - акум вставляешь и вместо холостого хода 1,44 Вольта – 3,70 вольт - чудеса, да? Во, до чего техника дошла (сарказм). А чего тут удивляться - сам делал такие зарядки, у которых при отсутствии аккумулятора на выходе почти 0. Плохо то, что их нельзя использовать в качестве блока питания.
2). Насчет малых токов заряда - это свойственно всем силовым аккумуляторам. Не любят они малый ток заряда при большом токе разряда. Хоть литиевые, хоть свинцовые.
3). При зарядке низкими токами ниже 0,1С (где С – ёмкость аккумулятора), Li-ion и др. аккумулятор постепенно теряет возможность отдавать большой ток.
4). Производителями Li-ion рекомендуется зарядный ток в пределах 0,5С ... 1С, а еще лучше 0,5С ... 0,8С.
5). Красный и синий светодиоды (модуля А1) не могут гореть одновременно, но могут перемигиваться с высокой частотой, и тогда кажется, что горят одновременно.
6). Напряжение заряда устанавливается +4,2 В. Ток заряда запрограммирован внешним резистором (R3). Заряд прекращается, когда плавающее напряжение достигнет 4,2В, а зарядный ток упадёт до 0,1 от запрограммированного.
Информация взята из этого - сайта.
Список видео, выбранных из интернет-сети
1). Подробное видео длительностью 12 минут и 11 секунд «Зарядка и защита литиевых аккумуляторов 2я часть про TP4056».
2). Видео длительностью 19 минут и 48 секунд «Как сделать отсек держатель для батареек или аккумуляторов своими руками». Видео длинное. И чтобы понять, нужны ли вам предлагаемые держатели, начните просмотр с временной метки 18.45 «Итоги». Пожалуй, менее неудачный держатель на этом видео начинается с временной метки 03:54 и длится до 07.10 «Подключение 18650 используя пластик от бутылки».
3). Видео c тайм-кодом (оглавлением) длительностью 18.10 «Секреты зарядок на TP4056 и защите на DW01A + FS8205A». Приводятся Э3, назначение выводов, контроль tº C, функция управления ТТЛ и … (вход разрешение V). Самое подробное описание.
4). Видео длительностью 13.17 «IP2312 Лучшая зарядка для Li-ion аккумуляторов? На 3А? TP-4056 не нужен?».
Примечание
В статье использованы ребус АБП №1 и загадки радиотехнической тематики ЗРТ2 №№ 221, 219, 212, 220.
