Схема зарядного устройства, представленная в данной статье, предназначена для зарядки от 1 до 4 LiFePO4 (литий-железо-фосфатный) аккумуляторов с током до 1,5 А.
Принципиальная схема зарядного устройства показана на рисунке ниже. Микросхема DD1 (BQ24620RVA) является импульсным понижающим преобразователем напряжения, которая предназначена для зарядки LiFePO4 аккумуляторов.
Питание для зарядного устройства подводится к разъему DC, и должно находиться в диапазоне 17…22 В, при нагрузке 1,5 А (для 4-х аккумуляторов). Этим требованиям идеально отвечает импульсный блок питания от ноутбука или простой мостовой однополупериодный выпрямитель с фильтром.
Диод VD1 (MBRS540T3) препятствует обратной подаче питания и защищает от разряда аккумулятора при отключении сетевого питания.
Элементы R1, C1, DZ, R2, C4 представляют собой фильтр от перенапряжения, защищающий DD1 от превышения допустимого напряжения при подключении источника питания.
Конденсаторы C2, C3 фильтруют входное напряжение, а C10, C11 выходное напряжение зарядного устройства. Транзисторы VT1, VT2 (SIR422DP) являются ключевыми компонентами преобразователя. Элементы C6, C7 и VD2 (BAT54) являются частью схемы, обеспечивающие полярность для управляющих транзисторов.
Конечное напряжение зарядки определяется делителем напряжения R12/R12A/R11, точное значение определяет по формуле Vacc = 1,8 × (1+ (R12||R12A)/R11).
В данном случае Vacc выбрано на уровне 14,35 В (LiFePo4 4шт.), это чуть ниже стандартных 3,6 В для одного аккумулятора.
Напряжение, в зависимости от количества последовательно соединенных аккумуляторов, может быть скорректировано путем изменения сопротивления резисторов R12||R12A. В нашем случае R12=692 кОм, R12=NC, R11=100 кОм.
Необходимо обратить внимание на правильный подбор напряжения заряда, поскольку оно является критичным фактором не только для долговечности, но и для безопасной работы аккумуляторов. Как правило, LiFePO4 аккумуляторы имеют напряжения заряда 3,6В для одной банки.
Встроенная защита DD1 отключает управление транзисторами, когда выходное напряжение превышает на 8% установленного напряжения Vacc. В случае превышения напряжения питания 32 В, активируется система защиты OVP (Over Voltage Protection — защита от перегрузки по напряжению)/ Так же BQ24620RVA имеет встроенный датчик температуры, который отключает ее при превышении 145°C.
Фаза зарядки выполняется в три этапа:
- Обнаружение аккумулятора — DD1 проверяет наличие аккумулятора и измеряет его напряжение. В зависимости от результата измерения, зарядка либо отключается, либо зарядное устройство переходит к следующему этапу.
- Предварительная зарядка током Iacc/10 — если напряжение Uvfb меньше 0,35 В, процесс длится 30 минут. Если по истечении этого времени напряжение не увеличивается, аккумулятор считается поврежденным и процесс зарядки прекращается. Если же напряжение возрастает и становиться больше 0,35В, DD1 переходит к третьему этапу.
- Быстрая зарядка CC/CV номинальным током Iacc — когда предыдущий шаг завершен, или напряжение Uvfb превышает 0,35 В после обнаружения батареи на первом этапе. Встроенный таймер (5 часов) защищает аккумулятор. Если за это время не будет достигнуто конечное напряжение, то зарядка прекращается и сигнализируется сбой.
Встроенный таймер имеет фиксированную заводскую установку, поэтому следует обратить внимание на правильный подбор тока зарядки, чтобы не допустить ситуации, когда исправный аккумулятор будет заряжаться слишком малым током и зарядное устройство посчитает его поврежденным из-за превышения времени зарядки.
Процесс зарядки зависит от температуры. Измерение производится NTC термистором 103AT-2, который подключается к разъему TH. Термистор следует устанавливать непосредственно между аккумуляторами. Пороговые значения температуры определяется делителем напряжения на резисторах R8, R8A и R9, подключенных к выходу TS.
Если температура находится в указанном диапазоне, то сохраняются номинальные параметры процесса зарядки. Если температура превысит пороги (73,5% Vref для „низкой” и 37% Vref для „высокой” температуры), зарядное устройство отключиться и будет ждать возвращения температуры в заданный диапазон. Пороги имеют гистерезис для предотвращения случайного переключения.
Светодиоды PG и STAT отображают состояние зарядного устройства. PG сигнализирует о корректном напряжении питания (DC > LVO). Светодиод STAT указывает на активный процесс зарядки, мигание STAT сигнализирует о срабатывании защиты зарядного устройства, отключенный STAT, при мигающем PG, сигнализирует о завершении зарядки.
