Возникла необходимость в аккумуляторном питании напряжением 8 вольт, для чего идеально подходит два последовательно соединенных литиевых аккумулятора. Но возник вопрос как балансировать ячейки при зарядке (если кто не в курсе, то из-за разных характеристик каждого отдельного аккумулятора они заряжаются с разной скоростью, что может привести к перезаряду отдельно взятой батареи). Поиски решения привели к статье на сайте cxem.net и к приведенной ниже схеме:
Схема понравилась относительной простотой и главное доступностью использованных деталей! Далее привожу цитату автора схемы с описанием принципа её работы.
Превратить TL431 в триггер Шмитта, удалось добавив в схему p-n-p транзистор Т1 и резистор R5. Работает это так — делителем R3,R4 определяется порог контролируемого напряжения. В момент, когда напряжение на управляющем электроде достигает 2,5 Вольта, TL431 – открывается, открывается при этом и транзистор Т1. При этом потенциал коллектора повышается, и часть этого напряжения через резистор R5 поступает в цепь управляющего электрода TL431. При этом TL431 лавинообразно входит в насыщение. Схема приобретает ярко выраженный гистерезис – включение происходит при 3,6 Вольт, а выключение — при 3,55 Вольт. При этом в затворе силового ключа формируется управляющий импульс с очень крутыми фронтами, и попадание силового ключа в активный режим – исключено. В реальной схеме, при токе через балансировочный резистор равном 0,365 Ампер, падение напряжения на переходе сток-исток силового ключа составляет всего 5-6 мВ. При этом сам ключ, всегда остаётся холодным. Что, собственно, и требовалось. Эту схему можно легко настроить для контроля любого напряжения (делителем R3,R4). Величина максимального тока балансировки определяется резистором R7 и напряжением на секции аккумулятора.
Схему я переработал под имеющиеся в наличие компоненты и добавил светодиоды для индикации. Транзисторы подойдут буквально любые, стабилитрон TL431 можно найти в большом количестве блоков питания например от компьютера или монитора, там же можно выдрать и транзисторы единственное условие: силовые транзисторы должны иметь достаточно низкое пороговое напряжение на затворе, для литиевых аккумуляторов подойдут с пороговым напряжением 4 вольта (их еще называют транзисторы с «логическими» или «цифровыми» уровнями).
Так как в качестве блока питания я планировал использовать то, что есть в наличии, например блок питания от ноутбука напряжением 19 вольт который всегда на столе, то в схему добавил узел стабилизации напряжения построенный на стабилитроне и n-p-n транзисторе, а так же ограничил ток до 400 миллиампер добавив с схему БУ-шную LM317. Да, заряжать аккумуляторы таким током придется несколько часов, но для меня это не критично.
Схема линейная, ток ограничен 400 миллиамперами, а следовательно чрезмерного нагрева не будет, но небольшой радиатор все же нужен, я использовал кусок алюминиевого уголка для охлаждения транзистора стабилизатора напряжения и LM317. Силовые нагрузочные транзисторы не должны греться, однако в моем случае один из них все же выделяет немного тепла, думаю это обусловлено какими то конкретно его особенностями. Нагрев не критичный но для собственного успокоения я все же добавил небольшую полоску алюминия в качестве радиатора. Ну и нагрузочные резисторы само собой разумеется будут выделять тепло.
Получившееся зарядное устройство подключаеться к отельному «балансировочному» разъему аккумулятора, в финальой версии для него, на 3D принетере было распечатано подобие корпуса.
Скачать схему и печатную плату в формате Sprint-Layout 6
Ссылки на компоненты использованные в данной статье:
- регулируемый стабилитрон TL431
- стабилизатор тока и напряжения LM317
- набор резисторов
- транзистор 2N3904
- транзистор 2N3906