Vestavná nabíječka akumulátorů Li-ion - nová verze
Build-in Li-ion accu charger - new version

Build-in charger for instruments powered single Li-ion or Li-pol accumulator. If external power supply not conected to charger, back current from accu to charger is very small. New version improved temperature stability and not needed NTC thermistor.
Old version is here.

Obr. 1. Upravené zapojení vestavné nabíječky akumulátorů Li-ion
Fig. 1. modified circuit of build-in Li-ion accumulator charger

Popis zapojení

Po jednoduché úpravě lze z původního zapojení vypustit termistor pro kompenzaci teplotní závislosti. Po úpravě (viz obr. 1) pracuje tranzistor T4 ne jako sledovač napětí, nýbrž jako spínač. Není-li přítomno nabíjecí napětí, je tranzistor T4 uzavřen a děličem z rezistorů R4 až R6 neprochází žádný proud. Přechod báze-emitor T1 je polarizovaný v závěrném směru, na bázi je nulové napětí, takže ani tranzistorem T1 neprochází zpětný proud. Po připojení nabíjecího napětí alespoň 4,9 V se na bázi T1 objeví napětí asi o 0,5 až 0,6 V větší, než je napětí nabíjeného akumulátoru. Při plně nabitém akumulátoru (4,2 V) je na bázi T1 asi 4,7 V. Protože na vstupu R stabilizátoru TL431 je napětí přibližně 2,5 V, je tranzistor T4 otevírán napětím asi 2,2 V. Při tomto napětí je tranzistor T4 otevřen a odpor sepnutého kanálu je řádu jednotek, maximálně desítek ohmů a jeho odpor se v děliči prakticky neuplatní. Je-li nabíjen vybitý akumulátor, je napětí na bázi T1 menší a T4 nemusí být zcela otevřen. To však nevadí, protože v této fázi je akumulátor stejně nabíjen v režimu „konstantního proudu“ a stabilizace napětí se neuplatní. Pro správnou funkci nabíječky musí mít tranzistor T4 malé prahové napětí. Dobře vyhoví tranzistory BSS138 (SMD) nebo BS108 pro klasickou montáž. Oba tyto typy mají prahové napětí typicky okolo 1 V. Omezovač nabíjecího proudu s tranzistory T2 a T3 byl již podrobně popsán zde a nebudu ho zde opakovat.

Nabíjecí napětí po úpravě již není závislé na prahovém napětí T4 a odporu termistoru. Teplotní stabilita je určena prakticky jen stabilitou IC1. Proto byl ze zapojení odstraněn trimr a nabíjecí napětí je napevno nastaveno rezistory R4 až R6. Vynecháte-li (zkratujete) rezistor R5, bude konečné nabíjecí napětí zpravidla nepatrně větší než 4,2 V. Zapojením rezistoru R5 lze napětí upravit na potřebnou velikost. Stačí-li vám nabití akumulátoru na 90 až 95 %, doporučuji nastavit nabíjecí napětí na 4,1 až 4,15 V. Při menším nabíjecím napětí se velmi významně zvětší počet nabíjecích cyklů a prodlouží doba života akumulátoru.

Obr. 2. Nabíječka s indikací nabíjení
Fig. 2. Charger with charge indicator. If charge current go down, decrease LED light intensity

Při nabíjení ve fázi „konstantního proudu“ je na rezistoru R1 úbytek napětí asi 0,5 V, ve fázi nabíjení „konstantním napětím“ se postupně zmenšuje až k nule. Nabízí se tak možnost indikovat průběh nabíjení. K tomu slouží obvod s tranzistorem T5 a diodou D1 v zapojení na obr. 2. Protéká-li rezistorem R1 proud, je součet úbytku napětí na R1 a prahového napětí D1 větší, než napětí potřebné k otevření tranzistoru T5. T5 je otevírán proudem tekoucím rezistorem R7. Rezistorem R8 prochází proud, LED svítí a indikuje nabíjení akumulátoru. Ve fázi nabíjení konstantním napětím se zmenšuje nabíjecí proud a úbytek napětí na rezistoru R1 se zmenšuje. Zmenší-li se úbytek téměř k nule, neprochází proud rezistoru do báze T5, ale diodou D1. Ke konci nabíjení jas LED pomalu slábne, až při plném nabití téměř zhasne. Na místě D1 jsem původně použil Schottkyho diodu (má oproti běžné asi poloviční úbytek napětí), ale LED pak zhasínala již při přechodu z fáze nabíjení konstantním proudem do fáze nabíjení konstantním napětím, kdy akumulátor ještě není zcela nabit.

Obr. 3. Zjednodušené zapojení nabíječky pro nabíjení ze zdroje s omezeným proudem
Fig. 3. Simpified circuit with current limited power supply

Použijete-li k napájení nabíječky zdroj s velmi malým transformátorem nebo malý síťový adaptér „do zdi“, není třeba omezovat proud v nabíječce, o to se postará napájecí zdroj. Lze pak použít zjednodušené zapojení nabíječky, které je na obr. 3. Je třeba jen zkontrolovat, aby nabíjecí proud nebyl větší než maximální povolený, zpravidla 0,5 C.

Obr. 4. Závislost zpětného proudu z akumulátoru do nabíječky na vstupním napětí
Fig. 4. Reverse current from accumulator to charger

Pro úplnost dodávám, že nabíječkami z obr. 1 až 3 teče malý zpětný proud (max. asi 120 µA) v případě, že na vstupu nabíječky je napájecí napětí o něco menší, než je napětí akumulátoru (obr. 4). Protože v praxi tento stav trvale nenastane (napájecí zdroj je připojen nebo odpojen), není to na závadu.

Obr. 5. Deska s plošnými nabíječky z obr. 1. Použijete-li pravé tlačítko myši a zvolíte-li "Uložit obrázek jako", získáte předlohu spojů v rozlišení 600 dpi
Fig. 5. Charger from fig. 1 PCB layout. Click right mouse button and choose "Save image as" to get 600 dpi resolution image

Obr. 6. Rozmístění součástek nabíječky
Fig. 6. Locations of components on charger board

Obr. 7. Fotka zkušebního vzorku
Fig. 7. Charger board photo

Obr. 8. Nabíječka z obr. 2 vestavěná do svítilny
Fig. 8. Charger from fig. 2 in lantern

Seznam součástek (obr. 1, 5, 6 a 7)
Components (fig. 1, 5, 6 and 7)

Jaroslav Belza

Nabíječka byla otištěna v časopise "Praktická elektronika" 9/2005 na s. 30
Charger was printes in magazine "Praktická elektronika" 9/2005, page 30

15. 9. 2005
18. 10. 2005 upd.