一款分立元件级4S锂电平衡充DIY详细制作过程（有图有PCB）

kjyhaohbv · 发表于 2012-1-30 18:53

本帖最后由 kjyhaohbv 于 2012-1-30 19:46 编辑

在网上看到了一款锂电平衡充电路，是分立元件的，算了一下，成本还不高，很感兴趣，节前做了几片4S锂电平衡充
PCB板，过节在家做了两个。根据不同的接线方法，可给3.7V~16.4V锂电池；既：1S（1个16.4V）~2S（2个8.4V）~3S
（1个8.4V2个4.2V）~4S（4个4.2V）各种规格的锂电池、锂聚合物电池或A123电池充电。供电：可直接使用12V蓄
电池供电，也可另配家用电源适配器或车载电源适配器供电。

我使用的是2个10W双7.5V输出的变压器供电；

分立元件级4S锂电平衡充DIY详细过程（有图有PCB）
以下（摘）自“http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=130177”

充电器的性能特点：
1、这个平衡充为每个锂电单元设计了一个LED，当电池严重不足时，LED熄灭；当电池充到30%时，LED红色；当电
池充到80%时，LED橙色；当电池彻底充饱时，LED绿色。
2、LED绿色后取下电池，保证1个mV也不掉，我都是调在4.18V。当然，说“1个mV也不掉”是夸张的，因为3位半的
万用表根本检测不到mV，实际情况应该是不超过5mV。
3、充饱后电路基本不发热，所以你可以放心的隔夜充

原理图和说明:
这个电路的根源来自于一个流传很久的经典锂电设计，sz_xdy朋友在http://bbs.5imx.com/bbs/viewthre ...
&extra=page%3D1中就用的是这个电路，引用一下图片：

这个电路的特点是原理清晰、构思巧妙，不过其对于充电的指示并不清晰，而且发热量较大，电路自身损耗比较大
，只是比分流式充电器要好一些。

因此首先将LM317去掉，换成了一个**率的NPN三极管，这里实际使用的是D882。引用一下图片：
和经典电路相比，这个第一版的改良电路只是发热量小了，其他都没有什么变化，在实际使用中，发现了几个问题
：
1、电阻R8的热稳定性严重影响充电精度，所幸是电压会变低，而不是变高；原先设计这个电阻是为了避免R11出故
障时电压不至于烧坏电池
2、充电指示不准确——当到达预设电压时TL431导通，双色管D13变色，可电池此时刚刚度过恒流阶段，开始恒压
阶段，并未充饱，还需要等待，究竟何时充饱又不确定
因此这个电路只能保证电池不充坏，但是无法保证电池充饱——你无法从指示灯得知电池是否已经充饱。原始电路
也有同样的问题，当RX度过恒流阶段后，其上压降和D2合并在一起就已经不足以点亮D1了。
最终定稿电路,引用一下图片：

最终我增加了一个TL431和电位器，达到了精确指示电池充饱的目的，这是定稿电路，楼顶的充电器就是用这个电
路：

1、L1是变压器次级，呵呵，忘记说了
2、充电电流等于D7 D8管压降减去Q1 BE压降除以R5，由于D7管压降等于Q1 BE结压降，实际上充电电流就是D8管压
降除以R5，这里D8用5817，管压降0.3V，R5用0.22欧的话，电流为1.3A；R5用0.5欧的话，电流为0.6A，我实际用
的是0.5欧的R5。
3、双色管的红绿并不均衡，因此两个电阻不一样，实际的情况和图中相反，R1应该是470欧，R3应该是100欧，即
要削弱红色，这样橙色才会比较好看

元件清单：
1、D1 D2 D3 D4 D6 D8 = 1N5817; D7 = 1N4001
2、C1 = 470u 16V
3、R1 = 470欧; R2 = R3 = 100欧
4、U1 = U2 = TL431
5、Q1 = D882，如果你的电流<1A，可以使用8050
6、R5 = 0.5欧 1W 具体的选择可以搭配D8来计算
7、R6 = R7 = 20K 3296电位器，记得用好牌子的正品
8、D5 双色LED

原理说明:
整个原理和TL431的那个原理几乎一样，充电刚刚开始，TL431不导通，D16 D17和Q1 R7组成了教科书式的恒流源，
对电池充电，当到达预设电压时，TL431分走Q1基极电流，保证进行恒压充电。这就是标准的锂电充电流程，可以
确保电池充饱。
接着，问题的焦点就变成如何告诉用户已经充饱，这就是我改良电路最关键之处，这里特别说明一下指示灯流程：
1、两个TL431所连接的电位器R6和R7都被调校在其端电压为4.18V时导通（实际略有微小差异，后面详细描述）
2、U2起到了控制恒流恒压的功能，U1仅仅时指示作用
3、当充电刚刚开始时，电池电压很低，我们假设是3.7V吧。由于D7 D8选择的是4001+5817，因此R5上电压为0.3V
，因此R6和R7的两端电压均未达到4.18V，D5的红胆和绿胆都不亮,D5一片漆黑；
4、当电池充到3.88V时，R7端电压达到4.18V，因此D5变红；
5、当电池充到4.18V时，R7端电压超过4.18V，D5红胆仍然亮着，而与R6相连的U2也导通了，D5绿胆也亮了，因此
D5变橙色；此时进入恒压阶段了！
6、由于U2将电池电压牢牢控制在4.18V，而充电电流不断减小，因此R7上电压不断减小，逼近4.18
7、当充电电流小到一定程度时，R7上电压不足以维持U1导通，此时D5红胆熄灭，D5纯绿色，电池彻底充饱！
其实两个TL431的导通电压设置，即R6 R7的端电压调整是不同的，R6不必说了，它确保U2在4.18V时导通；R7则稍
微复杂一些。
我设定的中止充电电流是20mA，即在恒压阶段，充电电流小于20mA表示充电停止，因此充电停止时，R7的电压是
4.18V+R5*20mA，我的R5实际使用了0.5欧姆的电阻，因此电压是4.19V
好了，原理说明完了。

调试：
实际的调试没有这么麻烦，只有3个步骤：
1、调节R6，让充电输出为4.18V，最好你能使用4位半的表，因为3位半的表，最后一位是不准确的，一般有2%的误
差，即4.2V下可能有0.08V误差！实际上我的表误差达到0.02V，所以我借了一个4位半的表来用，如果你的表误差
很大又刚好读数偏小，那么不管你手艺多好；
2、将一个220欧姆的电阻当作电池接到充电插头上，由于电路恒压4.18，因此此时充电电流为19mA，等于是电池充
饱时的状态，此时绿灯肯定亮了，红灯由于R7还未调节，可能是亮的，也可能不亮；
3、调节R7让红灯亮起来，然后反转让红灯刚刚好熄灭；
完事了，调节其实是相当简单，最恼人的外壳加工随即开始，如果你没有耐心，就裸奔吧。

制作注意事项：
1、你必须使用一个4位半的万用表，并且不能是那种没谱的垃圾产品，￥300以下的不考虑使用
前面我算过了，3位半表的20V这一档理论上可能达到0.4V的偏差，你用这种万用表调校出来的电压很可能超过
了锂电的限制电压，看运气了，你运气好吗？我的万用表在测量4.2V时，有0.02V的误差，即4.18V的电池给我，我
量出来时4.16V，如果我按这个调到4.2V，实际上已经是4.22V了。
2、R6 R7要使用质量好的多圈可调电位器，反正又不贵，不要用那种固定电阻扩展法来增加调节的精细度，因为固
定电阻的热漂移会让电压不稳，R6 R7虽然也会温漂，但是均一的材质使得R6 R7的分压比不变
3、如果没有良好的散热，不要尝试大充电电流。我图中设计的原定1A充电，但最终我选择了0.5A，其实1A的充电
电流对电池也没有什么好处。

特点：精度高.散热好.成本低
- 输入电压范围：6.5V-13.5V DC
- 输入电流：500mAh--1.5AH
- 单节锂电池充满电压：4.2V±0.02V

PCB：

3S平衡充接线图：

充电曲线图：

以上（摘）自“http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=130177”
由gale提供，谢谢gale!!!

我用面包板手搭的电路：

用4S锂电平衡充PCB板做的：

加了盒子的：

4S锂电平衡充元件成本清单：（以北京中关村电子市场为准）
1、D1 D2 D3 D4 D6 D8 = 1N5817                            6*0.10=0.60 (元）
D7 = 1N4001                                                       1*0.05=0.05
2、C1 = 470u 16V                                                    1*0.15=0.15
3、R1 = 470欧 1/4W                                                 1*0.01=0.01
R2 = 100欧 0.5W                                                    1*0.05=0.05
R3 = 100欧 1/4W                                                    1*0.01=0.01
4、U1 = U2 = TL431    要用正品的TL431                      2*0.10=0.20
5、Q1 = D882，如果你的电流<1A，可以使用8050             1*0.25=0.25
6、R5 = 0.22欧 1W 具体的选择可以搭配D8来计算             1*0.05=0.05
7、R6 = R7 = 20K 3296电位器，记得用好牌子的正品       2*0.35=0.70
8、D5 双色LED                                                          1*0.15=0.15
                                                                                       /2.22元
  小计：                                                                      2.22元*4套=8.88元

9、4S锂电平衡充PCB板（尺存：50MM*116MM)                1*2.58=2.58
10、10W双7.5V变压器                                                 2*10  =20
11、电源线                                                                1*2 =2
12、8股双色电源线 250MM                                        250MM*(2/米）=0.5
13、5.5电源插头                                                          4*0.15=0.6
14、4S平衡充电源盒                                                    1*10  =10

  小计：                                                                            /35.68元
共计：  4S 锂电平衡充元件成本                                     8.88+35.68=44.56元

注：以上成本包括变压器和电源线和电源盒等的成本！

kjyhaohbv · 发表于 2012-1-30 18:54

本帖最后由 kjyhaohbv 于 2012-1-30 19:17 编辑

3S平衡冲.jpg

以上图片转自“http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=130177”

kjyhaohbv · 发表于 2012-1-30 18:55

本帖最后由 kjyhaohbv 于 2012-1-30 19:42 编辑

3S锂电平衡充使用数字面板表接线图：

数字面板（直流数显电压）表：量程： -19.99V~~19.99V

sswwqq · 发表于 2012-1-30 19:59

太强了。

清风579 · 发表于 2012-1-30 20:29

仔细学习

shaohualei · 发表于 2012-1-30 20:47

动手能力强

xiaomage · 发表于 2012-1-30 23:00

很强，学习了

barracuda · 发表于 2012-1-30 23:00

元件的价钱是多少只起的价钱？在中关村只买几只元件的价格可不止这个啊

wulishui · 发表于 2012-1-30 23:09

小弟佩服之极啊！搞那么复杂，性能还并不怎么高。如果是我就喜欢简单的，性能好的，价钱贵一点点不怕。搞一块4056也就2块钱，4057一块五，爽在简单，即使上max1879也就4块多，不贵啊，性能可不是这个档次的。

mytomatoes · 发表于 2012-1-31 00:32

不能自停的吧？

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