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[T50表头] 一款分立元件级4S锂电平衡充DIY详细制作过程(有图有PCB)

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发表于 2012-1-30 18:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
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:
20069102134330.jpg
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。
20069102136270.jpg

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:

20069102149350.jpg
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:

200691475718.jpg

3S平衡充接线图:

3S平衡冲.jpg

充电曲线图:

20069301547430.jpg

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:

DSC01822-1.jpg

用4S锂电平衡充PCB板做的:

DSC01819-1.jpg

DSC00699-1.jpg

加了盒子的:
DSC00711-1.jpg


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!
 楼主| 发表于 2012-1-30 18:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 kjyhaohbv 于 2012-1-30 19:17 编辑

3S平衡冲.jpg

20069172153330.jpg

20069172153331.jpg

以上图片转自“http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=130177”
 楼主| 发表于 2012-1-30 18:55 | 显示全部楼层
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:
20069181239200.jpg

数字面板(直流数显电压)表:量程: -19.99V~~19.99V
DSC00664-1.jpg

DSC00665-1.jpg
发表于 2012-1-30 19:59 | 显示全部楼层
太强了。
发表于 2012-1-30 20:29 | 显示全部楼层
仔细学习
发表于 2012-1-30 20:47 | 显示全部楼层
动手能力强
发表于 2012-1-30 23:00 | 显示全部楼层
很强,学习了
发表于 2012-1-30 23:00 | 显示全部楼层
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
发表于 2012-1-30 23:09 | 显示全部楼层
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。
发表于 2012-1-31 00:32 | 显示全部楼层
不能自停的吧?
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