Η παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ξεκίνησε το 1978 και συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Το μικροκύκλωμα καθιστά δυνατή την παραγωγή διαφόρων τύπων συναγερμών και φορτιστών για καθημερινή χρήση. Το μικροκύκλωμα tl431 χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακές συσκευές: οθόνες, μαγνητόφωνα, ταμπλέτες. Το TL431 είναι ένα είδος προγραμματιζόμενου ρυθμιστή τάσης.

Διάγραμμα σύνδεσης και αρχή λειτουργίας

Η αρχή της λειτουργίας είναι αρκετά απλή. Ο σταθεροποιητής έχει σταθερή τάση αναφοράς, και εάν η παρεχόμενη τάση είναι μικρότερη από αυτήν την ονομαστική τιμή, το τρανζίστορ θα κλείσει και δεν θα επιτρέψει τη ροή ρεύματος. Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στο παρακάτω διάγραμμα.

Εάν ξεπεραστεί αυτή η τιμή, η ρυθμιζόμενη δίοδος zener θα ανοίξει τη σύνδεση P-N του τρανζίστορ και το ρεύμα θα ρέει περαιτέρω στη δίοδο, από το συν στο μείον. Η τάση εξόδου θα είναι σταθερή. Αντίστοιχα, εάν το ρεύμα πέσει κάτω από την τάση αναφοράς, ο ελεγχόμενος λειτουργικός ενισχυτής θα σβήσει.

Pinout και τεχνικές παράμετροι

Ο λειτουργικός ενισχυτής διατίθεται σε διαφορετικά πακέτα. Αρχικά ήταν κύτος TO-92, αλλά με την πάροδο του χρόνου αντικαταστάθηκε από μια νεότερη έκδοση, το SOT-23. Παρακάτω είναι το pinout και οι τύποι περιβλημάτων, ξεκινώντας από το πιο «αρχαίο» και τελειώνοντας με την ενημερωμένη έκδοση.

Στο σχήμα μπορείτε να δείτε ότι το pinout tl431 ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της θήκης. Το tl431 έχει εγχώρια ανάλογα KR142EN19A, KR142EN19A. Υπάρχουν επίσης ξένα ανάλογα του tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, τα οποία σε καμία περίπτωση δεν είναι κατώτερα από την εγχώρια έκδοση.

Χαρακτηριστικά του TL431

Αυτός ο ενισχυτής λειτουργεί από 2,5V έως 36V. Το ρεύμα λειτουργίας του ενισχυτή κυμαίνεται από 1A έως 100 mA, αλλά υπάρχει μια σημαντική απόχρωση: εάν απαιτείται σταθερότητα στη λειτουργία του σταθεροποιητή, τότε το ρεύμα δεν πρέπει να πέσει κάτω από 5 mA στην είσοδο. Το TL431 έχει τιμή τάσης αναφοράς που καθορίζεται από το 6ο γράμμα στη σήμανση:

• Εάν δεν υπάρχει γράμμα, τότε η ακρίβεια είναι 2%.
• Το γράμμα Α στη σήμανση υποδεικνύει - 1% ακρίβεια.
• Το γράμμα Β δείχνει - 0,5% ακρίβεια.

Μια πιο λεπτομερής τεχνική προδιαγραφή φαίνεται στο Σχ. 4

Στην περιγραφή του tl431A, μπορείτε να δείτε ότι η τρέχουσα τιμή είναι αρκετά μικρή και ανέρχεται στα δηλωθέντα 100 mA και η ποσότητα ισχύος που καταναλώνουν αυτές οι θήκες δεν υπερβαίνει τις εκατοντάδες milliwatts. Αυτό δεν είναι αρκετό. Εάν πρέπει να εργαστείτε με πιο σοβαρά ρεύματα, τότε θα ήταν πιο σωστό να χρησιμοποιήσετε ισχυρά τρανζίστορ με βελτιωμένες παραμέτρους.

Έλεγχος σταθεροποιητή

Αμέσως προκύπτει ένα σχετικό ερώτημα: πώς να ελέγξετε το tl431 με ένα πολύμετρο. Όπως δείχνει η πρακτική, δεν θα μπορείτε να ελέγξετε μόνο με ένα πολύμετρο. Για να ελέγξετε το tl431 με ένα πολύμετρο, θα πρέπει να συναρμολογήσετε ένα κύκλωμα. Για να το κάνετε αυτό θα χρειαστείτε: τρεις αντιστάσεις (μία από αυτές είναι trimmer), μια λάμπα LED ή ένα λαμπάκι και μια πηγή DC 5V.

Η αντίσταση R3 πρέπει να επιλεγεί με τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζει το ρεύμα στα 20 mA στο κύκλωμα ισχύος. Η ονομαστική του τιμή είναι περίπου 100 ohms. Οι αντιστάσεις R2 και R3 λειτουργούν ως εξισορροπητές. Μόλις η τάση είναι 2,5 V στο ηλεκτρόδιο ελέγχου, η διασταύρωση LED θα ανοίξει και η τάση θα ρέει μέσα από αυτήν. Αυτό το κύκλωμα είναι καλό γιατί το LED λειτουργεί ως ένδειξη.

Η πηγή DC - 5V είναι σταθερή και το μικροκύκλωμα tl431 μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας μια μεταβλητή αντίσταση R2. Όταν δεν παρέχεται ρεύμα στο μικροκύκλωμα, η δίοδος δεν ανάβει. Μετά την αλλαγή της αντίστασης χρησιμοποιώντας ένα τρίμερ, το LED ανάβει. Μετά από αυτό, το πολύμετρο πρέπει να τεθεί σε λειτουργία μέτρησης DC και να μετρήσει την τάση στον ακροδέκτη ελέγχου, η οποία θα πρέπει να είναι 2,5. Εάν υπάρχει τάση και το LED είναι αναμμένο, τότε το στοιχείο μπορεί να θεωρηθεί ότι λειτουργεί.

Με βάση τον ενισχυτή ρεύματος λειτουργίας tl431, μπορείτε να δημιουργήσετε έναν απλό σταθεροποιητή. Για να δημιουργηθεί η απαιτούμενη τιμή U, θα χρειαστούν τρεις αντιστάσεις. Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η ονομαστική τιμή της προγραμματισμένης τάσης του σταθεροποιητή. Ο υπολογισμός μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τον τύπο: Uout=Vref(1 + R1/R2). Σύμφωνα με τον τύπο, το U στην έξοδο εξαρτάται από τις τιμές των R1 και R2. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση των R1 και R2, τόσο χαμηλότερη είναι η τάση σταδίου εξόδου. Έχοντας λάβει τη βαθμολογία R2, η τιμή του R1 μπορεί να υπολογιστεί ως εξής: R1=R2(Uout/Vref – 1). Ο ρυθμιζόμενος σταθεροποιητής μπορεί να ενεργοποιηθεί με τρεις τρόπους.

Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη μια σημαντική απόχρωση: η αντίσταση R3 μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο με τον οποίο υπολογίστηκαν οι βαθμολογίες των R2 και R2. Δεν πρέπει να εγκαταστήσετε πολικό ή μη πολικό ηλεκτρολύτη στο στάδιο εξόδου για να αποφύγετε παρεμβολές στην έξοδο.

Φορτιστής κινητού τηλεφώνου

Ο σταθεροποιητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα είδος περιοριστή ρεύματος. Αυτή η ιδιότητα θα είναι χρήσιμη σε συσκευές για φόρτιση κινητών τηλεφώνων.

Εάν η τάση στο στάδιο εξόδου δεν φτάσει τα 4,2 V, το ρεύμα στα κυκλώματα ισχύος είναι περιορισμένο. Αφού φτάσει στο δηλωμένο 4,2 V, ο σταθεροποιητής μειώνει την τιμή τάσης - επομένως, πέφτει και η τιμή ρεύματος. Τα στοιχεία κυκλώματος VT1 VT2 και R1-R3 είναι υπεύθυνα για τον περιορισμό της τιμής ρεύματος στο κύκλωμα. Η αντίσταση R1 παρακάμπτει το VT1. Μετά την υπέρβαση των 0,6 V, το στοιχείο VT1 ανοίγει και σταδιακά περιορίζει την παροχή τάσης στο διπολικό τρανζίστορ VT2.

Με βάση το τρανζίστορ VT3, η τιμή ρεύματος μειώνεται απότομα. Οι μεταβάσεις σταδιακά κλείνουν. Η τάση πέφτει, γεγονός που προκαλεί πτώση του ρεύματος. Μόλις το U πλησιάσει τα 4,2 V, ο σταθεροποιητής tl431 αρχίζει να μειώνει την τιμή του στα στάδια εξόδου της συσκευής και η φόρτιση σταματά. Για να κατασκευάσετε τη συσκευή, πρέπει να χρησιμοποιήσετε το ακόλουθο σύνολο στοιχείων:

Απαραίτητη δώστε ιδιαίτερη προσοχή στο τρανζίστορ az431. Για να μειώσετε ομοιόμορφα την τάση στα στάδια εξόδου, συνιστάται η εγκατάσταση του τρανζίστορ az431· το φύλλο δεδομένων του διπολικού τρανζίστορ φαίνεται στον πίνακα.

Είναι αυτό το τρανζίστορ που μειώνει ομαλά την τάση και το ρεύμα. Τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης αυτού του στοιχείου είναι κατάλληλα για την επίλυση της εργασίας.

Ο λειτουργικός ενισχυτής TL431 είναι ένα πολυλειτουργικό στοιχείο και καθιστά δυνατή τη σχεδίαση διαφόρων συσκευών: φορτιστές κινητών τηλεφώνων, συστήματα συναγερμού και πολλά άλλα. Όπως δείχνει η πρακτική, ο λειτουργικός ενισχυτής έχει καλά χαρακτηριστικά και δεν είναι κατώτερος από τα ξένα ανάλογα.

Ο ενσωματωμένος σταθεροποιητής TL431 χρησιμοποιείται συνήθως σε τροφοδοτικά. Αλλά μπορείτε ακόμα να επιλέξετε πολλούς τομείς χρήσης για αυτό. Θα περιγράψουμε μερικά από αυτά τα κυκλώματα σε αυτό το άρθρο και θα μιλήσουμε επίσης για χρήσιμες και απλές συσκευές που κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας το τσιπ TL431. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει λόγος να τρομάξετε από τον όρο "μικροκύκλωμα", έχει μόνο τρεις εξόδους και στην εμφάνιση είναι παρόμοιο με ένα απλό τρανζίστορ χαμηλής ισχύος TO90.

Τι είναι το τσιπ TL431;

Τυχαίνει όλοι οι ηλεκτρονικοί μηχανικοί να γνωρίζουν τους μαγικούς αριθμούς TL431, ανάλογους με το 494. Τι είναι;

Texas Instrument Companyήταν στην απαρχή της ανάπτυξης ημιαγωγών. Βρίσκονταν πάντα στην πρώτη θέση στην παραγωγή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, παραμένοντας διαρκώς στους δέκα κορυφαίους παγκόσμιους ηγέτες. Το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα αναπτύχθηκε το 1958 από έναν υπάλληλο αυτής της εταιρείας, τον Jack Kilby.

Σήμερα, η TI παράγει ένα ευρύ φάσμα μικροκυκλωμάτων, τα ονόματά τους ξεκινούν με τα γράμματα SN και TL. Αυτά είναι, αντίστοιχα, λογικά και αναλογικά μικροκυκλώματα που έχουν εισέλθει για πάντα στην ιστορία της επιχείρησης TI και εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως.

Μεταξύ των αγαπημένων στη λίστα των «μαγικών» μικροκυκλωμάτων θα πρέπει πιθανότατα να συμπεριλάβετε ένα ενσωματωμένο σταθεροποιητής TL431. Υπάρχουν 10 τρανζίστορ εγκατεστημένα στο πακέτο 3 εξόδων αυτού του μικροκυκλώματος και η λειτουργία που εκτελεί είναι πανομοιότυπη με μια απλή δίοδο zener (δίοδος Zenner).

Αλλά χάρη σε αυτήν την επιπλοκή, το μικροκύκλωμα έχει αυξημένη κλίση χαρακτηριστικών και υψηλότερη θερμική σταθερότητα. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι με τη βοήθεια ενός εξωτερικού διαχωριστή η τάση σταθεροποίησης μπορεί να αλλάξει στην περιοχή των 2,6…32 Volt. Στο σύγχρονο TL431, το ανάλογο του κατώτερου ορίου έχει 1,25 Volt.

Το ανάλογο TL431 αναπτύχθηκε από τον μηχανικό Barney Holland όταν αντέγραφε ένα κύκλωμα σταθεροποιητή από άλλη εταιρεία. Στη χώρα μας θα έλεγαν σκίσιμο, όχι αντιγραφή. Και ο Holland δανείστηκε μια πηγή τάσης αναφοράς από το αρχικό κύκλωμα και σε αυτή τη βάση ανέπτυξε ένα ξεχωριστό τσιπ σταθεροποιητή. Στην αρχή ονομαζόταν TL430 και μετά από ορισμένες τροποποιήσεις έγινε γνωστό ως TL431.

Από τότε έχει περάσει πολύς χρόνος, αλλά σήμερα δεν υπάρχει ούτε ένα τροφοδοτικό για έναν υπολογιστή όπου δεν είναι εγκατεστημένο. Το κύκλωμα έχει επίσης βρει εφαρμογή σε όλα σχεδόν τα τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος μεταγωγής. Μία από αυτές τις πηγές βρίσκεται σε κάθε σπίτι σήμερα - ένας φορτιστής για κινητά τηλέφωνα. Δεν μπορεί παρά να ζηλέψει κανείς αυτή τη μακροζωία.

Η Holland ανέπτυξε επίσης το όχι λιγότερο διάσημο και ακόμα σε ζήτηση κύκλωμα TL494. Αυτό ελεγκτής PWM διπλής συχνότητας, με βάση τα οποία κατασκευάζονται πολλά είδη τροφοδοτικών. Ως εκ τούτου, ο αριθμός 494 θεωρείται επίσης δικαίως "μαγικός". Αλλά ας προχωρήσουμε στην εξέταση διαφορετικών προϊόντων που βασίζονται στο TL431.

Συναγερμοί και ενδείξεις

Τα αναλογικά κυκλώματα TL431 μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για τον προορισμό τους ως δίοδοι zener σε τροφοδοτικά. Με βάση αυτό το τσιπ, είναι δυνατή η δημιουργία διαφόρων ηχητικών συναγερμών και ενδείξεων φωτισμού. Αυτές οι συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο πολλών διαφορετικών παραμέτρων.

Για αρχή, αυτό κανονική τάση. Εάν κάποιο φυσικό μέγεθος αναπαρίσταται ως τάση χρησιμοποιώντας αισθητήρες, τότε μπορείτε να δημιουργήσετε εξοπλισμό που ελέγχει, για παράδειγμα:

• υγρασία και θερμοκρασία?
• στάθμη νερού στη δεξαμενή.
• πίεση αερίου ή υγρού.
• φωτισμός

Η αρχή λειτουργίας αυτού του συναγερμού βασίζεται στο γεγονός ότι όταν η τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου της διόδου zener DA1 (έξοδος 1) είναι μικρότερη από 2,6 Volt, η δίοδος zener είναι κλειστή, διέρχεται μόνο ένα χαμηλό ρεύμα, συνήθως όχι περισσότερο από 0,20...0,30 mA. Αλλά αυτό το ρεύμα είναι αρκετό για να λάμπει αδύναμα η δίοδος HL1. Για να μην συμβεί αυτό το φαινόμενο, μπορείτε να συνδέσετε μια αντίσταση με αντίσταση παράλληλη με τη δίοδο περίπου 1…2 KOhm.

Εάν η τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου είναι μεγαλύτερη από 2,6 Volt, η δίοδος zener θα ανοίξει και η δίοδος HL1 θα ανάψει. Ο απαιτούμενος περιορισμός τάσης μέσω της διόδου zener DA1 και της διόδου HL1 δημιουργείται από το R3. Το υψηλότερο ρεύμα της διόδου zener είναι 100 mA, ενώ η δίοδος HL1 έχει την ίδια παράμετρο μόνο 22 mA. Από αυτή τη συνθήκη μπορεί να υπολογιστεί η αντίσταση της αντίστασης R3. Πιο συγκεκριμένα, η αντίσταση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο.

R3=(Upit – Uhl - Uda) / Ihl, όπου:

• Uda – ρεύμα σε ανοιχτό τσιπ (συνήθως 2 Volt).
• Uhl – πτώση συνεχούς ρεύματος κατά μήκος της διόδου.
• Upit – ρεύμα τροφοδοσίας;
• Ihl – τάση διόδου (στην περιοχή 4...12 mA).

Πρέπει επίσης να θυμάστε ότι η υψηλότερη τάση για το TL431 είναι μόνο 36 Volt. Δεν πρέπει να γίνεται υπέρβαση αυτής της παραμέτρου.

Επίπεδο συναγερμού

Το ρεύμα στο ηλεκτρόδιο ελέγχου όταν ανάβει η δίοδος HL1 (Uз) ρυθμίζεται από τον διαχωριστή R1, R2. Τα χαρακτηριστικά του διαχωριστή καθορίζονται από τον τύπο:

R2=2,5xR1/(Uz – 2,5)

Για να ρυθμίσετε το όριο μεταγωγής όσο το δυνατόν ακριβέστερα, μπορείτε να αντικαταστήσετε την αντίσταση R2 με ένα τρίμερ, με δείκτη 1,5 φορές υψηλότερο από αυτό που υπολογίστηκε. Στη συνέχεια, όταν ολοκληρωθεί ο συντονισμός, μπορεί να αντικατασταθεί με μια σταθερή αντίσταση, η αντίστασή του θα πρέπει να είναι ίση με την αντίσταση του εγκατεστημένου τμήματος του ψαλιδιού.

Πώς να ελέγξετε το κύκλωμα μεταγωγής TL431; Για την παρακολούθηση πολλών επιπέδων ρεύματος, θα χρειαστούν 3 από αυτούς τους συναγερμούς, καθένας από αυτούς ρυθμίζεται σε μια συγκεκριμένη τάση. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να φτιάξετε μια ολόκληρη σειρά από κλίμακες και δείκτες.

Για να τροφοδοτήσετε το κύκλωμα ένδειξης, το οποίο αποτελείται από την αντίσταση R3 και τη δίοδο HL1, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια ξεχωριστή, ακόμη και μη σταθεροποιημένη, πηγή ισχύος. Σε αυτή την περίπτωση, το ελεγχόμενο ρεύμα παρέχεται στην άνω έξοδο της αντίστασης R1 στο κύκλωμα, η οποία πρέπει να αποσυνδεθεί από την αντίσταση R3. Με αυτή τη σύνδεση, το ελεγχόμενο ρεύμα μπορεί να είναι στην περιοχή από 3 έως δεκάδες βολτ.

Η διαφορά μεταξύ αυτού του κυκλώματος και του προηγούμενου είναι ότι η δίοδος συνδέεται διαφορετικά. Αυτή η σύνδεση ονομάζεται αντίστροφη, καθώς η δίοδος ενεργοποιείται μόνο εάν το κύκλωμα είναι κλειστό. Στην περίπτωση που το ελεγχόμενο ρεύμα υπερβαίνει το όριο που καθορίζεται από τον διαχωριστή R1, R2, το κύκλωμα είναι ανοιχτό και το ρεύμα διέρχεται από την αντίσταση R3 και εξέρχεται 3 - 2 του μικροκυκλώματος.

Στο διάγραμμα, σε αυτή την περίπτωση, η τάση πέφτει στα 2 Volt, κάτι που δεν αρκεί για να ανάψει το LED. Για να διασφαλιστεί ότι η δίοδος δεν ανάβει, τοποθετούνται δύο δίοδοι σε σειρά μαζί της.

Εάν το ελεγχόμενο ρεύμα είναι μικρότερο από αυτό που έχει οριστεί από τον διαχωριστή R1, το κύκλωμα R2 θα κλείσει, το ρεύμα στην έξοδό του θα είναι σημαντικά μεγαλύτερο από 2 Volt, επειδή Η δίοδος HL1 θα ενεργοποιηθεί.

Εάν χρειάζεται μόνο να παρακολουθείτε την αλλαγή του ρεύματος, τότε η ένδειξη μπορεί να γίνει σύμφωνα με το διάγραμμα.

Αυτός ο δείκτης χρησιμοποιεί μια δίοδο HL1 2 χρωμάτων. Εάν το παρακολουθούμενο ρεύμα υπερβαίνει την καθορισμένη τιμή, η κόκκινη δίοδος ανάβει και εάν το ρεύμα είναι χαμηλότερο, τότε η πράσινη δίοδος ενεργοποιείται. Εάν η τάση βρίσκεται κοντά σε αυτό το κατώφλι, και τα δύο LED σβήνουν, επειδή η θέση μεταφοράς της διόδου zener έχει μια συγκεκριμένη κλίση.

Εάν πρέπει να παρακολουθήσετε μια αλλαγή σε κάποια φυσική ποσότητα, τότε το R2 αντικαθίσταται με έναν αισθητήρα που αλλάζει την αντίσταση υπό την επίδραση του περιβάλλοντος.

Συμβατικά, το διάγραμμα περιέχει πολλούς αισθητήρες ταυτόχρονα. Αν είναι φωτοτρανζίστορ, τότε θα υπάρχει ρελέ φωτογραφίας. Όσο υπάρχει αρκετό φως, το φωτοτρανζίστορ είναι ανοιχτό και η αντίστασή του είναι χαμηλή. Επομένως, το ρεύμα στην έξοδο ελέγχου DA1 κάτω από το όριο, ως αποτέλεσμα αυτού η δίοδος δεν ανάβει.

Καθώς το φως μειώνεται, η αντίσταση του φωτοτρανζίστορ αυξάνεται, αυτό οδηγεί σε αύξηση της τάσης στην έξοδο ελέγχου DA1. Εάν αυτή η τάση είναι μεγαλύτερη από το κατώφλι (2,5 Volt), τότε η δίοδος zener ανοίγει και η δίοδος ανάβει.

Εάν συνδέσετε ένα θερμίστορ, αντί για ένα φωτοτρανζίστορ, στην είσοδο ενός μικροκυκλώματος, για παράδειγμα, της σειράς MMT, τότε θα εμφανιστεί μια ένδειξη θερμοκρασίας: όταν η θερμοκρασία μειωθεί, η δίοδος θα ενεργοποιηθεί.

Σε κάθε περίπτωση, το όριο απόκρισης ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας την αντίσταση R1.

Εκτός από τις περιγραφόμενες φωτεινές ενδείξεις, μπορεί επίσης να κατασκευαστεί μια ένδειξη ήχου με βάση το ανάλογο TL431. Για τον έλεγχο του νερού, για παράδειγμα, σε ένα λουτρό, συνδέεται στο κύκλωμα ένας αισθητήρας κατασκευασμένος από δύο πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα, οι οποίες βρίσκονται σε απόσταση μερικών χιλιοστών μεταξύ τους.

Εάν το νερό φτάσει στον αισθητήρα, η αντίστασή του μειώνεται και το μικροκύκλωμα, με τη βοήθεια των R1, R2, μπαίνει σε γραμμική λειτουργία. Έτσι, η αυτοπαραγωγή συμβαίνει στη συχνότητα συντονισμού NA1, σε αυτήν την περίπτωση θα ακουστεί ένα μπιπ.

Συνοψίζοντας, θα ήθελα να πω ότι ο κύριος τομέας χρήσης του τσιπ TL434 είναι, φυσικά, τα τροφοδοτικά. Αλλά, όπως μπορείτε να δείτε, οι δυνατότητες του μικροκυκλώματος δεν περιορίζονται σε αυτή τη λειτουργία μόνο και μπορούν να συναρμολογηθούν πολλές συσκευές.

Το TL 431 είναι ένας προγραμματιζόμενος ρυθμιστής τάσης διακλάδωσης. Αν και αυτό το ολοκληρωμένο κύκλωμα άρχισε να παράγεται στα τέλη της δεκαετίας του '70, εξακολουθεί να μην χάνει τη θέση του στην αγορά και είναι δημοφιλές μεταξύ των ραδιοερασιτέχνων και των μεγάλων κατασκευαστών ηλεκτρικού εξοπλισμού. Η πλακέτα αυτού του προγραμματιζόμενου σταθεροποιητή περιέχει μια φωτοαντίσταση, έναν αισθητήρα μέτρησης αντίστασης και ένα θερμίστορ. Τα TL 431 χρησιμοποιούνται ευρέως σε μια μεγάλη ποικιλία ηλεκτρικών συσκευών, οικιακού και βιομηχανικού εξοπλισμού. Τις περισσότερες φορές, αυτή η ενσωματωμένη δίοδος zener μπορεί να βρεθεί σε τροφοδοτικά για υπολογιστές, τηλεοράσεις, εκτυπωτές και φορτιστές για μπαταρίες τηλεφώνου ιόντων λιθίου.

TL 431 ενσωματωμένη δίοδος zener

Βασικά χαρακτηριστικά του TL 431 Programmable Voltage Reference

• ​ Η ονομαστική τάση λειτουργίας στην έξοδο είναι από 2,5 έως 36 V.
• Ρεύμα εξόδου έως 100 mA.
• Ισχύς 0,2 Watt;
• Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας για TL 431C από 0° έως 70°.
• Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας για το TL 431A είναι από -40° έως +85°.

Η ακρίβεια του ολοκληρωμένου κυκλώματος TL 431 υποδεικνύεται από το έκτο γράμμα στον χαρακτηρισμό:

• Ακρίβεια χωρίς γράμμα – 2%
• Γράμμα Α – 1%;
• Γράμμα Β – 0,5%.

Η ευρεία χρήση του οφείλεται στη χαμηλή του τιμή, στον γενικό παράγοντα μορφής, στην αξιοπιστία και στην καλή του αντοχή σε επιθετικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες. Αλλά πρέπει επίσης να σημειωθεί η ακρίβεια αυτού του ρυθμιστή τάσης. Αυτό του επέτρεψε να καταλάβει μια θέση στις μικροηλεκτρονικές συσκευές.

Ο κύριος σκοπός του TL 431 είναι να σταθεροποιεί την τάση αναφοράς στο κύκλωμα. Με την προϋπόθεση ότι η τάση στην είσοδο της πηγής είναι κάτω από την ονομαστική τάση αναφοράς, το τρανζίστορ στην προγραμματιζόμενη μονάδα θα είναι κλειστό και το ρεύμα που διέρχεται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου δεν θα υπερβαίνει το 1 mA. Εάν η τάση εξόδου υπερβεί το προγραμματισμένο επίπεδο, το τρανζίστορ θα είναι ανοιχτό και το ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορεί να περάσει ελεύθερα από την κάθοδο στην άνοδο.

Διάγραμμα καλωδίωσης TL 431

Ανάλογα με την τάση λειτουργίας της συσκευής, το κύκλωμα σύνδεσης θα αποτελείται από έναν μετατροπέα και διαστολέα μίας σταδίου (για συσκευές 2,48 V) ή έναν διαμορφωτή μικρής χωρητικότητας (για συσκευές 3,3 V). Και επίσης για να μειωθεί ο κίνδυνος βραχυκυκλώματος, τοποθετείται μια ασφάλεια στο κύκλωμα, συνήθως πίσω από τη δίοδο zener. Η φυσική σύνδεση επηρεάζεται από τον παράγοντα μορφής της συσκευής στην οποία θα βρίσκεται το κύκλωμα TL 431 και τις περιβαλλοντικές συνθήκες (κυρίως θερμοκρασία).

Σταθεροποιητής βασισμένος σε TL 431

Ο απλούστερος σταθεροποιητής που βασίζεται στο TL 431 είναι ένας παραμετρικός σταθεροποιητής. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να συμπεριλάβετε δύο αντιστάσεις R 1, R 2 στο κύκλωμα μέσω των οποίων μπορείτε να ρυθμίσετε την τάση εξόδου για TL 431 χρησιμοποιώντας τον τύπο: U out = Vref (1 + R 1 / R 2). Όπως φαίνεται από τον τύπο εδώ, η τάση εξόδου θα είναι ευθέως ανάλογη με την αναλογία R 1 προς R 2. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διατηρήσει την τάση στα 2,5 V. Για την αντίσταση R 1, η τιμή εξόδου υπολογίζεται ως εξής: R 1 = R 2 (U out / Vref - 1).

Αυτό το κύκλωμα ρυθμιστή χρησιμοποιείται συνήθως σε τροφοδοτικά σταθερής ή μεταβλητής τάσης. Τέτοιοι σταθεροποιητές τάσης στο TL 431 μπορούν να βρεθούν σε εκτυπωτές, plotter και βιομηχανικά τροφοδοτικά. Εάν είναι απαραίτητο να υπολογίσουμε την τάση για σταθερά τροφοδοτικά, τότε χρησιμοποιούμε τον τύπο Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Ρελέ χρονισμού

Τα χαρακτηριστικά ακρίβειας του TL 431 επιτρέπουν τη χρήση του για άλλους σκοπούς εκτός από τον προβλεπόμενο σκοπό. Λόγω του γεγονότος ότι το ρεύμα εισόδου αυτού του ρυθμιζόμενου σταθεροποιητή είναι από 2 έως 4 μA, μπορεί να συναρμολογηθεί ένα προσωρινό ρελέ χρησιμοποιώντας αυτό το τσιπ. Ο ρόλος ενός χρονοδιακόπτη σε αυτό θα παίξει το R1, το οποίο θα αρχίσει να φορτίζει σταδιακά μετά το άνοιγμα των επαφών S 1 C 1. Όταν η τάση στην έξοδο του σταθεροποιητή φτάσει τα 2,5 V, το τρανζίστορ DA1 θα είναι ανοιχτό, το ρεύμα θα ξεκινήσει να ρέει μέσα από τα LED του οπτικού συζεύκτη PC 817 και η ανοιχτή φωτοαντίσταση θα κλείσει το κύκλωμα.

Θερμικός σταθεροποιητής με βάση το TL 431

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του TL 431 καθιστούν δυνατή τη δημιουργία θερμικά σταθερών σταθεροποιητών ρεύματος με βάση αυτό. Στην οποία η αντίσταση R2 λειτουργεί ως διακλάδωση ανάδρασης, διατηρείται συνεχώς μια τιμή 2,5 V. Ως αποτέλεσμα, η τιμή του ρεύματος φορτίου θα υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο In = 2,5/R2.

Έλεγχος pinout και επισκευής 431 TL

Ο παράγοντας μορφής TL 431 και το pinout του θα εξαρτηθούν από τον κατασκευαστή. Υπάρχουν επιλογές σε παλιά πακέτα TO-92 και νέα SOT-23. Μην ξεχνάτε το εγχώριο ανάλογο: Το KR142EN19A είναι επίσης ευρέως διαδεδομένο στην αγορά. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το pinout εφαρμόζεται απευθείας στον πίνακα. Ωστόσο, δεν το κάνουν όλοι οι κατασκευαστές και σε ορισμένες περιπτώσεις θα πρέπει να αναζητήσετε πληροφορίες σχετικά με τις ακίδες στο φύλλο δεδομένων μιας συγκεκριμένης συσκευής.

Το TL 431 είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα και αποτελείται από 10 τρανζίστορ. Εξαιτίας αυτού, είναι αδύνατο να το ελέγξετε με ένα πολύμετρο. Για να ελέγξετε τη δυνατότητα συντήρησης του τσιπ TL 431, πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα δοκιμαστικό κύκλωμα. Φυσικά, συχνά δεν έχει νόημα να αναζητήσετε ένα καμένο στοιχείο και είναι ευκολότερο να αντικαταστήσετε ολόκληρο το κύκλωμα.

Προγράμματα υπολογισμού για 431 TL

Υπάρχουν πολλές τοποθεσίες στο Διαδίκτυο όπου μπορείτε να κάνετε λήψη προγραμμάτων αριθμομηχανών για τον υπολογισμό των παραμέτρων τάσης και ρεύματος. Μπορούν να υποδείξουν τους τύπους αντιστάσεων, πυκνωτών, μικροκυκλωμάτων και άλλων εξαρτημάτων του κυκλώματος. Οι αριθμομηχανές TL 431 είναι επίσης διαθέσιμες στο διαδίκτυο, είναι κατώτερα σε λειτουργικότητα από τα εγκατεστημένα προγράμματα, αλλά αν χρειάζεστε μόνο τις τιμές εισόδου/εξόδου και μέγιστες τιμές του κυκλώματος, τότε θα αντιμετωπίσουν αυτήν την εργασία.

Η αξιολόγηση των χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου φορτιστή είναι δύσκολη χωρίς να κατανοήσουμε πώς θα πρέπει πραγματικά να προχωρήσει μια υποδειγματική φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου. Επομένως, πριν προχωρήσουμε απευθείας στα διαγράμματα, ας θυμηθούμε μια μικρή θεωρία.

Τι είναι οι μπαταρίες λιθίου;

Ανάλογα με το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το θετικό ηλεκτρόδιο μιας μπαταρίας λιθίου, υπάρχουν διάφορες ποικιλίες:

• με κάθοδο κοβαλτικού λιθίου.
• με μια κάθοδο που βασίζεται σε λιθιωμένο φωσφορικό σίδηρο.
• με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-αλουμίνιο.
• με βάση το νικέλιο-κοβάλτιο-μαγγάνιο.

Όλες αυτές οι μπαταρίες έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά, αλλά επειδή αυτές οι αποχρώσεις δεν έχουν θεμελιώδη σημασία για τον γενικό καταναλωτή, δεν θα εξεταστούν σε αυτό το άρθρο.

Επίσης, όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγονται σε διάφορα μεγέθη και παράγοντες μορφής. Μπορούν να είναι είτε με θήκη (για παράδειγμα, το δημοφιλές 18650 σήμερα) είτε πλαστικοποιημένο ή πρισματικό (μπαταρίες gel-polymer). Οι τελευταίες είναι ερμητικά σφραγισμένες σακούλες από ειδική μεμβράνη, οι οποίες περιέχουν ηλεκτρόδια και μάζα ηλεκτροδίων.

Τα πιο συνηθισμένα μεγέθη μπαταριών ιόντων λιθίου φαίνονται στον παρακάτω πίνακα (όλες έχουν ονομαστική τάση 3,7 βολτ):

Οι εσωτερικές ηλεκτροχημικές διεργασίες προχωρούν με τον ίδιο τρόπο και δεν εξαρτώνται από τον παράγοντα μορφής και τη σχεδίαση της μπαταρίας, επομένως όλα όσα αναφέρονται παρακάτω ισχύουν εξίσου για όλες τις μπαταρίες λιθίου.

Πώς να φορτίζετε σωστά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου

Ο πιο σωστός τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι η φόρτιση σε δύο στάδια. Αυτή είναι η μέθοδος που χρησιμοποιεί η Sony σε όλους τους φορτιστές της. Παρά τον πιο περίπλοκο ελεγκτή φόρτισης, αυτό εξασφαλίζει πληρέστερη φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου χωρίς να μειώνεται η διάρκεια ζωής τους.

Εδώ μιλάμε για προφίλ φόρτισης δύο σταδίων για μπαταρίες λιθίου, που συντομεύεται ως CC/CV (σταθερό ρεύμα, σταθερή τάση). Υπάρχουν επίσης επιλογές με ρεύματα παλμών και βημάτων, αλλά δεν συζητούνται σε αυτό το άρθρο. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη φόρτιση με παλμικό ρεύμα.

Ας δούμε, λοιπόν, και τα δύο στάδια φόρτισης με περισσότερες λεπτομέρειες.

1. Στο πρώτο στάδιοΠρέπει να διασφαλίζεται σταθερό ρεύμα φόρτισης. Η τρέχουσα τιμή είναι 0,2-0,5 C. Για επιταχυνόμενη φόρτιση, επιτρέπεται η αύξηση του ρεύματος στους 0,5-1,0 C (όπου C είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας).

Για παράδειγμα, για μια μπαταρία χωρητικότητας 3000 mAh, το ονομαστικό ρεύμα φόρτισης στο πρώτο στάδιο είναι 600-1500 mA και το ρεύμα επιταχυνόμενης φόρτισης μπορεί να είναι στην περιοχή 1,5-3A.

Για να διασφαλιστεί ένα σταθερό ρεύμα φόρτισης μιας δεδομένης τιμής, το κύκλωμα φορτιστή πρέπει να μπορεί να αυξήσει την τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Μάλιστα, στο πρώτο στάδιο ο φορτιστής λειτουργεί ως κλασικός σταθεροποιητής ρεύματος.

Σπουδαίος:Εάν σκοπεύετε να φορτίσετε μπαταρίες με ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας (PCB), τότε κατά το σχεδιασμό του κυκλώματος φορτιστή πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η τάση ανοιχτού κυκλώματος του κυκλώματος δεν μπορεί ποτέ να υπερβαίνει τα 6-7 βολτ. Διαφορετικά, μπορεί να καταστραφεί η πλακέτα προστασίας.

Τη στιγμή που η τάση της μπαταρίας αυξάνεται στα 4,2 βολτ, η μπαταρία θα αποκτήσει περίπου το 70-80% της χωρητικότητάς της (η συγκεκριμένη τιμή χωρητικότητας θα εξαρτηθεί από το ρεύμα φόρτισης: με επιταχυνόμενη φόρτιση θα είναι λίγο μικρότερη, με ονομαστική χρέωση - λίγο περισσότερο). Αυτή η στιγμή σηματοδοτεί το τέλος του πρώτου σταδίου φόρτισης και χρησιμεύει ως σήμα για τη μετάβαση στο δεύτερο (και τελευταίο) στάδιο.

2. Δεύτερο στάδιο φόρτισης- αυτό είναι η φόρτιση της μπαταρίας με σταθερή τάση, αλλά με σταδιακά μειούμενο (πτώσιμο) ρεύμα.

Σε αυτό το στάδιο, ο φορτιστής διατηρεί τάση 4,15-4,25 βολτ στην μπαταρία και ελέγχει την τρέχουσα τιμή.

Καθώς η χωρητικότητα αυξάνεται, το ρεύμα φόρτισης θα μειωθεί. Μόλις η τιμή του μειωθεί στους 0,05-0,01C, η διαδικασία φόρτισης θεωρείται ολοκληρωμένη.

Μια σημαντική απόχρωση της σωστής λειτουργίας του φορτιστή είναι η πλήρης αποσύνδεσή του από την μπαταρία μετά την ολοκλήρωση της φόρτισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για τις μπαταρίες λιθίου είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο να παραμένουν υπό υψηλή τάση για μεγάλο χρονικό διάστημα, το οποίο συνήθως παρέχεται από τον φορτιστή (δηλαδή 4,18-4,24 βολτ). Αυτό οδηγεί σε επιταχυνόμενη υποβάθμιση της χημικής σύνθεσης της μπαταρίας και, κατά συνέπεια, σε μείωση της χωρητικότητάς της. Η μακροχρόνια διαμονή σημαίνει δεκάδες ώρες ή περισσότερες.

Κατά το δεύτερο στάδιο της φόρτισης, η μπαταρία καταφέρνει να κερδίσει περίπου 0,1-0,15 επιπλέον της χωρητικότητάς της. Η συνολική φόρτιση της μπαταρίας φτάνει έτσι το 90-95%, που είναι ένας εξαιρετικός δείκτης.

Εξετάσαμε δύο βασικά στάδια φόρτισης. Ωστόσο, η κάλυψη του θέματος της φόρτισης των μπαταριών λιθίου θα ήταν ελλιπής αν δεν αναφερόταν ένα άλλο στάδιο φόρτισης - το λεγόμενο. προχρέωση.

Στάδιο προκαταρκτικής χρέωσης (προφόρτιση)- αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται μόνο για μπαταρίες βαθιάς αποφόρτισης (κάτω από 2,5 V) για να τις φέρει σε κανονική λειτουργία.

Σε αυτό το στάδιο, η φόρτιση παρέχεται με μειωμένο σταθερό ρεύμα έως ότου η τάση της μπαταρίας φτάσει τα 2,8 V.

Το προκαταρκτικό στάδιο είναι απαραίτητο για την αποφυγή διόγκωσης και αποσυμπίεσης (ή ακόμα και έκρηξης με φωτιά) κατεστραμμένων μπαταριών που έχουν, για παράδειγμα, εσωτερικό βραχυκύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Εάν ένα μεγάλο ρεύμα φόρτισης περάσει αμέσως μέσα από μια τέτοια μπαταρία, αυτό θα οδηγήσει αναπόφευκτα στη θέρμανση της και στη συνέχεια εξαρτάται.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της προφόρτισης είναι η προθέρμανση της μπαταρίας, η οποία είναι σημαντική κατά τη φόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (σε μη θερμαινόμενο δωμάτιο κατά την ψυχρή περίοδο).

Η έξυπνη φόρτιση θα πρέπει να μπορεί να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια του προκαταρκτικού σταδίου φόρτισης και, εάν η τάση δεν αυξάνεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, να βγάλει συμπέρασμα ότι η μπαταρία είναι ελαττωματική.

Όλα τα στάδια φόρτισης μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου (συμπεριλαμβανομένου του σταδίου προφόρτισης) απεικονίζονται σχηματικά σε αυτό το γράφημα:

Η υπέρβαση της ονομαστικής τάσης φόρτισης κατά 0,15 V μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας στο μισό. Η μείωση της τάσης φόρτισης κατά 0,1 volt μειώνει τη χωρητικότητα μιας φορτισμένης μπαταρίας κατά περίπου 10%, αλλά επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της. Η τάση μιας πλήρως φορτισμένης μπαταρίας μετά την αφαίρεσή της από τον φορτιστή είναι 4,1-4,15 βολτ.

Επιτρέψτε μου να συνοψίσω τα παραπάνω και να αναφέρω τα κύρια σημεία:

1. Τι ρεύμα πρέπει να χρησιμοποιήσω για να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου (για παράδειγμα, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη);

Το ρεύμα θα εξαρτηθεί από το πόσο γρήγορα θα θέλατε να το φορτίσετε και μπορεί να κυμαίνεται από 0,2C έως 1C.

Για παράδειγμα, για μπαταρία μεγέθους 18650 με χωρητικότητα 3400 mAh, το ελάχιστο ρεύμα φόρτισης είναι 680 mA και το μέγιστο είναι 3400 mA.

2. Πόσος χρόνος χρειάζεται για να φορτιστούν, για παράδειγμα, οι ίδιες μπαταρίες 18650;

Ο χρόνος φόρτισης εξαρτάται άμεσα από το ρεύμα φόρτισης και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

T = C / φορτίζω.

Για παράδειγμα, ο χρόνος φόρτισης της μπαταρίας μας 3400 mAh με ρεύμα 1Α θα είναι περίπου 3,5 ώρες.

3. Πώς να φορτίσετε σωστά μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου;

Όλες οι μπαταρίες λιθίου φορτίζονται με τον ίδιο τρόπο. Δεν έχει σημασία αν είναι πολυμερές λιθίου ή ιόν λιθίου. Για εμάς, τους καταναλωτές, δεν υπάρχει διαφορά.

Τι είναι ένας πίνακας προστασίας;

Η πλακέτα προστασίας (ή πλακέτα ελέγχου ισχύος PCB) έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει από βραχυκύκλωμα, υπερφόρτιση και υπερφόρτιση της μπαταρίας λιθίου. Κατά κανόνα, η προστασία υπερθέρμανσης είναι επίσης ενσωματωμένη στις μονάδες προστασίας.

Για λόγους ασφαλείας, απαγορεύεται η χρήση μπαταριών λιθίου σε οικιακές συσκευές, εκτός εάν έχουν ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας. Γι' αυτό όλες οι μπαταρίες κινητών τηλεφώνων έχουν πάντα μια πλακέτα PCB. Οι ακροδέκτες εξόδου της μπαταρίας βρίσκονται απευθείας στην πλακέτα:

Αυτές οι πλακέτες χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή φόρτισης με έξι πόδια σε μια εξειδικευμένη συσκευή (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 και άλλα ανάλογα). Η αποστολή αυτού του ελεγκτή είναι να αποσυνδέει την μπαταρία από το φορτίο όταν η μπαταρία είναι πλήρως αποφορτισμένη και να αποσυνδέει τη μπαταρία από τη φόρτιση όταν φτάσει τα 4,25 V.

Εδώ, για παράδειγμα, είναι ένα διάγραμμα της πλακέτας προστασίας μπαταρίας BP-6M που παρέχεται με παλιά τηλέφωνα Nokia:

Αν μιλάμε για 18650, μπορούν να παραχθούν είτε με πλακέτα προστασίας είτε χωρίς. Η μονάδα προστασίας βρίσκεται κοντά στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.

Η πλακέτα αυξάνει το μήκος της μπαταρίας κατά 2-3 mm.

Οι μπαταρίες χωρίς μονάδα PCB περιλαμβάνονται συνήθως σε μπαταρίες που συνοδεύονται από τα δικά τους κυκλώματα προστασίας.

Οποιαδήποτε μπαταρία με προστασία μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε μπαταρία χωρίς προστασία, απλά πρέπει να την εκτονώσετε.

Σήμερα, η μέγιστη χωρητικότητα της μπαταρίας 18650 είναι 3400 mAh. Οι μπαταρίες με προστασία πρέπει να φέρουν την αντίστοιχη ονομασία στη θήκη ("Προστατευμένη").

Μην συγχέετε την πλακέτα PCB με τη μονάδα PCM (PCM - μονάδα φόρτισης ισχύος). Εάν τα πρώτα εξυπηρετούν μόνο το σκοπό της προστασίας της μπαταρίας, τότε τα δεύτερα έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν τη διαδικασία φόρτισης - περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης σε ένα δεδομένο επίπεδο, ελέγχουν τη θερμοκρασία και, γενικά, διασφαλίζουν ολόκληρη τη διαδικασία. Η πλακέτα PCM είναι αυτό που ονομάζουμε ελεγκτής φόρτισης.

Ελπίζω τώρα να μην υπάρχουν ερωτήσεις, πώς να φορτίσω μια μπαταρία 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία λιθίου; Στη συνέχεια προχωράμε σε μια μικρή επιλογή από έτοιμες λύσεις κυκλωμάτων για φορτιστές (οι ίδιοι ελεγκτές φόρτισης).

Σχέδια φόρτισης για μπαταρίες ιόντων λιθίου

Όλα τα κυκλώματα είναι κατάλληλα για τη φόρτιση οποιασδήποτε μπαταρίας λιθίου· το μόνο που μένει είναι να αποφασίσετε για το ρεύμα φόρτισης και τη βάση του στοιχείου.

LM317

Διάγραμμα ενός απλού φορτιστή που βασίζεται στο τσιπ LM317 με ένδειξη φόρτισης:

Το κύκλωμα είναι το απλούστερο, όλη η ρύθμιση καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου στα 4,2 βολτ χρησιμοποιώντας την αντίσταση περικοπής R8 (χωρίς συνδεδεμένη μπαταρία!) και τη ρύθμιση του ρεύματος φόρτισης επιλέγοντας αντιστάσεις R4, R6. Η ισχύς της αντίστασης R1 είναι τουλάχιστον 1 Watt.

Μόλις σβήσει το LED, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη (το ρεύμα φόρτισης δεν θα μειωθεί ποτέ στο μηδέν). Δεν συνιστάται η διατήρηση της μπαταρίας σε αυτή τη φόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την πλήρη φόρτισή της.

Το μικροκύκλωμα lm317 χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους σταθεροποιητές τάσης και ρεύματος (ανάλογα με το κύκλωμα σύνδεσης). Πωλείται σε κάθε γωνία και κοστίζει πένες (μπορείτε να πάρετε 10 κομμάτια μόνο για 55 ρούβλια).

Το LM317 διατίθεται σε διαφορετικά περιβλήματα:

Ανάθεση καρφίτσας (pinout):

Ανάλογα του τσιπ LM317 είναι: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (τα δύο τελευταία είναι εγχώριας παραγωγής).

Το ρεύμα φόρτισης μπορεί να αυξηθεί στα 3Α εάν πάρετε LM350 αντί για LM317. Ωστόσο, θα είναι πιο ακριβό - 11 ρούβλια/τεμάχιο.

Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η διάταξη κυκλώματος φαίνονται παρακάτω:

Το παλιό σοβιετικό τρανζίστορ KT361 μπορεί να αντικατασταθεί με ένα παρόμοιο τρανζίστορ pnp (για παράδειγμα, KT3107, KT3108 ή αστικό 2N5086, 2SA733, BC308A). Μπορεί να αφαιρεθεί εντελώς εάν δεν απαιτείται η ένδειξη φόρτισης.

Μειονέκτημα του κυκλώματος: η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι στην περιοχή 8-12V. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την κανονική λειτουργία του τσιπ LM317, η διαφορά μεταξύ της τάσης της μπαταρίας και της τάσης τροφοδοσίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 4,25 Volt. Έτσι, δεν θα είναι δυνατή η τροφοδοσία του από τη θύρα USB.

MAX1555 ή MAX1551

Οι MAX1551/MAX1555 είναι εξειδικευμένοι φορτιστές για μπαταρίες Li+, με δυνατότητα λειτουργίας από USB ή από ξεχωριστό τροφοδοτικό (για παράδειγμα, φορτιστή τηλεφώνου).

Η μόνη διαφορά μεταξύ αυτών των μικροκυκλωμάτων είναι ότι το MAX1555 παράγει ένα σήμα που υποδεικνύει τη διαδικασία φόρτισης και το MAX1551 παράγει ένα σήμα ότι η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη. Εκείνοι. Το 1555 εξακολουθεί να είναι προτιμότερο στις περισσότερες περιπτώσεις, επομένως το 1551 είναι πλέον δύσκολο να βρεθεί σε προσφορά.

Μια λεπτομερής περιγραφή αυτών των μικροκυκλωμάτων από τον κατασκευαστή είναι.

Η μέγιστη τάση εισόδου από τον προσαρμογέα DC είναι 7 V, όταν τροφοδοτείται από USB - 6 V. Όταν η τάση τροφοδοσίας πέσει στα 3,52 V, το μικροκύκλωμα απενεργοποιείται και η φόρτιση σταματά.

Το ίδιο το μικροκύκλωμα ανιχνεύει σε ποια είσοδο υπάρχει η τάση τροφοδοσίας και συνδέεται με αυτό. Εάν η τροφοδοσία τροφοδοτείται μέσω του διαύλου USB, τότε το μέγιστο ρεύμα φόρτισης περιορίζεται στα 100 mA - αυτό σας επιτρέπει να συνδέσετε τον φορτιστή στη θύρα USB οποιουδήποτε υπολογιστή χωρίς φόβο ότι θα καεί η νότια γέφυρα.

Όταν τροφοδοτείται από ξεχωριστό τροφοδοτικό, το τυπικό ρεύμα φόρτισης είναι 280 mA.

Τα τσιπ έχουν ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης. Αλλά ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα συνεχίζει να λειτουργεί, μειώνοντας το ρεύμα φόρτισης κατά 17 mA για κάθε βαθμό πάνω από 110 ° C.

Υπάρχει μια λειτουργία προφόρτισης (δείτε παραπάνω): εφόσον η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από 3 V, το μικροκύκλωμα περιορίζει το ρεύμα φόρτισης στα 40 mA.

Το μικροκύκλωμα έχει 5 ακίδες. Ακολουθεί ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης:

Εάν υπάρχει εγγύηση ότι η τάση στην έξοδο του προσαρμογέα σας δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να υπερβεί τα 7 βολτ, τότε μπορείτε να κάνετε χωρίς τον σταθεροποιητή 7805.

Η επιλογή φόρτισης USB μπορεί να συναρμολογηθεί, για παράδειγμα, σε αυτήν.

Το μικροκύκλωμα δεν απαιτεί ούτε εξωτερικές διόδους ούτε εξωτερικά τρανζίστορ. Γενικά, φυσικά, υπέροχα μικροπράγματα! Μόνο που είναι πολύ μικρά και άβολα για συγκόλληση. Και είναι επίσης ακριβά ().

LP2951

Ο σταθεροποιητής LP2951 κατασκευάζεται από την National Semiconductors (). Παρέχει την εφαρμογή μιας ενσωματωμένης λειτουργίας περιορισμού ρεύματος και σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα σταθερό επίπεδο τάσης φόρτισης για μια μπαταρία ιόντων λιθίου στην έξοδο του κυκλώματος.

Η τάση φόρτισης είναι 4,08 - 4,26 βολτ και ρυθμίζεται από την αντίσταση R3 όταν αποσυνδεθεί η μπαταρία. Η τάση διατηρείται με μεγάλη ακρίβεια.

Το ρεύμα φόρτισης είναι 150 - 300 mA, αυτή η τιμή περιορίζεται από τα εσωτερικά κυκλώματα του τσιπ LP2951 (ανάλογα με τον κατασκευαστή).

Χρησιμοποιήστε τη δίοδο με μικρό αντίστροφο ρεύμα. Για παράδειγμα, μπορεί να είναι οποιαδήποτε από τη σειρά 1N400X που μπορείτε να αγοράσετε. Η δίοδος χρησιμοποιείται ως δίοδος αποκλεισμού για να αποτρέψει το αντίστροφο ρεύμα από την μπαταρία στο τσιπ LP2951 όταν η τάση εισόδου είναι απενεργοποιημένη.

Αυτός ο φορτιστής παράγει ένα αρκετά χαμηλό ρεύμα φόρτισης, επομένως οποιαδήποτε μπαταρία 18650 μπορεί να φορτιστεί κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Το μικροκύκλωμα μπορεί να αγοραστεί τόσο σε συσκευασία DIP όσο και σε συσκευασία SOIC (κοστίζει περίπου 10 ρούβλια ανά τεμάχιο).

MCP73831

Το τσιπ σας επιτρέπει να δημιουργήσετε τους σωστούς φορτιστές και είναι επίσης φθηνότερο από τον πολυδιαφημισμένο MAX1555.

Ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης λαμβάνεται από:

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η απουσία ισχυρών αντιστάσεων χαμηλής αντίστασης που περιορίζουν το ρεύμα φόρτισης. Εδώ το ρεύμα ρυθμίζεται από μια αντίσταση που συνδέεται με τον 5ο ακροδέκτη του μικροκυκλώματος. Η αντίστασή του πρέπει να είναι στην περιοχή 2-10 kOhm.

Ο συναρμολογημένος φορτιστής μοιάζει με αυτό:

Το μικροκύκλωμα θερμαίνεται αρκετά καλά κατά τη λειτουργία, αλλά αυτό δεν φαίνεται να το ενοχλεί. Εκπληρώνει τη λειτουργία του.

Ακολουθεί μια άλλη έκδοση μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με LED SMD και υποδοχή micro-USB:

LTC4054 (STC4054)

Πολύ απλό σχέδιο, εξαιρετική επιλογή! Επιτρέπει τη φόρτιση με ρεύμα έως 800 mA (βλ.). Είναι αλήθεια ότι τείνει να ζεσταίνεται πολύ, αλλά σε αυτήν την περίπτωση η ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης μειώνει το ρεύμα.

Το κύκλωμα μπορεί να απλοποιηθεί σημαντικά με την απόρριψη ενός ή και των δύο LED με ένα τρανζίστορ. Τότε θα μοιάζει με αυτό (πρέπει να παραδεχτείτε, δεν θα μπορούσε να είναι πιο απλό: μερικές αντιστάσεις και ένας συμπυκνωτής):

Μία από τις επιλογές πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση . Η πλακέτα έχει σχεδιαστεί για στοιχεία τυπικού μεγέθους 0805.

I=1000/R. Δεν πρέπει να ρυθμίσετε αμέσως υψηλό ρεύμα· πρώτα δείτε πόσο ζεσταίνεται το μικροκύκλωμα. Για τους σκοπούς μου, πήρα μια αντίσταση 2,7 kOhm και το ρεύμα φόρτισης αποδείχθηκε περίπου 360 mA.

Είναι απίθανο να είναι δυνατή η προσαρμογή ενός καλοριφέρ σε αυτό το μικροκύκλωμα και δεν είναι γεγονός ότι θα είναι αποτελεσματικό λόγω της υψηλής θερμικής αντίστασης της σύνδεσης κρυστάλλου-θήκης. Ο κατασκευαστής συνιστά να κάνετε την ψύκτρα "μέσω των καλωδίων" - κάνοντας τα ίχνη όσο το δυνατόν πιο παχιά και αφήνοντας το φύλλο κάτω από το σώμα του τσιπ. Γενικά, όσο περισσότερο αλουμινόχαρτο έχει απομείνει, τόσο το καλύτερο.

Παρεμπιπτόντως, το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας διαχέεται μέσω του 3ου ποδιού, οπότε μπορείτε να κάνετε αυτό το ίχνος πολύ φαρδύ και παχύ (γεμίστε το με περίσσεια κόλλησης).

Το πακέτο τσιπ LTC4054 μπορεί να φέρει την ετικέτα LTH7 ή LTADY.

Το LTH7 διαφέρει από το LTADY στο ότι το πρώτο μπορεί να σηκώσει μια πολύ χαμηλή μπαταρία (στην οποία η τάση είναι μικρότερη από 2,9 βολτ), ενώ η δεύτερη δεν μπορεί (πρέπει να την περιστρέψετε ξεχωριστά).

Το τσιπ αποδείχθηκε πολύ επιτυχημένο, επομένως έχει μια δέσμη αναλόγων: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM181PT40, WPM1PT4050 81, VS61 02, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Πριν χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε από τα ανάλογα, ελέγξτε τα φύλλα δεδομένων.

ΤΠ4056

Το μικροκύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε περίβλημα SOP-8 (βλ.), έχει μια μεταλλική ψύκτρα στην κοιλιά του που δεν συνδέεται με τις επαφές, γεγονός που επιτρέπει την πιο αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας. Σας επιτρέπει να φορτίζετε την μπαταρία με ρεύμα έως και 1A (το ρεύμα εξαρτάται από την αντίσταση ρύθμισης ρεύματος).

Το διάγραμμα σύνδεσης απαιτεί τα ελάχιστα στοιχεία ανάρτησης:

Το κύκλωμα εφαρμόζει την κλασική διαδικασία φόρτισης - πρώτα φορτίζει με σταθερό ρεύμα, μετά με σταθερή τάση και ρεύμα πτώσης. Όλα είναι επιστημονικά. Αν κοιτάξετε τη φόρτιση βήμα προς βήμα, μπορείτε να διακρίνετε διάφορα στάδια:

1. Παρακολούθηση της τάσης της συνδεδεμένης μπαταρίας (αυτό συμβαίνει συνεχώς).
2. Φάση προφόρτισης (εάν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη κάτω από 2,9 V). Φορτίστε με ρεύμα 1/10 από αυτό που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm) σε επίπεδο 2,9 V.
3. Φόρτιση με μέγιστο σταθερό ρεύμα (1000 mA σε R prog = 1,2 kOhm).
4. Όταν η μπαταρία φτάσει τα 4,2 V, η τάση στην μπαταρία είναι σταθερή σε αυτό το επίπεδο. Ξεκινά μια σταδιακή μείωση του ρεύματος φόρτισης.
5. Όταν το ρεύμα φτάσει στο 1/10 αυτού που έχει προγραμματίσει η αντίσταση R prog (100 mA σε R prog = 1,2 kOhm), ο φορτιστής απενεργοποιείται.
6. Αφού ολοκληρωθεί η φόρτιση, ο ελεγκτής συνεχίζει να παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας (βλ. σημείο 1). Το ρεύμα που καταναλώνεται από το κύκλωμα παρακολούθησης είναι 2-3 μΑ. Αφού πέσει η τάση στα 4,0 V, η φόρτιση ξεκινά ξανά. Και ούτω καθεξής σε κύκλο.

Το ρεύμα φόρτισης (σε αμπέρ) υπολογίζεται από τον τύπο I=1200/R πρόγ. Το επιτρεπόμενο μέγιστο είναι 1000 mA.

Μια πραγματική δοκιμή φόρτισης με μπαταρία 3400 mAh 18650 φαίνεται στο γράφημα:

Το πλεονέκτημα του μικροκυκλώματος είναι ότι το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από μία μόνο αντίσταση. Δεν απαιτούνται ισχυρές αντιστάσεις χαμηλής αντίστασης. Επιπλέον, υπάρχει μια ένδειξη της διαδικασίας φόρτισης, καθώς και μια ένδειξη για το τέλος της φόρτισης. Όταν η μπαταρία δεν είναι συνδεδεμένη, η ένδειξη αναβοσβήνει κάθε λίγα δευτερόλεπτα.

Η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πρέπει να είναι εντός 4,5...8 βολτ. Όσο πιο κοντά στα 4,5 V, τόσο το καλύτερο (άρα το τσιπ θερμαίνεται λιγότερο).

Το πρώτο σκέλος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι ενσωματωμένος στην μπαταρία ιόντων λιθίου (συνήθως ο μεσαίος ακροδέκτης μιας μπαταρίας κινητού τηλεφώνου). Εάν η τάση εξόδου είναι κάτω από το 45% ή πάνω από το 80% της τάσης τροφοδοσίας, η φόρτιση διακόπτεται. Εάν δεν χρειάζεστε έλεγχο θερμοκρασίας, απλώς φυτέψτε αυτό το πόδι στο έδαφος.

Προσοχή! Αυτό το κύκλωμα έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: την απουσία κυκλώματος προστασίας αντίστροφης πολικότητας μπαταρίας. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ελεγκτής είναι εγγυημένο ότι θα καεί λόγω υπέρβασης του μέγιστου ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος πηγαίνει απευθείας στην μπαταρία, κάτι που είναι πολύ επικίνδυνο.

Η σφραγίδα είναι απλή και μπορεί να γίνει σε μια ώρα στο γόνατό σας. Εάν ο χρόνος είναι ουσιαστικός, μπορείτε να παραγγείλετε έτοιμες ενότητες. Ορισμένοι κατασκευαστές έτοιμων μονάδων προσθέτουν προστασία από υπερένταση και υπερφόρτιση (για παράδειγμα, μπορείτε να επιλέξετε ποια πλακέτα χρειάζεστε - με ή χωρίς προστασία και με ποιον σύνδεσμο).

Μπορείτε επίσης να βρείτε έτοιμες σανίδες με επαφή για αισθητήρα θερμοκρασίας. Ή ακόμα και μια μονάδα φόρτισης με πολλά παράλληλα μικροκυκλώματα TP4056 για αύξηση του ρεύματος φόρτισης και με προστασία αντίστροφης πολικότητας (παράδειγμα).

LTC1734

Επίσης ένα πολύ απλό σχέδιο. Το ρεύμα φόρτισης ρυθμίζεται από την αντίσταση R prog (για παράδειγμα, εάν εγκαταστήσετε μια αντίσταση 3 kOhm, το ρεύμα θα είναι 500 mA).

Τα μικροκυκλώματα συνήθως επισημαίνονται στη θήκη: LTRG (συχνά μπορούν να βρεθούν σε παλιά τηλέφωνα Samsung).

Οποιοδήποτε τρανζίστορ pnp είναι κατάλληλο, το κύριο πράγμα είναι ότι έχει σχεδιαστεί για ένα δεδομένο ρεύμα φόρτισης.

Δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης στο υποδεικνυόμενο διάγραμμα, αλλά στο LTC1734 λέγεται ότι ο ακροδέκτης "4" (Prog) έχει δύο λειτουργίες - ρύθμιση του ρεύματος και παρακολούθηση του τέλους φόρτισης της μπαταρίας. Για παράδειγμα, εμφανίζεται ένα κύκλωμα με έλεγχο του τέλους φόρτισης χρησιμοποιώντας τον συγκριτή LT1716.

Ο συγκριτής LT1716 σε αυτή την περίπτωση μπορεί να αντικατασταθεί με ένα φτηνό LM358.

TL431 + τρανζίστορ

Είναι πιθανώς δύσκολο να καταλήξουμε σε ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί πιο οικονομικά εξαρτήματα. Το πιο δύσκολο μέρος εδώ είναι η εύρεση της πηγής τάσης αναφοράς TL431. Αλλά είναι τόσο κοινά που βρίσκονται σχεδόν παντού (σπάνια μια πηγή ρεύματος κάνει χωρίς αυτό το μικροκύκλωμα).

Λοιπόν, το τρανζίστορ TIP41 μπορεί να αντικατασταθεί με οποιοδήποτε άλλο με κατάλληλο ρεύμα συλλέκτη. Ακόμα και τα παλιά σοβιετικά KT819, KT805 (ή λιγότερο ισχυρά KT815, KT817) θα το κάνουν.

Η ρύθμιση του κυκλώματος καταλήγει στη ρύθμιση της τάσης εξόδου (χωρίς μπαταρία!!!) χρησιμοποιώντας μια αντίσταση περικοπής στα 4,2 βολτ. Η αντίσταση R1 ορίζει τη μέγιστη τιμή του ρεύματος φόρτισης.

Αυτό το κύκλωμα υλοποιεί πλήρως τη διαδικασία δύο σταδίων της φόρτισης των μπαταριών λιθίου - πρώτα φόρτιση με συνεχές ρεύμα, μετά μετάβαση στη φάση σταθεροποίησης τάσης και ομαλή μείωση του ρεύματος σχεδόν στο μηδέν. Το μόνο μειονέκτημα είναι η κακή επαναληψιμότητα του κυκλώματος (είναι ιδιότροπο στη ρύθμιση και απαιτητικό για τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται).

MCP73812

Υπάρχει άλλο ένα αδικαιολόγητα παραμελημένο μικροκύκλωμα από τη Microchip - MCP73812 (βλ.). Με βάση αυτό, επιτυγχάνεται μια πολύ οικονομική επιλογή χρέωσης (και φθηνή!). Το κιτ ολόκληρου σώματος είναι μόνο μία αντίσταση!

Παρεμπιπτόντως, το μικροκύκλωμα κατασκευάζεται σε συσκευασία φιλική προς τη συγκόλληση - SOT23-5.

Το μόνο αρνητικό είναι ότι ζεσταίνεται πολύ και δεν υπάρχει ένδειξη φόρτισης. Επίσης, κατά κάποιο τρόπο δεν λειτουργεί πολύ αξιόπιστα εάν έχετε μια πηγή ενέργειας χαμηλής ισχύος (η οποία προκαλεί πτώση τάσης).

Γενικά, αν η ένδειξη φόρτισης δεν είναι σημαντική για εσάς, και σας ταιριάζει ένα ρεύμα 500 mA, τότε το MCP73812 είναι μια πολύ καλή επιλογή.

NCP1835

Προσφέρεται μια πλήρως ενσωματωμένη λύση - NCP1835B, που παρέχει υψηλή σταθερότητα της τάσης φόρτισης (4,2 ±0,05 V).

Ίσως το μόνο μειονέκτημα αυτού του μικροκυκλώματος είναι το πολύ μικροσκοπικό του μέγεθος (θήκη DFN-10, μέγεθος 3x3 mm). Δεν μπορούν όλοι να παρέχουν υψηλής ποιότητας συγκόλληση τέτοιων μικροσκοπικών στοιχείων.

Μεταξύ των αναμφισβήτητων πλεονεκτημάτων θα ήθελα να σημειώσω τα εξής:

1. Ελάχιστος αριθμός μελών του σώματος.
2. Δυνατότητα φόρτισης πλήρως αποφορτισμένης μπαταρίας (ρεύμα προφόρτισης 30 mA);
3. Προσδιορισμός του τέλους φόρτισης.
4. Προγραμματιζόμενο ρεύμα φόρτισης - έως 1000 mA.
5. Ένδειξη φόρτισης και σφάλματος (με δυνατότητα ανίχνευσης μη φορτιζόμενων μπαταριών και σηματοδότησης).
6. Προστασία από μακροχρόνια φόρτιση (με αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή C t, μπορείτε να ρυθμίσετε τον μέγιστο χρόνο φόρτισης από 6,6 έως 784 λεπτά).

Το κόστος του μικροκυκλώματος δεν είναι ακριβώς φθηνό, αλλά ούτε και τόσο υψηλό (~$1) ώστε να αρνηθείτε να το χρησιμοποιήσετε. Εάν αισθάνεστε άνετα με ένα κολλητήρι, θα συνιστούσα να επιλέξετε αυτήν την επιλογή.

Μια πιο λεπτομερής περιγραφή υπάρχει.

Μπορώ να φορτίσω μια μπαταρία ιόντων λιθίου χωρίς ελεγκτή;

Ναι μπορείς. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει στενό έλεγχο του ρεύματος και της τάσης φόρτισης.

Γενικά, δεν θα είναι δυνατή η φόρτιση μιας μπαταρίας, για παράδειγμα, του 18650 μας, χωρίς φορτιστή. Χρειάζεται ακόμα να περιορίσετε με κάποιο τρόπο το μέγιστο ρεύμα φόρτισης, επομένως θα εξακολουθεί να απαιτείται τουλάχιστον η πιο πρωτόγονη μνήμη.

Ο απλούστερος φορτιστής για οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου είναι μια αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά με την μπαταρία:

Η αντίσταση και η απαγωγή ισχύος της αντίστασης εξαρτώνται από την τάση της πηγής ισχύος που θα χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση.

Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε μια αντίσταση για ένα τροφοδοτικό 5 Volt. Θα φορτίσουμε μια μπαταρία 18650 χωρητικότητας 2400 mAh.

Έτσι, στην αρχή της φόρτισης, η πτώση τάσης στην αντίσταση θα είναι:

U r = 5 - 2,8 = 2,2 Volt

Ας υποθέσουμε ότι το τροφοδοτικό μας 5 V είναι ονομαστική για μέγιστο ρεύμα 1Α. Το κύκλωμα θα καταναλώσει το υψηλότερο ρεύμα στην αρχή της φόρτισης, όταν η τάση στην μπαταρία είναι ελάχιστη και ανέρχεται στα 2,7-2,8 Volt.

Προσοχή: αυτοί οι υπολογισμοί δεν λαμβάνουν υπόψη την πιθανότητα η μπαταρία να είναι πολύ βαθιά αποφορτισμένη και η τάση σε αυτήν να είναι πολύ χαμηλότερη, ακόμη και στο μηδέν.

Έτσι, η αντίσταση της αντίστασης που απαιτείται για τον περιορισμό του ρεύματος στην αρχή της φόρτισης στο 1 Ampere θα πρέπει να είναι:

R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 Ohm

Διαρροή ισχύος αντίστασης:

P r = I 2 R = 1*1*2,2 = 2,2 W

Στο τέλος της φόρτισης της μπαταρίας, όταν η τάση σε αυτήν πλησιάσει τα 4,2 V, το ρεύμα φόρτισης θα είναι:

Φορτίζω = (U ip - 4,2) / R = (5 - 4,2) / 2,2 = 0,3 A

Δηλαδή, όπως βλέπουμε, όλες οι τιμές δεν υπερβαίνουν τα επιτρεπόμενα όρια για μια δεδομένη μπαταρία: το αρχικό ρεύμα δεν υπερβαίνει το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης για μια δεδομένη μπαταρία (2,4 A) και το τελικό ρεύμα υπερβαίνει το ρεύμα στην οποία η μπαταρία δεν αποκτά πλέον χωρητικότητα ( 0,24 A).

Το κύριο μειονέκτημα μιας τέτοιας φόρτισης είναι η ανάγκη συνεχούς παρακολούθησης της τάσης στην μπαταρία. Και απενεργοποιήστε χειροκίνητα τη φόρτιση μόλις η τάση φτάσει τα 4,2 Volt. Το γεγονός είναι ότι οι μπαταρίες λιθίου ανέχονται πολύ άσχημα ακόμη και τη βραχυπρόθεσμη υπέρταση - οι μάζες των ηλεκτροδίων αρχίζουν να υποβαθμίζονται γρήγορα, γεγονός που αναπόφευκτα οδηγεί σε απώλεια χωρητικότητας. Ταυτόχρονα δημιουργούνται όλες οι προϋποθέσεις για υπερθέρμανση και αποσυμπίεση.

Εάν η μπαταρία σας έχει ενσωματωμένη πλακέτα προστασίας, η οποία συζητήθηκε ακριβώς παραπάνω, τότε όλα γίνονται πιο απλά. Όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη τάση στην μπαταρία, η ίδια η πλακέτα θα την αποσυνδέσει από τον φορτιστή. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος χρέωσης έχει σημαντικά μειονεκτήματα, τα οποία συζητήσαμε.

Η προστασία που είναι ενσωματωμένη στην μπαταρία δεν θα επιτρέψει την υπερφόρτισή της σε καμία περίπτωση. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να ελέγξετε το ρεύμα φόρτισης έτσι ώστε να μην υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές για μια δεδομένη μπαταρία (οι προστατευτικές πλακέτες δεν μπορούν να περιορίσουν το ρεύμα φόρτισης, δυστυχώς).

Φόρτιση με χρήση εργαστηριακού τροφοδοτικού

Εάν έχετε τροφοδοτικό με προστασία ρεύματος (περιορισμός), τότε έχετε σωθεί! Μια τέτοια πηγή ενέργειας είναι ήδη ένας πλήρης φορτιστής που εφαρμόζει το σωστό προφίλ φόρτισης, για το οποίο γράψαμε παραπάνω (CC/CV).

Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε για να φορτίσετε το li-ion είναι να ρυθμίσετε την παροχή ρεύματος στα 4,2 βολτ και να ορίσετε το επιθυμητό όριο ρεύματος. Και μπορείτε να συνδέσετε την μπαταρία.

Αρχικά, όταν η μπαταρία είναι ακόμα αποφορτισμένη, το εργαστηριακό τροφοδοτικό θα λειτουργεί σε λειτουργία προστασίας ρεύματος (δηλαδή, θα σταθεροποιεί το ρεύμα εξόδου σε ένα δεδομένο επίπεδο). Στη συνέχεια, όταν η τάση στην τράπεζα ανέβει στο ρυθμισμένο 4,2 V, η τροφοδοσία ρεύματος θα μεταβεί σε λειτουργία σταθεροποίησης τάσης και το ρεύμα θα αρχίσει να πέφτει.

Όταν το ρεύμα πέσει στους 0,05-0,1 C, η μπαταρία μπορεί να θεωρηθεί πλήρως φορτισμένη.

Όπως μπορείτε να δείτε, το εργαστηριακό τροφοδοτικό είναι ένας σχεδόν ιδανικός φορτιστής! Το μόνο πράγμα που δεν μπορεί να κάνει αυτόματα είναι να αποφασίσει να φορτίσει πλήρως την μπαταρία και να απενεργοποιήσει. Αλλά αυτό είναι ένα μικρό πράγμα που δεν πρέπει καν να δώσετε προσοχή.

Πώς να φορτίσετε τις μπαταρίες λιθίου;

Και αν μιλάμε για μπαταρία μιας χρήσης που δεν προορίζεται για επαναφόρτιση, τότε η σωστή (και μόνη σωστή) απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι ΟΧΙ.

Το γεγονός είναι ότι οποιαδήποτε μπαταρία λιθίου (για παράδειγμα, η κοινή CR2032 με τη μορφή επίπεδης ταμπλέτας) χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός εσωτερικού στρώματος παθητικοποίησης που καλύπτει την άνοδο λιθίου. Αυτό το στρώμα εμποδίζει μια χημική αντίδραση μεταξύ της ανόδου και του ηλεκτρολύτη. Και η παροχή εξωτερικού ρεύματος καταστρέφει το παραπάνω προστατευτικό στρώμα, οδηγώντας σε βλάβη της μπαταρίας.

Παρεμπιπτόντως, αν μιλάμε για τη μη επαναφορτιζόμενη μπαταρία CR2032, τότε το LIR2032, το οποίο μοιάζει πολύ με αυτό, είναι ήδη μια πλήρης μπαταρία. Μπορεί και πρέπει να χρεωθεί. Μόνο που η τάση του δεν είναι 3, αλλά 3,6V.

Ο τρόπος φόρτισης των μπαταριών λιθίου (είτε είναι μπαταρία τηλεφώνου, 18650 ή οποιαδήποτε άλλη μπαταρία ιόντων λιθίου) συζητήθηκε στην αρχή του άρθρου.

Νικολάι Πετρούσοφ

TL431, τι είδους "θηρίο" είναι αυτό;

Ρύζι. 1 TL431.

Το TL431 δημιουργήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του '70 και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και στις ραδιοερασιτεχνικές δραστηριότητες.
Όμως, παρά την προχωρημένη ηλικία του, δεν είναι όλοι οι ραδιοερασιτέχνες εξοικειωμένοι με αυτή την υπέροχη θήκη και τις δυνατότητές της.
Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να εξοικειώσω τους ραδιοερασιτέχνες με αυτό το μικροκύκλωμα.

Αρχικά, ας δούμε τι υπάρχει μέσα σε αυτό και ας στραφούμε στην τεκμηρίωση για το μικροκύκλωμα, το "φύλλο δεδομένων" (παρεμπιπτόντως, τα ανάλογα αυτού του μικροκυκλώματος είναι το KA431 και τα μικροκυκλώματα KR142EN19A, K1156ER5x).
Και μέσα του υπάρχουν καμιά δεκαριά τρανζίστορ και μόνο τρεις έξοδοι, οπότε τι είναι;

Ρύζι. 2Συσκευή TL431.

Αποδεικνύεται ότι όλα είναι πολύ απλά. Στο εσωτερικό υπάρχει ένας συμβατικός ενισχυτής λειτουργίας (τρίγωνο στο μπλοκ διάγραμμα) με ένα τρανζίστορ εξόδου και μια πηγή τάσης αναφοράς.
Μόνο που εδώ αυτό το κύκλωμα παίζει έναν ελαφρώς διαφορετικό ρόλο, δηλαδή το ρόλο μιας διόδου zener. Ονομάζεται επίσης "ελεγχόμενη δίοδος Zener".
Πώς λειτουργεί;
Ας δούμε το μπλοκ διάγραμμα TL431 στο Σχήμα 2. Από το διάγραμμα μπορείτε να δείτε ότι το op-amp έχει μια (πολύ σταθερή) ενσωματωμένη πηγή τάσης αναφοράς 2,5 volt (μικρό τετράγωνο) συνδεδεμένη στην αντίστροφη είσοδο, μια άμεση είσοδο ( R), ένα τρανζίστορ στην έξοδο op-amp, έναν συλλέκτη (K) και έναν πομπό (A), που συνδυάζονται με τους ακροδέκτες τροφοδοσίας του ενισχυτή και μια προστατευτική δίοδο κατά της αντιστροφής πολικότητας. Το μέγιστο ρεύμα φορτίου αυτού του τρανζίστορ είναι μέχρι 100 mA, η μέγιστη τάση είναι έως και 36 βολτ.

Ρύζι. 3 Pinout TL431.

Τώρα, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός απλού κυκλώματος που φαίνεται στο Σχήμα 4, ας δούμε πώς λειτουργεί όλο αυτό.
Γνωρίζουμε ήδη ότι μέσα στο τσιπ υπάρχει μια ενσωματωμένη πηγή τάσης αναφοράς - 2,5 βολτ. Στις πρώτες εκδόσεις μικροκυκλωμάτων, που ονομάζονταν TL430, η τάση της ενσωματωμένης πηγής ήταν 3 βολτ, σε μεταγενέστερες εκδόσεις φτάνει τα 1,5 βολτ.
Αυτό σημαίνει ότι για να ανοίξει το τρανζίστορ εξόδου, είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί μια τάση ελαφρώς υψηλότερη από τα 2,5 βολτ αναφοράς στην είσοδο (R) του λειτουργικού ενισχυτή (το πρόθεμα "ελαφρώς" μπορεί να παραλειφθεί, καθώς η διαφορά είναι αρκετά millivolt και στο μέλλον θα υποθέσουμε ότι πρέπει να εφαρμοστεί τάση ίση με την αναφορά στην είσοδο), τότε θα εμφανιστεί μια τάση στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή και το τρανζίστορ εξόδου θα ανοίξει.
Για να το θέσω απλά, το TL431 είναι κάτι σαν τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (ή απλώς τρανζίστορ), το οποίο ανοίγει όταν εφαρμόζεται τάση 2,5 βολτ (ή περισσότερο) στην είσοδό του. Το κατώφλι ανοίγματος-κλεισίματος του τρανζίστορ εξόδου είναι πολύ σταθερό εδώ λόγω της παρουσίας μιας ενσωματωμένης σταθερής πηγής τάσης αναφοράς.

Ρύζι. 4Διάγραμμα κυκλώματος για TL431.

Από το διάγραμμα (Εικ. 4) φαίνεται ότι ένας διαιρέτης τάσης που αποτελείται από αντιστάσεις R2 και R3 είναι συνδεδεμένος στην είσοδο R του μικροκυκλώματος TL431, η αντίσταση R1 περιορίζει το ρεύμα LED.
Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις του διαχωριστή είναι ίδιες (η τάση τροφοδοσίας διαιρείται στο μισό), το τρανζίστορ εξόδου του ενισχυτή (TL-ki) θα ανοίξει όταν η τάση της πηγής ισχύος είναι 5 βολτ ή περισσότερο (5/2 = 2,5). Σε αυτήν την περίπτωση, 2,5 βολτ θα τροφοδοτηθούν στην είσοδο R από το διαχωριστικό R2-R3.
Δηλαδή, το LED μας θα ανάψει (το τρανζίστορ εξόδου θα ανοίξει) όταν η τάση της πηγής ρεύματος είναι 5 βολτ ή περισσότερο. Θα σβήσει ανάλογα όταν η τάση της πηγής είναι μικρότερη από 5 βολτ.
Εάν αυξήσετε την αντίσταση της αντίστασης R3 στον διαχωριστικό βραχίονα, τότε θα χρειαστεί να αυξήσετε την τάση του τροφοδοτικού σε περισσότερα από 5 βολτ, έτσι ώστε η τάση στην είσοδο R του μικροκυκλώματος να τροφοδοτείται από τον διαχωριστή R2-R3 πάλι φτάνει τα 2,5 βολτ και το τρανζίστορ εξόδου TL ανοίγει -ki.

Αποδεικνύεται ότι εάν αυτός ο διαιρέτης τάσης (R2-R3) είναι συνδεδεμένος στην έξοδο του τροφοδοτικού και η κάθοδος του TL-ki στη βάση ή την πύλη του τρανζίστορ ελέγχου του τροφοδοτικού, τότε αλλάζοντας τους βραχίονες του διαιρέτη, για παράδειγμα αλλάζοντας την τιμή του R3, θα είναι δυνατή η αλλαγή της τάσης εξόδου αυτού του τροφοδοτικού, επειδή ταυτόχρονα θα αλλάξει και η τάση σταθεροποίησης TL (τάση ανοίγματος του τρανζίστορ εξόδου) - αυτό δηλαδή, θα πάρουμε μια ελεγχόμενη δίοδο zener.
Ή εάν επιλέξετε ένα διαχωριστικό χωρίς να το αλλάξετε στο μέλλον, μπορείτε να ρυθμίσετε την τάση εξόδου του τροφοδοτικού αυστηρά σε μια συγκεκριμένη τιμή.

Συμπέρασμα;- εάν το μικροκύκλωμα χρησιμοποιείται ως δίοδος zener (ο κύριος σκοπός του), τότε επιλέγοντας τις αντιστάσεις του διαιρέτη R2-R3 μπορούμε να φτιάξουμε μια δίοδο zener με οποιαδήποτε τάση σταθεροποίησης εντός της περιοχής 2,5 - 36 volts (μέγιστος περιορισμός σύμφωνα με το «φύλλο δεδομένων»).
Τάση σταθεροποίησης 2,5 βολτ λαμβάνεται χωρίς διαχωριστή εάν η είσοδος του TL είναι συνδεδεμένη με την κάθοδο του, δηλαδή οι ακροδέκτες 1 και 3 βραχυκυκλώνονται.

Τότε προκύπτουν περισσότερα ερωτήματα. Είναι δυνατόν, για παράδειγμα, να αντικατασταθεί το TL431 με ένα κανονικό op-amp;
- Είναι δυνατό μόνο αν θέλετε να το σχεδιάσετε, αλλά θα χρειαστεί να συναρμολογήσετε τη δική σας πηγή τάσης αναφοράς 2,5 βολτ και να τροφοδοτήσετε με ισχύ τον ενισχυτή ενεργοποίησης χωριστά από το τρανζίστορ εξόδου, καθώς η τρέχουσα κατανάλωση μπορεί να ανοίξει τον ενεργοποιητή. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να κάνετε την τάση αναφοράς ό,τι θέλετε (όχι απαραίτητα 2,5 βολτ), τότε θα πρέπει να υπολογίσετε ξανά την αντίσταση του διαχωριστή που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το TL431, έτσι ώστε σε μια δεδομένη τάση εξόδου του τροφοδοτικού, η τάση που παρέχεται στην είσοδο του μικροκυκλώματος είναι ίση με την αναφορά.

Μια ακόμη ερώτηση - είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί το TL431 ως κανονικός συγκριτής και να βασιστεί σε αυτό, ας πούμε, ένας θερμοστάτης ή κάτι παρόμοιο;

Είναι δυνατό, αλλά δεδομένου ότι διαφέρει από έναν συμβατικό συγκριτή με την παρουσία μιας ενσωματωμένης πηγής τάσης αναφοράς, το κύκλωμα θα είναι πολύ πιο απλό. Για παράδειγμα αυτό?

Ρύζι. 5Θερμοστάτης στο TL431.

Εδώ το θερμίστορ (θερμίστορ) είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας και μειώνει την αντίστασή του όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, δηλ. έχει αρνητικό TCR (Temperature Coefficient of Resistance). Θερμίστορ με θετικό TCS, δηλ. Η αντίσταση των οποίων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας ονομάζεται πόζιστορ.
Σε αυτόν τον θερμοστάτη, όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει ένα καθορισμένο επίπεδο (ρυθμιζόμενο από μια μεταβλητή αντίσταση), ένα ρελέ ή κάποιος ενεργοποιητής θα λειτουργήσει και θα απενεργοποιήσει το φορτίο (θερμαντικά στοιχεία) με τις επαφές του ή, για παράδειγμα, θα ενεργοποιήσει τους ανεμιστήρες ανάλογα με το έργο.
Αυτό το κύκλωμα έχει μια μικρή υστέρηση και για να την αυξήσετε, είναι απαραίτητο να εισαχθεί ένα OOS μεταξύ των ακίδων 1-3, για παράδειγμα, μια αντίσταση κοπής 1,0 - 0,5 mOhm και η τιμή της πρέπει να επιλεγεί πειραματικά ανάλογα με την απαιτούμενη υστέρηση.
Εάν είναι απαραίτητο να λειτουργεί ο ενεργοποιητής όταν πέφτει η θερμοκρασία, τότε ο αισθητήρας και οι ρυθμιστές πρέπει να αλλάξουν, δηλαδή το θερμίστορ πρέπει να περιλαμβάνεται στον άνω βραχίονα και μια μεταβλητή αντίσταση με αντίσταση στον κάτω βραχίονα.
Και εν κατακλείδι, μπορείτε εύκολα να καταλάβετε πώς λειτουργεί το μικροκύκλωμα TL431 στο κύκλωμα ενός ισχυρού τροφοδοτικού για έναν πομποδέκτη, το οποίο φαίνεται στο σχήμα 6, και τι ρόλο παίζουν εδώ οι αντιστάσεις R8 και R9 και πώς επιλέγονται.

Ρύζι. 6Ισχυρό τροφοδοτικό 13 volt, 22 amp.