描述

4芯18650充電模塊

低 BOM 成本 4 芯 18650 充電器

由于其高容量和相對(duì)較低的成本，鋰聚合物電池如今幾乎無(wú)處不在。這個(gè)低 BOM 成本的 4 芯 18650 充電器模塊是我試圖解決另一個(gè)問(wèn)題的嘗試。

18650 Lipo 電池在我的實(shí)驗(yàn)室中很常見(jiàn)，并且有一個(gè)很好的理由，如上所述，它們具有成本效益并且還可以儲(chǔ)存相當(dāng)多的能量。然而，在過(guò)去，使用后給它們充電是一項(xiàng)相當(dāng)漫長(zhǎng)的工作。

通常的過(guò)程涉及幾個(gè) Lipo 充電模塊，全部通過(guò) USB 電纜連接，一次為一個(gè)電池充電。這不僅占用了相當(dāng)多的時(shí)間和空間，而且占用了本可以用作其他用途的 USB 端口。

這些單電池充電模塊基于超便宜的 TP4056 芯片，成本低廉，但加上所需的接線和電池座，以及供電電纜，看起來(lái)并不是很整潔。因此，我一直在尋找一個(gè)更好的解決方案，并且對(duì)我的“理想”模塊有很多要求。

MICROCHIP 的 MCP73832 似乎是定制設(shè)計(jì)的不錯(cuò)選擇，因?yàn)樗恍枰?5 個(gè)額外的外部元件，即兩個(gè)電阻器、兩個(gè)電容器和一個(gè) LED。該芯片的成本也極低。

高精度預(yù)設(shè)輸出電壓調(diào)節(jié) (+/-0.75%)

輸出電壓選項(xiàng)包括 4.2V、4.35V、4.4V 和 4.5V

用戶可編程充電電流

開(kāi)漏狀態(tài)輸出

片上熱調(diào)節(jié)

預(yù)處理和充電結(jié)束比率選項(xiàng)

欠壓鎖定

在 5 引腳 SOT-23 和熱效率高的 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝中包括集成傳輸晶體管、集成電流檢測(cè)和反向放電保護(hù)。

原型模塊

我想出的設(shè)計(jì)，可以同時(shí)為 4 芯充電。最大輸入電壓限制為 6v DC。

另一個(gè)有趣的特點(diǎn)是能夠使用通孔電池座或 SMD 電池座。我這樣做是因?yàn)槲矣邢喈?dāng)多的通孔庫(kù)存，但由于它們是很久以前買的，所以確切的零件號(hào)已經(jīng)放假了。在工廠組裝模塊時(shí)，可以使用SMD零件，因?yàn)閹?kù)存似乎很多。

原理圖

因?yàn)槲蚁矚g挑戰(zhàn)，所以設(shè)計(jì)使用更小的 3mm 2mm DFN8 封裝。充電電流由 R9 設(shè)置，在本例中為 2k，這將產(chǎn)生 500mA 的充電電流。您可以根據(jù)數(shù)據(jù)表將其調(diào)整為 2k 到 10k 之間的值。

完整的原理圖可在此處獲得：

原理圖_Lipo-Cell-Charger_2023-04-24下載

電路板設(shè)計(jì)

PCB 設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化以適合 10cm x 10cm 的電路板。電路板的大部分由實(shí)心覆銅制成，以提供良好的接地層。充電電路盡可能靠近放置，DFN8 封裝上的導(dǎo)熱墊與接地層的良好連接有助于熱調(diào)節(jié)。在這種情況下，我嘗試盡可能地復(fù)制建議的參考設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)整它以用于 DFN8 封裝（參考設(shè)計(jì)使用 5 引腳 SOT-23 封裝）

正如在特寫(xiě)鏡頭中看到的那樣，元器件放置在盡可能靠近 MCP73832 的位置，并使用過(guò)孔縫合來(lái)確保良好的接地連接，并允許接地層用作散熱器。

集會(huì)

這個(gè)模塊的組裝肯定需要使用模板。IC的DFN-8封裝只有3mm x 2mm，里面有8根引線和一個(gè)散熱墊。模板將確保您在每個(gè)焊盤(pán)上添加正確數(shù)量的焊膏。

正如我們?cè)谶@張模板裁剪圖片中可以清楚地看到的那樣，這些焊盤(pán)非常小。

我選擇使用加熱板，以及一些用于 SMD 組件組裝的熱風(fēng)。電池座和DC桶形連接器都是通孔的，因此使用標(biāo)準(zhǔn)烙鐵組裝，焊料稍厚，比正常情況下要多一些熱量，因?yàn)楹副P(pán)很大，而且澆銅確實(shí)很大從關(guān)節(jié)吸走熱量。

測(cè)試

測(cè)試模塊非常順利。我使用了四節(jié)需要充電的 18650 電池，它們很快（大約 1 小時(shí)）充電到 4.20 伏。

每個(gè)充電電路上的充電指示燈 LED 的工作方式與我們通常預(yù)期的相反，充電時(shí)會(huì)亮起，完成后熄滅。

電流消耗（在臺(tái)式電源上測(cè)得）證實(shí)每個(gè)電池都按照設(shè)計(jì)以 500mA 電流充電。隨著每個(gè)電池充電周期的完成，電流消耗也會(huì)減少，并最終下降到非常接近于零（我的工作臺(tái)電源上的安培表無(wú)法以很高的精度測(cè)量非常低的電流 -:)）

使用標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)已完成充電周期的電池，確認(rèn)它們確實(shí)處于 4.20v，并且充電電路不再向其中任何一個(gè)提供電流。

從單個(gè)電池（我使用了一組夾子）中汲取電流來(lái)為虛擬負(fù)載供電，一旦電池電壓下降超過(guò)設(shè)定的充電閾值，就會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)充電循環(huán)。

然而，非常重要的是要注意該模塊絕不是平衡電池充電器。它是一種 4 路單電池充電器，可同時(shí)為 4 節(jié)彼此獨(dú)立的電池充電。因此，四個(gè)電池在每個(gè)相應(yīng)的充電周期結(jié)束時(shí)將/可能處于略微不同的電壓是完全可能的和可能的。

結(jié)論

這個(gè)項(xiàng)目在我最需要的項(xiàng)目列表中絕對(duì)名列前茅。為一堆 18650 電池充電并正確維護(hù)可能是一件很麻煩的事，而且我過(guò)去的做法絕對(duì)不理想。

它也讓我付出了相當(dāng)多的死亡時(shí)間。

使用這個(gè)模塊，為這些電池充電的繁瑣工作會(huì)減少很多，希望在未來(lái)，我能想出一個(gè)解決方案來(lái)增強(qiáng)這個(gè)模塊，這樣我就可以讓這些電池進(jìn)行半永久性充電，監(jiān)控并只為那些需要它的電池充電。

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