- Απαιτούμενα στοιχεία
- Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση
- Μονάδα φόρτισης & ενισχυτή μπαταρίας λιθίου PCB 18650
- Παραγγελία PCB από PCBWay
- Συναρμολόγηση και δοκιμή 18650 φορτιστών και Booster Module
Σε αυτό το σεμινάριο, πρόκειται να φτιάξουμε μια Ενότητα Φορτιστή Μπαταρίας Λιθίου & Ενισχυτής συνδυάζοντας το IC TP4056 Li-Ion Battery Charger και FP6291 Boost Converter IC για μία μπαταρία λιθίου. Μια μονάδα μπαταρίας όπως αυτή θα είναι πολύ χρήσιμη όταν τροφοδοτούμε τα ηλεκτρονικά μας έργα με μπαταρίες λιθίου. Η μονάδα μπορεί να φορτίσει με ασφάλεια μια μπαταρία λιθίου και να αυξήσει την τάση εξόδου της σε ρυθμιζόμενο 5V, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ισχύ από τους περισσότερους πίνακες ανάπτυξης μας όπως Arduino, NodeMcu κ.λπ. Το ρεύμα φόρτισης της μονάδας μας έχει ρυθμιστεί σε 1Α και το ρεύμα εξόδου είναι επίσης ρυθμιστεί στο 1A στα 5V, ωστόσο, μπορεί επίσης εύκολα να τροποποιηθεί για να παρέχει έως και 2,5A εάν απαιτείται και υποστηρίζεται από την μπαταρία.
Σε όλο το σεμινάριο, θα συζητήσουμε το διάγραμμα κυκλώματος, πώς σχεδίασα το PCB, πώς το παραγγέλνω και τι είδους προβλήματα προέκυψαν κατά τη συγκόλληση των εξαρτημάτων και τον έλεγχο του κυκλώματος. Εάν είστε εντελώς νέοι για τις μπαταρίες λιθίου και τα κυκλώματα φορτιστή, ρίξτε μια ματιά στην εισαγωγή των μπαταριών λιθίου και του κυκλώματος φορτιστή μπαταριών λιθίου για να λάβετε μια ιδέα πριν προχωρήσετε σε αυτό το κύκλωμα.
Εδώ χρησιμοποιήσαμε το PCBWay για να παρέχουμε τις πλακέτες PCB για αυτό το έργο. Στις ακόλουθες ενότητες του άρθρου έχουμε καλύψει λεπτομερώς την πλήρη διαδικασία σχεδιασμού, παραγγελίας και συναρμολόγησης των πλακέτων PCB για αυτό το κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας λιθίου.
Απαιτούμενα στοιχεία
- TP4056 Li-Ion Battery Charger IC
- FP6291 Boost Converter IC
- Θύρα USB Type-A
- Υποδοχή Micro USB 2.0 B τύπου 5 Pin
- 5 × Αντίσταση (2 × 1k, 1,2k, 12k, 88k)
- Πυκνωτής 6 × (2 × 0,1μf, 2 × 10μf, 2 × 20μf)
- 2 × LED
- 1 × Επαγωγέας (4,7µH)
- 1 × δίοδος (1N5388BRLG)
- 18650 κελί λιθίου
Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση
Το διάγραμμα κυκλώματος για 18650 Lithium Battery Charger & Booster Module δίνεται παραπάνω. Αυτό το κύκλωμα έχει δύο κύρια μέρη, το ένα είναι το κύκλωμα φόρτισης μπαταρίας και το δεύτερο είναι μέρος μετατροπέα ώθησης DC σε DC. Το τμήμα Booster χρησιμοποιείται για την αύξηση της τάσης της μπαταρίας από 3,7v σε 4,5v-6v. Εδώ σε αυτό το κύκλωμα, χρησιμοποιήσαμε ένα USB Type-A Female Connector στην πλευρά Booster και ένα Micro USB 2.0 B τύπου 5 Pin Connector στην πλευρά του φορτιστή. Η πλήρης λειτουργία του κυκλώματος βρίσκεται επίσης στο βίντεο στο κάτω μέρος αυτής της σελίδας.
Το κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας έχει σχεδιαστεί γύρω από έναν ειδικό φορτιστή μπαταρίας ιόντων λιθίου TP4056 IC. Το TP4056 είναι ένας πλήρης γραμμικός φορτιστής σταθερού ρεύματος / σταθερής τάσης για μονοκύτταρες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το πακέτο SOP και ο χαμηλός αριθμός εξωτερικών εξαρτημάτων καθιστούν το TP4056 ιδανικό για φορητές εφαρμογές. Αυτό το IC χειρίζεται τη λειτουργία φόρτισης της μπαταρίας με την επεξεργασία της τροφοδοσίας 5V DC που λαμβάνεται μέσω της υποδοχής Micro USB. Οι λυχνίες LED που συνδέονται με αυτό υποδεικνύουν την κατάσταση φόρτισης.
Το DC-DC Boost Converter Circuit έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας το DC-DC Boost Converter FP6291 IC. Αυτό το 1-MHz DC-DC Step-Up Boost IC Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εφαρμογή, για παράδειγμα, με σταθερή 5V από μπαταρία 3V. Το κύκλωμα Boost Converter λαμβάνει την τροφοδοσία εισόδου μέσω των ακροδεκτών της μπαταρίας (+ και -) επεξεργάζεται από το FP6291 IC για παροχή σταθερής τροφοδοσίας 5V DC μέσω της τυπικής υποδοχής USB στην έξοδο του.
Μονάδα φόρτισης & ενισχυτή μπαταρίας λιθίου PCB 18650
Τώρα που καταλαβαίνουμε πώς λειτουργεί το σχήμα, μπορούμε να προχωρήσουμε στην κατασκευή του PCB για το έργο μας. Μπορείτε να σχεδιάσετε το PCB χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε λογισμικό PCB της επιλογής μας. Το PCB μας μοιάζει με αυτό παρακάτω όταν ολοκληρωθεί.
Η διάταξη PCB για το παραπάνω κύκλωμα είναι επίσης διαθέσιμη για λήψη ως Gerber από τον σύνδεσμο:
- 18650 Φορτιστής μπαταρίας λιθίου Gerber File
Τώρα, που το σχέδιο μας είναι έτοιμο, είναι καιρός να τα κατασκευάσουμε χρησιμοποιώντας το αρχείο Gerber. Για να ολοκληρώσετε το PCB είναι αρκετά εύκολο, απλώς ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα-
Παραγγελία PCB από PCBWay
Βήμα 1: Μπείτε στο https://www.pcbway.com/, εγγραφείτε εάν αυτή είναι η πρώτη σας φορά. Στη συνέχεια, στην καρτέλα Πρωτότυπο PCB, εισαγάγετε τις διαστάσεις του PCB σας, τον αριθμό των επιπέδων και τον αριθμό των PCB που χρειάζεστε.
Βήμα 2: Συνεχίστε κάνοντας κλικ στο κουμπί «Προσφορά τώρα». Θα μεταφερθείτε σε μια σελίδα όπου θα ορίσετε μερικές επιπλέον παραμέτρους εάν απαιτείται, όπως το υλικό που χρησιμοποιείται, το διάστιχο, κ.λπ.
Βήμα 3: Το τελευταίο βήμα είναι να ανεβάσετε το αρχείο Gerber και να προχωρήσετε στην πληρωμή. Για να βεβαιωθείτε ότι η διαδικασία είναι ομαλή, το PCBWAY επαληθεύει εάν το αρχείο Gerber είναι έγκυρο πριν προχωρήσετε στην πληρωμή. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το PCB σας είναι φιλικό στην κατασκευή και θα σας φτάσει ως δεσμευμένο.
Συναρμολόγηση και δοκιμή 18650 φορτιστών και Booster Module
Μετά από λίγες ημέρες, λάβαμε το PCB μας σε ένα τακτοποιημένο πακέτο και η ποιότητα του PCB ήταν καλή όπως πάντα. Το άνω στρώμα και το κάτω στρώμα του πίνακα φαίνονται παρακάτω.
Μετά τη συναρμολόγηση όλων των εξαρτημάτων και συγκόλληση ενός κόκκινου και μαύρου σύρματος στους ακροδέκτες B + και B- για σύνδεση στα κελιά 18650 μας. Δεδομένου ότι δεν είχε πλακίδιο οξυγονοκολλητή μαζί μου, χρησιμοποίησα μαγνήτες για να ασφαλίσω τη σύνδεσή μου με τα κύτταρα 18650. Η συναρμολογημένη μονάδα μαζί με την μπαταρία λιθίου φαίνεται παρακάτω.
Τα πράσινα και κίτρινα LED στην πλακέτα είναι η κατάσταση φόρτισης της μονάδας. Η πράσινη λυχνία LED ανάβει όταν φορτίζεται η μπαταρία και η κίτρινη λυχνία LED θα έχει λάμψει, η μονάδα περιμένει την μπαταρία. Η θύρα micro USB μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση της μπαταρίας εάν ο φορτιστής δεν είναι συνδεδεμένος, τότε ούτε το πράσινο ή το κίτρινο led θα ανάβουν. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οποιονδήποτε φορτιστή 5V με αυτήν τη μονάδα, απλώς βεβαιωθείτε ότι το ρεύμα εξόδου του φορτιστή είναι 1A ή περισσότερο. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη μονάδα φόρτισης της μπαταρίας λιθίου μας, παρατηρήστε ότι το πράσινο LED είναι αναμμένο.
Η θύρα USB εξόδου έχει σχεδιαστεί για 5V και 1A. Η τάση της μπαταρίας από τα 18650 κύτταρα αυξάνεται στα 5V για να απενεργοποιήσει τα ηλεκτρονικά έργα. Η παρακάτω εικόνα δείχνει πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί το δομοστοιχείο για την τροφοδοσία μιας πλακέτας νανο Arduino.
Σημειώστε ότι το μέγιστο ρεύμα εξόδου της μονάδας μπορεί να διαμορφωθεί θεωρητικά τόσο υψηλό όσο 2,5Α, αλλά πρακτικά δεν μπόρεσα να πάρω περισσότερα από 1.5Α ακόμη και όταν η αντίσταση είχε ρυθμιστεί σε 2.5Α. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην μπαταρία μου ή στο ίδιο το IC ενίσχυσης. Ωστόσο, εάν το ρεύμα φόρτωσης είναι μικρότερο από 1A, αυτό το κύκλωμα ενίσχυσης χαμηλού κόστους θα αρκεί.
Ελπίζω να απολαύσατε το άρθρο και να μάθετε κάτι χρήσιμο αν έχετε απορίες, μπορείτε να τα αφήσετε στην ενότητα σχολίων παρακάτω ή να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.