Memahami sirkuit pengisian / perlindungan LiPo

Saya sedang dalam proses belajar mendesain PCB dan memahami desain elektronik. Untuk suatu proyek, saya perlu mengisi daya baterai LiPo 3.7V. Saya juga ingin melindunginya dari pengisian berlebih / pemakaian berlebih.

Saya telah bereksperimen dengan papan yang menggunakan TP4056 bersama dengan IC perlindungan baterai DW01 dan FS8205A MOSFET N-channel ganda.

Lembar data tersedia di sini:

• TP4056
• DW01
• FS8205A

Modul pra-dibangun sangat murah - ini adalah contoh di AliExpress :

Mereka tampaknya bekerja, tetapi saya ingin tahu apa yang sebenarnya dilakukan sirkuit sebelum saya menggunakannya :)

Saya hanya menemukan satu skema dengan tiga komponen ini digabungkan:

Saya mengalami kesulitan untuk mengetahui apakah rangkaian ini benar. Jika saya mengerti benar, MOSFET N-channel ganda pada dasarnya adalah 2 switch dalam satu paket. Kedua MOSFET dipicu oleh pin 1 dan 3 dari DW01, yang digambarkan sebagai:

• DW01 pin 1: pin koneksi gerbang MOSFET untuk kontrol pelepasan
• DW01 pin 3: pin koneksi gerbang MOSFET untuk kontrol biaya

Jadi pada dasarnya dua MOSFET di FS8205A mematikan aliran ke B-, ketika DW01 memberitahu mereka untuk melakukannya.

Saya mengerti bahwa ini akan bekerja ketika kontrol over-discharge mulai, tidak ada daya yang mengalir dari B- ke OUT-

Namun apa yang saya tidak mengerti, adalah bagaimana ini akan bekerja dengan perlindungan over-charge? Ketika itu menendang, tidak ada daya yang mengalir dari pengisi daya ke baterai, namun, perangkat yang terhubung ke OUT + dan OUT- harus tetap dapat bekerja, tetapi sepertinya B- tidak akan mencapai OUT-

Sirkuit proteksi biasanya berbeda dari sirkuit pengisian daya. Banyak kemasan baterai dirancang dengan tujuan diisi daya oleh unit khusus yang akan mengontrol proses pengisian daya.

Proses pengisian mungkin melibatkan penyeimbangan sel, jika paket berisi sejumlah besar sel dalam seri, umumnya 4+ sel dalam seri (4S, 14,4V) nominal akan membutuhkan penyeimbangan, 3S dan lebih rendah itu juga merupakan ide bagus untuk menyeimbangkan kesehatan dan umur panjang baterai Anda, tetapi belum tentu diperlukan. Sirkuit penyeimbang bisa menjadi rumit dan biasanya melibatkan BMS (sistem manajemen baterai) yang terdiri dari IC khusus dan beberapa MOSFET eksternal, Ada proyek di github yang berupaya membuat sistem openBMS . Ini mungkin sumber yang bagus jika Anda mencari informasi lebih lanjut.

Siklus pengisian baterai lithium ion bisa sangat kompleks, terutama dalam kasus beberapa sel secara seri, tetapi biasanya melibatkan 4 langkah dasar:

• Baca voltase, jika lebih rendah dari nilai tertentu (biasanya 2,8V atau lebih untuk sel berbasis Li) kemudian mulai mengisi daya hingga sel mencapai tingkat pengisian yang aman, melakukan hal ini untuk menghindari kerusakan sel.
• pengisian arus konstan: sel dibebankan pada arus konstan, biasanya .5C-1C untuk pengisian normal, misalnya untuk baterai 1000mAh, diisi daya antara 500mA-1000mA.
• pengisian tegangan konstan: setelah baterai mencapai titik tertentu (biasanya sekitar 60% dari total muatan (3,8V atau lebih) mulai mengisi pada tegangan akhir target (4,2V untuk 1000 siklus siklus normal yang diharapkan) Anda dapat naik lebih tinggi, dan itu akan memberi Anda lebih banyak daya tahan baterai, tetapi itu akan mengurangi masa pakai baterai.
• Pengisian daya perawatan: Baterai memiliki tingkat pemakaian alami di lingkungan sekitar 8% pada 21 ° C per bulan, ketika baterai turun di bawah 10% dari pengisian penuh, isi ulang ke tegangan target menggunakan pengisian tegangan konstan. Ini dapat dikonfigurasi tergantung pada aplikasi.

Catatan: ada IC yang akan menangani sebagian besar dari ini untuk Anda, jika tidak, Anda perlu menggunakan sirkuit MCU yang dikendalikan dengan konverter boost / buck eksternal, atau regulator linier.

Rangkaian perlindungan (PCM) cukup sederhana dan sering kali diintegrasikan langsung ke dalam sel individu, sel-sel ini biasanya diberi label: dilindungi, atau tidak dilindungi. PCM akan memantau hal-hal seperti: tegangan input, arus keluaran, tegangan sel, suhu, dll. Mereka sering kali tidak sekuat itu dan harus dianggap sebagai upaya terakhir dalam sistem kritis. Alarm harus dimatikan jika PCM pernah dipicu.

Untuk menjawab pertanyaan spesifik Anda: DW01 dioptimalkan untuk mendukung pengisi daya dalam kasus kelebihan daya, sehingga pengisi daya akan tetap terhubung ke sirkuit, memasok tegangan yang tidak perlu, sementara baterai terputus, TP4046 sepertinya dirancang untuk menangani hingga 8V dan sebagai pengisi daya linier akan menghilangkan tegangan berlebih sebagai panas. IC ini sering dilindungi secara termal dan secara otomatis akan mati jika kelebihan arus atau tegangan. Jika ada harga berlebih, itu berarti sirkuit kemungkinan hancur, jadi bagus untuk mencoba melepaskan baterai dalam kasus ini, karena akan menimbulkan risiko keamanan yang signifikan.

Juga, ingat bahwa MOSFET berisi dioda internal, jadi bahkan jika MOSFET perlindungan muatan harus dimatikan, baterai akan tetap terpasang ke sirkuit selama tegangan di sisi pembuangan MOSFET berada di bawah tegangan tertentu.

Biasanya arus konstan awal mengionisasi kimia baterai dan siklus tegangan menambah potensial. jika pengisi daya tidak memiliki cukup arus, siklus tegangan mungkin menemukan hambatan yang lebih besar dan karenanya mencoba untuk mendorong lebih banyak tegangan daripada baterai yang menyebabkan masalah. Charger seharusnya memiliki banyak arus untuk siklus kimia awal di LiPos ..