Схема зарядного устройства для аккумуляторов LiFePO4 AA (литий-железо-фосфатный)

Soshine LiFePO4 14500 700mAh 3.2v

Это зарядное устройство предназначено для одновременной зарядки четырех аккумуляторов LiFePO4 типа AA (14500). Заявленная производителем емкость – 700 mAh, напряжение – 3.2 v. Производитель рекомендует заряжать эти аккумуляторы до напряжения 3.6 v, начальный ток заряда 300 mA.

Блок питания

Зарядное устройство питается от сети 220 v, блок питания состоит из трансформатора и выпрямителя с конденсаторным фильтром. Трансформатор желательно применить мощностью не менее 30 Вт, вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток не менее 3 A. Диодный мост с максимальным током не менее 3 A. Выходное напряжение, без нагрузки составляет 8 вольт. С полной нагрузкой выходное напряжение блока питания не должно проседать ниже 6 вольт.

LiFePO4 battery charger - blok pitaniya

Стабилизатор напряжения и схема ограничения тока

Схему зарядного устройства условно можно разделить на четыре одинаковых канала, каждый канал заряжает один аккумулятор, состоит из линейного стабилизатора напряжения со схемой ограничения тока и схемой индикации. Стабилизатор напряжения (3.6 v) собран на регулируемом стабилитроне TL431 и составном транзисторе КТ972. Ограничение тока (300mA) – КТ315 и шунт 2 Ом (R4), мощность этого резистора – 1 Вт.

LiFePO4 battery charger - stabilizator napryazheniya

Индикация заряда

В процессе заряда светится красный светодиод, когда аккумулятор будет заряжен, загорится зеленый светодиод. Светодиодами управляет операционный усилитель, входящий в состав микросхемы LM358. На неинвертирующий вход операционного усилителя подается опорное напряжение, формируемое стабилитроном TL431 и подстроечным резистором R11 , инвертирующий вход измеряет напряжение на шунте.

LiFePO4 battery charger - indikator zaryada

LM358 имеет в своем составе два операционных усилителя, поэтому на два канала заряда используется одна такая микросхема. Для каждой LM358 используется свой источник опорного напряжения (TL431), но можно изменить схему и использовать один регулируемый стабилитрон TL431 для обеих микросхем.

Сборка и настройка зарядного устройства для аккумуляторов LiFePO4

Полная схема зарядного устройства – кликните на ссылку и схема откроется в новой вкладке браузера.

Блок питания зарядного устройства

Для блока питания я использовал трансформатор ТП-20-14, у него две вторичные обмотки по 9 вольт и 0.7 A. К одной вторичной обмотке подключил диодный мост с конденсаторами и стал отматывать обмотку по несколько витков с последующим контролем напряжения на выходе блока питания. Отматывал, пока напряжение на выходе блока питания не достигло 8.5 вольт.

Аналогично поступил со второй обмоткой, затем соединил обмотки параллельно (соблюдая правильную фазировку). Получился нестабилизированный блок питания с нужным мне током (1.4 A). При манипуляциях с трансформатором обязательно подключайте его к сети 220 v через предохранитель, иначе “дым пойдет”.

Должен заметить, что трансформатор ТП-20-14 ощутимо нагревается во время заряда, поэтому рекомендую применить трансформатор мощнее. Блок питания можно использовать другой, в том числе импульсный.

Сборка и настройка стабилизатора напряжения и схемы ограничения тока

Рассмотрим порядок изготовления одного канала зарядного устройства. Сначала собирается стабилизатор напряжения, на рисунке ниже он обведен красной линией. Транзистор КТ972 нужно установить на радиатор.

LiFePO4 battery charger - stabilizator

К коллектору Т1 (КТ972) подключается плюс блока питания, минус подключается к аноду TL431. Регулировкой подстроечного резистора R2 на эмиттере Т1 устанавливается напряжение 3.6 вольта.

Затем устанавливаются детали схемы ограничения тока, всего три детальки: транзистор КТ315, резистор R3 (180 Om), резистор R4 (2 Om). Шунт R4 лучше поставить помощнее, чтобы не грелся, 1 Вт будет достаточно. Плюс блока питания остается подключенным к коллектору Т1 (КТ972), а минус от анода TL431 нужно отключить и подключить к эмиттеру Т2 (КТ315). Схема ограничения тока заряда на рисунке ниже обведена красной линией.

LiFePO4 battery charger - ogranicheniye toka

Схема ограничения тока заряда должна ограничивать ток на уровне 300 – 350 mA, чтобы проверить это, кратковременно подключите к выходу стабилизатора (вместо аккумулятора) мощный резистор сопротивлением от 5 до 6 Om и, последовательно этому резистору, амперметр. Если амперметр показывает ток 300 – 350 mA, то ограничение тока присутствует.

Настройка схемы индикации заряда

Соберите схему индикации заряда. Для настройки понадобятся два резистора любой мощности и сопротивлением 100 Om и 240 Om. С помощью подстроечного резистора R11 нужно добиться, чтобы при подключении вместо аккумулятора резистора 240 Om светился зеленый светодиод, а при подключении вместо аккумулятора резистора 100 Om светился красный светодиод. Более точную настройку нужно производить при заряде реальных аккумуляторов.

LiFePO4 battery charger

Таким же образом собираются и настраиваются остальные каналы зарядного устройства. В начале заряда аккумулятора ток будет максимальным, а напряжение составит примерно два вольта (в зависимости от степени разряженности аккумулятора). Затем, на протяжении периода заряда, ток будет уменьшаться, а напряжение расти. Когда напряжение достигнет 3.6 вольта, а ток будет составлять несколько миллиампер, должен погаснуть красный светодиод, а зеленый загореться, это значит, что аккумулятор заряжен.

Ссылки на AliExpress:

Soshine LiFePO4 14500 700mAh 3.2v
Батарейный отсек
Прецизионный потенциометр
TL431
LM358
Оловянно-свинцовый припой