Neste artigo, estudamos um circuito simples de carregador de bateria de íon de lítio USB de 3,7 V de computador com recursos de controle de corrente e desligamento automático.
Como funciona
O circuito pode ser entendido com a ajuda da seguinte descrição:
O IC LM358 está configurado como comparador. O IC LM741 não é utilizado, pois não é especificado para trabalhar com tensões inferiores a 4,5V.
O pino 2, que é a entrada inversora do IC, é usado como pino de detecção e é conectado com uma predefinição para os ajustes e configurações necessários.
O pino 3, que é a entrada não inversora dos opamps, é referência em 3V, prendendo-o com um diodo zener de 3V.
Alguns LEDs podem ser vistos conectados ao pino de saída do opamp, para detectar e indicar a condição de carga do circuito. O LED verde indica que a bateria está sendo carregada enquanto o vermelho acende assim que a bateria estiver totalmente carregada e o fornecimento da bateria for cortado.
Como carregar usando a porta USB
Lembre-se de que o processo de carregamento pode ser bastante lento e pode levar muitas horas, porque a corrente do USB de um computador normalmente é muito baixa e pode variar entre 200mA a 500mA, dependendo de qual porta numérica é usada para o efeito.
Uma vez que o circuito esteja montado e configurado, o design mostrado abaixo pode ser usado para carregar qualquer bateria de íon de lítio sobressalente através da porta USB.
Primeiro conecte a bateria nos pontos indicados e, em seguida, conecte o conector USB com o soquete USB do seu computador. O LED verde deve acender instantaneamente, indicando que a bateria está sendo carregada.
Você pode conectar um voltímetro na bateria para monitorar seu carregamento e verificar se o circuito corta a alimentação corretamente ou não no limite especificado.
Como a corrente de um computador USB pode ser bem menor, o estágio de controle de corrente pode ser ignorado e o projeto acima pode ser muito simplificado, conforme mostrado abaixo:
Videoclipe mostrando a ação de corte automático, quando a célula Li-Ion é carregada em até 4,11V:
Observe que o circuito não iniciará o carregamento a menos que uma bateria seja conectada antes de LIGAR, portanto, conecte a bateria primeiro antes de conectá-la à porta USB
Um LM358 tem dois opamps, o que significa que um opamp é desperdiçado aqui e permanece sem uso, portanto, o LM321 pode ser tentado para evitar a presença de um opamp ocioso não utilizado.
Como configurar o circuito do carregador de íons de lítio USB acima:
Isso é extremamente fácil de implementar.
- Primeiro, certifique-se de que a predefinição seja totalmente movida no lado do solo. Ou seja, o pino 2 deve estar no nível do solo através do preset inicialmente.
- Em seguida, sem nenhuma bateria conectada, aplique exatos 4,2 V +/- linhas de alimentação do circuito, através de uma fonte de alimentação precisa e ajustável.
- Você verá o LED verde acendendo instantaneamente.
- Agora, gire lentamente a predefinição, até que o LED verde se apague e o LED VERMELHO se acenda.
- Isso é tudo! O circuito agora está pronto para ser cortado em 4,2 V quando a célula real de íons de lítio atingir esse nível.
- Para o teste final, conecte uma bateria descarregada na posição mostrada, conecte a energia de entrada através de uma tomada USB do computador e divirta-se assistindo a célula sendo carregada e cortada no limite estipulado de 4,2 V.
Adicionado recurso CC de corrente constante
Como pode ser visto, um recurso de corrente constante foi adicionado ao integrar o estágio BC547 com a base do BJT principal.
Aqui o resistor Rx determina o resistor sensor de corrente, e caso o limite máximo de corrente seja atingido, a queda de potencial desenvolvida através deste resistor aciona rapidamente o BC547, que aterra a base do driver BJT, desligando sua condução e carregamento da bateria .
Agora, essa ação continua oscilando no limite de corrente, permitindo a corrente constante necessária, carregamento controlado por CC para a bateria de íons de lítio conectada.
Limitação de corrente não necessária para alimentação USB
Embora um recurso de limitação de corrente seja mostrado, isso pode não ser necessário quando o circuito é usado com um USB, pois o USB já está com pouca corrente e adicionar um limitador pode ser inútil.
O limitador de corrente deve ser usado apenas quando a corrente da fonte for substancialmente alta, como de um anel solar ou de outra bateria
Melhorando ainda mais o circuito
Após alguns testes, parecia que o transistor Darlington era incapaz de alternar corrente suficiente para células de íon de lítio, especialmente as que estavam profundamente descarregadas. Isso resultou em uma diferença nos níveis de tensão na célula e nos trilhos de alimentação do circuito.
Para combater esse problema, tentei melhorar ainda mais o design, substituindo o único Darlington BJT por um par de rede NPN/PNP, conforme indicado abaixo:
Esse projeto melhorou significativamente a entrega de corrente e resultou em uma redução na margem de diferença entre o nível de tensão do terminal da bateria e o nível real de tensão de alimentação e, portanto, uma falsa comutação de corte.
O vídeo a seguir mostra o resultado do teste usando o circuito acima:
Usando um relé de 5V
Os designs acima também podem ser construídos usando 5V, o que garantirá a melhor entrega de corrente possível para a célula e um carregamento mais rápido. O diagrama do circuito pode ser visto abaixo:
Observe:
Este artigo foi substancialmente alterado recentemente e, portanto, as discussões de comentários mais antigas podem não corresponder ao diagrama de circuito mostrado neste projeto e explicação atualizados.
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FONTE
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