Przetwornice USB do ogniw Li-ion

Baterie Li-ion na dobre zagościły w naszych domach. Duże pojemności i ogólna dostępność sprawiły, że ogniwa są chętnie stosowane również przez miłośników DIY. Jedyny problem, jaki możemy napotkać na początku przygody z tymi bateriami to sposób ładowania. Li-ion, ze względu na swoje właściwości chemiczne, wymaga dość precyzyjnej ładowarki, która zakończy proces po osiągnięciu napięcia 4,1…4,2V. Dalszy wzrost grozi już uszkodzeniem ogniwa i eksplozją. Na szczęście wyspecjalizowane układy scalone kontrolujące ładowanie jak i gotowe moduły są łatwo dostępne.

Ładowarka Li-ion na układzie TP4056

Pierwszy, gotowy moduł to ładowarka oparta na scalaku TP4056. Płytka posiada gniazdko miniUSB, skąd czerpie prąd (szkoda, że nie zastosowano typowego microUSB), źródło zasilania o napięciu 5…8V można też doprowadzić do pól lutowniczych IN+ i IN-. Baterię Li-ion podłączamy do padów BAT+ i BAT-.

Stan pracy sygnalizują dwie diody LED. Pierwsza – czerwona świeci podczas ładowania, druga, niebieska oznacza podłączenie do zasilania/zakończenie ładowania. Moduł ładuje ogniwo dość dużym prądem o wartości 1000mA (1A). Wynika to z rezystora 1,2kΩ, wpiętego między nóżkę 2 układu a masę. Zmieniając ten opornik w zakresie 10kΩ-1,2kΩ można zmieniać prąd ładowania od 130mA do 1000mA.

Nota aplikacyjna dla układu TP4056 jest bardzo prosta i wygląda tak:

W module zakupionym w Chinach zrezygnowano z pomiaru temperatury ogniwa, dioda podłączona pod nóżkę 6 /STBY jest koloru niebieskiego.

Układ kontroluje ładowanie baterii Li-ion w sposób zapewniający jej bezpieczeństwo. W opisie pomocna będzie charakterystyka z noty aplikacyjnej:

Jak widać, mocno rozładowane ogniwo nie będzie od razu katowane maksymalnym prądem, wzrośnie on dopiero po przekroczeniu 3V i układ przejdzie w stan stabilizacji prądu. Gdy napięcie osiągnie wartość 4,1V, układ zacznie zmniejszać prąd, po osiągnięciu 4,2V przejdzie w tryb stabilizacji napięcia i zakończy ładowanie, gdy prąd pobierany przez ogniwo spadnie do wartości 1/10 prądu nominalnego.

Jeśli chcecie używać modułu zasilanego przez USB, korzystajcie z porządnych kabelków miniUSB. Większość niestety ma przewodność żył na poziomie sznurówek do butów, co powoduje bardzo duże spadki napięć i 5V na gnieździe USB zamienia się w 4V na module a prąd ładowania wynosi 300mA zamiast 1A. Jeśli układ będzie zasilany ze stabilizowanego zasilacza 5V, najlepiej podpiąć się do padów na płytce.

Układ bardzo tani (cena poniżej 2zł) i przydatny. Dokupiłem do niego koszyk na ogniwo 18650 i używam do ładowania baterii w latarkach.

Przetwornica podwyższająca Li-ion -> USB

Drugi układ, to prosty moduł przetwornicy. Całość składa się z 7 elementów elektronicznych – scalaka o oznaczeniu E50D, rezystora, dwóch kondensatorów, cewki, diody schottkiego i LED. Zasada działania jest prosta – do padów + i – podłączamy ogniwo Li-ion, a na gnieździe USB mamy stabilizowane 5V.

Do wejścia układu możemy doprowadzić napięcie o wartości od 0,9V, jednak układ pracuje znacznie stabilniej od 1,5V. Przy napięciu wejściowym 3,7V, do gniazdka USB podłączyłem telefon, który był ładowany prądem 400mA, a napięcie wyjściowe wynosiło 4,9V – całkiem nieźle. Prz prądzie 500mA, napięcie wyjściowe spada poniżej 4,6V.

Układ do kupienia na aliexpress za mniej niż 3zł.

Przetwornice USB – podsumowanie

Dwie powyższe przetwornice można z powodzeniem wykorzystać do budowy DIY powerbanku z wykorzystaniem ogniw 18650 odzyskanych z baterii laptopa czy płaskich Li-ion ze starego tabletu. Wykorzystany samodzielnie układ na TP4056 sprawdzi się jako autonomiczna ładowarka USB.