Питание от Li-Ion с самоотключением

Зачем?
Понадобилось как-то запитать от li-ion устройство. Не одно, их довольно много. Но цена на 18650 со схемами защиты привела в уныние. Бюджет мог треснуть и залить всех вокруг остатками жирной жабы. После исследования предложений на рынке, пришел к выводу, что оптимальным будет использовать аккумуляторы без встроенной защиты, а защиту внедрить в устройство.

Как?
Очевидное решение — нужно контролировать напряжение на батарее и ее температуру. И при достижении определенных условий, отключить устройство от аккумулятора. Но. Устройство включается тупым тумблером.
Тумблер
Заменить тублер кнопкой нельзя. Таково ТЗ. Идею выключать тублер соленоидом отмел сразу — я все таки больше схемотехник, а не механик.
С контролем температуры проще — DS1820 доступен и дешев.
Итак остается только разработать схемотехнику, в которой возможно включение/выключение тумблером и параллельно самоотключение от питания по сигналу контроллера. После некоторых мучений родилась схема:
Схема

Q1 нужен для защиты от переполюсовки исключительно. Больше ни для чего. Решение подсмотрено в аппнотах от Texas Instruments. Q2B собственно и есть выключатель, которым управляет Q2A. При появлении напряжения на линии PWR пока конденсатор C1 заряжается, Q2B открыт и положительное напряжение успевает пройти через него и открыть Q2A, который тут же этот конденсатор разряжает и больше не дает ему зарядиться. Q3 закрыт по умолчанию, так как его гейт притянут к земле резистором. Собственно в этот момент питание на схему уже подано посредством тублера. Далее контроллер снимет напряжение с делителя R3-R7 и если оно ниже допустимого, подает высокий импульс на линию PWR_CTRL. Конденстор C6 быстро заряжается и открывается Q3. Что сразу же закрывает Q2A и начинается зарядка C1. Когда напряжение на C1 достигнет напряжения тресхолда для Q2B, тот начнет закрываться и обесточит всю схему. C6 нужен для поддержания Q3 в открытом состоянии некоторое время после отключения контроллера, пока разрядятся входные емкости и Q2B не будет надежно заперт. Для включения устройства, нужно выключить тублер на время около 300мс и включить заново. Это время нужно для разряда C1 и приведения системы в начальное состояние. Схема расчитана на работу с одной ячейкой 18650 в диапазоне 2,8-4,2V. Ток потребления в отключеном состоянии около 4uA.

Собственно на этом все. Buck-Boost TPS63000 стандартный, схема включения тоже.
  • +5
  • 20 июля 2017, 00:59
  • jerryh

Комментарии (38)

RSS свернуть / развернуть
Не проще поставить защиту? DW06D стоит рублей 20 за штуку у китайцев. Правда, у нее довольно низкий порог отключения, 2.5В.
Плюс обычно делается иначе. При первоначальном включении питания схема сама задерживается в режиме «включено» на некоторое время, за которое должен стартовать МК и подать сигнал удержания питания. Как только МК оный сигнал снимает — все тухнет. В такой схеме не требуется заряжать кондер с пина МК, некоторые из них емкостную нагрузку не одобряют.
А еще у ЛИ где-то есть простенькая схема, которая сама следит за напряжением питания и все отключает при падении ниже порога. На базе TL431.
0
  • avatar
  • Vga
  • 20 июля 2017, 05:28
К нему все равно мосфеты надо. Да и работает с аккумуляторами «на износ». Смысл? Про зарядку конденсатора от мк — токограничивщий резистор никто не отменял.
0
DW06D — самодостаточный чип, снаружи требуется только два резистора и конденсатор. Правда, за это приходится платить невозможностью установки тока срабатывания защиты от КЗ. Но 2.5В — действительно, минус.
0
Datasheet www.ic-fortune.com/upload/Download/DW01x-DS-17_EN.pdf говорит как минимум об одном дополнительном мосфете для работы на разряд.
0
А тебе не кажется, что даташит на другой чип?
0
Вот это, я так понимаю вы о нем говорили, конкретный шлак: www.sz-hxdz.com/uploadfile/pdf/201505191051435555.pdf
По напряжении аккумулятора 2.9 вольта и токе около 1 ампера, оно отпаивается от платы без паяльника.
0
У меня и при 1.5А не отпаивается. Хотя, если китайцы лоханулись и встроенные ключи при 2.9В питании начинают закрываться — возможно.
P.S. Погонял. У меня при указанном напряжении и токе в полампера не греется даже.
0
Гонял месяца 3 назад. До 3 вольт все ок. Чем ниже, тем хуже. У меня еще и ток потребляемый растет при падении напряжения. Деталей не помню, к сожалению. Но не подошло. DW01C-G вроде подошел, но остановило отсутствие возможности отключения снаружи — нет пина. Да и мосфет все равно ставить. А так как МК в устройстве и так есть, то остаток заряда есть чем замерять, температуру тоже, отключить можно. Короче, кастомная схема подошла лучше, чем что-то китайское. А нормальный специализированный PMIC дорог для устройства.
0
бюджет своей разработки оказался меньше стандартного контроллера? я как-то «скептицирую»… Схема на мутный сонный глаз получилась классная, но правда ли вышло дешевле?
0
У нас контроллер с обвязкой стоит в районе 1.5$. Это вышло в районе 50 центов. Irlml -10 центов, fdc- 25 центов, bss- 5 центов ну и мелочевка ещё 10 центов. На 2000 штук сумма ощутимая.
0
на 2к штук, я бы не рескнул такое ставить. Дороже выйти может (сборка, диагностика, возвраты).
0
По сборке дешевле вышло. По диагностике — схожу не запустилось устройств 10 из-за проблем на монтаже. Возвратов пока небыло -)
0
Плюс 2.8 напряжение — слишком мало для li-ion. Повысьте до 3.0. Это критический порог для химии аккума с такой химией.
0
Инженеры lg и compact power с вами не согласны. На текущий момент безопасный минимум 2.7v
0
инженеры перечисленных контор еще и за качество ими производимых аккумов и зарядок могут поручиться, а так нет — 3.0.
0
ну и более того, лучше взглянуть на график разряда типичного ли-ионного аккума, чтобы посмотреть, что вы можете вытащить из этих несчастных 2.7 вольта(я имею ввиду какую мощность, т.е. работу) — овчинка не стоит выделки по совокупности факторов.
0
На сколько я могу судить, при моих токах разряда, до 2,75V все более-менее благополучно:
батарейка
0
все может быть даже очень хорошо, но все-таки держите в голове пунктик про качество аккумов(желательно бы иметь на них даташит) и последний нюанс: токи зарядки до 3 вольт должны быть минимальными(режим вывода аккума из мертвого состояния).
Просто с голым литием надо быть всегда осторожным: если в некоторых случаях возможен просто преждевременный износ аккума, то в отдельных критических случаях феерверк не заставит себя долго ждать. Хорош пример с samsung galaxy и их убытками :)))
Так что будьте внимательны и лучше не экономьте и не жмотьтесь по мелочам — надежней и на подольше выйдет. Это так, совет. Цена советам, как известно, 0 в базарный день. И удачи!
0
Картинка из даташита на применяемые мной аккумуляторы. Про заряд в курсе — в доке написано. От 2.5 до 3.1 v ток заряда 0.2C, потом до 4.0v вплоть до 20C, но чем выше — тем быстрее уходит ресурс, после 4.0v — constant voltage 4.2 v, пока потребление не опустится до 20ma.
+1
а можете, если несложно, сбросить дш? мне так, для себя, интересно глянуть.
0
тут основное
0
тут еще немного
0
А график стремный, чтобы его сделать надо банки до 2.0 доводить было — а это почти смерть аккума с оооочень сильным износом. По графику могу сказать, что я бы останавливал бы разряд для большинства акков где-то на участке от 1800 до 2400 в зависимости, конечно, от тока разряда(чем больше ток, тем раньше надо останавливать).
0
С ростом глубины разряда резко падает долговечность аккумулятора. А так хоть до нуля разряжать можешь, с соответствующим падением ресурса.
0
Там, судя по документации, проблема не с глубиной разряда, а с последующей зарядкой с этой глубины. Я проводил эксперимент с зарядкой по даташиту разряженного до 2v аккума. Заняло это 29 часов. В то время как с 2.9v зарядка занимает 2 часа. А емкость, которую можно выжать при разряде с 3 до 2 v сильно не большая. Короче, тупо нет смысла в глубоком разряде. Сейчас глубже 2.8v не даёт разряжаться в устройстве.
0
При DoD 50% (напряжение сам по графику смотри, в районе 1200мАч), ЕМНИП, ресурс аккумулятора несколько килоциклов. При DoD 100% — циклов 300. Выше 100% (разряде менее 3В) ресурс начинает падать еще резче.
Наибольшее количество циклов аккум проходит, если его заряжать до 80% и разряжать до 50%.
0
Я по даташиту расчитывал на 400 циклов заряд/разряд. Это режим и время жизни, гарантированные производителем.
На тысячи циклов не расчитывалось. С учетом дешевых зарядок, это вроде вполне достижимо.
0
Это режим и время жизни, гарантированные производителем.
Они указываются для определенного режима. В более легком режиме аккумулятор прослужит дольше. Выбирать низкий порог стоит лишь если требуется получить максимальное время автономной работы ценой долговечности батареи.
0
P.S. Впрочем, для аварийного отключения 2.8В — порог адекватный, если сам девайс напоминает, что его пора зарядить уже где-то при 3.1-3.3В.
0
нужно выключить тумблер на время около 300мс и включить заново
:)
0
А так не проще?
Пересчитать немного номиналы, чтобы потребление было поменьше. Зато появляется аппаратный гистерезис.
А выключение от контроллера можно сделать, подключив управляющий вход TL431 к выходу контроллера, настроенному как ОК.
0
Нет. большое потребление в выключенном состоянии. Для нормальной работы стабилитрона.
0
Я бы рекомендовал поставить в затвор Q1 резистор килоом на 10. Т.к. были у нас случаи когда затвор пробивало статикой или наводкой и дальше был ПЫХ! Установка резистора решила эту проблему раз и навсегда.
0
Перестало пробивать или стало работать и с пробитым ключом, но без защиты от обратной полярности?
0
Перестало пробивать вообще. Если бы ее пробило и начало травить на резистор, то транзистор бы закрылся просто сразу. Видимо там обратимый пробой какой то.
0
Там по идее стоят защитные стабилитроны затвор-исток. Возможно, резистор не позволяет этот стабилитрон выбить.
0
После батарейки стоит двунаправленный супрессор на 5.1V. В схему его не включал — его нет на данной PCB. Видиом поэтому пока отказов по статике небыло.
0
Да это замечено давно, при сильном токе разряда Li-ion аккумулятора происходят деинтеркаляция лития из углеродного материала и интеркаляция лития в оксид. Следовательно, во всей системе отсутствует металлический литий, а процессы разряда приводят к переносу ионов лития с одного электрода на другой.
Поэтому при импульсном потреблении в таких аккумуляторах присутствует эффект типа кресла-качалки, с выбросами энергии, при этом микросекундные выбросы достигают до 7-10 в. Так что без защиты никак нельзя.
-1
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.