Литий-ионный аккумулятор заряжают сначала постоянным током, потом постоянным напряжением. Линейные микросхемы-зарядники делают это сами, а от разработчика требуется один резистор: он задаёт ток быстрого заряда, остальные токи микросхема получает из него в фиксированной пропорции. Калькулятор поддерживает две микросхемы с открытыми даташитами — Microchip MCP73831/2 и Texas Instruments bq21040.
Этапы заряда
- Предзаряд. Пока напряжение глубоко разряженного аккумулятора ниже порога, микросхема даёт малый ток — 10 % от заданного у стандартных вариантов MCP73831 и 20 % у bq21040.
- Постоянный ток. Выше порога идёт быстрый заряд током, который задаёт резистор.
- Постоянное напряжение. Когда аккумулятор дошёл до напряжения заряда — 4,2 В или выше у вариантов MCP73831 с другим кодом, — микросхема держит напряжение, а ток постепенно падает.
- Окончание. Когда ток упал до заданной доли, заряд прекращается.
- Повторный заряд. Если аккумулятор разрядился ниже порога, цикл начинается снова.
MCP73831/2
Ток быстрого заряда задаёт резистор от вывода PROG к общему проводу:
Допустимы резисторы 2–67 кОм — это 500–15 мА. По даташиту при 10 кОм ток 90–110 мА, при 2 кОм — 450–550 мА. Если PROG оставить свободным или подать на него высокий логический уровень, микросхема отключается: так микроконтроллер может запрещать заряд. Резистор 70–200 кОм тоже отключает её.
Остальные параметры зашиты в вариант микросхемы. Цифра в обозначении — напряжение заряда: MCP73831-2 — 4,20 В, -3 — 4,35 В, -4 — 4,40 В, -5 — 4,50 В. Буквы — стандартные наборы токов и порогов:
| Вариант | Предзаряд | Порог предзаряда | Окончание | Повторный заряд |
|---|---|---|---|---|
| AC | 10 % | 66,5 % VREG | 7,5 % | 96,5 % VREG |
| AD | 10 % | 66,5 % VREG | 7,5 % | 94 % VREG |
| AT | 10 % | 71,5 % VREG | 20 % | 94 % VREG |
| DC | нет | — | 7,5 % | 96,5 % VREG |
MCP73831 и MCP73832 различаются только выводом состояния STAT: у первой он трёхуровневый — низкий уровень при заряде, высокий по окончании, высокоимпедансный без аккумулятора, у второй — открытый сток. Питание — от напряжения заряда плюс 0,3 В до 6 В, на входе и на выводе аккумулятора даташит рекомендует конденсаторы не меньше 4,7 мкФ.
bq21040
У bq21040 ток задаёт резистор от вывода ISET:
где коэффициент KISET зависит от тока: 540 А·Ом выше 60 мА, 527 А·Ом от 25 до 60 мА и 520 А·Ом от 10 до 25 мА. Пример TI: резистор 1,0 кОм даёт 540 мА, окончание заряда при 54 мА (10 %), предзаряд 108 мА (20 %). Таблица электрических характеристик описывает 10–800 мА при 0,675–52 кОм, но рекомендованные условия ограничены 10,8 кОм, то есть током 50 мА; на малых токах допуск коэффициента широкий. Резистор 250–540 Ом микросхема считает замыканием ISET и отключает выход.
Напряжение заряда у bq21040 одно — 4,2 В, предзаряд идёт ниже 2,5 В, повторный заряд начинается, когда аккумулятор опустился примерно на 95 мВ. Вход выдерживает 30 В, а выше 6,65 В срабатывает защита от перенапряжения; рабочий диапазон — 4,45–6,45 В. Вывод TS подключают к термистору NTC 10 кОм в аккумуляторе; если контроль температуры не нужен, ставят постоянный резистор 10 кОм на общий провод. На предзаряд отведено 30 минут, на быстрый заряд — 10 часов: по истечении таймера заряд прекращается, поэтому калькулятор предупреждает, если ток мал для ёмкости.
Нагрев микросхемы
Линейный зарядник работает как регулируемый резистор: разница между входом и аккумулятором гасится на нём. Наибольшая мощность — в начале быстрого заряда, когда аккумулятор ещё разряжен:
Microchip считает худший случай по порогу предзаряда: при 5,5 В на входе, 2,7 В на аккумуляторе и 550 мА выходит 1,54 Вт. TI предлагает брать 3,4 В: по её данным аккумулятор доходит до этого напряжения за первые минуты, а плата прогревается дольше. Калькулятор берёт порог предзаряда варианта MCP73831 и 3,4 В в остальных случаях; своё напряжение можно ввести в поле.
Тепловое сопротивление корпуса из даташита — для стандартной тестовой платы. У MCP73831 в SOT-23-5 это 230 °C/Вт, при большой площади меди — 130 °C/Вт и лучше, у DFN 2×3 мм — 76 °C/Вт; у bq21040 в SOT-23 — 130,8 °C/Вт. Обе микросхемы защищены от перегрева: снижают ток, когда кристалл горячий (у bq21040 — с 125 °C), и прекращают заряд при 150–155 °C. Поэтому перегрев не сожжёт зарядник, но заряд будет идти дольше. Как уменьшить тепловое сопротивление платы, показывает калькулятор теплового расчёта платы.
Сколько проработает устройство от заряженного аккумулятора, считает калькулятор времени работы от батареи, а линейные стабилизаторы, которые греются по тому же закону, разобраны в статье «LDO-стабилизаторы».
Частые вопросы
Какой резистор поставить на вывод PROG MCP73831 для тока 500 мА?
2 кОм: по формуле из даташита ток в миллиамперах равен 1000, делённому на сопротивление в килоомах. 500 мА — наибольший ток MCP73831; при 2 кОм даташит гарантирует 450–550 мА. Для 100 мА нужен резистор 10 кОм, для 15 мА — около 67 кОм, это нижняя граница.
Почему MCP73831 сильно греется и заряжает медленнее, чем задано?
Линейный зарядник гасит на себе всю разницу между входом и аккумулятором. По расчёту Microchip при 5,5 В на входе, 2,7 В на аккумуляторе и токе 550 мА это 1,54 Вт — для корпуса SOT-23-5 с тепловым сопротивлением 230 °C/Вт слишком много. Микросхема снижает ток, чтобы не перегреться, и заряд затягивается. Помогают корпус DFN, медь под микросхемой, меньший ток или более низкое входное напряжение.
Какой ток заряда выбрать для аккумулятора?
Главное — допустимый ток из даташита на конкретный аккумулятор. Microchip в даташите MCP73831 называет предпочтительным ток 1C (для аккумулятора 500 мА·ч — 500 мА) и предельным 2C. У bq21040 есть таймер быстрого заряда на 10 часов, поэтому ток не должен быть слишком мал для ёмкости: 2000 мА·ч током 100 мА за это время не зарядить.
Чем MCP73831 отличается от MCP73832 и что значат буквы AC, AD, AT, DC?
У MCP73831 вывод состояния STAT трёхуровневый: низкий уровень при заряде, высокий по окончании, высокоимпедансный без аккумулятора. У MCP73832 это открытый сток. Цифра после дефиса задаёт напряжение заряда (2 — 4,20 В, 3 — 4,35 В, 4 — 4,40 В, 5 — 4,50 В), буквы — ток и порог предзаряда, ток окончания и порог повторного заряда; в варианте DC предзаряда нет.
Источники
- Microchip. MCP73831/2 Miniature Single-Cell, Fully Integrated Li-Ion, Li-Polymer Charge Management Controllers (DS20001984H) — разд. 5.1.2 — IREG [мА] = 1000 В / RPROG [кОм]; разд. 1 — IREG 90–110 мА при 10 кОм, 450–550 мА при 2 кОм, 12,5–16,5 мА при 67 кОм (эталоны тестов), RPROG 2–67 кОм, 70–200 кОм — отключение; VREG 4,20/4,35/4,40/4,50 В (коды 2–5); IPREG/IREG 10, 20, 40 или 100 %, VPTH/VREG 66,5 или 71,5 %, ITERM/IREG 5, 7,5, 10 или 20 %, VRTH/VREG 94 или 96,5 %; система обозначений — варианты AC, AD, AT, DC; питание VREG + 0,3 В…6 В, конденсаторы на VDD и VBAT не меньше 4,7 мкФ; разд. 4.3 и 5.2.2 — свободный PROG отключает зарядник; табл. 5-1 — STAT MCP73831 трёхуровневый, MCP73832 с открытым стоком; разд. 4.10 — заряд прерывается при 150 °C; разд. 6.1.1.1 — предпочтительный ток 1C, предельный 2C; разд. 6.1.1.3 — рассеяние (VDDMAX − VPTHMIN) · IREGMAX, пример 5,5 В, 2,7 В, 550 мА → 1,54 Вт (эталон тестов); θJA: SOT-23-5 — 230 °C/Вт, с большой площадью меди 130 °C/Вт и лучше, DFN 2×3 — 76 °C/Вт
- Texas Instruments. bq21040 0.8-A, Single-Input, Single Cell Li-Ion and Li-Pol Battery Charger (SLUSCE2D, revised January 2019) — разд. 7.5 — IOUT = KISET / RISET, KISET 540 АОм (60–1000 мА), 527 АОм (25–60 мА), 520 АОм (10–25 мА); 10–800 мА при RISET 0,675–52 кОм; 0,5 А при 1,08 кОм; предзаряд 20 %, окончание 10 %, переход с предзаряда при 2,5 В, повторный заряд при VO(REG) − 95 мВ, VO(REG) 4,2 В; RISET 250–540 Ом — выход отключается; тепловое регулирование 125 °C, отключение 155 °C; разд. 7.3 — RISET рекомендовано 0,675–10,8 кОм, питание 4,45–6,45 В; RθJA SOT-23 — 130,8 °C/Вт; разд. 8.4.7 — таймеры предзаряда 30 мин и быстрого заряда 10 ч; разд. 9.2.2 — пример 1,0 кОм → 540 мА, окончание 54 мА, предзаряд 108 мА (эталон тестов); разд. 11.3 — P = (VIN − VOUT) · IOUT, для расчёта наибольшего рассеяния брать аккумулятор 3,4 В
Где пригодится
- Линейный зарядникЗарядная микросхема с проходным транзистором: фазы, ток, нагрев
- Заряд CC/CVПостоянный ток, затем постоянное напряжение: фазы и окончание заряда
- ПредзарядМалый ток для глубоко разряженного аккумулятора: порог, ток, таймер
- Таймер безопасности зарядаОграничение времени предзаряда и быстрого заряда: значения, расчёт
Встроить калькулятор на свой сайт
Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах
<iframe src="https://gaw.ru/embed/battery-charge/" title="Ток заряда литий-ионного аккумулятора: резистор PROG и ISET" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/battery-charge/">Ток заряда литий-ионного аккумулятора: резистор PROG и ISET</a> — GAW.ru</p>Автоподстройка высоты рамки
Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.
<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>Обновлено .
Нашли ошибку в расчёте?