2. Практическая часть
2.1 Разработка структурной схемы устройства
Рисунок 3 – Структурная схема проектируемого зарядного устройства
Структурная схема проектируемого зарядного устройства состоит из трёх основных блоков.
1. Схема заряда Литий-ионного аккумулятора
2. Литий-ионный аккумулятор
3. Схема повышающего преобразователя напряжения
Схема заряда литий-ионного аккумулятора собрана на базе специализированного контроллера заряда.
Литий-ионный аккумулятор выбран с номинальным напряжением 3.7В и встроенной защитой от перезаряда свыше 4.2В, переразряда ниже 2.75В и короткого замыкания.
Схема повышающего преобразователя напряжения собрана на базе микросхемы ШИМ-регулятора напряжения.
2.2 Разработка принципиальной схемы устройства
Электрическая принципиальная схема представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Электрическая принципиальная схема проектируемого зарядного устройства
Схема заряда литий-ионного аккумулятора собрана на базе специализированного специализированного линейного регулятора LM317. Если аккумулятор находится в разряженном состоянии, при подключении внешнего зарядного устройства загорается красный светодиод HL1 и начинается процесс заряда.
Пока напряжение на аккумуляторе меньше 2.9В, ток заряда ограничен величиной 90-100мА. С повышением напряжения выше 2.9В, ток заряда плавно возрастает до 550мА. При достижении напряжения 4.1В, ток заряда начинает плавно снижаться, в дальнейшем происходит стабилизация напряжения на уровне 4.2В и после уменьшения зарядного тока до 105мА светодиоды начинают периодически переключаться, показывая окончание заряда, при этом заряд всё равно. Номинальный ток заряда задаётся с помощью резистора R5. Конечное напряжение заряда жёстко задано на уровне 4.2В с точностью 1.5%. После окончания заряда аккумулятора гаснет светодиод.
Схема повышающего преобразователя напряжения собрана на базе микросхемы импульсного DC/DC конвертера LM2576. При включении на выводы 4 и 2 микросхемы DD1 подается напряжение 4.2В, в результате чего запускается внутренняя схема и генератор. Внутренний транзистор замыкает выводы 3 и 1, из-за чего происходит накопление энергии во внешней индуктивности L1, при этом диод VD6 закрыт. После того, как транзистор закроется, энергия с индуктивности поступит через открытый диод VD6 на емкость C4 и она зарядится до напряжения 5В. При этом выходное напряжение, т.е. напряжение на емкости сравнивается с опорным 1.25В, и если оно ниже, то процедура повторится в следующем такте. Если оно больше, то длительность времени открытия транзистора уменьшится амплитудой в несколько милливольт и частотой генератора.
2.2.1 Расчёт резистора для светодиода
Светодиод имеет резистор, последовательно включенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он выйдет из строя практически мгновенно.
Рисунок 5 - Схема включения светодиода
Расчёт резистора для светодиода производится по следующей формуле:
R = (VS - VL) / I (1)
VS - напряжение источника питания.
VL - прямое напряжение, расчётное для каждого типа светодиодов (2 В)
I - ток светодиода (0.02 А)
Напряжение питания VS = 5В, прямое падение напряжения светодиода VL =2В, требуемый ток I =2мА=0.002А.
R6= ( 5В – 2В ) / 0.002А = 1500 Ом.