Цепи защиты Li-Ion батарей

[mr-hot]

О необходимости работы Li-Ion батареи в паре с цепями защиты наверное говорить уже и не нужно. Некоторые батареи уже мигрировали до уровня "бытовых" и предлагаются к покупке и использованию. Это стало благодаря тому, что цепи защиты стали интегрироваться в такие форм-факторы как 18650 и подобные им. Хотя ранее, такого не наблюдалось. Какой-нибудь ICR18650 продавался как OEM-продукт для ремонта тех-же ноутбуков и не более. Реализовать комплексную защиту даже одного такого элемента было отдельной задачей о которой необходимо было заботиться. До сих пор, возможность конструировать цепи защиты из относительно дешевых и доступных микросхем для меня (а может и для кого-то еще) остаётся некоторой проблемой.
Вроде уже всё продаётся - бери и ставь ка-говорится. Но вот что именно там внутри ? Как работает ? Когда и как срабатывает ? Можно ли это улучшить-переделать ?

Вот что можно наковырять из батарей доступных к покупке на DealExtreme.com

Увеличить

Очень хотелось побольше узнать о детальной работе таких модулей и что из них можно сделать в перспективе (или нельзя сделать)...
В качестве препарируемого образца было заказано 4-е штуки SCU_26114

Вот этот товар:

Увеличить

Вот как это выглядит без деталей:

Увеличить

А вот так - проще срисовать незамысловатую схемку с данного образца:

Увеличить

Вот что получится после процесса рисования:


А вот и сама схема. Так пожалуй будет удобней:

Увеличить

Первое, что показала разборка разных модулей - это разные буквы на конце "K091".
Мне встретились индексы "E", "A", "J".
Как показало препарирование защищённых батарей 18650 от TrustFire и UltraFire - все они содержат одну и туже схему защиты. Разница - только в вот в этих буквах на конце и немного различной топологии печатных плат.
UltraFire 18650 (2400 ма/ч) содержал "K091J". В то же время как 18650 (2500 ма/ч) от TrustFire содержал "K091A". То что распаял я - содержало "K091E".
Что бросается в глаза - нет некоторых пассивыных элементов на печатной плате. Вероятно платы предусмотрены под установку некой иной микросхемы, где требуется наличие большего числа компонентов. Плата сделана под 6-ти выводную микросхему защиты, хотя то что впаяно - содержит всего 5-ть выводов. Попытки поиска - что есть "K091E" меня ни к чему не привели (наверное искатель их меня никудышний). Но, искать очень много и не пришлось. Я быстро натолнулся на очень похожую микросхему защиты "DW01+". У неё 6-ть выводов, и схема включения - пуля в пулю (кроме цоколёвки выводов) совпадает с "K091E". Вероятно, это одна и таже разработка. Отличие "K091E" - отсутствующий пин задания времени торможения при реакции на короткое замыкание. Возможно, что в "K091E" оно принято по-умолчанию и составляет примерно 10мс. Но это всего лишь догадки. Так или иначе - меня пока не волнует это время реакции и управлять им я не собираюсь.

Вот что можно почерпнуть из доки про "DW01+":

Увеличить

И так, отличия только в наличии вывода #TD и цоколёвки.
#TD - никуда не подключен в примере для "DW01+" (что не может не обнадёживать).
Все замеры напряжений срабарываний для переразряда и перезаряда меня привели к тому, что эти значания совпадают с таковыми для "DW01+":
- напряжения защиты переразряда = 2.5V
- напряжения защиты перезаряда = 4.3V
- активация разрешения на дальнейший разряд - только после отрицательного перепада напряжения на выводе #CS (вывод 1 для "K091"). Т.е. только после помещения элемента в зарядное устройство.

Все модули (6-ть штук) что были в наличии, показали стабильные результаты по пороговым напряжениям. Разброса параметров я не заметил. О неком разбросе параметров для готовых модулей было замечено в ветке "Li-Ion батареи из ноутбука". Возможно, что есть какие-то другие платы, которых я ещё не видел. Вероятно, они собраны не на "K091".
Вывод #CS выдерживает в перделе до -24V (взято из доки по "DW01+"). Этот же вывод ловит и положительные перепады напряжения, которые возникают на внутреннем сопротивлении полевых транзисторов. Тем самым, осуществляется защита по предельному току. Возможно разные буквенные индексы разных микросхем - отвечают за разный порог срабатывания токовой защиты. Так или иначе, на модуле от UltraFire можно обнаружить два полевика в параллель и пустое место для установки третьего !! Это видно на самой первой фотографии. Т.е. меняя число полевиков - меняем порог срабатывания токовой защиты. И нет ни одного резистора на это дело. А оно и не сильно надо при наличии такой микросхемы.

Вот что сбивало меня с толку длительное время:

Увеличить

Сказано:
- уровень разряда = 2.75V
- уровень заряда = 4.2V

Я могу теперь точно сказать что это враньё ! И не стоит так слепо доверять этим надписям. Хотя, надо признать, что я бы хотел видеть именно такие цифры.
Напряжение разряда = 2.5v (реальное, а не маркетинговое) меня совсем не радует. График разряда таких батарей очень крутой (в конце разряда), и доводить до такого напряжения я бы не рискнул. 2.75V кажется оптимальным. Но.. увы.. не сутьба. Про напряжение 4.3V для порога перезаряда я вообще хочу сказать что оно опасно. У меня на практике, была работа с кучей КПК, где в инструкции русскими буквами было сказано что не следует оставлять КПК на зарядке более чем на 8-мь часов. Тем не менее, работа на предприятии (торговые агенты) требовала чтобы в субботу вечером все КПК были поставлены на зарядку и были целиком заряжены к понедельнику. Важно - за КПК никто не следил на воскресенье. И вот в процессе такой работы, в понедельник некоторые КПК с утра находили в нерабочем состоянии. В частности у них распухала батарея, и от этого выламывало заднюю крышку аккумуляторного отсека. Было ясно - идёт перезаряд и инструкция не зря пишет про такой случай. Я как-то расковырял вздутую батарею. Там я обнаружил микросхему защиты DS2760 у которой (в зависимости от поставки) напряжение перезаряда нормируется от 4.275V....4.35V. Т.е. на лицо была ошибка алгоритма заряда батареи. Эту ошибку могла устраннить DS2760, да она её устранняла - ничего не воспламенилось и ничего не загорелось. Но увы, батареи страдали. После этого их невозможно было использовать. Т.е. порог 4.3V это некий пожаробезопасный рубеж, но не более. (фото вздутых батарей могу в личку кинуть кому надо...)
Гораздо продуктивнее заботиться о перзаряде именно в зарядном устройстве, нежели писать такие инструкции и полагаться на 4.3V

Выходы управления полевиками "K091" как я выяснил опытным путём - комплементарные. Т.е. нет никаких открытых коллекторов или открытых стоков. Ток через выход идёт как в нуле, так и в единице. Проверял - простым светодиодом с резистором.

Мне удалось немного "поправить" напряжение срабатывания защиты по переразряду. Это я делал "в лоб". Я поставил по питанию "K091" обыкновенный резистивный делитель напряжения. Параллельно конденсатору питания 0.1мкФ я впаивал 1.8 мегома, а заместо 100 ом я впаивал 47 ком. Получилось напряжение срабатывания защиты не 2.5V а 2.71V. Сразу скажу, что это ведёт к росту тока потребления такой цепи защиты. Было - примерно 3 мкА, а стало 6 мкА (с резисторами). Естественно, что порог 4.3v (защита от перезаряда) так же сдвигается на некую величину, которая совершенно уже непригодна для использования.
Т.е. K091 можно использовать в качестве доноров для для создания модулей защиты по токовой перегрузке и по UnderVoltage защите.
Именно цепи UnderVoltage меня более всего и инетересуют. 6 мкА тока меня устраивают на все 100%. Это приемлимо. Остаётся задача - как использовать K091 для защиты последовательно соединённых батарей с одним общим полевиком. На этом пути есть препятствие - после срабатывания UnderVoltage защиты - нужно на пин 1 (#CS) подать отрицательное напряжение. Иначе - микросхема не перейдёт в режим рарешения разряда. Т.е. для организации защиты последовательно соединённой батареи Li-Ion элементов K091 подходит слабо. Мне удалось избавиться от этого препятствия путём увеличения тока потребеления до 20 мкА. Решение очень простое - замкнуть пин #CS наглухо на землю. Но тогда:
- несколько подрастает ток до 20 мкА в режиме срабатывания защиты
- лишаемся защиты по току (на эту защиту можно будет бросить отдельный корпус K091)
- напряжение, при котором микросхема вновь разрешиет разряд элемента = 3.5V

Я, пока не осталяю надеж по созданиию некой простой схемы включения таких микросхем для защиты батареи последовательно соединённых Li-Ion элементов. Надеюсь, что данная информация окажется хоть кому-то полезным подспорьем при создании своих цепей защиты батарей Li-Ion элементов.

[mr-hot]

Только сейчас заметил, что я привёл ошибочную схему в ветке "Li-Ion батареи из ноутбука". Приведу её снова. Ошибка тут в том, что на P-канльные транзисторы нужно ставить 3-и развязывающих диода. И желательно диода Шоттки. Т.е. ошибка состояла в том, что паразитный диод в каждом З-канальном транзисторе будет создавать условия "замыкания" одного из Li-Ion элементов батареи при срабатывании Undervoltage защиты на одном из элементов батареи. Защитные диоды придётся установить в разрыв каждого P-канальника.
Т.е. мораль проста - всегда в таких многоуровневых (по напряжению) схемах нужно прорисовывать паразитные диоды. А то, вроде всё как в шоколаде получается, хотя на самом деле, всё как раз наеборот. Красным - я дорисовал то, что должен был изобразить сразу, но не изобразил.

Установка дополнительных защитных диодов снизит затворное напряжение на N-канальном транзисторе ещё на 0.3V. Это немного усложнит его работу и сократит круг полевиков, которые можно воткнуть на это место. Получается, что полевик примерно должен воспринимать на затворе напряжение = 2.75 - 0.3 = 2.45V
Вроде всё реально, но число пассивных элементов растёт, да и с мелкими диодами шоттки у меня проблема. Что-то они не особо мелкие встречаются.

[mr-hot]

А вот как выглядят цепи защиты на аккумуляторе от Dx для сотового телефона SonyEriccsson K750i. Аккум сразу после покупки показывал омерзительно низкую ёмкость и чуть не угодил в ведро. Мне стало интересно - что же там внутри... А внутри - всего один резюк, притом на 110ком. Кстати, у батареи три вывода. Резюк видимо что-то "подтягивал" чтобы обдурить сотик.
Выглядит просто потрясающе ! Схемотехника на высоте ! Аплодисменты господа..!

[Dhaitya]

...мелкими диодами шоттки у меня проблема. Что-то они не особо мелкие встречаются.

SBR2U30P1-7
RB520S-30TE61

Установка дополнительных защитных диодов снизит затворное напряжение... ... полевик примерно должен воспринимать на затворе напряжение = 2.75 - 0.3 = 2.45V

http://www.vishay.com/mosfets/gteq-5-lteq-20-v/

Напряжение разряда = 2.5v (реальное, а не маркетинговое) меня совсем не радует. График разряда таких батарей очень крутой ...

Говоря иначе, расчёт сделан на быстрый разряд большим током, тогда этот порог может быть удовлетворительным.

Надеюсь, что данная информация окажется хоть кому-то полезным подспорьем ...

Данная информация конечным и убедительным образом показывает, что "платы защиты" с DX & KD защищают, фактически, только от короткого замыкания выхода аккумулятора, но не от перезаряда и переразряда.

[mr-hot]

Говоря иначе, расчёт сделан на быстрый разряд большим током, тогда этот порог может быть удовлетворительным.

Абсолютно согласен. Если например делать фонари для дайвинга ,где вечно света мало и мощности нужны как можно больше, а время погружения менее часа - то это отличный вариант. Чего ещё и думать ? Именно так и мыслят многие люди когда говорят что 2.5V это грамотный порог, и его все используют и бла...бла..бла...
Да, это так. Но лишь отчести. Если собирать интелектуальные фонари, где есть анализ напряжения на аккумуляторе (вернее на батарее последовательно включённых аккумуляторов), то фонарь примет решение перейти в режим пониженной яркости при приближении к точке абсолютного разряда аккумуляторов. Т.е. от аккумулятора потребеление тока резко снизится и защита с выставленным уровнем 2.5V может оказаться попросту губительной для аккумулятора. Я уже делал нечто подобное в "Переделываем SCU_12275 от DealExtreme". Там фонарь сам скачет на самый слабый режим если видит что процесс близок к "закату".
Для себя, защиту вида Undervoltage вижу как - срабатывание на 3.0V, но с возможностью вывести батарею из режима защиты по спец-кнопке. Т.е. чтобы (если это принципиально важно) можно было продолжить работу с фонарём уже на мелких (можно сказать аварийных) токах. Т.е. нужен этакий триггер с принудительным внешним сбросом.

[Andrey]

Если встроенная защита спасет здоровье, предотвратив взрыв, то большего от нее и не надо. Если делать такой умный фонарь, то может и контроль за состоянием аккумуляторов на него возложить? Как-то так. Или здесь есть какая-то засада?

[mr-hot]

Если встроенная защита спасет здоровье...

Тут вот, с этим порогом на 2.5V, как раз и вопрос (если говорить про всякие там "DW01+"). А спасёт ли ? Где-то спасёт, а где-то нет. Т.е. нужно иметь ряд технических решений для разных случаев и разных условий применения. Этим я и инетересуюсь/занимаюсь. Только вот идей маловато: как всё красиво сделать, и чтобы в десятке микроампер остаться и чтоб посылочный ящик всё это не занимало.

Если делать такой умный фонарь, то может и контроль за состоянием аккумуляторов на него возложить? Как-то так. Или здесь есть какая-то засада?

Да, идея верная. Только вот слово контроль слишком широкое для меня. Это немного вопрос вкуса. Я склонен делать блочные изделия. Чтобы батарея содержала свой контроллер и потом, эту разработку можно было применять в других изделиях. Даже не обязательно в фонарях. Например я пока не готов размещать зарядник внутри корпуса батареи. В этом вроде нет необходимости (повторюсь, у меня нет необходимости, может кому-то это и потребуется). Для меня "засада" как раз в том, чтобы сделать контроллер последовательно соединённых Li-Ion аккумуляторов, а не контроллер-фонарь. Просто сам контроллер Li-Ion, он схемотехнически довольно устойчив, и желания его постоянно совершенствовать возникать не должно. Тем более, если в этом контроллере будет стоять процессор, то его ПО должно быть стабильным и не должно подвергаться вечным модификациям (неизбежным при задумывании нового и нового изделия). С фонарной электроникой - тут не всё так просто. Именно она постоянно меняется и совершентсвуется. И Именно её хочется каждый раз новую попробовать изготовить. Если это считать засадой - то для меня как раз вот тут и находится.
По-мне, достаточно в слово контроль втиснуть всего две защиты:

• Короткое замыкание
• Защита от переразряда

Но ещё раз повторюсь - это лишь моё мнение. Вероятно, кому-то просто необходимо будет зарядник разместить прямо в носимом устройстве. Тогда нужно обсуждать и такие варианты. Ношение массы деталей зарядного устройства - должно быть чем-то оправдано (наверное только дайвинг тут подходит).

Вы привели очень интересную схему. Всё довольно гармонично реализовано.
А можно пару коментариев для прессы ?

• Это ваша разработка ? (или ...)
• Есть ли фото уже собранного такого изделия ? (фото платы, её примерные размеры)
• Что делают/отображают диоды VD43--VD48 ? Это уровень "топлива" ?
• Батареи не вынимаемые ? (именно из-за этого нет защиты от коротких замыканий)
• Немного неясно назначение деталей в области S1--S3... Q7(A),Q7(B). Каково назначение этого блока ?
• Какие пороговые напряжения отключения реализованы ? (учитывая явную многорежимность фонаря)
• Это случаем не вело-свет ?

P.S.
Мне очень понравилась идея блока, обведённого красной линией. Очень просто и красиво. У меня, этот блок получался (в голове) сложнее (из-за того, что стремился подключиться индивидуально к каждой батарее).

[mr-hot]

Дописки... дописки...
Я продумывал вариант реализации контроллера батареи на микроконтроллере (контроллер встроен в батарею, а сама батарея находится вне корпуса фонаря). Я споткнулся на том, что нет события, по которому можно было бы микроконтроллеру проснуться и запустить мониторинг напряжений. Т.е. если такого события нет - то нужно чтобы мониторинг напряжений был запущен вечно. Что не есть замечательно. Веть в этом мониторинге нужно использовать резистивные делители которые потребляют ток (вроде их и отключаешь, но всёже..), и сам проц, со своей повышеной активностью совсем некстати, т.к. увеличивает ток потребления. Насколько я понял, в вышеприведённой схеме реализовано полное "железячное" отключение даже микромощного стабилизатора, не говоря уже о процессоре. Т.е. это событие есть - пользователь, который надавил на кнопку "Включить" (к примеру). Есть мысль просыпаться по событию от встроеного компаратора в микроконтроллере, но пока не придумал как это сделать наиболее корректно. Ток потребления от батареи может быть как большим, так и маленьким. Т.е. сразу возникнут вопросы с датчиком тока и потерями на нём.
В виду всего этого есть два разумных пути:

• Протянуть от фонаря до батареи дополнительный сигнальный провод (сечение слава богу не важно)
• Реализовать защиту не прибегая к помощи микроконтроллерных средств и решений. (Мониторы питания, DW01+ на худой конец... и т.п.)

Этакое перепутье.. На этом фоне, совмещение батареи и потребителя - даёт несомненный плюс и облегчает проектирование. Другое дело - что порой хочется "оторвать" излишне массивную батарею и разместить её на поясе (к примеру).

[Andrey]

Коментарии:
1. С силовой частью мне очень сильно помог Dhaitya, операционник на токосчитывающем резисторе - содрал у кого-то в инете, прога, "самоудерживание" контроллером своего питания (S1-S3, Q7...), R-2R цап, Q8-10 мое.
2. Эта схема в железе не реализована. Работает другая, в которой нет считывания напряжения каждого аккумулятора, акуумуляторы 8хNiCd 1а/ч, вместо max1615 lm78L05, операционника нет, для снижения потерь на токосчитывающем резисторе используется вольтодобавка, режимы переключаются несколькими ПТ, подключающими параллельно токосчитывающему резистору дополнительные. Эта схема - идеи, причем спорные:
- фиг его знает какой там операционник ставить и какая у него должна быть обвязка(я в этом никс ферштейн).
- цап может переключаться какими-нибудь "рывками", неизвестно как поведет себя преобразователь. Тут еще саму прогу нужно внимательно писАть. Вот есть еще цифровые потенциометры, может такой использовать?
- Q8-10. Напряжение нужно измерять довольно точно, и где брать точные сопроты? В принципе, если поставить не смд, то можно с помощью точного прибора и лезвия подстроить имеющиеся. В любом случае, к верхнему по схеме аккумулятору ошибка измерения будет нарастать.
3. VD43-45 температура радиатора, 46-48 - напряжение на всей батарее(а в перспективе - на худшем элементе).
4. S1--S3... Q7(A),Q7(B) S1-нефиксирующийся режим максимальной мощности из любого режима,S2,3 - вверх-вниз по режимам. S1 и S2 могут включать фонарь. Q7a - пришлось использовать, т.к. (как выяснилось) у атмеги в отключке на ногах висит земля. Все вместе для того чтобы упростить механику переключателя режимов и сделать возможным самоотключение фонаря при посадке аккумуляторов.(Вы и сами написали).
5. Аккумкуляторы невынимаемые т.к. спаяны. Просто не представляю, как сделать надежные контакты для большого тока. Те "коробочки", что продаются - у них пружинки примерно по 0.1ом, уже при токе 2а на NiCd 1.0в и вроде как он уже и "сел".
6. Пороговые напряжения для NiCd Вас наверное не заинтересуют, я их уже и не помню, и они не адаптивные к режиму(Вас, видимо, это интересовало).
7. Нет. Просто с детства фонариками болею. Ну, кто-то марки коллекционирует, кто-то еще что....
Фото того чуда, которое имеется сейчас, наверное не нужно?
Давно уже протравил две платы для нового контроллера, и тут пришла "гениальная" мысль заменить ПТ, управляющие токосчитывающими резисторами на ОУ + r-2r.
Его размеры(того, что без ОУ) д.б. быть такие - две круглые платы 40мм, между ними примерно 30мм. Большой конечно.
Использовать МК как чисто контроллер литиевой батареи - его же придется питать постоянно, пусть даже в спящем режиме.
Кстати, зачем контролировать аккумуляторы, если они не используются? Помочь мы им не сможем, только ухудшим положение. Может какой-то датчик того, что аккумулятор подсоединен к потребителю?
Вроде на все вопросы ответил?
А, да. С прогой тоже проблемы. Хотел снизить частоту до минимума, т.е. 32768 гц. Но в этом режиме(может я не прав) используется неотключаемая длинная задержка запуска МК, видимо, чтобы кварц вышел на стабильную частоту. Пришлось сделать частоту 100кгц и использовать другой режим, и все равно включение какое-то не стабильное. Как будто с задержкой на долю секунды, причем не всегда. Побороть не смог. А может кнопки фиговые.

[mr-hot]

Ваш проект схемы, очень похож на то, над чем я в данный момент работаю:

• Свет: 1 Cree MC-E + 2 Cree R2, всё соединить последовательно.
• Питание 4х18650 последовательно (банки без защиты)
• Индивидуальный контроль OverDischarge и OverCurrent защиты для батареи аккумуляторов
• Отсутствие выключателей питания (только кнопки)
• Желание сваривать банки параллельно, для наращивания ёмкости (по формуле 2P4S)

Решил "выкапывать картошку с грядки" послеловательно: начал с защиты батареи, т.к. вопрос закорузлый. Универсального решния для него так и нет у меня, и на поверхности оно не "плавает". А то что плавает - то сами знаете как называется.

Немного разбавлено OffTop-ом, но всё же..

фиг его знает какой там операционник ставить и какая у него должна быть обвязка

Я и сам не знаю. Ставлю что попало, смотрю как работает, падает ли КПД... В этот раз буду пробовать применять токовый монитор MAX4173HEUT-T (High Side x100). Вольтодобавки не понимаю как класс. Привдённый вами операционник в "компараторном" режиме сильно настораживает. Надо на практике исследвать поведение этого узла в применении к конретному экземпляру операционного услилителя.

вместо max1615 lm78L05

MAX1615 - меня приятно удивил малым током потребеления и высоким допустимым входным напряжением (конкуренция : MCP1703 (всего 16-ть вольт, и от 4х18650 запитаться невозможно)) Не понимаю даже - для чего вы его обрываете аппаратно полевиками. Связка MAX1615 + спящий Mega8L и так веть дают довольно привлекательный ток спящего режима (по-моему). Или я где-то что-то прошляпил...?

Вот есть еще цифровые потенциометры, может такой использовать?

Согласен, пачка R-2R жутковатое дело и как по количесву портов занимаемых, так и по месту на печатной плате. Я пока тоже не тотов перейти на цифиревый потенциометр, но лишь только потому, что могу свободно дёргать полевиками на выходе проца, резисторы в цепи ОУ. Это считаю достаточным. Т.к. плодить десятки режимов - не вижу смысла. Исключение составит случай, где просто жуть как захочется плавный выбор мощности излучателя. тут - да.. Нужно. Заказал на пробу "MCP41050-I/SN@MICROCHIP" Возможно, мы подружимся с ним ..

Q8-10. Напряжение нужно измерять довольно точно, и где брать точные сопроты?

Если применять нестандартные методы монтажа (несколько SMD в стопку) то можно воспользоваться тем, что при параллельном соединении резисторов, их номинал тем более уточняется, чем больше "одинаковых" резисторов я включаю. Как пример (жутковатый право..): надо - 10ком точно, я могу впаять 10шт по 100Ком в две стопки по 5-ть штук. Получаю все теже 10К, но с одной оговоркой - номинал - наиболее точно ляжет в нужное мне значение. Но на практике, я не знаю - какой разброс номиналов, и есть ли он вообще. Т.е. может оказаться, что все 10-ть резисторов например равны 101Ком. Тогда будет стабильный косяк - я получаю 10,1ком в итоге. Т.е. не получаю нужного эффекта. Но если резисторы имеют разброс возле значения 100.0Ком (99.9, 99.8, 100.1, 100.0 и т.д. ) то параллельное соединение должно меня выручить. Я так ещё не пробовал делать. Видимо, от поставщика резисторов сильно будет зависеть этот процесс. Мне кажется - шанс есть выехать..

VD43-45 температура радиатора, 46-48 - напряжение на всей батарее(а в перспективе - на худшем элементе)

Очень занимательные сервисы. Особенно про худший элемент. Довольно идейно.

Те "коробочки", что продаются - у них пружинки примерно по 0.1ом

Можете не развивать этот вопрос. Это проблема однозначная.. Точечный сварочник нас всех спасёт...

Пороговые напряжения для NiCd Вас наверное не заинтересуют, я их уже и не помню, и они не адаптивные к режиму(Вас, видимо, это интересовало).

Тут я решительно ничего не понял. На схеме в левом верхнем углу маркировано про 4х18650, окуда кадмий тогда выполз ? Да он и так не сильно интересен. Можно про него ничего не писать.

Фото того чуда, которое имеется сейчас, наверное не нужно?

Нет, не стоит. Однако, стоит отметить сей грусный факт, что очень многие наработки проходят мимо публики. Не обязательно раскрытые до уровня схемы, даже просто до уровня конструктива (корпус, крепежи, теплоотвод...)

цап может переключаться какими-нибудь "рывками", неизвестно как поведет себя преобразователь.

Рискну предположить, что это не стоит никакого внимания.

Просто с детства фонариками болею.

Ооо ! Коллега по палате..

40мм, между ними примерно 30мм. Большой конечно.

Думаю что очень неплохо. Мельчить не стоит, особенно, когда это становится большой проблемой при монтаже, и ещё каким-нить боком цепляет КПД (размер качественной индуктивности)

Кстати, зачем контролировать аккумуляторы, если они не используются?

Абсолютно незачем и не нет в этом надобности. Посто если делать на проце (батарея отдельно от потребителя) - то нет события активации потребителя. Если делать защиту на аппаратном спец-решении - то она будет постоянной и не отключаемой (как во всех серийных аккумуляторных сборках промышленного производства).

Может какой-то датчик того, что аккумулятор подсоединен к потребителю?

Да, тут или механический датчик в разъёме батареи нужен (лишние ламели разъёма, которые замыкают что-нибудь и не идут к потребителю) Или отдельный провод от потребителя от кнопки включения питания (например замыкающей сигнальный провод на землю)

все равно включение какое-то не стабильное. Как будто с задержкой на долю секунды, причем не всегда. Побороть не смог. А может кнопки фиговые.

Из вашей схемы, первое что бы я сделал это привёл сигнал RESET процессора к каком-нибудь уровню (вероятно, это будет питание проца, через резистор). С такой системой включения как у вас, мне кажется что просто необходимо ставить монитор питания, который будет держать RESET до нарастания напряжения до нужного уровня. Чем больше вы снижаете частоту - тем как мне кажется хуже. Повысьте частоту, и поставьте монтор питания. От тактовой зависит StartupTime (Смотрите фьюзы проца). Т.е. если частота ниже - то и включается проц банально дольше, веть таймер RESET-а зависит от тактовой частоты. Я уже так пытался делать. Это мне напоминет промышленный пускатель (электрооборудование). У меня не получилось сделать стабильный запуск в такой системе. Но у меня и небыло тогда мониторов питания на 2.7...3.0V Кажется, включение Brown out detector тут не приведёт к желаемому результату.
Не думали изменить принцип управления питанием ? Т.е. проц всегда запитан и спит, ждёт нажатия кнопки (прерывание On Pin Change). Нажали - проснулись, почесались... и в добрый путь... Мне кажется, что потребление тока в спящем режиме можно локализовать в области 10..20 мкА. Что есть очень даже приемлимо..

[Andrey]

Свет: 1 Cree MC-E + 2 Cree R2, всё соединить последовательно.

Видимо, 6 диодов последовательно, не понял зачем ставить разнотипные? Оптику тоже придется разнотипную ставить?

Желание сваривать банки параллельно, для наращивания ёмкости (по формуле 2P4S)

Не люблю я параллельное соединение источников питания... Не смотря ни на какое "выравнивание" напряжений и подбор одинаковой емкости...

Приведённый вами операционник в "компараторном" режиме сильно настораживает.

Нашел у кого я украл этот кусок, это Valeri
http://forum.tetis.ru/viewtopic.php?t=2 ... c&start=40
схема и конструкция здесь
http://photofile.ru/users/valerivv/3324688/?page=1

Dhaitya вот здесь пишет про ОУ.
viewtopic.php?f=31&t=517&start=0

Для построения ОС по току используйте ОУ - с однополярным питанием, rail-to-rail, полосой ~10кГц/кГц (т.е. если частота преобразования - 50кГц, то полоса ОУ - не менее 500кГц), с напряжением смещения <Ucurrent_sensor_min/15 в дифференциальном включении по неинвертирующей схеме, с Г-фильтром на выходе и с простой фазосдвигающей цепью в обратной связи. Резистор чтения тока считайте так, чтобы при полном токе нагрузки падение на нём лежало в диапазоне 20-50мВ.
ОУ можно найти здесь.

Только для меня это "китайская грамота", "в дифференциальном включении по неинвертирующей схеме, с Г-фильтром на выходе и с простой фазосдвигающей цепью в обратной связи" - у топикстартера сразу отпали все вопросы.

Не понимаю даже - для чего вы его обрываете аппаратно полевиками

А Вы попробуйте на макетке включить тот слип(кстати какой именно, там же их несколько) и померить сколько "оно" будет потреблять. Чтобы получить цифры из датащита придется сильно постараться и отключить ADC, компаратор, brown-out detector, internal voltage referens, watchdog timer, и сконфигурировать все порты.

Т.к. плодить десятки режимов - не вижу смысла. Исключение составит случай, где просто жуть как захочется плавный выбор мощности излучателя. тут - да.. Нужно.

Мне тоже не нужны десятки режимов, но вдруг захочется поменять ток в имеющихся 3-х? И что, перепаивать шунты? А так - можно только прошивку поменять.

Т.е. может оказаться, что все 10-ть резисторов например равны 101Ком

А может это и лучше. Какая, в принципе разница, все-равно у МК разброс внутреннего референсного напряжения большой, и придется подгонять константы в программе. Повторяемость из-за этого плохая, соответственно. Ну или внешнее опорное напряжение и доп.потребление в довесок.

Откуда кадмий тогда выполз ?

Ну, я же писАл, приведенная схема с литием, это перспектива развития того что есть.

Насчет переключения ЦАПа. Я, наверное, неправильно выразился. Вот смотрите:
к примеру, переход с режима 7 на режим 8
0111 -> 1000
при этом, если разряды переключаются не одновременно(а я думаю, что так и будет), то при переходе получим разброс кодов от 0000 до 1111, те нехилые броски от минимума(0) до максимума(15).
Есть вот еще код Грея, применяемый в энкодерах, у которого соседние значения отличаются одним разрядом. Но как(и возможно-ли) его использовать здесь - не знаю.

Из вашей схемы, первое что бы я сделал это привёл сигнал RESET процессора к каком-нибудь уровню (вероятно, это будет питание проца, через резистор).

А смысл? Это только от помех защитить может и к тому-же можно подпереть его программно внутренним резистором.

От тактовой зависит StartupTime (Смотрите фьюзы проца).

Смотрел, естественно. Там 65мс максимальная задержка.

Не думали изменить принцип управления питанием ? Т.е. проц всегда запитан и спит, ждёт нажатия кнопки (прерывание On Pin Change). Нажали - проснулись

Дак хочется же выжать и минимизировать все что можно.

О, кажись понял в чем у меня проблема при запуске! У меня прога сканирует кнопки и подавляет дребезг контактов, т.е читает кнопки в прерывании и при изменении состояния начинает уменьшать счетчик, при этом если вдруг проскакивает хоть одно "текущее состояние", счетчик "заряжается" назад.
Тоже самое использую и при включении, причем после инициализации стека, прерываний и т.д., а этого делать нельзя, т.к. понятно что раз пошло питание, то что-то нажали. Нужно в самом начале воткнуть чтение состояния кнопок, причем без подавления дребезга. Надо попробовать изменить логику работы при включении и перейти на 32768гц.

[mr-hot]

не понял зачем ставить разнотипные? Оптику тоже придется разнотипную ставить?

Да, именно это и хочется. Согласен на раношёрстную оптику. Это тоже есть цель (получить не соосное направление света разных источников)

А Вы попробуйте на макетке включить..

Да, обязательно попробую. Как раз есть макет на AtMega64L под рукой. Попробую всё выключить и перевести проц в Power-Save mode. Измерю, посмотрю что там.. В документации Power-Save Supply Current обещают при 5-ти вольтах равным 11мкА. Не думаю что это значительный ток для меня. Он вполне даже приемлем. Он увеличится на ток вспомогательного стабилизатора на 5вольт. Т.е. всё всесьма скромно. 11мка - это при условии что всё выключено в процессоре. Пробуждаться можно по выводам внешних прерываний. Думаю, что всё должно получиться. Документация от Atmel - это не рекламный буклетик от аккумов GP. Это Документация с большой буквы. Как есть - так и пишут.

при этом, если разряды переключаются не одновременно(а я думаю, что так и будет)

Тут - надо в программе, не торопиться с записью в порт. Содержимое порта надо сначала сформировать, а потом вытолкнуть единовременно, одной командой. Тогда не будет этого эффекта. Т.е. например нельзя маскировать порт по "диничкам", а потом маскировать его по "ноликам" - это будет ошибкой. Я уже сталкивался с подобными проблемами. Единовременная запись в порт - это не фантастика. Всё произойдёт за один машинный цикл.

А смысл? Это только от помех защитить может и к тому-же можно подпереть его программно внутренним резистором.

Да, точно. Нет смысла. Внутри есть подтягивающий резистор. Я почему-то подумал, что именно на Reset-е его нет.

Дак хочется же выжать и минимизировать все что можно.

Ясно. Довольно полезное (а иногда и поучительное) занятие.

[Dhaitya]

...цап может переключаться какими-нибудь "рывками", неизвестно как
поведет себя преобразователь.

Выход ЦАП можно проинтегрировать, если есть задача избежать "ступеньки".

Вольтодобавки не понимаю как класс.

Там в схеме довольно высокое выходное напряжение, так что вольтодобавку вполне можно использовать, как и обойтись без синхронного выпрямления без существенного снижения эффективности.

Про цифровые потенциометры:
А почему не хотите использовать ШИМ и интегрирование для создания опорного напряжения?

Про точные сопротивления:
Их можно подгонять при +22С сколько угодно. Они температурно нестабильны. Когда внутренняя температура корпуса достигнет +55, следы калибровки исчезнут. Не лучше ли купить изначально точные сопротивления с малым ТКС?

[mr-hot]

Не лучше ли купить изначально точные сопротивления с малым ТКС?

Блин, прошляпил.. Всё есть уже, а я паровоз выдумываю... Спасибо !

А почему не хотите использовать ШИМ и интегрирование для создания опорного напряжения?

Я сам развёз вариационное месево выше... Надо уточнить тогда:
Не всегда удётся решить задачу путём высталения опорного напряжения. У меня, к примеру, есть сильное желение опробовать в повышающей схеме MAX4173HEUT-T (High Side). К нему, как мне показалось, невозможно пристроить ЦАП (PWM с интегрированием...). Т.е. я вынужден городить на выходе MAX4173 некий управляемый делитель напряжения. Выходит, что это и будет цифиревый потенциометр. Т.е. я ошибся, что сразу не конкретизировал, что я имел ввиду.
А вот в местах, где нужно наличие синтезируемой опоры - там да, PWM встроеный в проц это готовое решение с минимальным количеством пассивных компонентов. Плюсов, в решении на резистивной сборке я пока не могу придумать.

[Andrey]

Про точные сопротивления:
Их можно подгонять при +22С сколько угодно. Они температурно нестабильны. Когда внутренняя температура корпуса достигнет +55, следы калибровки исчезнут. Не лучше ли купить изначально точные сопротивления с малым ТКС?

Я вот подумал, там делитель и если у обычных сопротивлений одинаковая нестабильность, то может ничего страшного? Уйдут они одинаково в сторону, а коэффициент у делителя так и останется?
И еще вопрос, если резисторы точные(точность лучше 5%?), то это уже подразумевает малый ТКС?
По ссылке, обратил внимание, что тип резисторов один и тот-же, а точность есть 1%, а есть 0.1%, если они изготовлены из одного материала, то это отбраковка(а ТКС одинаковый)?
Оффтоп, но не могу не исправиться - ресет так просто не подпереть внутренним сопротом, придется отказываться от последовательного программирования, я был неправ.

[Dhaitya]

Уйдут они одинаково в сторону, а коэффициент у делителя так и останется?

Коэффициент действительно останется, но импеданс изменится. Важно ли это, зависит от конкретного применения.

И еще вопрос, если резисторы точные(точность лучше 5%?), то это уже подразумевает малый ТКС?

Нет. Например, по ссылке резисторы точные, но их ТКС посредственный - всего в 4 раза лучше, чем у МЛТ "для общего применения".

По ссылке, обратил внимание, что тип резисторов один и тот-же, а точность есть 1%, а есть 0.1%, если они изготовлены из одного материала, то это отбраковка(а ТКС одинаковый)?

Да.

Хороший ТКС у С2-13, -14, -30, -31, С5-17...27 (и других из этой серии).

[Andreyus]

Попалась мне батарея из двух аккумуляторов формата 18650 от портативного DVD-плеера DAEWOO.
Интересно мне стало посмотреть на схему защиты.
Может кому пригодиться.
Protection of Lithium-Ion Batteries
Monolithic IC MM1412. Схема один в один из документации на нее.
Транзисторы-NDS9925A
Dual N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor.

[Katolix]

Аккумулятор из одного элемента и плата защиты. Вытащена из какого-то приличного девайса известного производителя. МС защиты идетнтифицировать не смог.

[Dhaitya]

МС защиты идетнтифицировать не смог.

Это S-8241 Seiko Instruments Inc.
Здесь приведён пример её использования в модуле с двумя элементами и шиной SMB.

[Katolix]

Это S-8241 Seiko Instruments Inc.

Спасибо. Но микросхма уже слегка старовата, так ведь? И батарея была на 3.6V

Кстати, часто вижу, что продавцы плат пишут: Adopt seiko S-8254 protection IC.
Не знаете, что это означает? Xто там установлена МС от Seiko, или она может быть установлена?

[Dhaitya]

Но микросхма уже слегка старовата, так ведь?

Не старше NE555.

И батарея была на 3.6V

8254 выпускается на диапазоны 2.3-3.0В по разряду и 4.075-4.325 по заряду.

Кстати, часто вижу, что продавцы плат пишут: Adopt seiko S-8254 protection IC. Не знаете, что это означает?

Что 8254 является воспринимается в качестве стандарта в данной области и что установлена она (и ПТ AO4419). Так, к примеру, на источнике питания на TL494 для PC могло бы быть написано "adopt MB3759 switching regulator controller IC".

[mr-hot]

Долго думая на вариантами защиты Li-Ion аккумуляторов я кидался от микроконтроллерных систем к аналоговым. Вот один из вариантов "аналоговой" системы защиты. Точнее она не содержит микроконтроллер, но зато содержит триггер, который никак не относится к аналоговой схемотехнике. Для начала, такая система для меня оказалась более простой и более понятной. Возможно позже, создав ещё разные системы защиты аккумуляторов этого рода, у меня появится возможность сравнивать их на надёжность. Но пока - есть то, что есть.


Увеличить.

Данная схема содержит в своём составе кнопку. Это может показаться странным, но именно такая цепь защиты мне кажется наиболее оптимальной. Более того, я долго оптимизировал число элементов в этой схеме дабы совместить всё и с наименьшими затратами деталей, и реализация функции кнопки порой у меня была под сомнением. Но в итоге, мне всё-же удалось уговорить себя и придумать-таки всё с минимальным набором компонентов.
Схема защищает каждую банку от пререразряда на уровне 3.0v, а так же от перегрузки по току. Сразу замечу, что на месте VT3 может быть установлен более мощный полевой транзистор. В своём макетировании я ставил IRF7313 в параллельном включении. От выбора этого транзистора зависит ток срабатывания защиты. Микросхема DW01 взята из банок с сайта Dx. В начале данной темы я описываю эти микросхемы. Т.е. это не в чистом виде DW01, а один из её клонов. Порог срабатывания CS у данной микросхемы примерно 150mv. Так что можно рассчитать ток срабатывания защиты зная сопротивление канала силового полевого транзистора.
LMS33460 - это мониторы питания с порогом 3,0v и ультрамалым потреблением тока. Они содержат цепь с открытым коллектором и защитным диодом. Их можно заменить на другие мониторы (на другое напряжение). Скажу что мне нравится порого срабатывания защиты на 3V. Он меня всем устраивает.
Теперь подробнее о столь непонятной кнопке. Какого чёрта я её туда поставил ?! Зачем ?! Почему ?!
Эта кнопка возвращает узел защиты в исходное состояние после её очередного срабатывания и позволяет продолжить отбирать ещё какое-то время энергию из аккумуляторов.
Меня интересуют устройства как с большим потреблением тока (примерно ампер ибольше), так и с малым (10ма или около того). Замечу, что речь идёт о фонарях. Фонарь, как правило, это многорежимное устройство. При его эксплуатации от свежего комплекта батарей - порог отключения рано или поздно будет достигнут. Причём если ток потребления был большим (при пороге защиты например 3,0v а не 2,5v), то в аккумуляторе остаётся немного ёмкости чтобы поработать ещё немного в авральном режиме на ультра-малом потреблении. Рано или поздно и в этом режиме сработает защита.
Т.е. работаем на больших токах - > сработала защита (этого и cледовало ожидать) - > если всё плохо, и надо нам ещё как-то протянуть то перводим фонарь в режим самого слабого тока потребления - > жмём кнопку Reset и работаем дальше, пока мы не израсходуем тот малый остаток, что оставался в аккумуляторных банках (точнее в самой слабой банке).
Данная схема была собрана на макете и отработала успешно. Кроме того, число контролируемых каналов нетрудно довести до 4-ёх. Микросхема CD4013 умрёт на 18-ти вольтах, так что есть шанс, что такая афера пройдёт. Но, думаю и этот вариант можно продумать отдельно.
После срабатывания любой из банок по провалу напряжения, или по короткому замыканию - триггер запоминает такое состояние и не позволяет отбирать мощность от аккмуляторов. Детали в данном узле защиты не так дифицитны и редки. Так что повторимость относительно высока. Тем более, что есть не мало мониторов питания на примерно такой порог напряжения. Гистерезисность мониторов питания тут уже не так важна т.к. весь "гистересис" взял на себя триггер. Кстати, он выпускается в корпусе SO-14, и выглядит весьма скромно. Транзистор VT4 служит для сброса DW01 после её блокиовки. Иначе - вывести её из режима блокирования можно только дома, в зарядном устройстве (и не в этой схеме).

P.S. заметил ошибку в схеме (недорисовал VT4). Схема выправлена...

[mr-hot]

Вышеприведённая схема защиты придумывалась по отдельно стоящий блок батарей. Например на затылочной части креплений (строп). Как вариант - 2*18650.
Следует так же заметить - если требуется зарядить батарею аккумуляторов после срабатывания защиты (и аккумуляторы сварены вместе) то опять-таки требуется нажате кнопки сброса, т.к. только в этом случае откроется полевой транзистор для пропускания зарядного тока.
Фонари с памятью (драйвер с памятью последнего рабочего режима) скорее всего окажется в пролёте (в отношении расширеных аварийных сервисов питания). Т.к. если я даже реактивирую узел защиты батареи путём принудительного сброса (нажатия кнопки) - то фонарь может произвести включение с последнего своего рабочего режима (а там что было - то было), что даст быстрый провал напряжения на батарее и что собственно опять почти мгновенно прервёт подачу питания на драйвер (пользователь даже может и не успеть перебросить режим работы фонаря на самый слабый). Т.е. фонарь, желательно, должен не просто уметь производить запоминание режимов, но также должен позволять вести мониторинг напряжения в батарее и сам переходить в слабенький из режимов. Неплохо бы под такой случай вообще реализовать отдельный аварийный режим. Или же можно делать проще - не помнить режимы, а всегда включать фонарь в наислабейшем из режимов. Тогда проблемы решаются сами - собой.

[Katolix]

А я вот заказал себе сэмплов м/с MAX1924. Попробую из нее чего-нибудь изваять. Единственная проблема - это корпус QSOP.

[mr-hot]

Katolix. Отлично. Надеюсь вы сможете рассказать хоть что-то из вашего опыта работы с этой микросхемой.
Я жду тоже похожую микросхему для экспериментов. Но уже на данном этапе смущает обилие программирования при работе с подобными изделиями. Вероятные ошибки в коде и необходимость питания микроконтроллера как-то угнетают. Это для меня видится как отдельная серьёзная разработка. Я думаю, что потрачу прилично времени на разработку и тестирование связки МикросхемаЗащиты<->Микроконтроллер. На этом фоне, аналоговые решения видятся как быстрое решение проблемы защиты. Но их тоже надо продумывать и прорабатывать. Теперь, для задела на начало у меня есть хоть что-то. Можно сделать устройство, подумать спокойно, оценить недостатки, а потом можно и пожировать и на микроконтроллерах.
Из описания MAX1924 - меня смущают строчки: "The undervoltage threshold is preprogrammed at 2.30V (typ). Contact Maxim for more information on threshold levels between 2V and 3.2V." Я не могу согласиться с таким порогом как 2.3V. Это слишком. Я понимаю - это аварийная защита, до которой не следует доводить. Т.е. микроконтроллер обязан постоянно бдеть и переводить батарею в отключеное состояние по достижении какого-то иного порога, отличного от 2.3V. Т.е. надо как-то определяться с интервалами программного опроса элементов батареи с оглядкой на то, что скорость изменения напряжения на элементах в режие работы батареи (особенно на значительных токах) и в режиме хранения батареи - сильно различается. Т.е. как мне видится - микроконтроллер должен иметь информацию о том - какой режим эксплуатации батареи имеет место быть на конкретный момент времени. И соотвественно должен быбирать частоту опроса напряжения элементов батареи. Т.е. мониторинг мне видится не очень простым решением. Единственный очевидный плюс от такой интеллектуальной батареи это то, что можно теоритически заставить батареию измерять ток нагрузки и соответственно с этим выбирать более гибко напряжение защиты от переразряда. Это позволит на малых токах не гробить батарею, и на больших токах более полно выбирать всю ёмкость (занижая undervoltage порог напряжения). Это очень желанная сторона вопроса. Возможно, вы что-то добавите от себя (того, о чём я ещё даже и не думал).