Зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора можно использовать взамен сгоревшей, к примеру шуруповёрта. Зарядное устройство рассчитано на пятиэлементный литий-ионный аккумулятор, который заряжается током скажем 300 мА. Зарядка прекращается автоматически, когда напряжение аккумулятора достигает конечного зарядного напряжения, которое выбираем равным 19 В. Это зарядное устройство можно легко настроить на разное количество элементов, к примеру четыре или шесть, а также другое напряжение питания и зарядный ток. Принципиальная схема Зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора представлена на рисунке.
Зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора питается напряжением 24 вольта от внешнего источника. Положительный вывод этого источника подключается к клемме 24 В, отрицательный подключается к земле зарядного устройства. После подключения аккумулятора к выводам AKU+ и AKU- транзистор Q4 открывается и через цепь с диодом D4, R9 и R10 подает напряжение от аккумулятора к выводам REF и A опорного напряжения U1 выполненного на TL431. Стабилизатор U1 служит компаратором управления зарядом, который меняет состояние, когда напряжение между его выводами REF и A достигает уровня 2,495 В. Делитель Q4, D4, R9 и R10 предназначен для понижения напряжения 19 В от AKU+ и клеммы АКU- на 2,495 В. Для получения необходимого сопротивления R9 и R10 составляются из нескольких резисторов. Конденсатор C1 предотвращает возможные возбуждения стабилизатора U1.
Пока напряжение батареи меньше 19 В, напряжение между клеммами REF и A U1 меньше 2,495 В, и U1 находится в выключенном состоянии. Ток не более 0,5 мА протекает от вывода K к A U1 через резисторы R7 и R8. Следовательно, на резисторе R7, подключенном между эмиттером и базой транзистора Q3, падение напряжения составляет не более 90 мВ и транзистор Q3 закрыт. В результате того, что Q3 закрыт, Q2 открывается, и ток проходит на базу транзистора Q2 через R6 и светодиод D3. Ток, протекающий через открытый транзистор Q2, заряжает аккумулятор и его напряжение медленно растет.
Когда напряжение батареи поднимается до 19 В, напряжение между выводами REF и A U1 достигает уровня 2,495 В, и U1 переходит в закрытое состояние. В этом состоянии существует напряжение насыщения около 1,9 В между K и A U1, а ток, ограниченный резистором R8 величиной около 5,4 мА, протекает от K к A U1. Этот ток создает падение напряжения на резисторе R7, достаточное для открытия транзистора Q3. Открытие транзистора Q3 закорачивает базу-эмиттер Q2, и транзистор Q2 закрывается и прекращает зарядку.
О завершении зарядки сигнализирует загорание красного светодиода D1. Он подключен к коллектору транзистора Q1, который открывается одновременно с транзистором Q3 (Q1 и Q3 должны быть одного типа). Ток, протекающий через резистор R6, приводит к включению зеленого светодиода D3, указывающего на наличие напряжения питания зарядного устройства. Это экономит ток, который протекал бы к этому светодиоду, если бы он был подключен через последовательный резистор непосредственно между клеммой питания 24 В и землей.
Величина зарядного тока задается резисторами R3, R4 и R5 мощностью 1 Вт. Сопротивление Rp их параллельного включения определяется по закону Ома как отношение максимального падения напряжения URmax на этих резисторах к выбранному максимальному зарядному току INАВmax, протекающий через эти резисторы. Определяем URmax, вычитая из напряжения питания зарядного устройства (24 В) наименьшее возможное напряжение разряженной батареи (к примеру, 16,2 В), напряжение насыщения транзистора Q2 (около 0,2 В) и падение напряжения на диоде D2 (около 0,8 В). Пример, INАВmax 0,3A, поэтому Rp = (24 — 16,2 — 0,2 — 0,8)/0,3 = 6,8/0,3 = 22,67 Ом. Каждый из параллельных резисторов R3 — R5 должен иметь сопротивление 3xRp, т. е. 68 Ом. Через резистор R2 в аккумулятор поступает постоянный поддерживающий зарядный ток максимальной величины около 0,1 мА.
Транзистор Q4 и диод D4 предотвращают выход из строя зарядного устройства без подключенного источника питания при подключении батареи обратной полярностью. При включении источника питания срабатывает защита от перегрузки по току. Номиналы компонентов зарядного устройства не критичны и можно использовать близкие по параметрам.
Окончательное зарядное напряжение пятиэлементной литий-ионной батареи 19 В было выбрано для продления срока службы батареи. Обычно конечное зарядное напряжение одного литий-ионного элемента устанавливается равным 4,2 В, т.е. 21 В для пятиэлементного аккумулятора. Если мы хотим, чтобы зарядное устройство прекращало зарядку при напряжении аккумулятора 21 В, нам нужно увеличить сопротивление резисторов R9 до 260 кОм. Хотелось добавить по использованию транзисторов, все зависит от того какой зарядный ток вы хотите получить, если до 1 ампера, то естественно нужно выбрать соответствующий регулирующий транзистор. В принципе ограничений нет никаких, естественно нужно учитывать падение напряжения и токовые нагрузки.