Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, принципиальная схема которого представлена а рисунке оно предназначено для зарядки одного литий-ионного аккумулятора, в котором для регулирования напряжения и тока используется всем известный стабилизатор LM317 (IO1). Зарядное устройство питается от внешнего источника напряжением 9 В, подаваемым на входные клеммы, с током 0,5 А. При питании зарядного устройства от сети, можно использовать сетевой адаптер с выходным напряжением 9 В и выходным током не менее 0,5 А.
Для литий-ионного элемента с номинальным напряжением 3,6 (соотв. 3,7) В регулятор обеспечивает максимальное зарядное напряжение Uм 4,1 (соотв. 4,2) В и максимальный зарядный ток Iм выбираемой величины (в зависимости от емкости заряжаемого элемента) 100, 200, 300 и 400 мА. Если при зарядке элемента его напряжение меньше Uм, то элемент заряжается током Iм, и при этом напряжение элемента постепенно увеличивается. Когда оно достигает значения Uм, зарядный ток постепенно уменьшается. Режим тока и напряжения обеспечивается микросхемой LM317, работающей в качестве стабилизатора с выходным напряжением Uм и выходным током, ограниченным значением установленным переключателем.
Микросхема LM317 (IO1) работает как стабилизатор в стандартном включении. Напряжение с выхода стабилизатора подается через резистивный делитель образованным резисторами R1 и R2 на вывод ADJ IO1. Далее микросхема IO1 поддерживает такое напряжение на выходе стабилизатора, что напряжение между выводами OUT и ADJ микросхемы IO1 всегда равно внутреннему опорному напряжению, т.е. имеет значение UEF = 1,25 В. Отсюда следует ( если пренебречь током, протекающим с вывода ADJ IO1, который обычно составляет 50 µА), то для выходного напряжения Uм выполняется соотношение:
Uм = UREF (1 + R2/R1).
Кроме того, выход OUT микросхемы IO1 должен иметь ток покоя не менее 5 мА. Когда к стабилизатору не подключена внешняя нагрузка (заряжаемый элемент), этот ток должен протекать через резистор R1. Поскольку R1 имеет напряжение 1,25 В и ток не менее 5мА, резистор R1 должен иметь сопротивление не более 250 Ом. Обычно указывается, что R1 должен иметь сопротивление 240 Ом, в описываемом регуляторе R1 имеет более распространенное значение 220 Ом. По выбранному резистору R1 = 220 Ом и требуемому напряжению, например Uм = 4,1 В, можно рассчитать сопротивление резистора R2 по формуле:
R2 = R1 [(Uм /Uref) — 1] = 220 [(4,1/1,25) — 1] = 501,6Q.
В качестве R2 используется многооборотный металлокерамический подстроечный резистор с сопротивлением 1 кОм, с помощью которого можно точно установить требуемое напряжение Uм. Ограничение выходного тока до Iм обеспечивается транзистором Т1, который открывается через диод D1 напряжением с шунта R3, по которому протекает выходной ток стабилизатора. Если ток, протекающий через шунт, достигает такой величины, что на шунте создается падение напряжения около 1,2 В, Т1 начинает открываться и выходное напряжение источника уменьшается настолько, что выходной ток источника не может больше увеличиваться. Таким образом, этот максимальный выходной ток Iм определяется следующим образом:
Iм = 1,2/R3
По этой формуле можно рассчитать сопротивление шунта R3 для требуемого тока Iм. Для Iм, выбираемого в диапазоне от 100 до 400 мА, шунт состоит из резисторов R3A — R3D. Для Iм = 100 мА следует из формулы, что R3 должен иметь сопротивление 12 Ом. Это сопротивление обеспечивается постоянно включенным резистором R3A. Для Iм = 200 мА R3 должен иметь сопротивление 6 Ом. Это достигается замыканием переключателя S1, подключением R3B сопротивлением 12 Ом параллельно R3A. Для Iм = 300 мА R3 должен иметь сопротивление 4 Ом. Это достигается замыканием переключателя S2, подключением сопротивлений R3C и R3D по 12 Ом параллельно R3A. И наконец, при Iм = 400 мА сопротивление R3 должно быть равно 3 Ом, что достигается одновременным замыканием переключателей S1 и S2, все резисторы R3B—R3D подключены параллельно R3A.
Для контроля, что аккумулятор (В1) заряжается и контролировать зарядный ток, применяется аналоговый амперметр М1, включенным последовательно с аккумулятором. Измеритель М1 имеет диапазон измерения 1 А, а падение напряжения на нем не должно быть больше нескольких десятков мВ при полном отклонении стрелки. Зарядное устройство настолько простое, что его легко собрать на универсальной макетной плате. В качестве S1 и S2 можно использовать ползунковые переключатели. Ну и для стабилизатора IO1 требуется установить небольшой радиатор. Настройка регулятора заключается в установке необходимого выходного напряжения UM без нагрузки подстроечным резистором R2. Затем при подключенном разряженным аккумулятором проверяем зарядные токи Iм с помощью амперметра М1. Если требуется, устанавливаем требуемый ток подбором резисторов в шунте.