Como construir um carregador de bateria de lítio 18650 e um módulo de reforço

Neste tutorial, vamos construir um Carregador de bateria de lítio e módulo de reforço combinando o IC do carregador de bateria de íon de lítio TP4056 e o IC do conversor de reforço FP6291 para uma bateria de lítio de célula única. Um módulo de bateria como este será muito útil ao alimentar nossos projetos eletrônicos com baterias de lítio. O módulo pode carregar com segurança uma bateria de lítio e aumentar sua tensão de saída para 5 V regulado, que pode ser usado para alimentar a maioria de nossas placas de desenvolvimento, como Arduino, NodeMcu, etc. A corrente de carga do nosso módulo é definida como 1A e a corrente de saída também é definido como 1A a 5 V, no entanto, ele também pode ser facilmente modificado para fornecer até 2,5 A se necessário e suportado pela bateria.

Ao longo do tutorial, discutiremos o diagrama de circuito, como projetei o PCB, como o encomendei e que tipo de problemas ocorreram durante a soldagem dos componentes e teste do circuito. Se você é totalmente novo em baterias de lítio e circuitos do carregador, verifique a introdução às baterias de lítio e ao circuito do carregador de bateria de lítio para ter uma ideia antes de prosseguir com este circuito.

Aqui, usamos o PCBWay para fornecer as placas PCB para este projeto. Nas seções a seguir do artigo, cobrimos em detalhes o procedimento completo para projetar, solicitar e montar as placas PCB para este circuito do carregador de bateria de lítio.

Componentes necessários

TP4056 IC carregador de bateria de íons de lítio
FP6291 Boost Converter IC
Conector USB Tipo A Fêmea
Conector Micro USB 2.0 B tipo 5 Pinos
5 × Resistor (2 × 1k, 1,2k, 12k, 88k)
6 × Capacitor (2 × 0,1 µf, 2 × 10 µf, 2 × 20 µf)
2 × LEDs
1 × indutor (4,7 µH)
1 × diodo (1N5388BRLG)
18650 célula de lítio

Diagrama de Circuito e Explicação

O diagrama do circuito para o carregador e módulo de reforço de bateria de lítio 18650 é fornecido acima. Este circuito tem duas partes principais, uma é o circuito de carregamento da bateria e a segunda é a parte do conversor boost DC para DC. A parte Booster é usada para aumentar a tensão da bateria de 3,7 V para 4,5 V-6 V. Aqui neste circuito, usamos um conector fêmea USB tipo A no lado do Booster e um conector Micro USB 2.0 B tipo 5 pinos no lado do carregador. O funcionamento completo do circuito também pode ser encontrado no vídeo no final desta página.

O circuito do carregador de bateria é projetado em torno de um carregador de bateria de íon de lítio TP4056 IC dedicado. TP4056 é um carregador linear completo de corrente constante / voltagem constante para baterias de íon de lítio de célula única. Seu pacote SOP e baixa contagem de componentes externos tornam o TP4056 ideal para aplicações portáteis. Este IC lida com a operação de carregamento da bateria processando a alimentação de entrada de 5 V DC recebida pelo soquete Micro USB. Os LEDs conectados a ele indicam o status do carregamento.

O circuito conversor de reforço DC-DC é projetado usando o conversor de reforço DC-DC FP6291 IC. Este IC Step-Up Boost 1 MHz DC-DC pode ser usado na aplicação, por exemplo, para obter 5V estáveis com bateria de 3V. O circuito do conversor de reforço obtém a alimentação de entrada através dos terminais da bateria (+ e -) e é processado pelo IC FP6291 para fornecer uma alimentação de 5 V CC estável através do soquete USB padrão em sua saída.

Fabricação de módulo de carregador e bateria de lítio para PCB 18650

Agora que entendemos como o esquema funciona, podemos prosseguir com a construção do PCB para o nosso projeto. Você pode projetar o PCB usando qualquer software PCB de nossa escolha. Nosso PCB se parece com o seguinte quando concluído.

O layout do PCB para o circuito acima também está disponível para download como Gerber no link:

Arquivo Gerber do carregador de bateria de lítio 18650

Agora que o nosso Design está pronto, é hora de fazer com que sejam fabricados usando o arquivo Gerber. Para fazer o PCB é bastante fácil, basta seguir as etapas abaixo-

Solicitando PCB da PCBWay

Passo 1: Acesse https://www.pcbway.com/, inscreva-se se esta for a sua primeira vez. Em seguida, na guia Protótipo de PCB, insira as dimensões de seu PCB, o número de camadas e o número de PCB que você precisa.

Passo 2: Continue clicando no botão 'Citar Agora'. Você será levado a uma página onde definir alguns parâmetros adicionais, se necessário, como o material usado, espaçamento entre trilhas, etc. Mas, principalmente, os valores padrão funcionarão bem.

Etapa 3: A última etapa é fazer o upload do arquivo Gerber e prosseguir com o pagamento. Para ter certeza de que o processo está tranquilo, a PCBWAY verifica se o seu arquivo Gerber é válido antes de prosseguir com o pagamento. Dessa forma, você pode ter certeza de que seu PCB é amigável para a fabricação e chegará até você quando estiver comprometido.

Montagem e teste dos carregadores 18650 e do módulo de reforço

Depois de alguns dias, recebemos nosso PCB em um pacote elegante e a qualidade do PCB estava boa como sempre. A camada superior e a camada inferior da placa são mostradas abaixo.

Depois de montar todos os componentes e soldar um fio vermelho e preto aos pinos B + e B- para conectar às nossas células 18650. Como não havia soldador de ponto comigo, usei ímãs para proteger minha conexão com as células 18650. O módulo montado junto com a bateria de lítio é mostrado abaixo.

Os LEDs verdes e amarelos na placa indicam o status de carregamento do módulo. O LED verde acenderá quando a bateria estiver sendo carregada e o LED amarelo acenderá quando a carga estiver concluída ou o módulo estiver aguardando a bateria. A porta micro USB pode ser usada para carregar a bateria se o carregador não estiver conectado, então nem o led verde nem o led amarelo acenderão. Podemos usar qualquer carregador de 5 V com este módulo, apenas certifique-se de que a corrente de saída do carregador seja 1A ou mais. A imagem abaixo mostra o módulo carregando nossa bateria de lítio, observe que o LED verde está aceso.

A porta USB de saída é projetada para 5V e 1A. A voltagem da bateria das células 18650 é aumentada para 5 V para alimentar projetos eletrônicos. A imagem abaixo mostra como o módulo pode ser usado para alimentar uma placa Arduino nano.

Observe que a corrente de saída máxima do módulo pode ser configurada em até 2,5 A teoricamente, mas praticamente não fui capaz de obter mais de 1,5 A mesmo quando o resistor foi configurado para 2,5 A. Isso pode ser por causa da minha bateria ou do próprio IC de reforço. No entanto, se a corrente de carga for inferior a 1A, este circuito de reforço de baixo custo será suficiente.

Espero que você tenha gostado do artigo e aprendido algo útil. Se tiver alguma dúvida, você pode deixá-la na seção de comentários abaixo ou usar nossos fóruns para outras questões técnicas.