Cómo construir un cargador de batería de litio 18650 y un módulo de refuerzo

En este tutorial, vamos a construir un cargador de batería de litio y un módulo de refuerzo combinando el IC del cargador de batería de iones de litio TP4056 y el IC convertidor de impulso FP6291 para una batería de litio de una sola celda. Un módulo de batería como este nos será de gran utilidad a la hora de alimentar nuestros proyectos electrónicos con baterías de litio. El módulo puede cargar de forma segura una batería de litio y aumentar su voltaje de salida a 5V regulados que se pueden usar para alimentar la mayoría de nuestras placas de desarrollo como Arduino, NodeMcu, etc. La corriente de carga de nuestro módulo está configurada en 1A y la corriente de salida también es configurado en 1A a 5V, sin embargo, también se puede modificar fácilmente para proporcionar hasta 2.5A si es necesario y es compatible con la batería.

A lo largo del tutorial, discutiremos el diagrama del circuito, cómo diseñé la PCB, cómo la ordené y qué tipo de problemas ocurrieron al soldar los componentes y probar el circuito. Si es completamente nuevo en las baterías de litio y los circuitos de cargadores, consulte la introducción a las baterías de litio y al circuito de carga de baterías de litio para tener una idea antes de continuar con este circuito.

Aquí hemos utilizado PCBWay para proporcionar las placas PCB para este proyecto. En las siguientes secciones del artículo, hemos cubierto en detalle el procedimiento completo para diseñar, ordenar y ensamblar las placas PCB para este circuito cargador de batería de litio.

Componentes requeridos

• Cargador de batería de iones de litio TP4056 IC
• FP6291 Boost Converter IC
• Conector hembra USB tipo A
• Conector micro USB 2.0 tipo B de 5 pines
• 5 × Resistencia (2 × 1k, 1.2k, 12k, 88k)
• 6 × Condensador (2 × 0.1μf, 2 × 10μf, 2 × 20μf)
• 2 × LED
• 1 × inductor (4,7 µH)
• 1 × diodo (1N5388BRLG)
• 18650 celda de litio

Diagrama de circuito y explicación

El diagrama de circuito para el módulo de refuerzo y cargador de batería de litio 18650 se muestra arriba. Este circuito tiene dos partes principales, una es el circuito de carga de la batería y la segunda es la parte del convertidor elevador de CC a CC. La parte Booster se utiliza para aumentar el voltaje de la batería de 3.7v a 4.5v-6v. Aquí, en este circuito, usamos un conector hembra USB tipo A en el lado del amplificador y un conector micro USB 2.0 tipo B de 5 pines en el lado del cargador. El funcionamiento completo del circuito también se puede encontrar en el video al final de esta página.

El circuito del cargador de batería está diseñado alrededor de un cargador de batería de iones de litio dedicado TP4056 IC. TP4056 es un cargador lineal completo de corriente constante / voltaje constante para baterías de iones de litio de celda única. Su paquete SOP y su bajo número de componentes externos hacen que el TP4056 sea ideal para aplicaciones portátiles. Este IC maneja la operación de carga de la batería procesando la fuente de entrada de 5V DC recibida a través de la toma Micro USB. Los LED conectados a él indican el estado de carga.

El circuito convertidor elevador CC-CC está diseñado utilizando el convertidor elevador CC-CC FP6291 IC. Este IC Step-Up Boost de 1 MHz DC-DC se puede usar en la aplicación, por ejemplo, obteniendo 5V estables de una batería de 3V. El circuito Boost Converter recibe el suministro de entrada a través de los terminales de la batería (+ y -) y es procesado por FP6291 IC para proporcionar un suministro estable de 5 V CC a través del conector USB estándar en su salida.

Fabricación de módulo de refuerzo y cargador de batería de litio PCB 18650

Ahora que entendemos cómo funcionan los esquemas, podemos continuar con la construcción de la PCB para nuestro proyecto. Puede diseñar la PCB utilizando cualquier software de PCB de nuestra elección. Nuestro PCB se ve así a continuación cuando está terminado.

El diseño de PCB para el circuito anterior también está disponible para descargar como Gerber desde el enlace:

• 18650 Cargador de batería de litio Gerber File

Ahora que nuestro diseño está listo, es el momento de fabricarlos con el archivo Gerber. Hacer el PCB es bastante fácil, simplemente siga los pasos a continuación:

Pedido de PCB de PCBWay

Paso 1: Ingrese a https://www.pcbway.com/, regístrese si esta es su primera vez. Luego, en la pestaña Prototipo de PCB, ingrese las dimensiones de su PCB, el número de capas y el número de PCB que necesita.

Paso 2: Continúe haciendo clic en el botón 'Cotizar ahora'. Se le llevará a una página donde establecer algunos parámetros adicionales si es necesario, como el material utilizado, el espacio entre pistas, etc. Pero sobre todo, los valores predeterminados funcionarán bien.

Paso 3: El paso final es cargar el archivo Gerber y proceder con el pago. Para asegurarse de que el proceso sea fluido, PCBWAY verifica si su archivo Gerber es válido antes de proceder con el pago. De esta manera, puede estar seguro de que su PCB es amigable con la fabricación y le llegará cuando esté comprometido.

Montaje y prueba de los cargadores 18650 y el módulo de refuerzo

Después de unos días, recibimos nuestra PCB en un paquete ordenado y la calidad de la PCB fue buena como siempre. La capa superior y la capa inferior del tablero se muestran a continuación.

Después de ensamblar todos los componentes y soldar un cable rojo y negro a los pines B + y B- para conectarlo a nuestras 18650 celdas. Como no tenía un soldador por puntos, usé imanes para asegurar mi conexión con las celdas 18650. El módulo ensamblado junto con la batería de litio se muestra a continuación.

Los LED verde y amarillo en la placa son el estado de carga del módulo. El LED verde se iluminará cuando la batería se esté cargando y el LED amarillo se iluminará cuando la carga se haya completado o el módulo esté esperando la batería. El puerto micro USB se puede usar para cargar la batería si el cargador no está conectado, entonces ni el LED verde ni el LED amarillo se encenderán. Podemos usar cualquier cargador de 5V con este módulo, solo asegúrese de que la corriente de salida del cargador sea de 1A o más. La siguiente imagen muestra el módulo cargando nuestra batería de litio, observe que el LED verde está encendido.

El puerto USB de salida está diseñado para 5V y 1A. El voltaje de la batería de las 18650 celdas aumenta a 5 V para apagar proyectos electrónicos. La siguiente imagen muestra cómo se puede utilizar el módulo para alimentar una placa nano Arduino.

Tenga en cuenta que la corriente de salida máxima del módulo se puede configurar teóricamente hasta 2.5A, pero prácticamente no pude obtener más de 1.5A incluso cuando la resistencia estaba configurada en 2.5A. Esto podría deberse a mi batería o al propio IC de impulso. Sin embargo, si la corriente de carga es inferior a 1A, este circuito de refuerzo de bajo costo será suficiente.

Espero que haya disfrutado del artículo y haya aprendido algo útil si tiene alguna pregunta, puede dejarla en la sección de comentarios a continuación o utilizar nuestros foros para otras preguntas técnicas.