Ce n'est pas mon premier projet de développement d'un chargeur de batterie pour ordinateur portable. Notez que dans le premier projet, j'ai utilisé Max1873. Mais pour contrôler la charge, j'ai dû utiliser un microcontrôleur ATtiny. Tout irait bien, mais ici il fallait écrire du code spécifique, ce qui compliquait le projet.
Le deuxième projet est basé sur le MP26123 ou le MP26124 de Monolithic Power Systems. Ces puces permettent de charger une batterie déchargée, d'arrêter la charge lorsque le niveau de charge atteint 100%, de décharger une batterie déjà chargée et de contrôler sa température. Un autre avantage des contrôleurs est que le commutateur FET principal est situé à l'intérieur, ce qui réduit la complexité de la disposition. Un exemple de planche assemblée se trouve au tout début de l'article. Eh bien, sous la coupe, nous discuterons des détails du projet.
Détails du projet
Pour le développement de la carte, j'ai étudié la spécification des contrôleurs MP26123 et MP26124. Les désignations des éléments nécessaires à la carte sont indiquées dans le diagramme ci-dessous. Il existe également un fichier source si vous souhaitez modifier la conception de la carte .
Un point important: les contrôleurs ne réduisent pas le courant de charge, ne limitent pas le courant d'entrée. Mais il y a un fusible 5A sur la carte. Au lieu de la diode Schottky traditionnelle pour de nombreuses cartes, j'utilise un PFET pour réduire la chaleur. Un PFET au lieu d'une diode est également utilisé pour éviter d'utiliser la chute de tension de 0,4 V à travers la diode. Ceci est important car la batterie à 3 cellules presque pleine a à peine assez d'énergie pour éclairer l'écran de l'ordinateur portable. Les contrôleurs MP26123 / MP26124 alimentent la charge du régulateur abaisseur LM2596 à partir d'une batterie ou d'une entrée 19V. Il n'y a pas de chute de tension lors de la connexion ou de la déconnexion de l'alimentation électrique. La broche d'activation MP26123 / MP26124 se trouve tout au bord de la carte, de sorte que le Pi peut désactiver la charge si nécessaire.
Le verrou SR au ralenti est toujours sous tension pour activer la charge du régulateur abaisseur. Ceci est nécessaire si l'interrupteur à bouton-poussoir d'alimentation est activé. Le verrou SR est alimenté par un régulateur linéaire de 3,3 V ou une alimentation d'entrée de 19 V. Le courant consommé par la batterie avec le régulateur abaisseur à vide est de 315 μA. Une autodécharge interne de la batterie de 2% plus une perte de 3% due aux circuits de protection entraîne une décharge complète de la batterie en 324 jours. Si vous ne prévoyez pas d'utiliser l'ordinateur portable pendant tout ce temps, il est préférable de simplement retirer la batterie. Dans ce cas, une auto-décharge de 2% entraînera une décharge complète de la batterie après environ deux ans (à condition, bien entendu, que la batterie soit chargée à 100% lors de son retrait).
Si la tension de la batterie chute en dessous de 3 V pour une cellule, les contrôleurs MP26123 / MP26124 se préchargeront pendant 30 minutes, réduisant le courant à 10% du courant de charge. Grâce à la résistance R12, j'ai réduit le courant de charge total à 1A. Selon la spécification, les contrôleurs peuvent gérer 2A, mais je ne voulais pas surcharger le système. Dès que la tension de la batterie atteint le niveau maximum, le chargeur entre en mode veille (à 10% du courant nominal) puis s'arrête.
Le temps de charge maximal est fixé à 4,5 heures avec un condensateur C6 de 0,15 μF. La valeur de temps peut être modifiée en modifiant la capacité du condensateur - pour cela, il existe un tableau de données avec la formule. Si nécessaire, une thermistance de batterie NTC 10K peut être connectée au contrôleur de puissance pour couper le courant de charge lorsque la température augmente ou diminue à un niveau prédéterminé. Par défaut, le déclenchement sera effectué à 40 ° C (haut) ou 11 ° C (bas). Si vous ne connectez pas de thermistance, réglez la résistance sur 10K pour émuler la température ambiante.
Malheureusement, les contrôleurs MP26123 / MP26124 présentent un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, ils ne peuvent être utilisés que pour charger des cellules de batteries au lithium avec une tension de chaque cellule ne dépassant pas 4,2V. Les anciennes batteries, dont la valeur était de 4,1 V, et les nouvelles avec des cellules de 4,35 V, ne peuvent pas être chargées avec cet appareil. Mais si vous installez le contrôleur Max1873, il n'y a aucun problème.
En ce qui concerne le soudage des contrôleurs, j'ai utilisé un four fait maison, mais, bien sûr, il est préférable d'utiliser une station de soudage avec chauffage à air pour assembler la carte.
Caractéristiques de la planche
La largeur des pistes sur la planche est conçue pour un courant d'au moins 3A. Plusieurs options ont été testées, il a finalement été décidé de s'arrêter à une largeur de voie minimale de 5 mm. Dans la première version de la carte, 3,3 V de MP26123 était utilisé pour le verrou SR, qui n'était activé que lorsqu'il était branché sur une prise. La conception mise à jour comprend un régulateur linéaire 3,3 V séparé qui maintient le verrou SR opérationnel avec ou sans alimentation. Les dimensions de la planche sont de 62 mm * 54 mm.
En termes de prix, les trois planches fabriquées par OSHPark.com m'ont coûté 26 $ d'expédition par USPS. Vous pouvez également utiliser JLCPCB.com, pour cela utiliser le fichier d'archive MPS_Charge_Controller_2021-02-23.zip . Cinq planches coûteront 10 $ au client avec la livraison standard.
Le graphique ci-dessous montre les résultats des tests du MP26123 chargeant la batterie 3S2P de Lenovo T61.
J'ai également publié des instructions sur Instructables montrant comment connecter la carte du chargeur de batterie à la carte Pi, Teensy et graphique. Le manuel explique comment utiliser un Raspberry Pi alimenté par batterie dans un ordinateur portable modifié. Un code C est également joint qui contrôle la communication avec la batterie via le SMBus, affiche les indicateurs de niveau de charge et éteint l'ordinateur portable lorsqu'il est déchargé.
