Оглавление
Наука полна мифов, в том числе и радиоэлектроника. И один из них — необходимость ставить контроллеры заряда налево и направо, хотя сотню лет обходились простейшими методами. Давайте рассмотрим простую схему зарядки любых небольших аккумуляторов, которую за многие годы успешно внедрял десятки раз в разные устройства. Особенно хорошо идёт под различные маломощные литиевые элементы на зарядный ток до 100 мА, где ставить что-то мощное импульсное, на контроллере, нет смысла. Устанавливается она в различные карманные приборы, электронные игрушки, фонарики, в общем везде где имеется батарея ёмкостью до 2000 мАч.
Принцип работы ЗУ
Этот метод используется для маломощных аккумуляторных батарей (например, Ni-MH, Ni-Cd, Li-ion или небольших автомобильных), когда требуется простой способ подзарядки. В основе схемы лежат резистор и диод, которые ограничивают ток и предотвращают разряд аккумулятора обратно в источник питания. Выставлять надо режим 0,1С (10% от ёмкости для Li) и 0,02С (2% от ёмкости для Pb).
Причём по надёжности (по цене вообще молчу), данная сборка гораздо лучше любой микросхемы-контроллера, так как исключается вероятность пробоя чипа и подачи на элемент полного напряжения, с его последующим перегревом и взрывом (привет Тесла).
Через тот диод и резистор НИКОГДА не пойдёт ток больше расчётного (они могут перегореть, но не пробиться). Вам не придётся думать: сработает ли автовыключение заряда после достижения 100 % ёмкости АКБ, или батарея уже подсела настолько, что напряжение на ней не достигнет положенного уровня и глупое ЗУ продолжит тупо вливать туда амперы. А главное, процесс будет идти медленно и безопасно. Никакого перегрева и повышенного износа аккумулятора из-за форс-режима.
Да, везде пишут про допустимый заряд током от половины ёмкости для литиевых, и десятая часть для свинцовых АКБ, вот только по опыту, даже это многовато для них и приводит к ощутимому нагреву банок. Тише едешь — дальше будешь: эта поговорка уместна тут как никогда. Заряжая LI-Ion током не 50 %, а 10 % от ёмкости, вы увеличите ресурс работы батареи минимум на четверть, то же относится и к снижению тока в 3-5 раз для автомобильных батарей!
Если вам не к спеху, поставьте аккумулятор на ночь и пусть себе спокойно заряжается, без рисков перегруза и возгорания. В случае автомобильного весь цикл займёт 3-е суток, вместо положенных 24 часов — ну и что?
В конце, когда уровень заряда элемента достигнет 100 %, процесс продолжится. Но учитывая столь малый ток, он практически сравним с режимом буферной подзарядки, на котором любой аккумулятор может находится ещё достаточно долгое время. Даже перестояв сутки, ничего ему не случится. Хотя на неделю конечно так оставлять нельзя.
Как отличный вариант — заряжать через USB-доктор, который покажет реальный ток, давая понять когда можно снимать батарею. Именно так делал при недавнем ремонте ирригатора.
Схема простейшего зарядного устройства
Здесь можно взять хоть трансформатор, хоть стабилизированный блок питания. Для одиночного лития любой USB 5-вольтовый, а для автомобильных потребуется что-то в районе 16-20 вольт. Например БП от ноутбука или монитора. Тока самого источника в 2 А хватит вполне.
БП (V+)──[ R ]──|>|──(+) АКБ (-)──(V-) БП
Где:
- [R] — ограничительный резистор, который задает ток заряда.
- |>| — диод предотвращающий разряд аккумулятора в источник питания.
- V — источник питания (например, 5V USB или адаптер).
1. Выбор резистора R
Резистор нужен для ограничения тока заряда. Ток можно рассчитать по закону великого Ома:
\[
I = \frac{V_{пит} — V_{акб} — V_{диода}}{R}
\]
- \(V_{пит}\) — напряжение источника питания.
- \(V_{акб}\) — напряжение аккумулятора.
- \(V_{диода}\) — падение напряжения на диоде (≈ 0,7V для кремниевого, 0,3V для Шоттки).
Пример расчета: Допустим, заряжаем Ni-MH аккумулятор (1.2V), источник 5V, диод 0.7V, желаемый ток 100 мА (0.1A).
\[
R = \frac{5V — 1.2V — 0.7V}{0.1A} = \frac{3.1V}{0.1A} = 31 \, Ом
\]
Ближайшее стандартное значение — 33 Ом. Если под рукой только полосатые резисторы — вот расшифровка.
Конечно номинал итоговый можно брать плюс-минус одна трамвайная остановка. Просто чуть больше или меньше времени займёт процесс. А если подходящих резисторов нет совсем — используйте методы различных соединений.
При параллельном соединении одинаковых резисторов общее сопротивление уменьшается в 2 раза, при последовательном — суммируется. Подробнее читайте в этой статье.
2. Выбор диода
Диод защищает аккумулятор от разряда. Подходящие варианты:
- 1N4007 — до 1 А, падение напряжения 0.7 В.
- 10A10 — до 10 А, падение напряжения 0.7 В.
- Диод Шоттки (например, 1N5819) — до 1 А, но падение всего 0.3 В.
Вообще то Шоттки тут ставить смысла нет, ведь лишние ватты всё-равно выделяться, если не на нём — то на резисторе. Так что берём любой обычный выпрямительный. Только не забываем его проверить.
Как работает схема
- Источник питания подает напряжение через резистор на аккумулятор.
- Резистор ограничивает ток, предотвращая перегрев аккумулятора.
- Диод пропускает ток в сторону аккумулятора, но не дает ему разряжаться обратно через выходные элементы БП.
Если чуть усложнить конструкцию, то можно даже получить LED индикатор заряда, но тут понадобятся дополнительные расчёты, детали, так что этот вариант оставим для радио-джедаев.
Преимущества и недостатки
✅ Плюсы:
- Простота — всего 2 компонента.
- Низкая стоимость деталей.
- Подходит для многих аккумуляторов.
- Универсальность в выборе тока.
- Продление ресурса батареи.
- Мало занимает места.
- Высокая надёжность.
❌ Минусы:
- Медленный заряд.
- Нет автоматического отключения (нужно следить за временем).
- Возможен перегрев резистора при высокой мощности.
Применение:
- Зарядка малых Pb, Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов.
- Поддержка заряда небольших Li-ion батарей (но без контроля перезаряда).
- Использование с солнечными панелями для простых зарядных устройств.
💡 Важно: для мощных Li-ion аккумуляторов лучше использовать контроллер TP4056 или аналогичные, так как этот метод может привести к перезаряду, если вовремя не отключить АКБ.
Примеры расчётов параметров
Давай разберем разные примеры подробно:
Зарядка авто-аккумулятора 60Ач через резистор и диод
🔋 Параметры АКБ: 12V, 60Ah
🔌 Источник питания: 19V (например блок питания от ноутбука)
🔧 Желаемый ток заряда: 1A (медленный заряд)
Выбор резистора
Используем формулу:
\[
R = \frac{V_{пит} — V_{акб} — V_{диода}}{I}
\]
Подставляем:
\[
R = \frac{19V — 12V — 0.7V}{1A} = \frac{6.3V}{1A} = 6.3 \, Ом
\]
Берем 5-8 Ом (вполне допустимое отклонение).
Мощность резистора
\[
P = I^2 R = (1A)^2 \times 6.3 \Omega = 6.3W
\]
Берем 10W резистор, а лучше 15 — с запасом.
Выбор диода
Нужен мощный диод на не менее 3 A и 50 V. Хотя расчётный ток вышел 1 А, надо двойной — тройной запас. Подходящие варианты:
- 1N5408 (3 A) — слабоват, но можно при таком токе.
- 10A10 (10 A) — хороший запас по току.
- Диод Шоттки 10SQ050 (10 A, 0.5 V падение) — уменьшит потери, но смысла, в данном случае, в этом нет.
Выходные параметры
- Зарядный ток ≈1 A
- Долгое время зарядки (~60 часов до полной зарядки при 1 A)
✅ Вывод: Можно заряжать, но зарядка будет небыстрой, для скорости можете использовать ШИМ-регулятор или специализированное ЗУ.
Но даже не вздумайте смотреть в сторону таких сетевых схем ЗУ:
Как бы вы не изолировали и не аккуратничали, рано или поздно всё-равно кто-то коснётся фазы и последствия будут громкими. Не менее громкими они будут если напряжение 220 В по каким-то причинам прорвётся на аккумулятор!
Зарядка литиевого АКБ 1Ач через резистор и диод
🔋 Параметры АКБ: Li-ion, 3.7V, 1Ah
🔌 Источник питания: 5V (USB)
🔧 Желаемый ток заряда: 0.1A (чтобы не перегружать аккумулятор)
Выбор резистора
\[
R = \frac{5V — 3.7V — 0.3V}{0.1A} = \frac{1V}{0.1A} = 10 \, Ом
\]
Берем 10 Ом.
Мощность резистора
\[
P = I^2 R = (0.1A)^2 \times 2\Omega = 0.1W
\]
Берем 0.5W резистор.
Выбор диода
Можно использовать диод Шоттки (например, 1N5819), так как он имеет низкое падение (0.3V). Хотя с таким же успехом пойдут и обычные IN4001.
Выходные параметры
- Зарядный ток ≈0.1 A
- Время зарядки ≈10 часов (с 0 до 100%)
✅ Вывод: Для Li-ion аккумуляторов лучше контроллер BMS, но и такая схема подойдет для простого медленного заряда.
Таблица допустимых токов популярных диодов
| Марка диода | Тип | Макс. ток (А) | Макс. напр. (В) | Падение напр. (В) |
|---|---|---|---|---|
| 1N4007 | Кремниевый | 1A | 1000V | 0.7V |
| 1N5408 | Кремниевый | 3A | 1000V | 0.7V |
| 10A10 | Кремниевый | 10A | 1000V | 0.7V |
| 20A10 | Кремниевый | 20A | 1000V | 0.7V |
| 1N5819 | Шоттки | 1A | 40V | 0.3V |
| 1N5822 | Шоттки | 3A | 40V | 0.3V |
| SS54 | Шоттки | 5A | 40V | 0.45V |
| 10SQ050 | Шоттки | 10A | 50V | 0.45V |
| MBR20100 | Шоттки | 20A | 100V | 0.5V |
| MUR2020 | Ультрабыстрый | 20A | 200V | 0.9V |
- 🔋 До 1A → 1N4007 (если не важны потери) или 1N5819 (Шоттки – меньше потерь).
- 🔋 До 3A → 1N5408 (обычный) или 1N5822 (Шоттки).
- 🔋 До 10A → 10A10 (обычный) или 10SQ050 (Шоттки).
- 🔋 До 20A → 20A10 (обычный) или MBR20100 (Шоттки).
🔥 Тут важна защита от перегрузки, берите с запасом по току 2-3x!
Таблица выбора резистора и его мощности
Вот сводная таблица с учетом того, что ток заряда:
- Для автомобильных АКБ — 2% от ёмкости.
- Для остальных аккумуляторов — 10% от ёмкости.
| Тип | Ёмкость (Ач) | Напр. (В) | БП | Ток заряда | Резистор (Ом) | Мощн. резистора (Вт) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ni-MH / Ni-Cd | 1 Ah | 1.2V | 5V (USB) | 0.1A | 33Ω | 0.33W |
| Ni-MH / Ni-Cd | 2 Ah | 1.2V | 5V (USB) | 0.2A | 18Ω | 0.72W |
| Li-ion (18650) | 2.6 Ah | 3.7V | 5V (USB) | 0.26A | 4.3Ω | 0.3W |
| Li-ion (18650) | 2.6 Ah | 3.7V | 12V | 0.26A | 30Ω | 2W |
| LiFePO4 | 10 Ah | 3.2V | 5V | 1A | 1.5Ω | 1.5W |
| Автомобильный | 45 Ah | 12V | 14V | 0.9A | 2.2Ω | 1.8W |
| Автомобильный | 60 Ah | 12V | 14V | 1.2A | 1.8Ω | 2.6W |
| Автомобильный | 100 Ah | 12V | 14V | 2A | 1Ω | 4W |
💡 Важные примечания:
- Рассчитанный ток заряда ≈10% для мелких аккумуляторов и 2% для авто.
- Резисторы выбираем с запасом по мощности (2-3x от расчета).
Таблица для авто-батарей при зарядке от БП 19 В, ток 2% от ёмкости
| Ёмкость | Ток заряда | Резистор | Мощность резистора |
|---|---|---|---|
| 45 Ah | 0.9A | 7.0Ω | 5.7W (берем 10W) |
| 60 Ah | 1.2A | 5.3Ω | 7.6W (берем 15W) |
| 100 Ah | 2.0A | 3.5Ω | 14W (берем 25W) |
Выводы и советы
Вроде схема простейшая — всего 2 радиодетали, а сколько вышло расчётов и дополнительных ссылок по теме! Но поверьте, лучше так, чем надеяться на сомнительные чип-контроллеры от NoName Production. Подведём итоги:
- Автомобильный аккумулятор через резистор можно заряжать, но это довольно долго.
- Литиевый аккумулятор тоже можно заряжать таким способом, но при больших токах контроллер лучше.
- Для всех остальных маломощных элементов резистор с диодом будут вполне хорошим решением.
И это не говоря про отсутствие целого спектра мощных электромагнитных излучений, от всех этих ШИМ-ключевиков, которые распихали по различным девайсам. Так что всё гениальное должно быть просто!
