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4芯18650充电模块开源分享
张涛
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描述
4芯18650充电模块
低 BOM 成本 4 芯 18650 充电器
由于其高容量和相对较低的成本，锂聚合物电池如今几乎无处不在。这个低 BOM 成本的 4 芯 18650 充电器模块是我试图解决另一个问题的尝试。
18650 Lipo 电池在我的实验室中很常见，并且有一个很好的理由，如上所述，它们具有成本效益并且还可以储存相当多的能量。然而，在过去，使用后给它们充电是一项相当漫长的工作。
通常的过程涉及几个 Lipo 充电模块，全部通过 USB 电缆连接，一次为一个电池充电。这不仅占用了相当多的时间和空间，而且占用了本可以用作其他用途的 USB 端口。
这些单电池充电模块基于超便宜的 TP4056 芯片，成本低廉，但加上所需的接线和电池座，以及供电电缆，看起来并不是很整洁。因此，我一直在寻找一个更好的解决方案，并且对我的“理想”模块有很多要求。
MICROCHIP 的 MCP73832 似乎是定制设计的不错选择，因为它只需要 5 个额外的外部元件，即两个电阻器、两个电容器和一个 LED。该芯片的成本也极低。
高精度预设输出电压调节 (+/-0.75%)
输出电压选项包括 4.2V、4.35V、4.4V 和 4.5V
用户可编程充电电流
开漏状态输出
片上热调节
预处理和充电结束比率选项
欠压锁定
在 5 引脚 SOT-23 和热效率高的 8 引脚 2mm x 3mm DFN 封装中包括集成传输晶体管、集成电流检测和反向放电保护。
原型模块
我想出的设计，可以同时为 4 芯充电。最大输入电压限制为 6v DC。
另一个有趣的特点是能够使用通孔电池座或 SMD 电池座。我这样做是因为我有相当多的通孔库存，但由于它们是很久以前买的，所以确切的零件号已经放假了。在工厂组装模块时，可以使用SMD零件，因为库存似乎很多。
原理图
因为我喜欢挑战，所以设计使用更小的 3mm 2mm DFN8 封装。充电电流由 R9 设置，在本例中为 2k，这将产生 500mA 的充电电流。您可以根据数据表将其调整为 2k 到 10k 之间的值。
完整的原理图可在此处获得：
原理图_Lipo-Cell-Charger_2023-04-24下载
电路板设计
PCB 设计经过优化以适合 10cm x 10cm 的电路板。电路板的大部分由实心覆铜制成，以提供良好的接地层。充电电路尽可能靠近放置，DFN8 封装上的导热垫与接地层的良好连接有助于热调节。在这种情况下，我尝试尽可能地复制建议的参考设计，同时调整它以用于 DFN8 封装（参考设计使用 5 引脚 SOT-23 封装）
正如在特写镜头中看到的那样，元器件放置在尽可能靠近 MCP73832 的位置，并使用过孔缝合来确保良好的接地连接，并允许接地层用作散热器。
集会
这个模块的组装肯定需要使用模板。IC的DFN-8封装只有3mm x 2mm，里面有8根引线和一个散热垫。模板将确保您在每个焊盘上添加正确数量的焊膏。
正如我们在这张模板裁剪图片中可以清楚地看到的那样，这些焊盘非常小。
我选择使用加热板，以及一些用于 SMD 组件组装的热风。电池座和DC桶形连接器都是通孔的，因此使用标准烙铁组装，焊料稍厚，比正常情况下要多一些热量，因为焊盘很大，而且浇铜确实很大从关节吸走热量。
测试
测试模块非常顺利。我使用了四节需要充电的 18650 电池，它们很快（大约 1 小时）充电到 4.20 伏。
每个充电电路上的充电指示灯 LED 的工作方式与我们通常预期的相反，充电时会亮起，完成后熄灭。
电流消耗（在台式电源上测得）证实每个电池都按照设计以 500mA 电流充电。随着每个电池充电周期的完成，电流消耗也会减少，并最终下降到非常接近于零（我的工作台电源上的安培表无法以很高的精度测量非常低的电流 -:)）
使用标准万用表测量每个已完成充电周期的电池，确认它们确实处于 4.20v，并且充电电路不再向其中任何一个提供电流。
从单个电池（我使用了一组夹子）中汲取电流来为虚拟负载供电，一旦电池电压下降超过设定的充电阈值，就会启动自动充电循环。
然而，非常重要的是要注意该模块绝不是平衡电池充电器。它是一种 4 路单电池充电器，可同时为 4 节彼此独立的电池充电。因此，四个电池在每个相应的充电周期结束时将/可能处于略微不同的电压是完全可能的和可能的。
结论
这个项目在我最需要的项目列表中绝对名列前茅。为一堆 18650 电池充电并正确维护可能是一件很麻烦的事，而且我过去的做法绝对不理想。
它也让我付出了相当多的死亡时间。
使用这个模块，为这些电池充电的繁琐工作会减少很多，希望在未来，我能想出一个解决方案来增强这个模块，这样我就可以让这些电池进行半永久性充电，监控并只为那些需要它的电池充电。
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