Este no es mi primer proyecto para desarrollar un cargador de batería para computadora portátil. Tenga en cuenta que en el primer proyecto utilicé Max1873. Pero para controlar la carga, tuve que usar un microcontrolador ATtiny. Todo estaría bien, pero aquí se requería escribir un código específico, lo que complicó el proyecto.
El segundo proyecto se basa en el MP26123 o MP26124 de Monolithic Power Systems. Estos chips permiten cargar una batería descargada, detener la carga cuando el nivel de carga alcanza el 100%, descargar una batería ya cargada y controlar su temperatura. Otra ventaja de los controladores es que el interruptor principal FET está ubicado en el interior, lo que reduce la complejidad del diseño. Un ejemplo de una placa ensamblada se encuentra al principio del artículo. Bueno, bajo el corte discutiremos los detalles del proyecto.
Detalles del proyecto
Para el desarrollo de la placa, estudié la especificación de los controladores MP26123 y MP26124. Las designaciones de los elementos que se necesitan para la placa se muestran en el siguiente diagrama. También hay un archivo fuente si desea cambiar el diseño de la placa .
Un punto importante: los controladores no reducen la corriente de carga, no limitan la corriente de entrada. Pero hay un fusible de 5A en la placa. En lugar del diodo Schottky tradicional para muchas placas, utilizo un PFET para reducir el calor. También se usa un PFET en lugar de un diodo para evitar usar la caída de voltaje de 0.4V a través del diodo. Esto es importante ya que la batería de 3 celdas casi llena apenas tiene energía suficiente para iluminar la pantalla del portátil. Los controladores MP26123 / MP26124 alimentan la carga del regulador reductor LM2596 desde la batería o la entrada de 19V. No hay caídas de tensión al conectar o desconectar la fuente de alimentación. El pin de habilitación MP26123 / MP26124 está en el borde de la placa, por lo que el Pi puede apagar la carga si es necesario.
El pestillo SR inactivo siempre está energizado para activar la carga del regulador reductor. Esto es necesario si el interruptor de botón de encendido está encendido. El pestillo SR funciona con un regulador lineal de 3,3 V o una fuente de alimentación de entrada de 19 V. La corriente consumida por la batería con el regulador reductor sin carga es de 315 μA. Una autodescarga interna de la batería del 2% más una pérdida del 3% debido a los circuitos de protección resulta en una descarga completa de la batería en 324 días. Si no planea usar la computadora portátil todo este tiempo, es mejor simplemente quitar la batería. En este caso, una autodescarga del 2% conducirá a una descarga completa de la batería después de aproximadamente dos años (siempre que, por supuesto, la batería estuviera cargada al 100% cuando se quitó).
Si el voltaje de la batería cae por debajo de 3 V para una celda, los controladores MP26123 / MP26124 se precargarán durante 30 minutos, reduciendo la corriente al 10% de la corriente de carga. Gracias a la resistencia R12, reduje la corriente de carga total a 1A. Según la especificación, los controladores pueden manejar 2A, pero no quería sobrecargar el sistema. Tan pronto como el voltaje de la batería alcance el nivel máximo, el cargador entrará en modo de espera (al 10% de la corriente nominal) y luego se apagará.
El tiempo máximo de carga se establece en 4,5 horas con un condensador C6 de 0,15 μF. El valor de tiempo se puede cambiar cambiando la capacitancia del condensador; para esto, hay una tabla de datos con la fórmula. Si es necesario, se puede conectar un termistor de batería NTC de 10K al controlador de potencia para apagar la corriente de carga cuando la temperatura sube o baja a un nivel predeterminado. Por defecto, el viaje se realizará a 40 ° C (alto) u 11 ° C (bajo). Si no conecta un termistor, ajuste la resistencia a 10K para emular la temperatura ambiente.
Desafortunadamente, los controladores MP26123 / MP26124 tienen una serie de desventajas. Por lo tanto, solo se pueden usar para cargar celdas de baterías de litio con un voltaje de cada celda que no exceda los 4.2V. Las baterías viejas, cuyo valor era de 4,1 V, y las nuevas con celdas de 4,35 V, no se pueden cargar con este dispositivo. Pero si instala el controlador Max1873, entonces no hay problemas.
En cuanto a soldar los controladores, usé un horno casero, pero, por supuesto, es mejor usar una estación de soldadura con calentamiento de aire para ensamblar la placa.
Características del tablero
El ancho de las pistas en el tablero está diseñado para una corriente de al menos 3A. Se probaron varias opciones, al final se decidió detenerse en un ancho de vía mínimo de 5 mm. En la primera versión de la placa, se usaron 3.3V de MP26123 para el pestillo SR, que se activaba solo cuando se enchufaba a una toma de corriente. El diseño actualizado incluye un regulador lineal de 3.3V separado que mantiene el pestillo SR operativo con o sin energía. Las dimensiones del tablero son 62 mm * 54 mm.
En términos de precio, las tres placas fabricadas por OSHPark.com me costaron $ 26 por envío por USPS. También puede utilizar JLCPCB.com, para ello utilice el archivo de almacenamiento MPS_Charge_Controller_2021-02-23.zip . Cinco tablas le costarán al cliente $ 10 con envío estándar.
El siguiente gráfico muestra los resultados de la prueba del MP26123 cargando la batería 3S2P de Lenovo T61.
También publiqué instrucciones en Instructables que muestran cómo conectar la placa del cargador de batería al Pi, Teensy y la tarjeta gráfica. El manual explica cómo usar una Raspberry Pi a batería en una computadora portátil modificada. También se adjunta un código C que controla la comunicación con la batería a través del SMBus, mostrando indicadores de nivel de carga y apagando la computadora portátil cuando se descarga.
