Dies ist nicht mein erstes Projekt zur Entwicklung eines Laptop-Ladegeräts. Beachten Sie, dass ich im ersten Projekt Max1873 verwendet habe. Aber um die Ladung zu kontrollieren, musste ich einen ATtiny-Mikrocontroller verwenden. Alles wäre in Ordnung, aber hier musste spezifischer Code geschrieben werden, was das Projekt komplizierte.
Das zweite Projekt basiert auf dem MP26123 oder MP26124 von Monolithic Power Systems. Diese Chips ermöglichen es, einen entladenen Akku aufzuladen, den Ladevorgang zu beenden, wenn der Ladezustand 100% erreicht, einen bereits geladenen Akku zu entladen und seine Temperatur zu steuern. Ein weiterer Vorteil der Steuerungen besteht darin, dass sich der Haupt-FET-Schalter im Inneren befindet, was die Komplexität des Layouts verringert. Ein Beispiel für eine zusammengebaute Platine befindet sich ganz am Anfang des Artikels. Nun, unter dem Schnitt werden wir die Details des Projekts diskutieren.
Details des Projekts
Für die Entwicklung des Boards habe ich die Spezifikationen der Controller MP26123 und MP26124 untersucht. Die Bezeichnungen der Elemente, die für die Platine benötigt werden, sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Es gibt auch eine Quelldatei, wenn Sie das Board-Design ändern möchten .
Ein wichtiger Punkt: Die Regler reduzieren den Ladestrom nicht, begrenzen den Eingangsstrom nicht. Auf der Platine befindet sich jedoch eine 5A-Sicherung. Anstelle der herkömmlichen Schottky-Diode für viele Platinen verwende ich einen PFET, um die Wärme zu reduzieren. Ein PFET anstelle einer Diode wird ebenfalls verwendet, um die Verwendung des Spannungsabfalls von 0,4 V über der Diode zu vermeiden. Dies ist wichtig, da der nahezu volle 3-Zellen-Akku kaum genug Energie hat, um den Laptop-Bildschirm zu beleuchten. Die MP26123 / MP26124-Controller versorgen die Last des Buck-Reglers LM2596 entweder über eine Batterie oder über einen 19-V-Eingang. Beim Anschließen oder Trennen der Stromversorgung treten keine Spannungsabfälle auf. Der MP26123 / MP26124-Aktivierungsstift befindet sich ganz am Rand der Platine, sodass der Pi den Ladevorgang bei Bedarf ausschalten kann.
Die Leerlauf-SR-Verriegelung wird immer aktiviert, um die Buck-Reglerlast zu aktivieren. Dies ist erforderlich, wenn der Netzschalter eingeschaltet ist. Die SR-Verriegelung wird von einem 3,3-V-Linearregler oder einer 19-V-Eingangsstromversorgung gespeist. Der von der Batterie bei ausgeschaltetem Buck-Regler aufgenommene Strom beträgt 315 μA. Eine interne Selbstentladung der Batterie von 2% plus 3% Verlust aufgrund von Schutzschaltungen führt zu einer vollständigen Entladung der Batterie in 324 Tagen. Wenn Sie nicht vorhaben, den Laptop die ganze Zeit zu benutzen, entfernen Sie am besten einfach den Akku. In diesem Fall führt eine Selbstentladung von 2% nach etwa zwei Jahren zu einer vollständigen Entladung der Batterie (vorausgesetzt natürlich, dass die Batterie beim Entfernen zu 100% aufgeladen war).
Wenn die Batteriespannung für eine Zelle unter 3 V fällt, werden die MP26123 / MP26124-Controller 30 Minuten lang vorgeladen, wodurch der Strom auf 10% des Ladestroms reduziert wird. Dank des Widerstands R12 habe ich den Gesamtladestrom auf 1A reduziert. Entsprechend der Spezifikation können die Steuerungen 2A verarbeiten, aber ich wollte das System nicht überlasten. Sobald die Batteriespannung den Maximalwert erreicht, wechselt das Ladegerät in den Standby-Modus (bei 10% des Nennstroms) und schaltet sich dann aus.
Die maximale Ladezeit beträgt 4,5 Stunden mit einem C6-Kondensator von 0,15 μF. Der Zeitwert kann durch Ändern der Kapazität des Kondensators geändert werden - dazu gibt es eine Datentabelle mit der Formel. Bei Bedarf kann ein 10K-NTC-Batteriethermistor an den Leistungsregler angeschlossen werden, um den Ladestrom abzuschalten, wenn die Temperatur auf ein vorbestimmtes Niveau steigt oder fällt. Standardmäßig wird die Fahrt bei 40 ° C (hoch) oder 11 ° C (niedrig) durchgeführt. Wenn Sie keinen Thermistor anschließen, stellen Sie den Widerstand auf 10 K ein, um die Raumtemperatur zu emulieren.
Leider weisen die MP26123 / MP26124-Controller eine Reihe von Nachteilen auf. Sie können daher nur zum Laden von Zellen von Lithiumbatterien mit einer Spannung jeder Zelle verwendet werden, die 4,2 V nicht überschreitet. Alte Batterien mit einem Wert von 4,1 V und neue mit 4,35 V-Zellen können mit diesem Gerät nicht aufgeladen werden. Wenn Sie jedoch den Max1873-Controller installieren, gibt es keine Probleme.
Für das Löten der Steuerungen habe ich einen hausgemachten Ofen verwendet, aber natürlich ist es besser, eine Lötstation mit Luftheizung zu verwenden, um die Platine zusammenzubauen.
Eigenschaften der Platine
Die Breite der Schienen auf der Platine ist für einen Strom von mindestens 3A ausgelegt. Es wurden mehrere Optionen getestet, am Ende wurde beschlossen, bei einer minimalen Spurbreite von 5 mm anzuhalten. In der ersten Version der Karte wurden 3,3 V von MP26123 für die SR-Verriegelung verwendet, die nur aktiviert wurde, wenn sie an eine Steckdose angeschlossen war. Das aktualisierte Design enthält einen separaten 3,3-V-Linearregler, der die SR-Verriegelung mit oder ohne Strom betriebsbereit hält. Die Abmessungen der Platte betragen 62 mm * 54 mm.
In Bezug auf den Preis kosteten mich die drei von OSHPark.com hergestellten Boards 26 US-Dollar Versand per USPS. Sie können auch JLCPCB.com verwenden. Verwenden Sie dazu die Archivdatei MPS_Charge_Controller_2021-02-23.zip . Fünf Boards kosten den Kunden 10 US-Dollar bei Standardversand.
Die folgende Grafik zeigt die Testergebnisse des MP26123, der den 3S2P-Akku von Lenovo T61 auflädt.
Ich habe auch Anweisungen auf Instructables veröffentlicht, die zeigen, wie die Batterieladekarte an den Pi, Teensy und die Grafikkarte angeschlossen wird. Das Handbuch erklärt, wie ein batteriebetriebener Raspberry Pi in einem modifizierten Laptop verwendet wird. Außerdem ist ein C-Code beigefügt, der die Kommunikation mit dem Akku über den SMBus steuert, Ladezustandsanzeigen anzeigt und den Laptop beim Entladen ausschaltet.
