Este não é meu primeiro projeto para desenvolver um carregador de bateria para laptop. Observe que no primeiro projeto usei Max1873. Mas, para controlar a carga, tive que usar um microcontrolador ATtiny. Tudo ficaria bem, mas aqui era necessário escrever um código específico, o que complicou o projeto.
O segundo projeto é baseado no MP26123 ou MP26124 da Monolithic Power Systems. Esses chips permitem carregar uma bateria descarregada, interromper o carregamento quando o nível de carga atingir 100%, descarregar uma bateria já carregada e controlar sua temperatura. Outra vantagem dos controladores é que a chave FET principal fica localizada dentro, o que reduz a complexidade do layout. Um exemplo de uma placa montada está no início do artigo. Bem, abaixo do corte, discutiremos os detalhes do projeto.
Detalhes do projeto
Para o desenvolvimento da placa, estudei as especificações dos controladores MP26123 e MP26124. As designações dos elementos necessários para a placa são mostradas no diagrama abaixo. Também existe um arquivo de origem se você quiser alterar o design da placa .
Um ponto importante: os controladores não reduzem a corrente de carga, não limitam a corrente de entrada. Mas há um fusível 5A na placa. Em vez do tradicional diodo Schottky para muitas placas, uso um PFET para reduzir o calor. Um PFET em vez de um diodo também é usado para evitar o uso da queda de tensão de 0,4 V no diodo. Isso é importante porque a bateria de 3 células quase cheia mal tem energia suficiente para iluminar a tela do laptop. Os controladores MP26123 / MP26124 alimentam a carga do regulador buck LM2596 da bateria ou da entrada de 19V. Não há quedas de tensão ao conectar ou desconectar a fonte de alimentação. O pino de habilitação MP26123 / MP26124 está na extremidade da placa, então o Pi pode desligar o carregamento, se necessário.
A trava SR inativa é sempre energizada para ativar a carga do regulador de variação. Isso é necessário se o botão de pressão de energia estiver ligado. A trava SR é alimentada por um regulador linear de 3,3 V ou uma fonte de alimentação de entrada de 19 V. A corrente consumida pela bateria com o regulador de fanfarrão sem carga é 315 μA. Uma autodescarga da bateria interna de 2% mais uma perda de 3% devido aos circuitos de proteção resulta em uma descarga completa da bateria em 324 dias. Se você não planeja usar o laptop todo esse tempo, é melhor simplesmente remover a bateria. Nesse caso, uma autodescarga de 2% levará a uma descarga completa da bateria após cerca de dois anos (desde que, é claro, a bateria esteja 100% carregada ao ser removida).
Se a tensão da bateria cair abaixo de 3 V para uma célula, os controladores MP26123 / MP26124 serão pré-carregados por 30 minutos, reduzindo a corrente para 10% da corrente de carga. Graças ao resistor R12, reduzi a corrente de carga total para 1A. De acordo com a especificação, os controladores suportam 2A, mas eu não queria sobrecarregar o sistema. Assim que a tensão da bateria atingir o nível máximo, o carregador entrará no modo de espera (a 10% da corrente nominal) e, em seguida, desligará.
O tempo máximo de carga é definido em 4,5 horas com um capacitor C6 de 0,15 μF. O valor do tempo pode ser alterado alterando a capacitância do capacitor - para isso existe uma tabela de dados com a fórmula. Se necessário, um termistor de bateria NTC de 10K pode ser conectado ao controlador de energia para desligar a corrente de carga quando a temperatura subir ou cair para um nível predeterminado. Por padrão, a viagem será realizada a 40 ° C (alta) ou 11 ° C (baixa). Se você não conectar um termistor, defina o resistor para 10K para emular a temperatura ambiente.
Infelizmente, os controladores MP26123 / MP26124 têm várias desvantagens. Portanto, eles só podem ser usados para carregar células de baterias de lítio com uma tensão de cada célula não superior a 4,2V. Baterias velhas, onde o valor era de 4,1 V, e novas com células de 4,35 V, não podem ser carregadas com este dispositivo. Mas se você instalar o controlador Max1873, não haverá problemas.
Já para soldar os controladores, usei um forno caseiro, mas, claro, é melhor usar uma estação de solda com aquecimento a ar para montar a placa.
Características do tabuleiro
A largura das faixas na placa é projetada para uma corrente de pelo menos 3A. Várias opções foram testadas, no final decidiu-se parar em uma largura mínima de pista de 5 mm. Na primeira versão da placa, 3,3 V do MP26123 era usado para a trava SR, que era ativada apenas quando conectada a uma tomada. O projeto atualizado inclui um regulador linear de 3,3 V separado que mantém a trava SR operacional com ou sem energia. As dimensões da placa são 62 mm * 54 mm.
Em termos de preço, as três pranchas feitas pela OSHPark.com custaram US $ 26 com frete da USPS. Você também pode usar JLCPCB.com, para isso use o arquivo MPS_Charge_Controller_2021-02-23.zip . Cinco pranchas custarão ao cliente $ 10 com frete padrão.
O gráfico abaixo mostra os resultados do teste do MP26123 carregando a bateria 3S2P do Lenovo T61.
Também postei instruções no Instructables mostrando como conectar a placa do carregador de bateria ao Pi, Teensy e placa gráfica. O manual explica como usar um Raspberry Pi alimentado por bateria em um laptop modificado. Também está anexado um código C que controla a comunicação com a bateria por meio do SMBus, exibindo indicadores de nível de carga e desligando o laptop quando ele está descarregado.
