MRB045 CO TO TAKIEGO I DO CZEGO ?

 

Moduł ładowarki MRB045 służy do ładowania pakietów akumulatorów 2S (8,4V), 3S (12,6V) i 4S (16,8V) ze źródła zasilania o napięciu 5V.

Dla każdego z wyżej wymienionych pakietów możemy wybrać ładowarkę opisywaną jako 1 amperowa, 2 amperowa lub 4 amperowa.

UWAGA !  Moduły te NIE POSIADAJĄ układu balansera dla akumulatorów !

Jak widzimy, napięcia są ustawione "na sztywno" i nie możemy ich zmieniać (to bardzo dobrze). Mamy jednak możliwość zmiany prądu. 

Jak wynika z obserwacji moduły są jednakowe dla każdego rodzaju pakietu. Prąd możemy zmieniać poprzez zmianę rezystora opisanego jako RCS.

W internetowych opisach znajdziemy nieprawdzie opisy, z których wynika, że do zmiany prądu służą DWA rezystory. Tak nie jest. Jest to jeden rezystor do zamontowania którego służą miejsca lutownicze dla dwóch rezystorów. Jednak oba miejsca są połączone równolegle, czyli co byśmy tam nie wlutowali to będzie przez układ traktowane jako JEDEN rezystor.

W polu opisanym jako RCS montowane są następujące rezystory:

prąd 1A --> R100

prąd 2A --> R050 (0,5W)

prąd 4A --> R025 lub 2x R050 (1W)

Jak wynika z ostatniej pozycji, po to jest miejsce na DWA rezystory. Wiąże się to też z tym, że do wersji 4 amperowej rezystor powinien mieć moc około 1W a łatwiej jest wstawić 2 rezystory półwatowe.

Moduły są opisane przez producenta. Zawsze należy się upewnić czy opisy są zgodne z prawdą. Przed przyłączeniem akumulatorów należy sprawdzić napięcie ma wyjściu ładowarki !

Opisanie modułu przez producenta polega na zaznaczeniu odpowiedniej wartości przez wstawienie kolorowego "mazaja" (zazwyczaj czarny) w odpowiednie pole.

Niestety, poza zaznaczeniem rodzaju pakietu nie mamy żadnej informacji o napięciu na wyjściu ładowarki.

Teraz kilka słów o przyłączeniu takiego modułu.

Ciężko jest znaleźć zasilacz ze złączem USB-C który dawał by ponad 4A prądu pamiętając, że dopuszczalne napięcie na wejściu modułu to 3 do 6 V.

Rozsądniej i wygodniej jest zastosować zasilacz podłączony do punktów lutowniczych zamiast do gniazda USB-C:     

Należy pamiętać o dobrym lutowaniu o odpowiednich przewodach.

Kolejna sprawa to prawidłowe ładowanie pakietów akumulatorowych. Ładowanie ich bez BALANSERA (układu wyrównującego napięcia na poszczególnych akumulatorach pakietu) nie jest dobrym pomysłem. 

Podłączenie układu wyrównującego napięcia przedstawiłem poniżej.

Symbolem żarówki oznaczyłem wyjście do układu roboczego.

Należy pamiętać, że trzeba odłączyć obciążenie w czasie ładowania akumulatorów.

Przedstawiona powyżej płytka układu wyrównującego napięcia na akumulatorach zapewnia też ochronę nadprądową, ochronę przed przeładowaniem jak i nadmiernym rozładowaniem akumulatorów.

 

WAŻNE!

Akumulatory muszą mieć jednakowe napięcie i jednakową pojemność.

Najlepiej by pochodziły z jednej partii produkcyjnej.

******************

Podczas testów moduł 2S 2A został podłączony do 

uniwersalnej ładowarki do telefonów komórkowych 5V 1A :

 

Wszystko wydawało się być w porządku do momentu krótkiego odłączenia akumulatorów od modułu przy podanym napięciu. Po ponownym przyłączeniu akumulatorów napięcie na wejściu modułu spadło, wzrósł pobierany prąd a układy scalone na płytce modułu zaczęły się mocno nagrzewać. 

Oczywiście stało się to za sprawą niskiej wydajności prądowej ładowarki do telefonów. Praca układu stała się niestabilna. Prąd pobierany przez moduł wzrósł do wartości która spowodowała zadziałanie zabezpieczeń ładowarki. Napięcie spadło poniżej 3V i układ "się pogubił". Tak więc wydajność prądowa źródła zasilania ma istotne znaczenie.

Uważajmy też na tak zwane "inteligentne" ładowarki do power banków lub do szybkiego ładowania telefonów. Ładowarki te "negocjują swoją wydajność prądową z obciążeniem które jest do niej podpięte. Z modułem MRB045 (o którym piszę) takie "negocjacje" nie zawsze kończą się sukcesem. Dobrze jak ładowarka się tylko nie załączy.

Poniżej zamieszczam kilka cytatów z noty katalogowej układu CN 3302 który stanowi "serce" ładowarki.

Dane dotyczą ładowarki przeznaczonej do pakietu 2S czyli dwóch akumulatorów połączonych szeregowo.

Z analizy modułu i schematu a także z opisów w nocie katalogowej dotyczących PIN-u 6 układu CN3302:

"Gdy nie ma potrzeby uwzględniania zabezpieczenia przed zbyt niskim napięciem akumulatora lub zabezpieczenia przed zwarciem zacisków akumulatora, nie ma potrzeby stosowania zewnętrznego P-MOSFET-u. W przypadku kanałowych tranzystorów polowych ten pin można pozostawić nieprzyłączony."

wynika, że

TEN MODUŁ NIE POSIADA ZABEZPIECZENIA PRZED NADMIERNYM ROZŁADOWANIEM I ZWARCIEM NA ZACISKACH AKUMULATORA !!!

Dopiero zastosowanie bardziej rozbudowanego układu zapewni nam tą ochronę:

Jak widać w omawianych modułach brakuje diody D2 i P-MOSFET-a opisanego jako M1.

Tak więc, należy zachować szczególną uwagę i rozsądek przy korzystaniu z tego modułu.

Przypomnę raz jeszcze, że moduł nie ma też układu wyrównującego napięcia na poszczególnych akumulatorach pakietu.

***************

Jeżeli mamy akumulatory różniące się napięciem możemy je "wyrównać".

Najprostszy sposób przedstawiłem poniżej:

Czas wyrównywania może być różny. Zależy od różnicy napięć i pojemności akumulatorów.

Może to potrwać nawet powyżej 12 godzin.

Należy dokonywać co jakiś czas pomiarów i obserwować napięcie na akumulatorach. Gdy napięcia się zrównają trzeba jeszcze pozostawić połączone akumulatory przez 2-3 godziny.

.

Moduł XL6009E1 DC-DC przetwornica podwyższająca napięcie

 

Dzisiaj trochę uwag i przemyśleń związanych z przetwornicą napięcia zbudowaną na układzie XL6009E1. Jest to przetwornica STEP UP czyli podwyższająca napięcie.

Układ XL6009E1 jest nowszą wersją układu XL6009.

Producent zapewnia, że w nowym układzie poprawiono sprawność energetyczną, zwiększono zakresy napięć, zwiększono częstotliwość przełączania i tym podobne detale. Nota katalogowa układu jest dostępna w Internecie.

Ja chciałem zwrócić uwagę na zagadnienia które mogą być nie do końca jasne i spowodować zniechęcenie przy pracy z tymi przetwornicami. 

Sprawa bardzo istotna:

Zanim cokolwiek przyłączymy do przetwornicy włączmy ją i ustawmy interesujące nas napięcie wyjściowe (niebieskim potencjometrem na płytce przetwornicy). Dopiero po ustawieniu napięcia przyłączamy obciążenie. Nigdy nie wiadomo jaka wartość napięcia została ustawiona przez producenta.

Zacznijmy od podstaw. Poniżej schemat tej przetwornicy:

Jak widać jest to prosty układ ale i tak producentom udaje się go popsuć. Podstawowe błędy to za niskie napięcie robocze kondensatorów na wejściu i wyjściu, brak kondensatorów blokujących 100 nF, za niska wartość dopuszczalnego prądu dla diody prostowniczej i dławika głównego. Przykładowe zdjęcia takich niedoróbek będą w dalszej części opisu.

No i gwóźdź programu: Prawie wszystkie przetwornice dostępne na naszym rynku mają montowaną diodę prostowniczą typu SS34 która ma napięcie dopuszczalne 40 V i prąd maksymalny 3 A.

Dławiki też często mają prąd dopuszczalny 3 A. 

Nota katalogowa zaleca zastosowanie 5 amperowej diody SB550 lub SB560 (dla SMD 50WQ05). Oszczędności?

Wymiana diody na 5...6 A i napięciu wstecznym na poziomie 50 V oraz dławika na taki który może pracować poprawnie przy prądzie 6 A z pewnością poprawiła by pracę tej przetwornicy.

 

Teraz trochę o prądach. Sprzedawcy podają różne dane dotyczące prądu maksymalnego. Według jednych jest to max. 4 A na wyjściu, według innych na wejściu, trafiają się sprzedawcy podający, że maksymalny prąd na wyjściu to 3 A lub nawet 2 A.

Prawda jest trochę inna. Maksymalny prąd 4 A jest to prąd który może przełączać układ XL6009E1. Czyli realnie będzie to trochę mniej. Co to oznacza? Że musimy tak projektować układ w którym pracuje przetwornica by nigdzie nie przekroczyć prądu 4 A.

Wiadomo, że energia nie bierze się z kosmosu (podobno) więc to co włożymy otrzymamy na wyjściu układu. W naszym przypadku musimy popatrzeć z drugiej strony czyli od obciążenia. Załóżmy, że potrzebujemy na wyjściu otrzymać 12 V i pobierać prąd 2 A. 12 V razy 2 A to daje nam 24 W. Co się dzieje na wejściu? Przy napięciu wejściowym 5 V prąd osiągnie wartość około 4,8 A czyli przetwornica zacznie się gotować. Jeżeli napięcie wejściowe podniesiemy do 8 V to prąd na wejściu zmaleje do około 3 A co będzie wartością bezpieczną dla przetwornicy. Oczywiście w tym przykładzie pominąłem sprawność przetwornicy która wynosi około 90% i maleje wraz ze wzrostem różnicy napięć na wejściu i wyjściu.

Tak więc liczmy bilans, pamiętajmy o sprawności układu a problemów będzie mniej.

W poniższej tabeli przedstawiłem zależności napięć i prądów na wejściu i wyjściu przetwornicy:

Pomiary zostały wykonane przy wyjściu przetwornicy obciążonym rezystorem 10R (ohm).

Wartości prądów zapisane kolorem czerwonym były mierzone przez około 2 sekundy by nie uszkodzić przetwornicy.

Różnice mocy (VA) na wejściu i wyjściu wynikają ze sprawności przetwornicy którą producent zadeklarował na 90%.

A co się dzieje gdy wyjdziemy poza parametry które deklaruje producent? Na przykład poniżej 5 V?

Przetwornica STEP UP oparta na układzie XL6009E1 sprawdza się w pełni w zakresie napięć wyższych niż wcześniej wspomniane 5 V. Jednakże, przy obniżeniu napięcia zasilającego poniżej 3,5V zauważamy pewne nieoczekiwane zachowanie.

Zetknąłem się z tym przy zasilaniu z tej przetwornicy 12 voltowego paska LED. Po obniżeniu napięcia zasilającego poniżej 3,5V, układ przez pewien czas przechodzi w stan oscylacji. Diody LED zaczynają mrugać. Przy dalszym obniżaniu napięcia wejściowego przy wartości około 3,4V na obciążonym LED-ami wyjściu pojawiło się napięcie około 17V. Okazało się też, że bez obciążenia napięcie to dochodziło do 55 V. Przetwornica w czasie pracy bez obciążenia pobiera około 18 mA a w stanie "wzbudzenia" prąd skacze nawet do około 500 mA.

Dalsze obniżenie napięcia wejściowego prowadzi do stopniowego spadku napięcia na wyjściu, aż w końcu, przy napięciu wejściowym wynoszącym około 1,5 V (również poprzedzone oscylacjami), przetwornica się wyłącza.

Warto mieć to na uwadze gdy wpadnie nam do głowy pomysł zasilania przetwornicy z pojedynczego akumulatora Li-Ion 3,7 V. Gdy akumulator rozładuje się poniżej 3,5 V układ może zacząć żyć własnym życiem i spowodować spustoszenia na obciążeniu.

Poniżej foto przetwornicy która ma kondensatory na 35 V na wejściu i na wyjściu.

W egzemplarzu który testowałem (z kondensatorem na 50 V na wyjściu), potencjometrem ustawiającym napięcie wyjściowe można było "dojechać" do 55 V. Nawet biorąc pod uwagę, że kondensatory wytrzymują większe napięcie niż deklarowane to 55 V dla kondensatora na 35 V może być zabójcze.

Wiem, że producent deklaruje maksymalne napięcie wejściowe i wyjściowe jako 35 V ale skoro potencjometrem można... Pewnie znajdą się ludzie którzy to przetestują ;)

Zwróćcie też uwagę, że przetwornice podwyższające i obniżające napięcie są do siebie podobne:

Przetwornica jest nieizolowana. Znaczy to, że minus wejścia jest połączony z minusem wyjścia (wspólna masa). Nie da się więc połączyć szeregowo wyjść dwóch przetwornic w celu podniesienia napięcia powyżej 50 V. No chyba, że przetwornice będą zasilane z dwóch różnych źródeł napięcia.

.