Разработка принципиальной схемы устройства

Электрическая принципиальная схема представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Электрическая принципиальная схема проектируемого зарядного устройства

Схема заряда литий-ионного аккумулятора собрана на базе специализированного специализированного линейного регулятора LM317. Если аккумулятор находится в разряженном состоянии, при подключении внешнего зарядного устройства загорается красный светодиод HL1 и начинается процесс заряда.

Пока напряжение на аккумуляторе меньше 2.9В, ток заряда ограничен величиной 90-100мА. С повышением напряжения выше 2.9В, ток заряда плавно возрастает до 550мА. При достижении напряжения 4.1В, ток заряда начинает плавно снижаться, в дальнейшем происходит стабилизация напряжения на уровне 4.2В и после уменьшения зарядного тока до 105мА светодиоды начинают периодически переключаться, показывая окончание заряда, при этом заряд всё равно. Номинальный ток заряда задаётся с помощью резистора R5. Конечное напряжение заряда жёстко задано на уровне 4.2В с точностью 1.5%. После окончания заряда аккумулятора гаснет светодиод.

Схема повышающего преобразователя напряжения собрана на базе микросхемы импульсного DC/DC конвертера LM2576. При включении на выводы 4 и 2 микросхемы DD1 подается напряжение 4.2В, в результате чего запускается внутренняя схема и генератор. Внутренний транзистор замыкает выводы 3 и 1, из-за чего происходит накопление энергии во внешней индуктивности L1, при этом диод VD6 закрыт. После того, как транзистор закроется, энергия с индуктивности поступит через открытый диод VD6 на емкость C4 и она зарядится до напряжения 5В. При этом выходное напряжение, т.е. напряжение на емкости сравнивается с опорным 1.25В, и если оно ниже, то процедура повторится в следующем такте. Если оно больше, то длительность времени открытия транзистора уменьшится амплитудой в несколько милливольт и частотой генератора.

2.2.1 Расчёт резистора для светодиода

Светодиод имеет резистор, последовательно включенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он выйдет из строя практически мгновенно.

Рисунок 5 - Схема включения светодиода

Расчёт резистора для светодиодапроизводится по следующей формуле:

R = (V_S - V_L) / I (1)

V_S - напряжение источника питания.

V_L - прямое напряжение, расчётное для каждого типа светодиодов (2 В)

I - ток светодиода (0.02 А)

Напряжение питания V_S = 5В, прямое падение напряжения светодиода V_L =2В, требуемый ток I =2мА=0.002А.

R6= (5В – 2В) / 0.002А = 1500 Ом.

2.2.2 Расчёт делителя напряжения для LM2576

Для обеспечения нужного выходного напряжения, используется делитель напряжения, состоящий из резисторов R6, R7.

Рисунок 6 - Схема включения LM2576

Расчёт делителя напряжения для микросхемы DD1 производится по следующей формуле:

Uвых. = 1.25 * (1 + R6 / R7) (2)

Рассчитываем делитель для выходного напряжения 5В:

1.25 * (1 + 20кОм / 2, 7кОм) = 5.01В

Получаем сопротивления R6 = 20 кОм и R7 = 2, 7кОм, при этом напряжение на выходе будет равным 5В.

Вид сверху и структурная схема микросхемы LM2576 представлены на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7 - Вид сверху LM2576

Назначение выводов:

1: V_IN – Входное напряжение

2: Output – Выходное напряжение.

3: GND – Общий вывод.

4: FB – Вывод обратной связи.

5: ON/OFF – Включение/выключение.

Структурная схема:

Рисунок 8 - Структурная схема LM2576

Перечень элементов представлен в таблице 1.

Таблица 1.