Как выбрать зарядное устройство для Li-ion и LiFePO4

Начните с паспорта аккумулятора

Зафиксируйте chemistry, series count, capacity, maximum charge voltage, recommended/maximum current, допустимую температуру и наличие NTC. Даже внутри Li-ion существуют разные конечные напряжения; нельзя автоматически использовать 4,2 В. Для LiFePO4 распространено около 3,6–3,65 В на ячейку, но окончательная цифра берётся из спецификации конкретной ячейки.

Если pack имеет встроенную protection board, выясните её thresholds и recovery. Она защищает от аварии, но не регулирует нормальный заряд.

Что происходит в CC/CV

После проверки температуры и глубокого разряда charger может начать precharge малым током. Затем идёт constant current до достижения regulation voltage. В CV-фазе напряжение удерживается, а ток постепенно падает; termination происходит при заданной доле charge current или по таймеру/условиям.

Прерывание сразу при достижении voltage недозаряжает аккумулятор. Бесконечное удержание неподходящим режимом может ускорить деградацию. Алгоритм должен соответствовать cell manufacturer.

Linear charger

Линейный charger прост, малошумен и требует мало деталей. Потери примерно P = (V_IN − V_BAT) × I_CHG плюс собственное потребление. При USB 5 В, батарее 3,7 В и токе 1 А получается 1,3 Вт. Маленький корпус без большой меди перегреется и снизит ток через thermal regulation.

По мере роста батареи до 4,1 В потери уменьшаются до 0,9 Вт, но worst case часто находится в начале CC после precharge. Реальный ток зависит от температуры платы, поэтому «1 А charger» не обещает 1 А в корпусе устройства.

Buck charger

Понижающий импульсный charger эффективнее при входе заметно выше батареи и токах от сотен миллиампер до ампер. Потери оценивают через efficiency: при 3,7 В × 1 А и 90 % input power около 4,11 Вт, а heat loss около 0,41 Вт — существенно меньше 1,3 Вт linear example.

Цена — inductor, switching noise, layout и EMI. Нужно проверить minimum on-time, light-load mode и возможность charge при входе близко к battery voltage.

Buck-boost charger

Если вход может быть выше и ниже battery/pack voltage — например USB-PD, солнечная панель или адаптер с широкой просадкой — buck-boost сохраняет заряд в обеих областях. Он сложнее и дороже, но избегает разрыва при crossing.

Проверяют input/output range, four-switch transition, reverse blocking и power-path. Не путайте buck-boost charger с обычным converter: charger должен корректно завершать CC/CV и контролировать battery temperature.

Power-path и одновременная нагрузка

Без power-path system load сидит параллельно battery и искажает termination: charger видит сумму battery current и нагрузки. Устройство может никогда не завершить заряд либо считать батарею заряженной неверно. Power-path отделяет system rail, приоритизирует вход и ограничивает battery current.

Также он позволяет включить устройство при разряженной или отсутствующей батарее, если это предусмотрено. Проверяйте minimum system voltage, supplement mode и обратный ток в отключённый input.

Input current limit и слабый источник

USB-порт, адаптер или solar source имеет предел. Charger с input current regulation снижает battery current, чтобы не обрушить вход. Dynamic power management удерживает вход выше заданного порога. Для USB-C/PD отдельно требуется корректное определение доступного профиля до потребления повышенной мощности.

Если нагрузка системы уже берёт 1,5 А от источника 2 А, на заряд остаётся только около 0,5 А с учётом efficiency. Нельзя одновременно обещать полный system load и максимальный charge current без energy budget.

Температура батареи и JEITA-профиль

NTC должен измерять температуру ячейки, а не горячего charger IC. При холоде/жаре заряд запрещают или снижают current/voltage согласно cell spec. JEITA-compatible profile полезен, но его thresholds и voltage reductions нужно сравнить с аккумулятором.

Open/short NTC должны переводить систему в определённое безопасное состояние. Фиксированный резистор вместо NTC допустим только в контролируемом engineering test, не как скрытая серийная замена.

Precharge, termination и recharge

Глубоко разряженную ячейку заряжают малым током до threshold. Если voltage не растёт за safety timer, battery может быть повреждена. Termination current выбирают относительно capacity и system load. После саморазряда charger запускает recharge ниже заданного уровня.

Для LiFePO4 voltage curve плоская, поэтому оценка SoC по одному напряжению неточна. Charger завершает профиль, а fuel gauge оценивает заряд отдельной моделью.

Число ячеек и балансировка

Однобаночный controller нельзя применять к 2S pack. Для series stack нужны соответствующее maximum voltage, cell monitoring и balancing/BMS. Charger регулирует pack voltage, но без cell measurement одна ячейка может превысить предел раньше суммы.

Balance current и время рассчитываются отдельно. Многобаночная система также требует изоляции/level shifting и безопасного disconnect.

Тепловой расчёт

Для linear example 1,3 Вт и эффективного θ_JA = 45 °C/Вт идеализированный rise составит около 59 °C. При ambient 50 °C junction приблизится к 109 °C до учёта других источников. Если layout даёт хуже 45 °C/Вт, thermal regulation начнётся раньше.

Используйте рекомендованную медь, vias и package data, затем измерьте thermocouple/thermal camera. Ток проверяют в начале, середине и конце charge, в закрытом корпусе.

Точность regulation voltage

Суммируйте charger tolerance, sense resistor, drop проводов и temperature drift. Для remote battery connector voltage на выводе IC может отличаться от voltage ячейки при большом токе. Kelvin sense либо правильная topology уменьшает ошибку.

Не измеряйте конечный предел бытовым мультиметром без известной точности. Для серийного теста нужен calibrated setup и acceptance window.

Практический пример USB-устройства

Однобаночная Li-ion 3 А·ч допускает 1,5 А, но устройство питается от USB 5 В / 2 А и потребляет до 1 А. При полном load input budget оставляет примерно 1 А до потерь, поэтому charge current ограничиваем около 0,8 А. Linear charger при батарее 3,7 В рассеял бы 1,04 Вт, что много для корпуса.

Buck charger с power-path снижает потери и правильно отделяет system current. NTC установлен на ячейке, input limit защищает USB, safety timer выявляет неисправную батарею. Tests: empty battery startup, simultaneous load, hot/cold NTC, input droop, unplug/replug и full-cycle energy.

Примеры из каталога ChipBaza

BQ25185DLHR иллюстрирует однобаночный charger с power-path и поддержкой нескольких lithium chemistry configurations. MCP73831T-2ATI/OT — компактный линейный charger для конкретного Li-ion regulation option. Их нельзя менять без проверки suffix voltage и функций.

Перед выбором сверяют chemistry, final voltage, cell count, current, input range, NTC profile, power-path, package thermal data и полный MPN.

Типовые ошибки

Чек-лист charger