Определились требования к схеме заряда:
1. Работа с прежним адаптером питания с выходным напряжением 5,85 В/0,7А.
2. Ограничение напряжения окончания заряда четко на уровне 4,2В.
3. Контроль защиты от разряда не обязателен, так как ранее уже был реализован на плате драйвера.
4. Полное отключение схемы заряда от литиевой батареи, для предотвращения ее разряда в неработающем состоянии.
Последний пунктик в этом маленьком ТЗ, собственно и стал основным. В старой, т.е. в заводской схеме заряда роль защиты от разряда выполнял диод. При отключении адаптера питания диод закрывался и потребление схемы заряда становилось равным току утечки диода. В этом китайском варианте основой задумки были низкие требования АКБ к моменту окончания заряда и допустимость так называемого «поддерживающего тока». С литием такое решение грозит или перезарядом, или не дозарядом. Источник ошибки – падение напряжения на прямом диоде при протекании разного зарядного тока (например, в начале и в конце) и изменении температуры. Нужен был идеальный диод.
Как обычно, чуть что так сразу MOSFET. Схема ЗУ для литиевой батареи в моем итоговом варианте на рисунке. Напряжение контролирует TL431 и управляет ранее добавленным PNP-транзистором. Индикатор оставил практически в первозданном виде, с минимальными изменениями. Какой-то специальный компаратор добавлять в схему не стал. Правда тот заводской стабилитрон, на котором нанесена маркировка 3,9В срабатывает слишком рано. Надо будет позже его заменить – что-то с ним не так.
«Идеальный диод» выполнен на p-канальном
IRLML6401 . Этот транзистор имеет низкое пороговое напряжение и низкое сопротивление канала в открытом состоянии. Максимальный обратный ток канала не более 5 мкА (при нормальной температуре).
Для того чтобы при отключении адаптера «идеальный диод» сразу отключался, невзирая на разряд АКБ через регулирующий транзистор пришлось добавить в схему диод шоттки сразу же после выхода адаптера питания. При выборе диода шоттки случайно был замечен
BAT60A . Это очень примечательный клоп! Обратное напряжение всего 10В, зато прямой ток до 3 ампер! И все это при длине корпуса 2,5 мм. Отличный вариант для батарейных устройств! К слову сказать, IRLML6401 и BAT60A вместе обошлись всего в 10 рублей.
В базовую цепь силового регулирующего транзистора пришлось поставить BS170 из-за минимального напряжение катод-анод у TL431. Этот транзистор позволяет держать на выходе 4,2 В на холостом ходе при отсутствии батареи.
Ток ограничения заряда подобран под мой адаптер на уровне 600 мА.
Все уместилось на заводскую плату, что на самом деле не удивительно. На плате много места и незадействованных проводников. Видимо заботясь о потребителях компания «Космос» заказала у китайских партнеров самый дешевый вариант из всех возможных.
Так как литиевые батареи 18650 я спаял параллельно (предварительно уровняв напряжение на них резистором) и выходом стали всего лишь два провода, то для предотвращения случайного КЗ при сборке фонаря был добавлены кабельные разъемы мама-папа. Опять же из закромов.
У меня нет устройства для оценки емкости литиевых батарей, но кажется емкость еще вполне приличная.