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  1. 2019.05.06 리튬이온충전기 회로도

 

리튬이온 전지는 1개의 셀당 3.6v~3.8v로 니카드 전지나 니켈수소전지의 1.2v보다 3배 높은 전압을 출력합니다. 충전전압은 4.2v이고 충전 전류는 충전지 전류용량의 1c이하로 합니다. 즉 1500mah용량의 리튬이온 전지라면 1.5A의 전류로 1시간 충전합니다. 실제로 500mA로 3시간정도 충전하는것이 좋습니다. 리튬폴리머 전지도 같은 리튬이온 전지와 같은 종류로 박형이며 전류용량이 클뿐 충전 및 다루는 방법은 같습니다. 

위 이미지는 휴대폰용 리튬이온 배터리와 노트북용 배터리입니다. 과충전 및 과방전 회로가 내장돼 있는것이 특징입니다. 노트북 배터리는 온도센서와 온도퓨즈가 내장되어 과열방지를 합니다. 휴대폰 배터리는 배터리 셀을 볼수있습니다. 외부로 노출된 전극이 3개또는 4개입니다. 대부분이 양쪽 가장자리 전극이 배터리 전극이고 안쪽 전극이 배터리 용량감지를 위한 저항이 연결돼있습니다. 즉 저항값을 충전기가 읽어서 저용량인지 대용량인지를 판단하여 충전 전류를 조절하도록 하는것입니다. 리튬이온 전지는 (+)극을 코발트산리튬화합물을 사용하고 CoO2층 사이에 리튬이 1개 들어있는 층구조입니다.(-)극은 탄소를 사용하는데 코발트산리튬과 마찬가지로 층구조를 가지는 물질입니다. 충전시는(+)극의 층사이에서 리튬이온이 나와 음극(-)로 이동합니다. 방전시는 그반대입니다. 리튬이온 전지의 특성은 500회 이상 반복충전이 가능하고 자기방전량이 적으므로 오랫동안 보관하더라도 재충전이 필요하지 않습니다. 니카드,니켈수소 전지에서 처럼 얕은 충방전을 반복하면 방전용량이 감소하는 메모리 효과가 없습니다. 리튬이온 전지 하나의 셀로 3.7v이므로 니카드,니켈수소전지를 3개 직렬연결한 것과 같은 전압입니다. 일반적인 충전지는 저온에서 충전 성능이 떨어지지만 리튬이온 전지는0도 이하에서도 문안한 성능을 보여줍니다. 리튬이온 전지 충전방법은 정전압 정전류방식으로 충전하며 셀당4.2v에 도달후 정전압 충전으로 전환돼 전류가 압축됩니다. 주의사항으론 충전은 정전압과 정전류 충전하며 충전 전압의의 컨트롤은 안전면에서 필요합니다. 

위 회로는 LM317을 이용한 리튬이온 충전기회로입니다. 충전전압은 VR1을 이용해서 미세조정이 가능합니다. 충전지가 3.7v이므로 충전기 출력전압은4.2v에 맞춥니다.R6은 충전전류를 조절하는데 1옴 저항을 연결하면 약500mA의 전류로 충전되므로 1500mAh용량의 리튬이온 전지라면 3시간 충전합니다.하지만 충전지마다 용량이 다르므로M1의 전류계를 보며 충전 전류를 조절하도록 합니다.  M2는 충전지의 충전 전압 상태를 모니터하기 위한것으로 충전지의 전압 변화를 관철할수있습니다. 충전시간이 지남에 따라서 충전 전류는 점차적으로 감소합니다.전원 공급은 DC9v 1A 이상의 것이면 아무 전원공급장치라도 상관없습니다. LM317은 최대 1.5A까지 전류용량을 가지지만 무리한 부하로 레귤레이터에 스트레스를 주는것은 좋지않습니다. Q1,Q2는  2n2222저주파 증폭 및 스위칭용 트랜지스터로 컬렉터 전류는 800ma이나 NPN TR이라면 C3198,C1959등의 동등품이면 모두 사용할수 있습니다. LED1은 충전지가 연결되면 점등하고 충전전류가 증가할수록 밝아집니다.다이오드는 1N4001을 사용하였습니다. 덤으로 배터리 저전압 경고회로도 하나 올리겠습니다.

위 회로는 말그대로 배터리 전압이 부족할때 LED를 깜빡이는것을 본적있을것입니다. 배터리 전압이 걸어 놓은 제너다이오드의 전압이하로 떨어지면 LED가 점등할것입니다. D1의 제너다이오드 전압을 바꾸면 원하는 전압에서 LED가 점등하게 할수도있습니다.

 

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Posted by 케찹엔양파
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