이 튜토리얼에서는 단일 셀 리튬 배터리 용 TP4056 리튬 이온 배터리 충전기 IC와 FP6291 부스트 컨버터 IC 를 결합하여 리튬 배터리 충전기 및 부스터 모듈을 구축 할 것 입니다. 이와 같은 배터리 모듈은 리튬 배터리로 전자 프로젝트에 전력을 공급할 때 매우 유용합니다. 이 모듈은 리튬 배터리를 안전하게 충전하고 출력 전압을 조정 된 5V로 높일 수 있으며, 이는 Arduino, NodeMcu 등과 같은 대부분의 개발 보드에 전원을 공급할 수 있습니다. 모듈의 충전 전류는 1A로 설정되고 출력 전류도 5V에서 1A로 설정되지만 필요에 따라 배터리에서 지원하는 경우 최대 2.5A를 제공하도록 쉽게 수정할 수도 있습니다.
튜토리얼을 통해 회로도, PCB 설계 방법, 주문 방법 및 구성 요소를 납땜하고 회로를 테스트하는 동안 발생한 문제의 종류에 대해 설명합니다. 리튬 배터리 및 충전기 회로를 완전히 처음 접하는 경우이 회로를 진행하기 전에 리튬 배터리 및 리튬 배터리 충전기 회로 소개를 확인하여 아이디어를 얻으십시오.
여기서 우리는이 프로젝트를위한 PCB 보드를 제공하기 위해 PCBWay를 사용했습니다. 이 기사의 다음 섹션에서는이 리튬 배터리 충전기 회로 용 PCB 보드를 설계, 주문 및 조립하는 전체 절차에 대해 자세히 설명했습니다.
필요한 구성 요소
- TP4056 리튬 이온 배터리 충전기 IC
- FP6291 부스트 컨버터 IC
- USB Type-A 암 커넥터
- 마이크로 USB 2.0 B 유형 5 핀 커넥터
- 5 × 저항기 (2 × 1k, 1.2k, 12k, 88k)
- 6 × 커패시터 (2 × 0.1µf, 2 × 10µf, 2 × 20µf)
- 2 × LED
- 1 × 인덕터 (4.7µH)
- 1 × 다이오드 (1N5388BRLG)
- 18650 리튬 전지
회로도 및 설명
18650 리튬 배터리 충전기 및 부스터 모듈의 회로도는 위에 나와 있습니다. 이 회로에는 두 가지 주요 부분이 있는데, 하나는 배터리 충전 회로이고 두 번째는 DC-DC 부스트 컨버터 부분 입니다. 부스터 부분은 배터리 전압을 3.7v에서 4.5v-6v로 높이는 데 사용됩니다. 이 회로에서는 부스터 측에 USB Type-A 암 커넥터를 사용하고 충전기 측에 Micro USB 2.0 B 유형 5 핀 커넥터를 사용했습니다. 회로의 전체 작동은이 페이지 하단의 비디오에서도 찾을 수 있습니다.
배터리 충전기 회로 전용 리튬 이온 배터리 충전기 TP4056 IC를 중심으로 설계되어있다. TP4056은 단일 셀 리튬 이온 배터리를위한 완전한 정전류 / 정전압 선형 충전기입니다. SOP 패키지와 적은 외부 부품 수로 인해 TP4056은 휴대용 애플리케이션에 이상적으로 적합합니다. 이 IC는 Micro USB 소켓을 통해 수신 된 5V DC 입력 공급을 처리하여 배터리 충전 작업을 처리합니다. 연결된 LED는 충전 상태를 나타냅니다.
DC-DC 부스트 컨버터 회로 는 DC-DC 부스트 컨버터 FP6291 IC를 사용하여 설계되었습니다. 이 1MHz DC-DC 스텝 업 부스트 IC는 예를 들어 3V 배터리에서 안정적인 5V를 얻는 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 부스트 컨버터 회로는 배터리 단자 (+ 및-)를 통해 입력 공급을 가져오고 FP6291 IC에서 처리하여 출력에서 표준 USB 소켓을 통해 안정적인 5V DC 공급을 제공합니다.
PCB 18650 리튬 배터리 충전기 및 부스터 모듈 제작
이제 회로도가 어떻게 작동하는지 이해 했으므로 프로젝트를위한 PCB 구축을 진행할 수 있습니다. 우리가 선택한 PCB 소프트웨어를 사용하여 PCB를 설계 할 수 있습니다. 완료되면 PCB는 다음과 같습니다.
위 회로의 PCB 레이아웃은 링크에서 Gerber로 다운로드 할 수도 있습니다.
- 18650 리튬 배터리 충전기 Gerber 파일
이제 디자인이 준비되었으므로 Gerber 파일을 사용하여 제작할 차례입니다. PCB를 완성하는 것은 매우 쉽습니다. 아래 단계를 따르십시오.
PCBWay에서 PCB 주문
1 단계: https://www.pcbway.com/에 접속하여 처음이라면 가입하십시오. 그런 다음 PCB 프로토 타입 탭에서 PCB 치수, 레이어 수 및 필요한 PCB 수를 입력합니다.
2 단계: '지금 견적'버튼을 클릭하여 진행합니다. 필요한 경우 사용 된 재료, 트랙 간격 등과 같은 몇 가지 추가 매개 변수를 설정할 수있는 페이지로 이동합니다. 그러나 대부분 기본값은 정상적으로 작동합니다.
3 단계: 마지막 단계는 Gerber 파일을 업로드하고 결제를 진행하는 것입니다. 프로세스가 원활하게 진행되도록 PCBWAY는 결제를 진행하기 전에 Gerber 파일이 유효한지 확인합니다. 이렇게하면 PCB가 제작에 친숙하고 약속 된대로 도달 할 수 있습니다.
18650 충전기 및 부스터 모듈 조립 및 테스트
며칠 후, 우리는 깔끔한 패키지로 PCB를 받았으며 PCB 품질은 항상 좋았습니다. 보드의 상단 레이어와 하단 레이어는 아래와 같습니다.
모든 구성 요소를 조립하고 빨간색과 검은 색 와이어를 B + 및 B- 핀에 납땜하여 18650 셀에 연결했습니다. 스폿 용접기가 없었기 때문에 자석을 사용하여 18650 셀과의 연결을 고정했습니다. 리튬 배터리와 함께 조립 된 모듈은 다음과 같습니다.
보드의 녹색 및 노란색 LED는 모듈의 충전 상태입니다. 배터리가 충전 중이면 녹색 LED가 켜지고 충전이 완료되거나 모듈이 배터리를 기다리는 중이면 노란색 LED가 켜집니다. 충전기가 연결되지 않은 경우 마이크로 USB 포트를 사용하여 배터리를 충전 할 수 있습니다. 그러면 녹색 LED 나 노란색 LED가 모두 켜지지 않습니다. 이 모듈에는 5V 충전기를 사용할 수 있으며 충전기의 출력 전류가 1A 이상인지 확인하십시오. 아래 이미지는 리튬 배터리를 충전하는 모듈을 보여줍니다. 녹색 LED가 켜져 있습니다.
출력 USB 포트는 5V 및 1A 용으로 설계되었습니다. 18650 셀의 배터리 전압은 전자 프로젝트의 전원을 차단하기 위해 5V로 증가됩니다. 아래 이미지는 모듈을 사용하여 Arduino 나노 보드에 전원을 공급하는 방법을 보여줍니다.
모듈의 최대 출력 전류는 이론적으로 2.5A까지 높게 구성 할 수 있지만 실제로는 저항을 2.5A로 설정해도 1.5A 이상을 얻을 수 없었습니다. 이것은 내 배터리 또는 부스트 IC 자체 때문일 수 있습니다. 그러나 부하 전류가 1A 미만이면이 저렴한 부스트 회로로 충분합니다.
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