本帖最后由 1400771059 于 2019-4-19 14:38 编辑
Hello，大家好，去年在论坛上发过制作电子负载的帖子，好久没在论坛上发帖了。希望大家能够向以前一样继续多多留言顶贴，在这里先感谢大家。
现在进入本帖正题。这次搞个锂电池充电电路给表头供电，简化表头接线，增强实用性。创意来源于工作相关，现在一一与大家分享。本人爱好羽毛球运动，由于这项运动，在球馆结交不少各行各业的朋友。在今年年初，有一个球友开公司做打火机生意的，以前是传统打火机，现在应该是做产品升级，开发一个新品打火机，不用气体，锂电池打火机，找外面做方案的公司做的硬件和软件。他跟我说，这个产品老是没任何提示就突然死机，知道我做技术研发的，让我帮他分析分析。他们自己也有技术员，但是能力应该在很初级的技术人员。周末上午打完球，下午去他公司边喝茶边聊天边看产品。产品做的真是不错，大气，漂亮，上档次。拆开产品看内部，里面有线路板，显示屏，有锂电池，打火的时候拉电弧点火，看起来像打雷闪电一样。他公司技术人员说，打火电压应该要到4-5万伏电压以上。但是我看锂电池容量300MAH，容量比较小。我以前工作中碰到过电池容量小，电流大，电压瞬间拉低的情况。我给他分析怀疑是这个问题。我说让他们技术人员测试下电流多大。他技术人员测试打火时电流有3.2A，我说打火时电压多少？技术员说只有一个万用表测电流的时候没办法测电压。我当时判断这部分设计应该有问题，这么小的电池打火电流这么大应该把电压拉太低了，让芯片突然掉电死机不工作。但是光测电流不看电压也不能做出准确的判断。去年弄电子负载，正好有些电压电流双显表头在手，我说送个电压电流双显表头给他们测，因为第二天要上班，所以我快递过去给他们，把接线图画给他们。第三天球友给我打电话，他的技术员不会弄，线不会接，不知道怎么测，要我过去帮忙。我在想技术人员这么简单的操作也不会，也是郁闷。不过想想也正常。去年搞电子负载的时候，也有好多坛友拿到板，表头也遇到不会接线问题。后来我还是跑过去帮忙，打火时，电流把电压从3.7V瞬间拉到3.0V电压，芯片工作电压在3.3V。我说换大容量的电池再测试或者让方案公司帮他想办法解决，这样肯定不行，问题还挺严重。
后来我就在思考这个问题，工作中测试电压电流是项常规测试，如果对电池电供电的产品，功耗那更是一个敏感指标，两个万用表测试电压电流不划算，可调电源测试局部电流电压也是太方便，可调电源测试的电流精度不高。另外万用表电流档量程一般只有10A量程，超出10A量程的仪器就比较贵了，去年为了测250瓦直流电子负载电流和校准，因电流有42A，超出万用表量程，要专门买大电流表校准，买个国产的优XX品牌的钳表来测电流，精度相差4-5A，后来退货，再买的FLUKE钳表，精度是高，价格也很贵，1200多元，价格是国产的4倍。再一个问题，表头还要一个外部供电，这个特别麻烦，如果用可充电锂电池供电那就更加方便。我想如果能解决这三个问题，那实用性还特好。所以说干就干，要干好，最好是能推广给有用到的人，给大家也能带来方便。
选充电芯片和电池
充电管理这块的芯片最专业的应该是算TI了，但是价格都是居高。我有看了看充电宝的芯片，充电指示灯是个问题。电池打算选择1000MA左右，因为表头电流不大，1000MA电池可以用好多天了。我选的充电芯片充电电流在1A左右就可以了。在淘宝和立创商城上转了几圈，后来看到南京拓微的TP4065X芯片比较符合要求。充电电流1A，外围简单好购买，有两颗指示灯，一颗充电指示灯，一颗充电饱和灯。但是还是有个问题，电池电量低的时候应该也要做一个报警灯才行。继续找几圈，还是发现这颗更合适，低电报警再另想办法解决。下面是设计好了的充电电路图。
升压电路设计
表头供电一般是4.5V-24V的宽电压，4.5V-12V是比较理想的电压，电压高了，表头内部的LDO容易发烫烧坏。锂电池供电电压一般是在3V-4.2V这个范围，有些电子产品芯片供电电压在3.3V，所以低压报警会设置在3.3V-3.4V，低于这个电压就要充电。锂电池最高电压才4.2V，比表头正常工作电压4.5V要低。所以需要把锂电池电压升压上去才能保证表头正常工作。需要一个升压电路来解决这个问题。以前在做90瓦电子负载的时候用过一颗DC-DC升压电路，给风扇供电的电路，这就顺手拈来简单了。TI的TPS61085，可以从3V升压到12V，最大电流900MA，完全符合需求。不过升压电路选择也比较多，像MC34063也是可以的，我用现成的有材料方便。
电池低电报警指示灯设计
由于TP4065X芯片没有低电报警灯，要自己想办法解决这个问题。为了让低电报警检测更精准，选择用LM393比较器来解决这个问题，而且还用了一颗参考基准电压TL431来做恒压源。主要是保证更低压报警更精准。要求不高，TL431都可以不要。LM393是颗常用的比较器，设置3.3V以上电压为正常电压，低于3.2V比较器翻转，让LED灯报警提示充电。
增加个电源开关
加一个电源总开关，在不使用表头的时候，可以关掉表头电源，但是关掉表头仍可以充电。
原理图把主要的定下来就差不多了，我把总图上传上来给大家参考。
原理图设计好了，产品表头准备搞兼容，电压0-100V，电流能兼容2A,5A,10A,50A这些表头。10A以上要兼容FL-2标准分流器。为了让产品实用性更强，稍微那么好看一点，我做成了线路板，整个线路板是按照100V/50A的标准来设计。下面是PCB板线路图片。
焊接好元件背面，元件不是特别多。
50A电流就要求铜皮要够宽，1盎司铜皮至少要30mm宽度，为了保证安全，双面板两面铜皮都是30宽度，接线柱用单根用3个M4螺丝。
由于中间有个表头，测试50A电流的时候，需要加粗，如果是10A或者20A电流不需要加粗。
如果是50A电流，取材简单，表头上有两根2.5平方电流线，电流取样线不需要那么长，剪短焊上去即可。
PCB正面有三颗LED指示灯，充电中的指示灯（红色），充电饱和指示灯（绿色），电池底电压报警指示灯（红色）。USB充电接口，电源开关。
接表头和分流器示意图，20A,30A,40A,50A分流器尺寸规格都是一样的。
这种是表头不带分流器电流取样接法，直接把电流线接在焊盘上用M4螺丝拧紧。
装好锂电池，锂电池用3M胶固定在底壳上，底壳离板高度30mm。 板上没地方固定电池，所以搞了一套上下亚克力板，下面亚克力板装电池。 上面亚克力板在测试48V高电压的时候可以安全保护作用。
这种是多功能表头，支持参数包含：电压，电流，功率，容量。这种表头价格偏贵，但是精度更好些。 校准后精度会更高。多功能表头适用电池放电监测这块。
这种是普通双色数码管表头，只有电压电流两种参数，这种表头相对多功能表头价格便宜很多。 带分流器的不校准误差会比较大。集成分流器在表头上的误差小些。 如果测试电流不大，可以用10A以内的表头精准度更好，校准后和FLUKE表精度差不多。
验证充电电路，充电的时候最右边这颗红灯亮。
充电饱和中间灯亮，用电源供电验证更直观些，实际充电饱和亮绿灯。
低压报警，低于3.3V就提示低电。模拟电池环境更直观
当电压在3.3V以上不提示低电报警。模拟电池环境更直观
校准后双色表头电压电流与仪表对比
校准后多功能表头电压电流与仪表对比。
为了更方便测试，做了个接口转接头，直接用M4螺丝拧紧就可以了
产品测试应用
以上是帖子的全部内容，谢谢大家欣赏。我知道咱们数码之家创意DIY板块大家都喜欢动手，而且大家创意无限，也为喜欢动手的坛友们准备了福利。空的PCB板+全部焊接元件（提供元件大家自己回去焊，更加有乐趣），象征性收取10元，快递费自己负担，绝不赚钱，半买半送吧，亏太多自己也承担不起，也望大家多多谅解。可以到我X宝上去拍。名称是：源创力直流电压电流表数显100V50A带锂电池供电支持USB充放电仪器 。
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雷达卡
发表于 2019-4-19 14:38:19
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千斤顶
发表于 2019-4-19 15:05:21
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