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本帖最后由 闻太师 于 2024-9-14 07:05 编辑
简介
用IP2326 DIY 2S锂电池充电模块，代替万用表9V电池。觉得没必要的请止步，以免浪费您宝贵时间。另外，我不想讨论是单节锂电池升压好，还是两节串联好。东西没有好坏，适合自己就好。
发现合适电池
网上闲逛发现一款502339 420mA锂电池，2.98包邮。这个尺寸刚好能塞到9V电池外壳里，可串可并，最多可以塞3颗。可以单颗或并联升压到9V，也可以2S串联7.4/8.4V，嫌2S电压低3S串联也可，太适合用来DIY万用表电池了。之前一直想玩2S锂电充电，时不我待，果断用红包买了两颗。买完没几天就涨价了。
确定方案
接下来选充电方案，DIY 2S充电常用的方案有以下几种：
1.并充串放，手动切换
2.并充串放，电路自动切换
3.用废旧电源改装充电器
4. TP5100降压充电方案
5. IP2326升压充电方案
挨个分析一下这几种方案的优缺点：
1. 并充串放，手动切换：实现最简单，用着稍微麻烦一点，缺少DIY的乐趣
2. 并充串放，电路自动切换：使用方便，因为是并联充电，不需要考虑电池均衡问题。缺点是串并切换过程中MOS会短暂处于半开半关状态，影响电路寿命。另外放电时两节电池串联，电压超出了上边那颗充电芯片最大允许范围，有一定隐患。
3. 用废旧电源改装充电器：好处是不占空电池外壳内部空间，可以多塞电芯，塞大电芯。缺点是需要充时可能找不到充电器而抓狂。
4. TP5100：因为是降压方案，至少需要9V最好是12V电源，没电的时候手边不一定能立即找到这样的电源。另外据说容易坏，且不带充电均衡功能。5. IP2326：因为是升压方案（支持快充），5V输入电压即可工作，随处可以找到合适的电源，哪怕是在外面也可以用充电宝应急。而且有充电均衡功能。价格一两块钱一颗，不贵。非要说缺点嘛，DFN封装不太好焊。
比较后毫不犹豫选择了IP2326方案。
均衡简介
以前只知道多颗电芯组成电池组需要考虑均衡问题，其它的了解不多，正好借机会补一下课。先说一下有无均衡的影响。多颗电池/电芯组成电池组时，尽管是同厂家、同容量、同批次的电芯，容量也不可能做到完全一致。使同过程中，由于每颗电芯位置不同，温度、压力也不同，时间长了会使不一致性加大（称为损耗或磨损）。串联使用，充放电电流相同。结果是放电时容量小的先没电，由于欠压保护容量大的虽然有电也放不出来。充电时容量小的先充满，由于过压保护，容量大的虽然没充满也不能再充了。
可见有了均衡电路，电池组能更好地工作。均衡方案分为被动均衡和主动均衡。被动均衡电路简单，适用于少量电芯组成的电池组。主动均衡电路要复杂得多，适用于多颗电芯组成的电池组。这里只结合IP2326简单介绍被动式均衡方案。
IP2326手册给出了均衡原理，这里简单学一下舌。先交待一下，IP2326可以支持2S或3S充电，均衡功能只在2S时有效。2S充电时，IP2326实时检测每颗电芯的电压，如果某颗电芯电压达到了均衡阈值（比如4.1V），芯片内部并联的MOS导通，分流这颗电池的充电电流。这样这颗电芯充电速度就会比另一颗慢一点，等另一颗电芯电压也达到了均衡阈值，将MOS管关闭，两颗电芯以同样电流充电。
均衡时MOS分流多少电流由外置电阻RCB设置，分流大小为4.1/RCB，最大不能超过40mA。
可见RCB设置合适，IP2326可以使两颗电芯都能充满。放电时容量小的电芯先没电它管不了。对于万用表这一特定应用，充一次电能用很长时间，短则几个月，长则一两年。用上几年电芯也经历不了几个循环周期，损耗造成的电芯之间容量差异并不大，即使不做均衡也不会有太大影响，不过有总比没有强。
原理图设计
IP2326典型应用原理图里有很多用于设置参数的电阻，比如充电电流、过压阈值、嵌压阈值、超时阈值等等。本次设计的充电电路，除了充电电流之外，其它参数全部使用默认值，对应的电阻去掉，管脚悬空即可。本次使用的电池容量为420mAh，按照惯例充电电流取0.5C左右，即210mA左右。IP2326充电电流计算方法为90000/RISET，取RISET为360KΩ，充电电流为250mA。充电电流很小，用不到快充功能，刚好可以用手里的2P Type-C座。IP2326手册里没有说不用快充时，DP、DM管脚应该怎样处理。不过典型应用原理图里，芯片相应的管脚直接接到了Type-C座的DP、DM脚，没有额外的上拉/下接电阻或其它元件。考虑到市面上大量USB充电线内只有VBUS和GND两根线，使用这种充电线时相当于IP2326 DP、DM两个管脚悬空。这种情况IP2326会禁止充电？大概率不会。所以大胆猜测，不用快充时IP2326 DP、DM管脚悬空即可。至此，大概可以画出电路图。
IP2326只支持一个指示灯（习惯上是红灯），充电亮，充满灭。可这不符合红灯充电、绿灯充满的一般习惯，灯灭了分不清是充满了还是线没插好。为此增加了由R3、R4、R6、Q1、LED2组成的充满指示电路。IP2326手册里没说灭灯时6脚是低电平还是高阻态，不过根据经验一般都是开漏电路，所以R3起下拉作用。充电时6脚高电平时红灯LED1亮，同时Q1 Vgs为低，Q1截止，绿灯LED2灭。充满后红灯LED1灭，6脚被R3拉低，Q1 Vgs为负，Q1导通，绿灯LED2亮。
保护方案
原理图大致画好了，画板之前还需要确定一下保护电路方案选择。2S通常是用两串一保，买好的电池本身是带保护电路的（一电一保）。2串一保好还，还是一电一保好。如果是前者好，需要画板时把保护电路一并画上。一电一保方案示图如下所示，每颗电芯一颗保护芯片一套MOS管，任何一颗电芯出现过压、欠压、过流、短路等，相应的保护电路动作MOS管关闭，该电芯从电路中断开。因为两颗电芯串联，另一颗电芯也断开。极端情况下，比如PB+与PBm短路，上边那颗保护芯片会启动短路保护。如果充电电路没检测到这一异常，全部充电电压会加在下边那颗电芯上，下边那颗保护芯片会启动过压保护。PBm与PB-短路情况类似。PB+、PBm、PB-之间如果漏电（长时间会使电芯过放），保护电路也会启动。
再看两串一保的情况。比如PB+与PBm短路或漏电，保护电路不会起作用。
IP2326这颗芯片为DFN封装，管脚之间很近，肚子底下又是一个巨大的散热焊盘，离每个管脚都很近。业余条件下焊接，相邻两个脚管，或管脚与散热焊盘之前很可能连锡或漏电而不易察觉。如果使用两串一保，肯定比一电一保隐患大，因此保留电池自带保护电路，不用两串一保。
画PCB
画板之前，先根据外壳尺寸确定PCB尺寸。外壳有两种选择，一是网购塑料壳，二是使用废旧9V电池外壳。塑料外壳最便宜的是3.5元一个，5元3个。即使用了红包也要一元多一个，放弃。有颗超霸电池用了好多年了，还有8.6V电压，这次借它外壳用用。量好尺寸，外壳厚度按0.3mm算。
尺寸确定好了开始画板，板子分成主板、前档板、后档板三部分，方便组装。因为板子尺寸不小，元件不多，布局布线相对轻松。电阻、电容LED、以0805为主，方便焊接。均衡电阻用1206焊盘，方便它用，暂时用8085电阻就够了。电感为0630封装，3mm厚，是板子上除了Type-C座（3.2mm厚）以外最厚的元件。对了，板子厚度为1mm。
焊板
打样的板子到货了，先用钢锯把主板和前后档板锯开。再按电路把元件焊好，并且把主板和前档板焊在一起。
红包换的电池扣线，把金属扣拆下来
用热风把金属扣焊在前档板上。一定要先把主板和前档板焊在一起，再焊金属扣，防止焊金属扣时焊锡流入焊盘孔造成主板无法插入。后档板可焊可不焊。
组装
待杀的9V电池外壳从尾部用锉磨断，可保持断面平整
取出的电池内脏不能浪费，套上热缩膜继续服役
粘好缓冲垫，焊好电池并简单固定，可见尺寸刚刚好。主板夹在两颗电池中间，有利于分散外部对电池的压力。
塞入外壳
套上热缩膜
充电，红灯亮。因为后档板没与主板焊在一起，有点漏光。
充满，绿灯亮，绿灯效果还可以。
主板夹在两颗电池中间的另一个好处，指示灯不容易被热缩膜档住。LED限流电阻取大了，指示灯特别是红灯显得有点亮度不够。就这样吧，以后有机会拆开一并处理吧，这次就不折腾了。
一点经验心得
板子焊好先不要焊电池，通电大致看一下，正常情况下应该是红灯亮一会转绿灯，没问题再焊电池。有人说了，两颗电池都有保护电路，怕什么？我想说的是刚焊好的板子难免有问题，保护电路也不是万能的。过充、过放、短路这些情况通常都能得到很好的保护，过流不一定能及时有效保护。考虑到大多数电路都有上电浪涌现象，锂电池过流保护阈值都会取得比最大工作电流大很多，以免保护电路误动作。比如正常情况下电池最大放电电流为500mA，过流保护可能会取1A或1.5A甚至更大。
好了，东西做好了，具体效果留给时间检验吧。如果看完觉得还行，请跟帖、点赞、收藏，这样可以让更多人看到本帖。
补充内容 (2024-10-7 15:04):
有想仿制的朋友也可以下载“音乐留声机”优化后的板子https://www.mydigit.cn/thread-474486-1-1.html |
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雷达卡
发表于 2024-9-12 17:10:37
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千斤顶
楼主
发表于 2024-9-13 12:55:54
做得真不错，火钳刘明！
