Was ist der Grund, warum dieser USB-Batterieladekreis ohne Diode nicht funktioniert?

Ich habe einen Einzelzellen-Li-Ion-Akku mit einer Nennleistung von ~ 2100 mAh. So etwas wie 18650 habe ich es aus einem Laptop-Akku herausgenommen. Ich möchte eine einfache Ladeschaltung dafür erstellen, da ich sie in dem Herzfrequenzmesser verwenden werde, den ich bauen möchte.

Ich werde den Akku über den USB-Anschluss mit Strom versorgen. Wenn das USB-Kabel an das Gerät angeschlossen wird, um mit dem PC über den USB-Seriell-Wandler MCP2200 zu kommunizieren , wird auch der Li-Ion-Akku aufgeladen , der die Hauptstromquelle des Geräts darstellt.

Unten ist die Schaltung, die ich benutze:

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So funktioniert es:

V_BUS ist die 5-V-Stromversorgung vom USB-Bus. C15 ist der Massenkondensator, ich wollte nicht gegen den Standard verstoßen, also habe ich einen 4,7 uF Kondensator eingesetzt. Da ich die Strombegrenzung des Standards nicht verletzen wollte, habe ich einen Strombegrenzer in die Ladeschaltung eingebaut. D5 und D6 begrenzen die Spannung, die an R22 + (Vbe von Q2) abfällt.

Die Funktionsweise der Ladeschaltung ist einfach. Q2 ist strombegrenzt, aber um auch die Spannung zu begrenzen, ist TL431 konfiguriert, um die Basis von Q2 in Bezug auf die Spannung an Knoten A zu steuern.

Es gibt auch einige andere Schaltungen nach Knoten B, die von der Batterie BT2 eingeschaltet werden. Hier ist ein Teil davon gezeigt:

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Jetzt dachte ich, dass die Batterie Vbus auf keinen Fall mit Strom versorgen kann, da Q2, D5 und D6 in Sperrrichtung vorgespannt sind, aber es scheint, dass ich an einigen Stellen falsch liege. Bei bestimmten Spannungen des Akkus, z. B. bei etwa 3,8 V, kann der MCP2200 nicht auflisten, und Windows erkennt ihn nicht als virtuellen seriellen Anschluss. Immer wenn ich den Akku entferne, ist dieses Problem behoben. USB zählt jedes Mal erfolgreich auf.

Außerdem habe ich eine Diode zwischen Knoten A und Knoten B mit einer im Schaltplan gezeigten Polarität eingefügt, und dies hat auch funktioniert. Ich weiß, dass ich R28 erneut an Knoten B anschließen muss, um den Spannungsabfall der hinzugefügten Diode zu kompensieren.

Das lässt mich zu dem Schluss kommen, dass die Batterie die Schaltkreise auf der linken Seite speist und die Spannungs- oder Strompegel des USB-Standards durcheinander bringt und nicht aufzählen kann. Ich kann jedoch keine logische Erklärung geben.

Bearbeiten: Wenn die Batteriespannung 3,8 V beträgt, messe ich 4,3 V am V_BUS-Knoten, wenn das USB-Kabel nicht angeschlossen ist und sich zwischen Knoten A und Knoten B eine Diode befindet.

Bearbeiten: Es scheint, als würde V_BUS vom Rx-Pin des MCP2200 über die Schutzdiode im Inneren des MCP2200 gespeist. Madmanguruman hat es richtig gesagt, ich muss den vollständigen Schaltplan hinzufügen und hier geht es los; Seite 1 und Seite 2 des vollständigen Schaltplans. Ich habe den Code so bearbeitet, dass dieser Pin bei 0 V statt bei 5 V im Leerlauf läuft, und das Problem scheint jetzt gelöst zu sein.

Was ist der Grund, warum dieser USB-Batterieladekreis ohne Diode nicht funktioniert?

usb transistors battery-charging

— abdullah kahraman
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Dinge, die Sie versuchen sollten, zu instrumentieren, um herauszufinden, was los ist: (1) Liegt am VBUS eine Spannung an, wenn das Gerät nicht an USB angeschlossen ist? (2) Wenn es eingesteckt ist, welcher Strom fließt auf VBUs und in welche Richtung?

— pjc50

@ pjc50 Ja, es gibt eine Spannung von 4,3 Volt an V_BUS, wenn das USB-Kabel nicht eingesteckt ist.

— Abdullah Kahraman

4,3 V können möglicherweise nicht von der 3,8 V-Batterie kommen, daher muss sie irgendwie vom Aufwärtswandler kommen. Gibt es einen Fehler im Leiterplattenlayout oder irgendwo eine überbrückte Spur? Können Sie den Teil des Schaltplans hinzufügen, der den MCP2200 enthält? Ist VBUS mit etwas anderem auf der Platine verbunden? (zB ESD-Dioden)

— pjc50

@ pjc50 Ich habe geprüft, konnte aber keine Brücken finden, als ich den MC34063 aus seiner Buchse entfernt habe, und die Spannung an V_BUS fiel auf etwa 0,7 V unter die Spannung von Vcc. Dann überprüfte ich den Schaltplan und stellte fest, dass die einzige Verbindung zwischen Vcc und MCP2200 über die Rx- und Tx-Pins besteht, die vom Mikrocontroller stammen. Ich habe den Mikrocontroller aus seiner Buchse entfernt und die Spannung an V_BUS ist auf 0 V gefallen. Dann habe ich auf Programm umgestellt, um den Leerlaufspannungspegel der Tx-Leitung (LOW) auf 0 V zu setzen. Wahrscheinlich wurde die Spannung durch die Leitung geleitet ESD-Dioden im MCP2200.

— Abdullah Kahraman

Zum späteren Nachschlagen hätten vollständigere Schaltpläne anderen geholfen, Ihr Problem zu entschlüsseln. Sie haben ein Mikro erwähnt, es aber in keinem Ihrer Schnipsel enthalten. Der Fehler lag außerhalb dessen, was Sie uns zur Verfügung gestellt haben ...

— Adam Lawrence

Antworten:

Wie Madmanguruman feststellte, haben Sie Ihr vollständiges Schema nicht gezeigt, sodass wir das Problem nicht diagnostizieren konnten.

Der Grund, warum beim Anschließen des USB-Kabels Probleme aufgetreten sind, liegt darin, dass am V_BUS bereits eine Spannung anliegt, bevor Sie das Kabel angeschlossen haben. Auch diese Spannung kann sogar schwanken.

Hier ist der Grund warum; Die PIC-Mikrocontroller haben im Allgemeinen Schutzdioden, die als interne Klemmdioden bezeichnet werden, an beiden Schienen an ihrem Eingang, so dass jede Überspannung, dh Spannungen, die höher oder niedriger als ein Diodenabfall von Vcc oder Vss sind. Es wird gemunkelt , dass der MCP2200 ein PIC18F14K50 ist. Hier ist das Pseudoblockdiagramm der Eingangspins des MCP2200:

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Wenn an V_BUS keine Spannung anliegt, wie dies bei einem nicht angeschlossenen USB-Kabel der Fall ist, fließt die angelegte Spannung und damit der Strom über den Eingangspin, der Tx Ihres Mikrocontrollers ist, über die obere Diode zum V_BUS. Dort haben Sie es, 4,3 V an Ihrem V_BUS, genau einen Diodenabfall tiefer.

Hier ist was zu tun ist; Stellen Sie den Tx-Pin Ihres Mikrocontrollers auf LOW, wenn Sie ein bisschen knallen, oder deaktivieren Sie das UART-Modul, wenn Sie die seriellen Hardware-Peripheriegeräte verwenden, bis Sie irgendwie in den seriellen Modus wechseln.

Wenn Ihre Anwendung keinen "seriellen Modus" oder "PC-Verbindungsmodus" enthält, können Sie die Verbindung erkennen, indem Sie nach einem seriellen Eingang suchen. Starten Sie beispielsweise das Modul (oder setzen Sie den TX-Pin auf HIGH, wenn Sie Bit- sind). hämmern), nachdem Sie einen Charakter erhalten haben, sagen wir; S.

Wenn Sie die serielle Schnittstelle starten, setzen Sie den Tx-Pin Ihres Mikrocontrollers auf HIGH. Stellen Sie anschließend sicher, dass Sie ein Dummy-Zeichen übertragen. Andernfalls wird der MCP2200 verwirrt und Sie können nicht über die serielle Schnittstelle kommunizieren.

— abdullah kahraman
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Ohne Kathodenspannung von V_BUS kann der Regler seine Referenzspannung nicht erzeugen und ist daher eingeschaltet, wenn die Batterie angeschlossen ist. V_BUS wird vom 100-Ohm-Widerstand gegen Masse geschaltet.

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Edit: Nein. Falsche Antwort. Dachte, es könnte instabil werden, wenn die V-Kathode kleiner als V ref-intern und V ref hoch ist.

— Bobbi Bennett
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Aber wie auch immer, 100 Ohm lassen nur 50 mA durch?

— Abdullah Kahraman

Ja, das ist eine falsche Antwort. Aber die Reglerschaltung ist etwas seltsam, mit Strom an der Referenz, aber nicht an der Kathode.

— Bobbi Bennett

Interessante Lösung zum Entladen der Batterie zum Spannungsteiler für TL431:

http://belza.cz/charge/liich.htm

— Jerry19
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Nur-Link-Antworten werden nicht empfohlen, da sie unbrauchbar werden, wenn der Link stirbt. Bitte fügen Sie eine Zusammenfassung der auf dieser Site erwähnten Lösung hinzu, damit sie in diesem Fall weiterhin nützlich ist.

— PeterJ