Зарядное устройство YX-CH07 под Макиту (DC18RD) с малым током заряда

Проблемы недорогих аккумуляторов «под Makita» хорошо известны. Причём иногда даже при условно хороших аккумуляторных ячейках, время жизни аккумулятора в целом оказывается крайне малым. Чаще всего, это связано с полным отсутствием или плохо работающим балансировщиком заряда, из-за чего аккумуляторы очень быстро приходят в негодное состояние.

Этот небольшой обзор посвящен новому зарядному устройству, которое отличается от многочисленных макитовских зарядных тем, что имеет низкий ток зарядки.



Несколько слов о том, откуда возникла проблема. Ранее уже были обзоры с особенностями разработки аккумуляторов и даже разработки зарядных устройств

Во многих «безродных» аккумуляторах используются платы зарядки, которые имеют коммуникационный разъём, имеют защиту от перенапряжения, переразряда и перегрузки. И даже имеют свой встроенный балансировщик заряда. Но, при этом, балансировщик этот пассивный. «Пассивный» — означает здесь то, что единственное, что он может делать — разряжать чрезмерно быстро заряжающиеся ячейки.

Например, на фото представлена плата широко распространенного балансира. На переднем плане хорошо видны шунтирующие резисторы.


При этом, также хорошо заметно, что конструкция платы легко масштабируется до любого количества модулей аккумулятора. Принцип работы следующий. Как только напряжение на какой-то ячейке превышает максимально допустимое, параллельно этой ячейке подключается шунтирующий резистор. Его назначение — снизить зарядный ток, проходящий через эту ячейку и, тем самым, замедлить рост напряжения. Другие ячейки, тем временем, будучи на полном зарядном токе, должны набирать заряд быстрее. Если же зарядный ток снят, то балансир, работающий по этому принципу, просто отключается. Но и не может выполнить балансировку ячеек, если напряжение на них, всё таки, различается. Соответственно, он не оказывает никакого влияния на аккумулятор, который находится на хранении, что и является вторым после цены его достоинством. На плате балансира, приведённой на фото, установлена микросхема B83A (в корпусе SOT-23-6) для Li-Ion, которая отслеживает максимальное напряжение на своей ячейке. В зависимости от типа аккумулятора, применяются микросхемы с разным напряжением срабатывания. Типичная схема включения представлена на следующем рисунке.


Чуть более сложный вариант управления вместо полностью индивидуальных цепей контроля напряжения и разряда предполагает использование общего монитора. При сохранении отдельных цепей разряда для каждой ячейки. Вот например фрагмент схемы включения монитора Texas Instruments BQ77PL900, который используется для балансирования аккумуляторов Li-Ion из 5-10 групп ячеек.


А теперь посмотрим на пару примеров плат аккумуляторов под Макиту. И обратим внимание на обведённые красным участки платы. Мы можем ясно видеть монитор питания типа только что упомянутого TI. Ключи, количество которых как минимум равно количеству групп ячеек, а также те самые шунтирующие резисторы.



В отличии даже от первой примитивной платы балансира, здесь шунтирующие резисторы имеют крайне низкую мощность рассеивания.

В теории всё очень просто и надёжно. Как видим, на практике, ток шунтирования обычно составляет всего лишь 50-100 мА. А номинальный зарядный ток современных зарядных устройств — 2-4А. Традиционная схема заряда Li-Ion аккумуляторов предполагает заряд постоянным током до примерно 4.2В каждой группы ячеек. После чего, поддерживает напряжение постоянным, ток начинает падать. Как только достигает нижнего порога (обычно 10% от полного), зарядное устройство отключается. При разнице тока балансирования и тока заряда на 2 порядка, включение шунтирующих резисторов почти не влияет на балансирование. Как только зарядное устройство отключается, напряжение на группах ячеек падает ниже порогового для балансира. Существенно увеличить ток шунтирования также невозможно, так как, что эти резисторы будут сильно греться. Соответственно, появится проблема охлаждения.

Конечно, сейчас уже начали появляться платы заряда с более серьёзными схемами балансирования ячеек, но что делать с теми аккумуляторами, которые уже есть? Далеко не всегда в корпус аккумулятора можно вставить дополнительную плату активного балансира, поскольку уже имеющаяся занимает всё пространство. Но если ячейки в аккумуляторе ещё живые, хотя их и приходилось время от времени балансировать внешним зарядным устройством, то что можно сделать? Ответ китайских инженеров — использовать зарядное устройство со сниженным током зарядки.

Зарядное устройство YX-CH07

Зарядное устройство имеет компактный корпус. В отличие от «фирменных» устройств Makita, это устройство не имеет защитной крышки, прикрывающей ножевые разъёмы и коммуникационный разъём.

Компенсацией низкой скорости заряда служит наличие портов для двух аккумуляторов сразу. Во внешней рамке зарядного устройства есть 4 отверстия, которые,  вероятно, предназначены для настенного крепления. Предполагаю, что всё это намекает на то, что зарядное устройство безопасно для долговременного использования в режиме «поставил на ночь и забыл».

Характеристики зарядного устройства:

• Размер корпуса: 199 мм / 103 мм / 50 мм
• Крепёжные отверстия 4 штуки, диаметр 3.5 мм. Расстояние между центрами 68 мм х 187 мм.
• Входное напряжение: 100-240 В переменного тока
• Максимальный ток заряда: 0,75А на канал
• Подходящие модели аккумуляторов:
• Для литиевых аккумуляторов совместим с 14,4-18 В: таких, как BL1815, BL1820, BL1830, BL1840, BL1840B, BL1850B, BL1860, BL1430, BL1440, BL1450, BL1460 и т. д.
• Не поддерживаются: BL1415G, BL1430G, BL1815G, BL1830G и все аккумуляторы серии G.

По фактическим измерениям:

• напряжение отсечки 20.8-20.9V.
• Ток заряда: примерно 0,75А
• Изменения тока в процессе заряда: от 680 до 750 мА (возможно наводки из-за измерения токовыми клещами)
• После окончания заряда максимальное напряжение не сохраняется. Остаточный ток — порядка 20-40 мА.

Режимы индикации: отдельный красно/зелёный светодиод для каждого канала.
Значения режимов:

• Мигающий зелёный — нет аккумулятора
• Постоянно красный — заряжается
• Мигающие попеременно зелёный/красный — ошибка. Нет заряда.
• Постоянно зелёный — заряд окончен

Внутренности

Зарядное устройство открывается с лицевой стороны шестью саморезами. Внутри открывается плата, занимающая не больше половины объёма корпуса. В зарядном устройстве имеется подключенный коммуникационный разъём, и используются 4 контакта (один из них локальная масса).


С позиции схемотехники, плата зарядного устройства представляет собой два абсолютно независимых канала. Общим для них является лишь подключение сетевого кабеля. Остальная часть, даже входные фильтры, которые установлены перед трансформаторами первичного питания, являются полностью независимыми. То есть можно предположить, что что бы ни случилось с одним каналом, второй канал продолжит работать. Как ни странно, разводка платы неодинакова для каждого канала. Часть элементов расположена симметрично, но далеко не все. Более того, например диоды входного моста правого канала D3-D4 оказались с верхней стороны платы. Остальные два — снизу. У первого канала все 4 диода снизу. Разъёмы коммуникационной шины расположены по краям платы вблизи своих микроконтроллеров, а вот силовые разъёмы расположены рядом справа на плате. Чем руководствовались разработчики платы — не ясно.

Тем не менее на плате присутствуют входные фильтры, хотя входной предохранитель отсутствует. Фильтры обоих каналов расположены в нижней части платы. Примерная схема фильтров выглядит следующим образом.


Плата крупным планом с одной и другой стороны.



Первичный преобразователь напряжения выполнен на микросхеме CRE6359. Типовая схема включения представлена на следующем рисунке. И довольно точно реализована в зарядном устройстве. Впрочем, дроссель отсутствует.


Перечень прочих активных компонентов источника питания:

• Первичный преобразователь напряжения выполнен на микросхеме CRE6359 — U1/U2
• Диоды выпрямителя входного напряжения D1-D8 — M7
• U3/U4 — оптроны 817C
• D9-D12 — диоды US1M
• Диоды D13-D14 и конденсаторы 470мкФ/35В на 105 градусов — часть выходного выпрямителя напряжения.
• Регулируемый шунтирующий стабилизатор напряжения U5/U6 — EA1 — часть обратной связи преобразователя напряжения, реализованной через оптрон.
• Микроконтроллер неизвестен. Маркировка тщательно удалена.
• Питание микроконтроллера реализовано на линейном регуляторе 5В — U7/U8 6203A
• Непосредственно силовая часть зарядного устройства реализована на MOSFET — Q3/Q4 MOS CMS4953
• Оставшиеся активные элементы — транзисторы Q1/Q2 — J6 — (NPN | 45V 0.1A)

Во время заряда, очень сильно греются трансформаторы и диоды D13-D14. Согласно тепловизору, их температура достигает 77 градусов. Причём это при открытом корпусе. На фото хорошо заметно, то и трансформаторы, и диоды D13-D14 каждого канала расположены рядом, как и конденсаторы для сглаживания выходного напряжения. Очевидно, такой температурный режим нежелателен. И становится понятным, зачем были установлены именно конденсаторы до 105 градусов. Хотя, совершенно не ясно, зачем столь сильно нагревающиеся элементы было располагать на плате компактно в центре, хотя места вокруг более чем достаточно.


При закрытом корпусе, очевидно, режим ещё более жесткий. И, глядя на расположение вентиляционных щелей в корпусе, возникает подозрение, а не является ли вертикальное положение зарядного устройства на стене единственным правильным при его использовании? В сущности, учитывая малый размер устройства, при заряде его легко разместить так, чтобы оно именно вертикально и было расположено на стоящем на горизонтальной поверхности аккумуляторе.

Шумы на контактах ± аккумулятора. Осциллограф фиксирует некоторые всплески с амплитудой до 1.8 В напряжении при 20 В. Выглядит это как пачка импульсов, вероятно, Частота следования этих пачек порядка 25 кГц.


Проверка цифрового интерфейса. Задействованы 3 контакта. Осциллограммы сняты в режиме, когда аккумулятор уже установлен, а зарядное устройство включается в сеть 220В. Суммарно, процесс включения длится больше 16 секунд. На шине данных хорошо заметны пачки сигналов в начале подачи питания и примерно через 14 секунд.


К сожалению, PulseView не смог декодировать выявленные последовательности. Протокол Makita у него не реализован. А все прочие 1-wire протоколы проваливаются в той или иной части этой последовательности. Поэтому, можно лишь предположить, что зарядное устройство способно работать с аккумуляторами по цифровому протоколу. Но что конкретно там происходит, осталось за кадром.


Подводя итог, зарядное устройство справляется со своей задачей медленно заряжать аккумулятор. Гарантировать балансировку аккумуляторов оно не может. Но при малом токе, шансы корректной работы пассивных балансировщиков сильно увеличиваются. Поэтому его использование точно не пойдёт во вред даже тем аккумуляторам с самыми примитивными балансирами.

Высокая температура в центральной части платы вызывает некоторые опасения. Но, будем надеяться, что в вертикальном положении естественное охлаждение будет достаточным.

Зарядное устройство можно рекомендовать к покупке.