Chargeur LiPo 1cell

Principe Général

Les batteries LiPo sont de plus en plus utilisées car elles offrent de nombreux avantages en terme d'encombrement et de poids. Elles nécessitent par contre une attention permanente, en particulier lors de la charge.
De nombreux chargeur existent dans le commerce, notamment dans le monde du modélisme. Malheureusement en raison d'un courant de charge trop élevé ils sont trop souvent incapables de charger les batteries de très petite capacité (moins de 100mAh). Par rappel, une batterie ne doit pas être chargée avec un courant supérieur à sa capacité (batterie de 100mAh => courrant de 100mA) si on veux éviter de la dégrader.

Nous allons donc étudier la réalisation d'un chargeur à la fois simple et peu couteux capable de charger les batteries LiPo de petite capacité.

Le choix des composants

Un bon chargeur ?

Le chargeur le plus simple se doit d'être une source de tension de 4.2v à courant constant. Mais ce n'est pas suffisant pour faire un bon chargeur car il faut également réduire considérablement le courant de charge si la tension descend sous les 2.9v et stopper la charge si la tension dépasse 4.2v ou que l'intensité est réduite.

Nos critères sont les suivants:

• Pouvoir charger 1 cellule LiPo
• Effectuer toutes les vérifications et automatismes nécessaires
• Proposer un choix facile du courant de charge
• Être simple à fabriquer

Les IC "tout en un"

De nombreux fabricants proposent des IC "tout en un" qui ne nécessitent que quelques condensateurs et résistances. Certains sont disponibles dans des packaging SOIC ou SOT23 plus facile à souder que du TDFN/TQFN. Le choix du courant se fait via une résistance.

Deux composants sortent du lots: le MCP73831 de MicroChip et le LTC4054 de Linear.

Ils existent de nombreuses variantes de ces composants selon leur courant de précharge, le tension d'arrêt et leur packaging. Attention à bien lire la Datasheet ! Pour notre prototype nous allons utiliser un MCP73831-2ACI/OT, ce qui correspond à:

• Device: MCP73831 // Single-Cell Charge Controller
• Voltage: 2 // VREG = 4.20V
• Options: AC // IPREG/IREG = 10
• Temperature Range: I // -40°C to +85°C (Industrial)
• Package: OT // Small Outline Transistor (SOT23), 5-Lead

Réalisation

Le schéma au format Eagle + le PCB en PDF. Et un aperçu du schéma:

Chargeur en cours de test avec un DIP4 et des résistances "exotiques"

Quelques explications:

Le MCP73831 a été remplacé par un AOP adoptant le même packaging SOT23 car Eagle ne disposait pas du composant. La correspondance de brochage est respectée (voir datasheet).

L'alimentation doit se faire en 5V. On peut donc utiliser l'USB ou un 7805 branché sur une alimentation externe.
Dans le cas de l'USB il ne faut faire attention à ne pas dépasser la limite que peux fournir la source: 100mA normalement, mais jusqu'à 1A sur certains hub/chargeurs USB.
Dans le cas du 7805 il doit être capable de fournir les 500mA que le chargeur peut débiter. Un régulateur en TO220 devrait fournir 1A sans problème à condition de lui adjoindre une petit radiateur.

Le choix des résistances n'est pas fait au hasard et suit une logique binaire (forcément avec des DIPswitch). On peut facilement régler l'intensité de 10mA jusqu'au maximum du composant (500mAh) avec un pas de 10mA. Par exemple en activant R1 => 10mA, en activant R4 => 80mA et en activant R1+R4 => 90mA. On peut s'approcher des valeurs théoriques du schéma en piochant dans la série E24 (et même E12 avec quelques compromis).

• R1: 100kOhm => 100kOhm => 10mA
• R2: 50kOhm => 51kOhm => 19.6mA
• R3: 25kOhm => 24kOhm => 41.6mA
• R4: 12.5kOhm => 12kOhm => 83.3mA
• R5: 6.25kOhm => 6.2kOhm => 161.3mA
• R6: 3.125kOhm => 3kOhm => 333.3mA

Avec cette configuration il est possible de débiter plus que le MCP73831 peut fournir. Il faut donc faire attention même si on risque pas la destruction du composant car celui-ci dispose d'une protection intégrée.
On peut aussi adopter une configuration évitant de dépasser les 500mA, cette fois ci avec une graduation par 8mA. C'est aussi plus précis mais moins pratique à calculer:

• R1: 128kOhm => 130kOhm => 7.7mA
• R2: 64kOhm => 62kOhm => 16.1mA
• R3: 32kOhm => 30kOhm => 33.3mA
• R4: 16kOhm => 16kOhm => 62.5mA
• R5: 8kOhm => 8.2kOhm => 121.9mA
• R6: 4kOhm => 4.3kOhm => 232.5mA

Autre point important: le minimum de charge que peut fournir le MCP est de 15mA car Rprog ne doit pas dépasser 67kOhm. En conséquence, si on active uniquement R1 la charge ne démarrera pas.

Liens

Quelques liens:

• Un chargeur basé sur le MCP73833.
• Un chargeur basé sur le LTC4054