Блок питания с сенсорным управлением

Питание маломощных устройств от малогабаритных батарей и аккумуляторов выполняется простым подключением их через механические выключатели различного типа. Преимущества такого решения: отсутствие тока и напряжения в устройстве в выключенном состоянии и практически нулевое падение напряжения на выключателе во включенном состоянии. Недостатки: габариты выключателей быстро растут с увеличением тока потребления устройством и не высокая надежность срабатывания контактов.

Давно известны схемы ключей на полевых транзисторах. У современных распространенных КМОП транзисторов сопротивление канала в открытом состоянии менее 0,1 Ом при токе до 4 А и габариты менее 3 мм. Это позволяет заменить механические выключатели.

Для разработки малогабаритного блока питания была смоделирована и проверена в Proteus схема ключа на полевом транзисторе (рис.1 и рис.2) .

Рис.1. Схема в выключенном состоянии. На выходе - 0 В.

Рис.2. Схема во включенном состоянии. На выходе: напряжение источника питания G1 за минусом падения напряжения на истоке-стоке транзистора Q1.

Схема работоспособна при минимальном напряжении источника питания G1 - 3 В. Ток стока при этом может достигать 1 А, этого более чем достаточно для питания малогабаритных устройств.

Целью работы стало создание блока питания с сенсорным выключателем и зарядным устройством для литиевого аккумулятора LIR2477.

Основные технические характеристики

• Напряжение питания, В: 2-5.
• Потребляемый ток в выключенном состоянии, мкА: 4.

Схема

Рис.3. Схема блока питания с сенсорным управлением.

Схема состоит из:

• сенсора на микросхеме DD1 (TTP223) в типовом включении;
• зарядного устройства на микросхеме DA1 (TP4056) в типовом включении.

При касании контактной площадки XP2 на выходе Q микросхемы DD1 появляется напряжение, которое открывает транзистор VT1, и затвор ключа VT2 подключается к земле. Ключ замыкается (как на рис.2). Напряжение от аккумулятора G1 через открытый ключ подается на разъем XP1. Светодиод VD1 индицирует подачу напряжения на подключаемое к разъёму XP1 устройство. Для экономии ёмкости аккумулятора G1 после настройки необходимо убрать R1 (при постоянно включенном блоке питания ток через светодиод VD1 в 4 мА за 2 суток полностью разряжал аккумулятор LIR2477).

Для обеспечения зарядного тока аккумулятора 120 мА был выбран резистор R7 = 12 кОм согласно даташита на TP4056. Для исключения перезарядки аккумулятора G1 установлен диод Шоттки VD3 (SS34), выбор связан с малым падением напряжения на нем (менее 0,3 В при токах до 1 А).

Печатная плата

Рис.4. Вид сверху (зеркальное изображение).

Рис.5. Вид снизу.

Рис.6. Сторона компонентов.

Диаметр печатной платы - 33 мм. Изготовлена методом ЛУТ.

Корпус

В качестве корпуса была использована коробка из-под лекарства.

Рис.7. Эскиз.

Рис.8. 3D-вид.

Для увеличения рабочего пространства: 8 мм (60-52) колпачка при монтаже необходимо срезать, а также сделать вырез на боковой поверхности для разъёма XS1 и отверстие для сенсора XP2.

Испытания

Рис.9. Зарядка аккумулятора.

Рис.10. Аккумулятор заряжен.

При окончании процесса зарядки аккумулятора красный светодиод продолжает светиться, но зеленый светодиод однозначно сигнализирует об окончании зарядки (рис.10). При снятом аккумуляторе - светится красный светодиод, а зеленый моргает, как и описано в даташите на TP4056.

Ток потребляемый от аккумулятора в выключенном состоянии равен 3,5 мкА.

Рис.11. Включение и выключение блока питания от сенсора

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Литий-ионный аккумулятор
• Altium Designer
• Блок питания