Недавно мне потребовалось сделать девайс с питанием от батарейки. При этом имеются следующие ограничения:

• Используется контроллер STM32F407, потребляющий не так уж мало: 100мА при напряжении питания 3.3В, если верить документации.
• Контроллер работает всегда. Переход в режимы с низким энергопотреблением невозможен.
• Устройство будет находиться в герметичном корпусе. Размер критичен.
• На корпусе будет mini-USB разъём, для подключения к компьютеру.
• Время непрерывной работы – не менее 20 часов.

Исходя из этих ограничений, в качестве источника питания был выбран Li-Ion аккумулятор размера 18650 и ёмкостью 3800мАч. С таким аккумулятором девайс должен проработать примерно 23 часа, ну а потом аккумулятор необходимо будет зарядить.

Основные требования к зарядному устройству:

• Возможность заряжать аккумулятор от USB.
• Возможность питать девайс во время зарядки аккумулятора.
• Минимальный размер и, желательно, минимальное количество элементов.
• Возможность, как минимум, узнать, что подключен внешний источник питания и идёт процесс заряда.

Под данные требования лучше всего подошли микросхемы BQ24072(3/4/5/9) от Texas Instruments и ADP5061 от Analog Devices. Последняя имеет намного больше функций и корпус WLCSP (с очень удачным расположением выводов), но купить её не получилось. Поэтому, для экспериментов была приобретена микросхема BQ24072.

В микросхеме реализована функция dynamic power-path management (DPPM). Смысл данной функции заключается в том, что если используется маломощный источник питания, то при повышении выходного тока микросхема понижает выходное напряжение. Затем, если ток потребления внешнего устройства (в данном случае, Rsystem на рис 1.а.) превышает заданный порог, микросхема переключается в режим работы от аккумулятора. Для примера, на рис 1.б. показаны зависимости тока заряда аккумулятора (зелёным цветом) и выходного напряжения (красным цветом) от выходного тока (синим цветом).

Таким образом DPPM позволяет заряжать аккумулятор от маломощных источников питания, предохраняя их от перегрузки, а внешнюю систему от отключения.

Также, в микросхеме есть защита от короткого замыкания, перегрева аккумулятора, перенапряжения, но нет защиты от глубокого разряда. Поэтому, не стоит использовать аккумуляторы без встроенной защиты.

Схема (см. рис. 2) честно взята с первой страницы даташита, но EN1 = 1 и EN2 = 0 (режим работы USB500). Резистор R7 нужен в том случае, если в аккумуляторе нет термистора, или он не используется. Выход PGOOD# показывает, что подключен внешний источник питания. CHG# — что идёт процесс заряда батареи. При желании, их можно подключить к микроконтроллеру.

В итоге получилось как-то так (для удобства, при тестировании использовался аккумулятор от плеера):

Питание контроллера от аккумулятора:

Стоит отметить, что при питании внешнего устройства от аккумулятора, на выходе у BQ24072(3/4/5/9) будет напряжение равное напряжению аккумулятора! По мере разряда аккумулятора оно будет меняться от 4,2 до 2,25В. Поэтому, если нужно стабильное напряжение, лучше пользоваться преобразователями вроде ADP2108.

Ссылки.

Про аккумуляторы и их типы можно почитать тут, тут и тут.

Как лишить аккумулятор защиты, и чем это грозит.