製作咖啡罐行動電源(步驟四) @ Ken77Kuo的部落格

2017/01/07 增加修改參考資料中的說明

Step4: 組合

材料: Step1~Step3 ,1片TP4056鋰電池充電板 ,1片MP2155 DCDC,1片電池電位指示板,3個18650鋰電池,一些26AWG電線和0.3mm漆包線 ,快乾膠(膏狀).

工具：尖嘴鉗，電烙鐵，美工刀或雕刻刀 , 斜口鉗，夾零件攝子, 熱熔槍

作法：1. TP4056充電板充電時發熱改善,如下圖您買到的TP4056模組的電流設定是1.2K ohm電阻充電電流設定是1A,在電池充電時模組會有發熱正常現象但罐內是封閉空間沒有對流空氣幫助散熱,而高溫可能會影響到電池充放電或其它零件發生過熱問題,所以建議電流設在0.58~0.78A左右且注意組裝時留出空隙增加散熱空間,雖然會增加較長充電時間但可以不用加散熱片降低溫度.

2. TP4056充電板增加Chip Enable控制是option項如對以下做法沒把握者可不做請跳到第3步,這是想再增加一級過充保護利用電位比較電路在充電到4.12V左右時關掉對電池充電,設定關掉電壓值請依照自己電池規格修改電位比較電路上阻值.關掉對電池充電是控制TP4056 IC的第8腳CE信號利用將信號拉地即可關掉對電池充電.

使用斜口鉗剪斷第8腳後用膠帶貼在PCB PAD上避免焊接時又短路在一起如下圖.

焊上漆包線留約6cm長接腳處點快乾膠固定如下圖

3. 固定充電板在上蓋時因留了散熱空間所以板子有角度傾斜到電池座上,可以先放好上蓋到電池座上調好充電板位置後再左右各點熱熔膠固定即可.

4. MP2155 DCDC焊接上26AWG電線如下圖,5V輸出線留7cm長,Vi 輸入線留10cm長,板上Disable信號給Hi可以做關閉轉換電壓功能(可以不接).

將板子放在電池座上方中央點上熱熔膠固定.(請注意方向)

註:1圖中MP2155 module各位也可以用其它DC to DC module來替換.

2. 圖中MP2155 module的disable信號可以用漆包線接到TP4056充電板的IN+ 做充電時USB不供應5V功能!

點上熱熔膠固定電池座上蓋前MP2155的輸出5V,GND和漆包線標籤的5V_Vo先穿過柱子和USB座之間.

線剪掉多餘長度漆包線用刀子輕輕刮去表面絕緣後繞在USB座5V接腳上和5V輸出電線一起焊接在一起.(請注意不可以焊接到鐵殼和USB腳定義如果是反的改先焊GND哦!)

接下來焊上GND電線.(USB座等測試OK後再加點熱熔膠固定!)

熱熔膠點在板子邊緣上固定電位指示板(膠不要太多哦!),圖中的電位指示板是簡單的電位比較器電路可參考下面資料自行用製做.

MP2155 DCDC 的Vi+ 接到TP4056的BAT+ 接點最後接到電池保護板的P+ 接點

MP2155 DCDC 的Vi- (GND)接到TP4056的BAT- 接點最後接到電池保護板的P- 接點

5. 焊一條漆包線連接電位指示板電源輸入(SL34的陽極)如下圖.

同樣用漆包線連接電位指示板的GND和CE信號接點

上蓋的漆包線標籤V+ (LED陽極)接到電位指示板的SL34另一端接點

用漆包線連接電位指示板的VP+接點到TP4056的BAT+接點(電容端)

最後將上蓋漆包線的LED1~LED4接到電位指示板的LED1~LED4接點上完成所有接線.

6.裝上一顆電池測試LED,USB座是否都正常,請小心第一次插拔USB座會比較緊因上膠比較少拔出時可能連座一起上來,可以先用一字起子頂著座後再拔USB cable .

USB座測試OK後點上熱熔膠固定

裝上電池和內部保護罩再用膠帶固定

最後可以用白膠固定上蓋和罐子即完成!

下圖是不固定上蓋隨時都可以抽換別的罐子哦!

7. 安全注意事項:

行動電源初次使用或長期儲存後,行動電源可能已自動逐漸放電,在使用前應先給它充滿電,請使用5V/1A(含)以上標準USB充電器(通過安全規範)及標準USB充電連接線進行充電.
請勿在過高或過低的溫度和高濕環境中使用行動電源如廚房,浴室,雨天,雪地,..
充電時行動電源主機會輕微發熱,這是正常現象.
請勿扔擲強烈揮打震動或搖晃行動電源,否則可能會破壞內部精密的零件和完好的結構.
請妥善保存行動電源,避免置於兒童容易觸及的地方.
因輸出電流最大1A請勿使用在平板產品上充電

參考資料:

1. 電池位準指示電路:

上網可以找到很多這部份參考電路例如使用LM3914,如下圖這一開始也放進罐子內, LM3914電路請參考: http://www.electronicshub.org/battery-level-indicator/

後來改用LM2904重新設計電池位準以下圖表是亮燈指示電位方式. (請注意最新版電路LED1~4和下表相反)

先以電路模擬軟體先跑一次後再將設計好的電路焊到洞洞板測試. (注意TLV431的Vref=1.24V,最新版電路LED1~4和下圖相反)

最後設計出電路和PCB

2. MP2155 module如下圖中H5原本是Vi 的GND,由Q1控制開關U2 NMOS 達到開啟or關閉MP2155,因舊式的Boost converter電路將IC disable時輸出會有Vi-Vf電壓,所以一開始設計MP2155電路時加上了斷開Vi設計,後來測試時確認將MP2155的EN拉Low後輸出電壓=0V所以可以省掉U2.

MP2155 datasheet: https://www.monolithicpower.com/Products/Product-Detail/683/SwitchingRegulators/DC-DCPowerConversion/Buck-Boost/MP2155

下圖是拿到MP2155 samples時馬上焊在洞洞板上實驗測試.

電路圖:(省掉U2加上跳線)

圖中MP2155第7腳是設定PWM/PSM 為自動模式切換功能,功能是MP2155分別在負載重和負載輕條件下依舊有高效率表現。做法是通過檢測high-side power switch的導通時的電壓升降和流過電感器的瞬態電流,在負載輕時保持MOSFET處於截止(off)狀態在幾個switch cycle負載重時切回PWM mode.簡單的說法是負載輕時電壓上升電流小進入PSM mode,負載重時電壓上升電流高進入PWM mode.

( pulse-width modulation (PWM) ,pulse-skipping modulation (PSM))

選用升壓電壓模組時要注意輸出的ripple voltage和效率

有些人是用XL6009 module做USB 5V輸出,我也買了幾片放進罐中但發現有個大問題是ripple 電壓太大,我在電壓輸出接上USB LED耗電約在5V/0.13A,量測電壓輸出p-p約在161mV,如增再持續加一上負載則輸出ripple電壓會隨輸出負載增加明顯增大.下圖是輸出電壓加載0.13A時波型相信大家和我一樣不敢用這模組來充電吧! 如果您有看IC datasheet會發現其它問題,但是板子買了好多片要怎麼辦?

XL6009 DC/DC module 5Vo/0.13A (without LC circuit)