¿Cuál es la razón por la que este circuito de carga de batería USB no funciona sin un diodo?

Question

Tengo una sola célula, ~2100mAh nominal de Li-Ion de la batería. Algo así como 18650, lo he sacado de un paquete de baterías de ordenador portátil. Quiero hacer un circuito de carga simple para él ya que voy a utilizar en el monitor de ritmo cardíaco que estoy tratando de construir.

Voy a alimentar la batería a través del puerto USB. Cada vez que el cable USB está conectado al dispositivo para comunicarse con el PC utilizando MCP2200 Convertidor de USB a serie, también cargará la batería de iones de litio, que es la principal fuente de alimentación del dispositivo.

A continuación se muestra el circuito que estoy utilizando:

Así es como funciona:

V_BUS es la alimentación de 5 V del bus USB. C15 es el condensador bulk, no quise violar la norma, así que puse un condensador de 4.7 uF. Además, como no quería violar el límite de corriente de la norma, he puesto un limitador de corriente en el circuito cargador; D5 y D6 limitan la tensión que cae sobre R22 + (Vbe de Q2).

El funcionamiento del circuito de carga es sencillo; Q2 está limitado en corriente, pero para limitar también la tensión, TL431 está configurado para controlar la base de Q2 con respecto a la tensión en el nodo A.

Además, hay otros circuitos después del nodo B, que se alimentan de la batería BT2. Aquí se muestra parte de ella:

Ahora, pensé que no hay manera de que la batería puede suministrar corriente a Vbus desde Q2, D5 y D6 será sesgada inversa, pero parece que estoy equivocado en algunos puntos. A ciertos voltajes de la batería, por ejemplo a unos 3,8V, el MCP2200 no puede enumerar y Windows no lo reconoce como un puerto serie virtual. Cada vez que quito la batería, este problema se resuelve, USB enumera con éxito cada vez.

Además, he insertado un diodo entre el nodo A y el nodo B con una polaridad que se muestra en el esquema, y esto funcionó, también. Sé que tengo que conectar R28 al nodo B de nuevo para compensar la caída de tensión del diodo añadido.

Eso me hace llegar a la conclusión de que la batería alimenta el circuito a la izquierda de la misma y se lía con los niveles de tensión o corriente de la norma USB y no puede enumerar. Sin embargo, no puedo dar una explicación lógica.

Edita: Cuando el voltaje de la batería es de 3,8 V, mido 4,3 V en el nodo V_BUS cuando el cable USB no está conectado y hay un diodo entre el Nodo A y el Nodo B.

Edita: Parece que V_BUS estaba siendo alimentado por el pin Rx del MCP2200, a través del diodo de protección dentro del MCP2200. Madmanguruman lo dijo bien, tengo que incluir el esquema completo y aquí va; Página 1 y Página 2 del esquema completo. He editado el código para dejar este pin a 0 V en lugar de 5 V, y el problema parece estar resuelto ahora.

¿Cuál es la razón por la que este circuito de carga de batería USB no funciona sin un diodo?

Answer 1

Como señaló Madmanguruman, no mostraste tu esquema completo, por lo que no nos fue posible diagnosticar el problema.

La razón por la que estabas viendo algunos problemas cuando conectaste tu cable USB, es porque ya había un voltaje presente en el V_BUS antes de que conectaras tu cable. Además, este voltaje puede incluso estar fluctuando.

Aquí está la razón por qué; los microcontroladores PIC generalmente tienen diodos de protección, que se llaman diodos de abrazadera interna, a ambos carriles en su entrada para que cualquier sobretensión, es decir, tensiones superiores o inferiores a una caída de diodo de Vcc o Vss. El MCP2200 es rumoreado un PIC18F14K50. Este es el pseudo diagrama de bloques de los pines de entrada del MCP2200:

Cuando no hay voltaje presente en V_BUS, que es el caso de un cable USB desenchufado, el voltaje aplicado, por lo tanto la corriente, fluye a través del pin de entrada, que es Tx de tu microcontrolador, a través del diodo superior, al V_BUS. Ahí lo tienes, 4,3V en tu V_BUS, exactamente una caída de diodo por debajo.

Esto es lo que hay que hacer; haz que el pin Tx de tu microcontrolador esté en LOW si estás golpeando bits, o desactiva el módulo UART si estás usando los periféricos serie de hardware, hasta que de alguna manera entres en el modo serie.

Si no hay algún tipo de "modo serie" o "modo de conexión a PC" en tu aplicación, puedes detectar la conexión comprobando si hay una entrada serie, por ejemplo, arrancar el módulo (o poner el pin TX en ALTO si estás haciendo bit-banging) después de recibir un carácter, digamos; S .

Cuando inicies el puerto serie, pon el pin Tx de tu microcontrolador en HIGH, después asegúrate de transferir un carácter ficticio o el MCP2200 se confundirá y no podrás comunicarte por serie.

Answer 2

Sin tensión catódica de V_BUS, el regulador no puede generar su tensión de referencia, por lo que está en ON cuando la batería está conectada. V_BUS es derivado a masa por la resistencia de 100 ohmios.

Edita: No. Respuesta equivocada. Pensé que podría ir inestable cuando V cátodo menos de V ref-interna, y V ref alta.

Answer 3

Interesante solución de descarga de batería a divisor de tensión para TL431:

http://belza.cz/charge/liich.htm