4056E: Модуль контроллера заряда TP4056 + защита для аккумуляторов или Вторая жизнь миксера из Икеи

Расширение возможностей зарядного устройства на базе модуля TP4056

Привет всем!
Область применения популярного модуля TP4056 (далее – модуль) можно расширить, если использовать его в составе предлагаемого зарядного устройства (далее – ЗУ).
Изначально этот модуль предназначен для зарядки только одного Li-ion-аккумулятора, однако его полезные свойства при некотором техническом дополнении могут быть использованы для зарядки 2-х и более аккумуляторов, соединённых последовательно, а также для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов напряжение 6В и 12В. Просто так соединить 2 модуля TP4056 последовательно для зарядки 2-х Li-ion-аккумуляторов невозможно. Поэтому я предлагаю вашему вниманию нужное техническое решение. В нём основные параметры зарядного процесса определяются модулем, то есть достаточно точно. Используются недорогие элементы общего применения.
Зарядное устройство предназначено для зарядки сборок 2S, 3S, 4S Li-ion, Li-pol или гелевых свинцово-кислотных аккумуляторных AGM-батарей (далее – АБ).
Настройка ЗУ на конкретный тип АБ осуществляется изменением номинала 1 (всего одного) резистора R5 на плате ЗУ в соответствии с табл. 2.
Величина тока заряда программируется 1 резистором на плате модуля ТP4056, в зависимости от номинальной ёмкости применяемых аккумуляторов в соответствии с таблицей, приведенной в его даташит. Как правило, AGM-аккумуляторы заряжают током не более 0,1 от числового значения его ёмкости, Li-ion-аккумуляторы – 0,2-0,5 от числового значения его ёмкости.
UTrickle – это напряжение (2,9В) первичного включения тока модулем ТP4056 относительно его общего провода In-, Bat-.
UFull (другое название UPreset) – это напряжение (4,2В) выключения тока модулем ТP4056 относительно его общего провода In-, Bat-. Последующее включение тока происходит при напряжении около 4,0В.
NUTrickle – это напряжение относительно общего провода ЗУ на N последовательно соединённых Li-ion-аккумуляторах.
NUFull – это напряжение относительно общего провода ЗУ на N последовательно соединённых аккумуляторах.
Модуль ТP4056, установленный ЗУ, управляет параметрами зарядного процесса и отслеживает пороги UTrickle и UFull. По мере увеличения напряжения на АБ и, соответственно, на модуле ТP4056, модуль сначала формирует малый ток заряда. После достижения заданного порога NUTrickle, модуль заряжает АБ заданным током. После достижения порога NUFull модуль переходит в режим заряда постоянным напряжением. Ток заряда с этого момента постепенно уменьшается без участия модуля ТP4056. Когда значение тока уменьшается до 1/10 заданного, модуль отключает заряд. Можно отключать ЗУ.
Если не отключить, через некоторое время напряжение на АБ, и соответственно, на модуле по естественным причинам снизится ниже 4,0В, модуль снова включает заряд. Процесс повторяется и сопровождается чёткой индикацией состояния заряда и отключения заряда.

Таблица 1. Пороговые напряжения на модуле ТP4056 в составе ЗУ относительно общего провода ЗУ для Li-ion и Li-pol аккумуляторов. N = 2, 3 или 4.

Таблица 2. Конечное напряжение заряда, напряжение на выходе регулятора, номинал резистора R5 (R4 = 30кОм) и минимальное рекомендуемое напряжение питания ЗУ.

Максимальное рекомендуемое напряжение питания ЗУ – должно быть не более чем на 1В-2В выше минимального при большом заданном токе заряда (1А). Соображения относительно напряжения питания ЗУ продиктованы не какими-то особыми требованиями питания ЗУ, а общими соображениями относительно минимизации рассеиваемой мощности на регуляторе напряжения.
Данная схема полностью (кроме очень малого тока через делитель R4/R5) отключает ток заряда при достижении заданного напряжения на АБ и сопровождает процесс чёткой индикацией. В простых ЗУ индикация процесса окончания заряда либо отсутствует, либо пригасает при окончании заряда, что приводит к ложному выводу о том, что заряд окончен, хотя на самом деле нет, либо что заряд ещё не окончен, хотя на самом деле да.
Данная схема позволяет использовать низковольтный (не более 5,5В питания при больших токах заряда) модуль ТP4056 в условиях более высокого напряжения при заряде последовательно соединённых аккумуляторов.
Теория. Напряжение на резисторе R4 при подключенной АБ фактически имитирует напряжение на одной верхней (реальной или воображаемой) ячейке АБ. Резисторы в делителе напряжения выбираются такими, чтобы напряжение на резисторе R4 достигло 4,2 В при достижении конечного напряжения заряда АБ.
Пример 1. Пусть R4 = 30кОм. Для конечного напряжения AGM АБ, равном 7,2В резистор R5 должен быть равен (7,2-4,2)x30кОм/4,2 = 21,4кОм. Можно взять 22кОм из 5% ряда.
Пример 2. Пусть R4 = 30кОм. Для конечного напряжения Li-ion АБ, равном 8,4В резистор R5 должен быть равен (8,4-4,2)x30кОм/4,2 = 60кОм. Можно взять 62кОм из 5% ряда.

Рисунок 1. Способ включения модуля ТP4056 для управления зарядом АБ из последовательно соединённых аккумуляторов. Элементы защиты модуля не показаны.

Рисунок 2. Схема ЗУ для разных типов аккумуляторов.
Если резистор R5 сделать равным 0, можно заряжать также 1 (одну) Li-ion или Li-pol аккумуляторную ячейку.
Прочие элементы схемы не нуждаются в изменении номиналов при изменении вида АБ.
Диоды D1 и D2 выполняют защитную функцию в моменты включения, в случае короткого замыкания выхода ЗУ (кратковременно) и при выключении питания ЗУ при подключённой АБ. Не следует менять эти Шоттки-диоды (с низким прямым падением напряжения) на обычные выпрямительные потому, что защитную функцию можно потерять. Диод D2 не позволяет опуститься напряжению на выводе Bat+ ниже, чем на Bat- (ниже минус 0,3В…0,4В).
Кроме того, этот диод снижает напряжение регулятора при коротком замыкании выхода ЗУ. Конечно, регулятор (LM317) при этом попадёт в перегрузку и далее должна сработать его внутренняя защита по перегреву.
Низкий потенциал цепи питания модуля достаточно точно поддерживает операционный усилитель ЗУ. Ток, втекающий в операционный усилитель-повторитель, состоит из тока делителя R1/R2 + ток светодиода + ток ТP4056 и не превышает 9мА…10мА.
Независимо от напряжения на АБ напряжение питания модуля ТP4056 поддерживается постоянным на уровне около 5,0В (5,5В минус 0,5В падения на диоде). Высокая точность напряжения на входе модуля не требуется, в модуле имеется внутренняя стабилизация как входного, так и выходного напряжения UFull. Однако требуется хорошая точность задания нижнего потенциала питания модуля в зависимости от применяемого вида АБ, что и обеспечивает схема ЗУ.
Это вызвано тем, что относительно именно этого потенциала модуль точно следит за процессом заряда.
Резистор R3 через делитель R4/ R5 поддерживает выходное напряжение ЗУ на холостом ходу равным или немного выше конечного напряжения АБ, не влияя на точность заряда при подключённой АБ. Ток через R3 переводит модуль в состояние окончания заряда с индикацией «полный». Без этого резистора модуль непрерывно переключается из состояния «заряд» в состояние «полный», что вполне допустимо и объяснимо, однако это не лучший вариант индикации. При подключённой АБ этот резистор не оказывает влияния на делитель напряжения, поскольку его сопротивление велико по сравнению с малым внутренним сопротивлением АБ. Однако если АБ имеет в своём составе аккумулятор, который потерял свою ёмкость (некоторая его проводимость, как правило, остаётся), это приводит к частым попыткам модуля включить заряд. В результате светятся оба индикатора – «заряд» и «полный», что служит индикацией непригодности аккумулятора.
Дополнительный модуль может быть изготовлен в тех же размерах, что и модуль ТP4056 (22мм*17мм) с теми же 4 отверстиями (пинами) по углам плюс 2 входных пина для подачи питания и плюс 2 выходных пина для подключения АБ. Дополнительный модуль соединяется 4 проводящими штырьками с модулем ТP4056 через пины один над другим как этажерка.

Рисунок 3. Размеры дополнительного модуля.

Рисунок 4. Сборочный чертёж верхнего слоя платы дополнительного модуля.

Рисунок 5. Рисунок верхнего слоя печатной платы дополнительного модуля.

Рисунок 6. Сборочный чертёж нижнего слоя печатной платы дополнительного модуля.

Рисунок 7. Рисунок нижнего слоя печатной платы дополнительного модуля.

Печатную плату при необходимости можно немного удлинить с одной или с двух сторон для добавления в ней 2-х отверстий для крепления этого доп. модуля (вместе с модулем TP4056) в корпусе ЗУ.
На плате доп. модуля предусмотрена возможность установки выводного светодиода вместо одного из двух SMD-светодиодов, расположенных на плате модуля TP4056. Это может быть удобно для выведения светодиода на поверхность корпуса, в котором расположено ЗУ. В этом случае минусовый вывод этого светодиода надо соединить с платой модуля TP4056 отдельным проводником. На выбор: можно индицировать заряд или его окончание. При этом SMD-светодиод надо удалить, а токозадающий резистор 1кОм оставить. SMD-светодиод параллельно с выводным светодиодом работать не смогут (один будет шунтировать другого). Не следует уменьшать резистор, задающий ток через светодиод на плате TP4056, чтобы не перегружать операционный усилитель этим током.

Все вопросы в Форум.

ЗАРЯДНОЕ НА МИКРОСХЕМЕ TP4056

В интернет магазинах появились в продаже недорогие и компактные платки ЗУ литиевых аккумуляторов на микросхеме TP4056, а так же отдельные микросхемы. Для тех, кому трудно что-то похожее собрать самому, но хочется иметь нечто приемлемое из ЗУ для своих аккумуляторов, данная платка будет очень кстати.

Я недавно приобрёл их несколько штук и такое зарядное встроил в свой фонарик. В фонаре была зарядка от сети и внутри него стоял гасящий конденсатор с диодным мостом и всё – с такой зарядкой аккумулятор быстро бы пришёл в негодность.

Пару месяцев испытаний подтвердили – работает микросхема просто отлично! Потому и выложил рецензию по ней. И главное, платка сразу же пригодилась, купил хороший фонарик, а там зарядка просто никакая, пожалел аккумулятор и установил новое ЗУ, влезла как влитая с минимумом переделок.

У микросхемы на донышке есть пластинка для отвода тепла, она имеет общий минус, не стоит этим пренебрегать! На печатной плате под неё предусмотрена площадка для отвода тепла. Чип TP4056 начинает незначительно греться при длительной зарядке током от 800 мА. Печатка сделана в зеркальном виде (сразу на печать), тут выложен общий вид для ознакомления с расположением деталек. На плате есть чип перемычка с нулевым сопротивлением, в зависимости от питаемого напряжения её можно заменить на диод шоттки или просто диод в smd исполнении, согласно разновидности схем.

Их себе почти десяток потом заказал, и пару микросхем отдельно – это если готовая платка куда-то не влезет, можно и самому развести, деталек минимум. У себя резистор Rprog заменил на 2,2к под зарядный ток 540 мА, пока заряжал аккумулятор нагрева не заметил никакого. На плате стоит резистор на заряд 1 А, таким током правда не заряжал, но читал рецензии, что с ним нагрев есть незначительный, для успокоения решается простой установкой маленького радиатора на микросхему.

Радует ещё то, что цена очень заманчивая, они ранее стоили намного дороже и не так были распостранены, а теперь дешевле и доступней. Соответственно, будет в интернете попадаться что-то интересное по ним, буду добавлять на форум. Пока вот ещё немного информации по данной микросхеме. С вами был Igoran.

   Форум по ЗУ

   Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ НА МИКРОСХЕМЕ TP4056

СХЕМА ЗАРЯДНОГО НА TP4056

   Литиевые аккумуляторы вся больше и больше используются в различных мобильных устройствах и, с некоторым запозданием, электронных игрушках. То, что раньше получало энергию от 3-х пальчиковых батареек, теперь возможно питать от одной Li-Ion, формата (или типоразмера) 18650. По-сути, это почти копия АА. Вот только заряжать их немного сложнее, чем АКБ старого (никелевого) типа. Предлагаем использовать готовые блоки USB зарядных устройств Li-Po, которые подойдут для LiPo/LiIon элементов.

   У них всего два светодиода – красный если заряжается, зеленый если полностью заряжен. Маленькие, удобные и дешевые устройства на основе микросхемы TP4056.

Схема подключения TP4056

Зарядное от USB на TP4056

   Большинство таких контроллеров заряда имеют один резистор, который устанавливает ток заряда, так что изучив даташит на микросхему становится понятно, как изменять его в широких пределах. Ток заряда задаётся резистором R4, по умолчанию впаян резистор на 1,2 кОм, что соответствует току заряда приблизительно 1 А. Мы провели эксперименты, и вот какие значения получили с другими номиналами:

   На основе полученных значений можно составить график зависимости тока от сопротивления для зарядного устройства на TP4056.

   Для других типов аккумуляторов применить эту схему не удастся, но литиевые батареи всех типов работают с ней отлично. Предлагаем отличный вариант: одну банку от АКБ старого нерабочего мобильного телефона или ячейку ноутбука, плюс данное устройство. И вот теперь у вас есть ёмкий, стабильный источник напряжения 4 В, который пойдёт на замену обычным батарейкам в самых различных случаях. А заряжаться он будет от стандартного USB выхода 5 вольт. Но согласно паспорту к микросхеме, она с успехом работает в диапазоне входных напряжений 1-8 В.

Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов

Для долгой и счастливой жизни литиевого аккумулятора очень важно правильно его заряжать. Не менее важно контролировать так же и разряд. На наше спасение, уже давно придумали контроллер заряда литиевых аккумуляторов в виде готового модуля. Но можно ли ему доверять, сейчас мы это и проверим.

Как заряжать литиевые аккумуляторы

Вся фишка зарядки литиевых аккумуляторов кроется в том, что ни ток заряда ни напряжение не должен быть постоянными. Процесс заряда должен проходить по определенным фазам:

1. При полной разрядке аккумулятора (около 3 вольт) ток заряда должен быть максимальным. Обычно он не должен превышать значения емкости аккумулятора (С).
2. По мере накопления заряда аккумулятором, т.е. увеличения напряжения на клеммах аккумулятора, ток заряда должен уменьшаться.
3. При достижении 90% от полного заряда, ток заряда должен снизиться до уровня порядка 0,1С. Как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4.1-4.15 вольта, процесс заряда должен прекратиться.

Соблюдение этих правил заряда литиевого аккумулятора обеспечит ему продолжительный срок службы. Разрядка литиевого аккумулятора ниже 3 вольт, а так же его регулярная перезарядка даже на 0.1 вольта значительно сокращает емкость аккумулятора.

Готовые микросхемы

Сегодня существуют  микросхемы, представляющие из себя готовый контроллер заряда li ion аккумуляторов. Одной из таких микросхем является TP4056 (скачать даташит). Схема контроллера заряда литиевых аккумуляторов на TP4056 выглядит следующим образом:

Однако, если вам вздумалось ее реализовать, то спешу вас огорчить. Потраченные усилия, время и деньги во много много раз превысят покупку готового модуля, построенного по точно такой же схеме.

Модуль контроля заряда Li-ion аккумулятора

Специально для этой статьи я сотворил ролик, в котором показал, как пользоваться подобными модулями, а так же как собрать мощное зарядное устройство на этих модулях.

Это мой первый «шедевр» для Ютуба, поэтому буду очень рад просмотру. А еще больше буду рад любому Вашему фидбэку 🙂

Если Вы посмотрели ролик, то уже знаете, что готовый модуль контроля заряда литиевого аккумулятора можно прикупить всего за 30 центов.А так же то, что такие модули существуют как с контролем разряда аккумулятора так и без него.

Приключения с TP4056 — СделайСам — Витебск

Однажды передо мной стала задача сделать пару различных устройств с автономным питанием, то есть переносных. Конечно, в качестве питания я выбрал удобные Литий-Ионные аккумуляторы формата 18650, а для их защиты я решил использовать «народную» плату защиты-зарядки TP4056.

При своей невысокой цене (где-то с полдоллара), плата зарядки с защитой TP4056 очень удобна при создании различных самодельных устройств.

Во-первых она является готовым зарядным устройством для литиевого аккумулятора. Для заряда батареи необходимо подать 5 вольт на разъём Micro-USB, или на контактные площадки рядом с ним. Зарядный ток можно подрегулировать путём замены бескорпусного резистора R3, но я решил что в моём случае это не требуется: вред аккумулятору может нанести только слишком большой зарядный ток. Я буду использовать аккумуляторы большой ёмкости (16850, около 3000 mAh), так что для них зарядный ток будет даже немного маловат. А малый зарядный ток может ухудшить только длительность заряда аккумулятора, а это для меня не самая важная задача. По умолчанию зарядный ток в этой плате равен 1 амперу, а при обычной скорости зарядки 1C это примерно соответствует обычному литиевому аккумулятору 1000mAh.

Во-вторых, последняя модификация этих плат имеет защиту аккумулятора:

• от чрезмерного разряда аккумулятора (схема отключает аккумулятор при разряде аккумулятора до 2.8 вольт)
• от чрезмерного заряда (возможно это часть зарядного устройства. Предел заряда — 4.2 вольт)
• от чрезмерной нагрузки или короткого замыкания.

На рисунках приведены схемы включения двух вариантов плат TP4056 — без защиты и с защитой. Я стараюсь во всех своих самоделках использовать плату именно с защитой аккумулятора.

История проблемы:

На первом этапе сборки устройства, конечно мне было лень впаивать выключатель. Однако для дальнешего удобства замены вышедшего из строя аккумулятора, я воспользовался контейнером-кассетой для аккумулятора 18650.

Подключение я производил по приведённой ниже схеме. Справа — бустер — повышатель напряжения батареи до 5 вольт, необходимых для питания Ардуино. Вместо выключателя я вынимал аккумулятор 18650 из контейнера.

Как правило, в результате такого включения TP4056 на выходе выдавал напряжение около 0.5 вольта, вместо 4.2 положенных (по крайней мере настолько была заряжен аккумулятор), и этот факт не давал мне рассматривать такую схему питания как надёжную. Нужно было срочно искать выход, найти другой надёжно работающий способ питания Ардуино.

Интересен тот факт, что эта ситуация повторилась, когда я заменил модуль TP4056 на простую плату защиты без зарядного устройства (Отдельное спасибо другу Павлу, предоставившему модуль для тестов). Такие простенькие модуляи обычно встраивают в аккумуляторы мобильных телефонов.

Разгадка пришла так же внезапно, как и появилась проблема! Моя ошибка была в том, что я рассматривал модуль TP4056 как часть моего устройства, а аккумулятор как сменный, отчуждаемый элемент. На самом же деле — модуль TP4056 вместе с аккумулятором составляют единый модуль питания, и уже этот комплекс нужно отсоединять от остальной схемы при выключении устройства. Когда я поставил выключатель, как показано на схеме ниже — всё заработало надёжно!

TP4056 Лист данных

% PDF-1.6 % 2 0 объектов > endobj 63 0 объектов > поток применение / PDF