Tc4056a схема подключения к планшету
Обновлено: 05.07.2024
Прогресс в сфере носимой коммуникационной электроники, такой как мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки, происходит быстрыми темпами, и даже можно сказать скачками. Современные портативные устройства хотя и выполнены на экономичных и энерго-эффективных чипах и процессорах, но в общей сложности, ввиду своей многофункциональности, энергопотребление устройства в целом довольно велико, и следовательно требует ёмких аккумуляторов питания и мощных зарядных устройств для этих аккумуляторов. Это всё ничего, но такими зарядными устройствами невозможно корректно зарядить аккумуляторы малой ёмкости, которые зачастую достаются радиолюбителю из старых мобильных телефонов или разобранных батарей ноутбуков:
Аккумуляторы старых мобильных телефонов и из разобранной батареи ноутбука
Такие аккумуляторы, как правило, извлекаются из отработавших определённый срок устройств, и характеризуются пониженной ёмкостью и возросшим внутренним сопротивлением. Их вполне можно использовать в различных радиолюбительских самоделках с автономным питанием и сравнительно низким энергопотреблением, но если заряжать такие аккумуляторы стандартными современными средствами током большой величины, то прекращение заряда будет происходить при их неполной зарядке, что нецелесообразно, и не позволит задействовать весь оставшийся ресурс.
Описание
Как раз для корректной и полной зарядки отработавших и потерявших свои первоначальные свойства аккумуляторов и разрабатывалось предлагаемое простое зарядное устройство, максимальный зарядный ток которого не превышает 350 мА, а процесс зарядки производится методом ток-напряжение до значения 4,35 В. Имеется индикация режима зарядки и защита самого устройства от короткого замыкания в нагрузке. Питание производится от осветительной сети 220В, или от автономного источника с постоянным напряжением 5В, а собрано всё в компактном корпусе ЗУ мобильного телефона:
Внешний вид готового устройства
Внимание! Автор статьи не является разработчиком отдельных узлов единой конструкции, и никак не претендует на их схемотехнические решения. Данное устройство работает под высоким напряжением, опасным для жизни. Строго соблюдайте все меры безопасности. При повторении и/или ремонте Вы всё делаете на свой страх и риск. Автор не несёт никакой ответственности за Ваши действия.
Что бы не придумывать всё с нуля и облегчить задачу как проектирования, так и повторения, за основу конструкции был взят модуль зарядки литий-ионных аккумуляторов с обозначением TP4056, который собран на одноимённой микросхеме, представляющей собой линейный стабилизатор тока с внешним резистором, задающим его значение. В составе имеется разного рода защита и индикация режимов работы, а его цена на Алиэкспресс довольно низкая, которая составляла 12 центов на момент написания статьи. Там же есть и вариант с защитой самого заряжаемого аккумулятора от глубокой разрядки, но в данном случае такая опция была не нужна:
Плата модуля зарядки TP4056
Сам модуль имеет разъём микро-USB для подачи питания, которое дублируется на контактных площадках возле него. Так же на контактные площадки выведено выходное напряжение, для подачи на заряжаемый аккумулятор. Как уже говорилось, основой модуля является микросхема TP4056, кроме которой на плате установлены индикаторные светодиоды и некоторая обвязка. Типовая схема включения микросхемы довольна простая, и дополнительно учитывает подключение датчика температуры, для защиты заряжаемого аккумулятора от перегрева, но его подключение на плате модуля не предусмотрено, хотя при большом желании терморезистор можно подсоединить к первому выводу микросхемы:
Типовая схема включения микросхемы TP4056
Схема подключения модуля зарядки TP4056 и формула для расчёта сопротивления программного резистора
Кроме этого имеется так же таблица готовых значений сопротивления этого резистора под определённую силу зарядного тока. Самым оптимальным током зарядки для небольших аккумуляторов был выбран ток порядка 350 мА, которому в этой таблице соответствует значение сопротивления где то между 3 и 4 кОм. Далее заводской резистор поверхностного монтажа был выпаян, а на его место был установлен выводной резистор на сопротивление 3,3 кОм. Если считать по формуле, то зарядный ток как раз получается около 360 мА. Так же с платы были удалены штатные светодиоды, а их контакты были выведены наружу тонкими цветными проводниками в изоляции:
Доработанная плата модуля TP4056 и таблица соответствия тока зарядки от сопротивления резистора
Так же цветные проводники были припаяны и к контактным площадкам модуля, для дальнейшего подключения к месту назначения. А сама плата была установлена в нижнюю часть корпуса с сохранением штатного USB-разъёма, под который в нужном месте было сделано продолговатое отверстие. Через этот разъём можно будет производить зарядку аккумуляторов от других автономных источников с выходным напряжением 4,5 - 7,5 Вольт:
Установленная в корпус плата модуля TP4056
В качестве штатного источника питания, был применён преобразователь сетевого напряжения, уже имеющийся в используемом корпусе адаптера для телефона. Его принципиальная схема очень простая, и по желанию её можно легко повторить. Преобразователь основан на обратно-ходовом блокинг-генераторе и содержит минимум деталей. Подобное устройство уже описывалось в предыдущей статье, но хотя, по сравнению с прошлым, в схеме и имеется второй транзистор, её сборка будет ненамного сложнее одно-транзисторной конструкции:
Принципиальная схема преобразователя сетевого напряжения
На транзисторе Q1 выполнен блокинг-генератор, возбуждающийся за счёт положительной обратной связи по переменному току, посредством трансформатора Tr1, через цепочку C4, R6.
Стабилизация выходного напряжения, а точнее напряжения на обмотке связи III, происходит за счёт отрицательной обратной связи по постоянному напряжению через выпрямительный диод D6, и задающий уровень выходного напряжения стабилитрон ZD1. Конденсатор C3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения отрицательной обратной связи, а само выходное напряжение преобразователя снимается с обмотки II трансформатора, выпрямляясь диодом D5 и сглаживаясь конденсатором фильтра C2.
Индикаторный светодиод LED1 с ограничительным резистором R7 на выходе играет роль индикатора, и некоторой начальной нагрузки, без которой напряжение на обмотках трансформатора может возрасти неограниченно, что приведёт прежде всего к пробою транзисторов и выходу их из строя.
На транзисторе Q2 собран узел отрицательной обратной связи по току, защищающий ключевой транзистор и выходные элементы от перегрузок. Как видно, стабилизация выходного напряжения не выполняется непосредственно, что является главным недостатком схемы и причиной низкой стабильности выходного напряжения, но в данном случае это не критично, так как к выходу будет подключаться модуль TP4056, имеющий в своём составе стабилизатор тока и напряжения. Полная схема всего зарядного устройства выглядит следующим образом:
Полная схема зарядного устройства с модулем TP4056
Вместо указанного преобразователя, можно использовать любой другой источник с ЭДС от 4,5В до 7,5В, обеспечивающий необходимый ток нагрузки. Ну а далее рассмотрим, как самостоятельно собрать и наладить зарядное устройство с описываемым преобразователем, как с самым простым вариантом.
Коротко о деталях
Конденсаторы C1, C2 и C3 электролитические, C1 на напряжение не ниже 400 Вольт, а C2 на удвоенное значение выходного напряжения. Все резисторы малогабаритные, с мощностью рассеивания 0,25 Вт. Выпрямительные диоды D1 - D4 высоковольтные, на ток от 1 А. Диоды D5 и D6 должны быть высокочастотными, с малым временем восстановления. От стабилитрона ZD1 (должен иметь малый ток стабилизации) зависит средний уровень выходного напряжения, который должен уметь обеспечивать трансформатор и преобразователь в целом. Силовой транзистор ключа Q1 так же высоковольтный, обратной проводимости, малой или средней мощности. В качестве второго транзистора можно использовать почти любой экземпляр из транзисторов малой мощности, с коэффициентом передачи тока базы от 50 и невысоким обратным током коллектора. В одном из таких преобразователей даже использовался советский транзистор KT315, который нормально работал в данной схеме.
Сам трансформатор выполнен на ферритовом сердечнике E24/12/6 типоразмера Ш6×6, который обязательно должен иметь зазор между двумя его половинами. В данном случае зазор был составлен из одного слоя обмоточного теплостойкого скотча. Первичная обмотка содержит 300 витков провода, диаметром 0,08 мм, а обмотки II и III имеют по 8 витков. Провод обмотки II должен выдерживать выходной ток нагрузки и может иметь диаметр 0,6 - 0,8 мм. Диаметр провода обмотки обратной связи III не критичен и можно использовать провод с диаметром от 0,1 мм. Между обмотками следует намотать изоляционный материал, такой как трансформаторная бумага или теплостойкий скотч. Обязательно нужно обратить внимание на фазировку обмоток, начала которых на принципиальной схеме обозначены точками. При неправильной фазировке преобразователь не запустится, или будет работать некорректно.
Конструкция устройства
Все радиоэлементы преобразователя размещены на односторонней плате небольших размеров, к которой с одного края подводится сетевое напряжение от вилки на корпусе устройства, а с другого снимается выходное постоянное напряжение, подаваемое далее на вход платы модуля зарядки, установленной в корпусе, рядом с сетевой вилкой. К выходу модуля TP4056 подсоединены два провода различных цветов, продетые в гибкий направляющий фиксатор для вывода наружу. Посадочное место штатного светодиода преобразователя оказалось продублированным на другом конце платы, где впоследствии дополнительно был установлен второй светодиод зелёного цвета свечения. Контактные дорожки этих светодиодов были разрезаны, и к ним так же были припаяны разноцветные проводники, ведущие от контактных площадок предварительно удалённых светодиодов на плате зарядки. Для дополнительного светодиода, во второй части корпуса, в соответствующем месте было просверлено отверстие. Для окончательной сборки плата до упора вставляется в пазы внутри корпуса, головки светодиодов при этом выглядывают наружу. Держатель шнура фиксируется в предназначенной для него прорези, а половинки корпуса стягиваются винтом:
Плата преобразователя и готовое зарядное устройство
Тестирование / Зарядка аккумулятора
Прежде чем окончательно собрать зарядное устройство в корпус, было замерено выходное напряжение преобразователя, с подключённым к нему модулем зарядки (уровень напряжения на входе модуля). Значение этого напряжения составило 5,5 Вольт, которое можно считать напряжением холостого хода:
Выходное напряжение преобразователя на холостом ходу
При нормальной работе устройства, без подключённого аккумулятора, светится зелёный индикаторный светодиод, а напряжение на выходе при этом поддерживается в районе 4,1 Вольт. Во время короткого замыкания выходных проводников зелёный светодиод гаснет, и зажигается красный, а уровень выходного тока при этом не превышает значения 0,1 Ампер, что вполне безопасно как для самого устройства, так и для соединительных проводов:
Выходное напряжение устройства без подключённого аккумулятора
Ток короткого замыкания выходных проводников
Далее к изготовленному зарядному устройству был подключен разряженный до конца аккумулятор, и в начале, ток зарядки составил ровно 350 мА. При этом светится красный светодиод, а по истечении получаса, зарядный ток упал до значения 200 мА. Корпус устройства во время процесса слегка нагрелся, но по ощущению температура нагрева была невысокой, и её замеры не проводились:
Зарядка аккумулятора
Ток зарядки в начале процесса
Снижение зарядного тока
В самом конце процесса зарядки напряжение на аккумуляторе достигает значения 4,35 Вольт, а ток зарядки снижается до уровня 36 мА, после чего резко падает, и процесс зарядки прекращается. При этом красный светодиод гаснет, и зажигается зелёный, сигнализируя об окончании зарядки аккумулятора. По истечении некоторого времени ЭДС аккумулятора снижается, но зарядка не возобновляется до определённого порога, указанного в документации на микросхему модуля:
Напряжение полностью заряжённого аккумулятора
Снижение зарядного тока в конце процесса зарядки
Снижение ЭДС аккумулятора после завершения зарядки
В полевых условиях, при отсутствии осветительной сети, но при наличии автономного источника тока с соответствующим напряжением, такого как хранилище энергии (Power Bank) или ноутбук, заряжать аккумуляторы можно через разъём микро-USB, в обход преобразователя сетевого напряжения, который в таком случае не задействован, и в зарядке участвует только модуль TP4056. Заряжаемый аккумулятор подключается как обычно, а питание на устройство подаётся USB кабелем:
Питание зарядного устройства посредством USB
Самодельное зарядное устройство, собранное из простых и доступных деталей, получилось компактным и довольно надёжным. Его можно использовать на постоянной основе, для зарядки аккумулятора какого-либо одного устройства, или применить как универсальное устройство для зарядки большинства имеющихся аккумуляторов малой и средней ёмкости. Так например полная зарядка старого использованного аккумулятора с остаточной ёмкостью 800 мА*час, производится примерно за три часа, а по желанию можно установить другой ток зарядки, установив необходимый программный резистор, и использовав соответствующий преобразователь сетевого напряжения.
Тем, кому лень читать статью, для простого ознакомления с зарядным устройством можно посмотреть короткое видео.
Всем привет!
Принесли на ремонт планшет Lenovo a7600-h, с проблемой медленной зарядки (450ma). Осмотр выявил, что был вырван разъем с дорожками. Разъем запаяли, но мастер восстановил только контакт + и массу, а data+ и data — не были задействованы. Именно из-за этого планшет заряжался медленно, потому что считал, что он подключен к usb разъему ПК.
Первым делом я припаял data+ и data — (кинул проводки), благо контакты были с другой стороны, но компьютер на это никак не отреагировал, а зарядка так и шла низким током.
Ну ладно, соединение с пк не самое важное на данный момент, но с зарядкой нужно что решать.
Для решения данной проблемы я задействовал плату зарядки на tp4056.
В общем то ничего сложного нет — нужно подключить модуль зарядки параллельно с системой зарядки планшета. Таким образом и ток зарядки повысится (1 ампер + ток заряда планшета), и индикация заряда будет работать (но если планшет не реагирует на з/у, то показывать процесс заряда планшет не будет)
Первом делом я разобрал планшет и нашел место, где есть +5 от разъема. Искать долго не пришлось — на обратной стороне есть пятачки.На других планшетах их может и не быть, там можно подпаять к самому разъему, резистору/диоду, без разницы — главное наличие +5 вольт.
Ну и подпаял провод к плюсовому контакту аккумулятора.
Нашел место для установки модуля в свободном месте, там сточил пластик.
Подпаял провода к платке. Массу можно взять с любого места (с металлического экрана на плате например). У меня ее по близости не было — подпаял к корпусу аккумулятора, и с другой стороны подпаял к массе на плате, т.к не было уверенности в хорошем контакте.
Схема подключения
Установил на место, влезла. Кстати, разъем microUSB с платы был выпаян.
Проверка — заряд идет, ток заряда повысился.
Но тут выявилась проблема — а корпус не закрывается! Хотя должен…
Можно было конечно подпилить плату, но остался один вариант, а именно — использовать саму микросхему, без платы.
Спаял с платы микросхему и резистор на 1,2кОм. Кстати, если Вам нужен меньший ток заряда, то путем подбора номинала его можно изменять
Схема подключения очень простая
Все спаял, для теплоотвода использовал кусок металла от корпуса пк (заглушка), через терможевачку.
Заизолировал каптоновым скотчем, закрыл крышку планшета, теперь все хорошо, места хватило.
Подключил разряженный планшет. Зарядка пошла током 1,45А, как и ожидалось
Планшет нормально зарядился, индикация в % отображается корректно.
По нагреву микросхемы — она горячая, но в пределах нормы. Не думаю, что сгорит, все таки теплоотвод лучше текстолита.
Вот и еще одно использование TP4056)
Конечно это не ремонт, а «костыли», но это дешевле и быстрее, чем искать неисправность на плате и ремонтировать.
Несколько слов о популярном модуле для зарядки литиевых аккумуляторов на базе контроллера TP4056.
Некоторое время назад китайские собратья начали выпускать модули для зарядки li-on элементов на основе микросхемы TP4056. Сначала это были просто модули заряда, причем первые варианты выпускались с разъемом MiniUSB. Потом стали устанавливать MicroUSB. Последние варианты этого модуля идут со встроенной защитой аккумулятора на базе DW01 (защита от КЗ, от переразряда).
Это небольшие модули для встраивания в различную аппаратуру, в основном для самоделок (DIY) и ремонта. Крайне удобно для замены практически любых соляных и щелочных элементов питания: батареек типа АА, ААА, D, «Кроны» и так далее, главное требования, чтобы аккумулятор «вытягивал» требуемые параметры. Как правило, литиевые элементы на порядок мощнее, чем те же соляные АА батарейки.
Внешний вид модуля зарядки на TP4056
К подобным «апгрейдам» обычно приходят либо от безысходности (нет элементов в продаже, устаревшая конструкция аппаратуры, а использовать надо), либо при повышенном расходе батареек. Например, в детских игрушках используются либо Ni-Cd элементы питания (4-5 элементов по 1.2В), либо АА батарейки, 5-6 штук. Как было бы удобно, если бы все эти игрушки, мультиметры и прочая аппаратура при работе питалась бы не от батареек, а заряжалась бы от распространенного USB.
Ниже на картинке представлены: первый вариант платы (c MiniUSB), с обозначением основных функциональных узлов, второй вариант платы (c MicroUSB и защитой). Обратите внимание на Rprog/R3. С помощью этого резистора можно задавать ток зарядки аккумуляторов. Справа показана таблица выбора значения этого резистора.
Я пробовал «дорабатывать» схему, модифицируя модуль для параллельного подключения модулей, добавляя в цепь диоды для развязки питающих цепей, комбинировал дорожки и т.п. Попытка подобных доработок привела к тому, что вроде как можно подключить 2-3 модуля вместе, для зарядки 2S (или 3S) аккумулятора, но при срабатывании защиты на одном из них, ток, протекающий через другие элементы увеличивается и может привести к выходу из строя остальных модулей.
Так что, я делаю вывод, что подобные модули не подходят для комбинирования и параллельного подключения типа 2S-3S. Есть другой выход. Этот модуль может неплохо работать с 1S2P (1S3P. ) батареями элементов, например, 18650. А для получения на выходе нужного напряжения лучше использовать Step-Up DC-DC модуль нужной мощности.
Просто подключаем к выходу модуля на TP4056 Step-Up DC-DC (они бывают на фиксированный выход, и с регулируемым выходом). Подобный модуль на фото имеет выход до 2А и регулируемое напряжение.
На фото модуль со Step-Up и аккумулятором 08570 от электронной сигареты.
Подобную сборку планирую установить в мультиметр, для замены батарейки «Крона» 9В. Минус — придется «запилить» наружу коннектор MicroUSB для зарядки устройства.
Для замены 5 элементов Ni-Cd на преобразователе можно установить 6.0В. Подобные сборки используются в старых р/у игрушках и не только.
А вот для замены трех АА или ААА батареек устанавливаем 4.5В. Это самые распространенные кейсы применения подобного модуля.
Модуль контроллера заряда TP4056 + защита для аккумуляторов BW01 (5 шт. в лоте) брал с купоном DIY3M, цена что-то там около $2. Пока все платы разошлись по устройствам, а вот для 2S. 3S вариантов лучше поискать специализированные модули BMS с балансировкой и защитой.
Заказал на Ali лот из пяти модулей зарядных устройств на чипе TP4056 для Li-ion аккумуляторов (цена лота 68,70 руб, за модуль 13,74 руб, сентябрь 2015). Пришли на одной печатной плате, разделенные скрайбированием (надрезанием). На печатке логотип kvsun — китайский производитель широкого спектра зарядок Li-ion аккумуляторов различных типоразмеров и применений.
Статья в основном является компиляцией разрозненных данных интернета, с целью собрать все в одном месте.
Модуль основан на чипе TP4056 — контроллере зарядки Li-ion аккумуляторов со встроенным термодатчиком от NanJing Top Power ASIC Corp, это завершенное изделие с линейным зарядом по принципу постоянное напряжение/постоянный ток для одноэлементных литий-ионных аккумуляторов. Чип от компании из Нанкина, провинция Цзянсу, Китай. Специализация — системы питания игрушек, телефонов, LCD, LCM. Основана в 2003 году.
Контроллер выполнен в корпусе SOP-8, имеет на нижней поверхности металлический теплосьемник не соединенный с контактами, позволяет заряжать аккумулятор током до 1000 мA (зависит от токозадающего резистора). Требует минимум навесных компонентов.
По сути это более навороченная модификация их же чипа TP4054, у которого в свою очередь куча аналогов (MCP73831, LTC4054, TB4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051). Кто тут кому аналог, судить не берусь.
Расположение выводов:
- TEMP — подключение датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею. Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостановится. Контроль температуры отключается замыканием входа на общий провод.
- PROG — Программирование тока зарядки (1.2к — 10к);
Постоянный ток зарядки и контроль напряжения зарядки выбираются сопротивлением резистора, между этим пином и GND;
Для всех режимов зарядки, зарядный ток может быть выведен из формулы: - GND — Общий;
- Vcc — Напряжение питания, если ток потребления (ток зарядки батареи) становится ниже 30mA, контроллер уходит в спячку, потребляя от контакта BAT
- При подключенной батарее, в течении зарядки — разомкнут, по окончании — замкнут;
- При неподключенной батарее замкнут;
- При подключенной батарее, в течении зарядки — замкнут, по окончании — разомкнут;
- При неподключенной батарее, кратковременно включается с периодом 1-4 сек;
- Контроль напряжения подключенного аккумулятора (постоянно);
- Зарядка током 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2к) до уровня 2.9 В (если требуется);
- Зарядка максимальным током (1000мА при Rprog = 1.2к);
- При достижении на батарее 4.2 В идет стабилизация напряжения на уровне 4.2В. Ток падает по мере зарядки;
- При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2к) зарядное устройство отключается. Переход к п. 1
Контроллер имеет хороший профиль CC/CV и может быть адаптирован ко многим различным конфигурациям зарядки и типам Li-ion аккумуляторов. Номинальный зарядный ток может быть изменен подбором единственного резистора.
Модуль представляет из себя небольшую платку (19 х 27 мм, рядом элемент ААА) с собранной схемой зарядного устройства.
Схема практически идентична схеме из даташита, за исключением подключения термодатчика аккумулятора. На полученных модулях цвет светодиодов окончания зарядки другой, вместо зеленого — синий.
Можно (если понадобилось) вывести вход термодатчика отдельным проводком, напаявшись на лапку и отрезав ее от GND. Или же подняв лапку над платой и напаявшись. Если же хочется без паяния, надо просто заказать там же другой модуль:
Отличие только в компоновке и габаритах (37x15мм).
- Напряжение питания +4,5. +8,0 вольт (более 5,5 В не рекомендуется, чип перегревается);
- Разьем Mini-USB на плате, для питания от USB-порта компьютера или универсального блока питания;
- Ток заряда 1,0 Ампер (1000 мА), легко программируется изменением значения резистора Rprog (от 1,2k до 10k (по даташиту, на самом деле до
Заявленная емкость 3400mAh:
Очень хороший график CC/CV, немного затянуто падение СС, это увеличивает время зарядки, но аккумулятору от этого хуже не будет. Ток зарядки не достиг заявленных 1000мА. Возможно его ограничила температура самого контроллера. Контроллер сначала сильно разогревшись к концу зарядки остывает.
Снижение напряжения питания до 4.5 В, увеличивает время зарядки и уменьшает температуру, но итоговое напряжение немного ниже.
Увеличение напряжения питания действительно увеличивает температуру, но также и уменьшает ток. Когда чип перегревается, он уменьшает ток.
То же, но использован небольшой алюминиевый радиатор на контроллере. И это действительно помогает, температура ниже, чем при питании от 5,0 В.
Старый 16340 IMR аккумулятор от видеокамеры также был заряжен успешно.
После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора. Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 mkA. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова.
При отключении и подключении аккумулятора, зарядка включится только если напряжение аккумулятора ниже 4.0В.
Внимание. Контроллер имеет одну особенность, не описанную в даташите.
Он не содержит схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выходит из строя из-за превышения максимального тока и теплового пробоя. Но это только полбеды, контроллер пробивается накоротко, и на его выходе (батарее) появляется полное (!) входное напряжение.
Это особенно актуально для заряда пальчиковых аккумуляторов типа 18650. При установке очень легко ошибиться с полярностью.
Можно купить и модули с защитой:
Кроме контроллера зарядки ТP4056 в него добавлены два чипа: DW01 (схема защиты) + ML8205A (сдвоенный ключ MOSFET).
- Встроенная защита окончания зарядки: 4,2 вольт (ТP4056 и так это делает);
- Встроенная защита от короткого замыкания по выходу (ограничение на 3А);
- Встроенная защита от глубокого разряда аккумулятора (+2,4 вольт);
- Разьем Micro-USB на плате, в предыдущем Mini-USB;
Чего хотелось достичь?
Ранее я заказал и описАл простую платку с DS1307Z и AT24C32 на борту.
Для резервного питания часов там заложен Li-ion аккумулятор LIR2032. Его подзарядка осуществляется постоянно, через резистор (1,8мкА), от питающего напряжения. Хотя упоминаний об этом в инете нет, меня убедили, что такая схема зарядки быстро убивает аккумулятор.
Данная зарядка бралась на замену резистору. Такая замена естественно дороже. Хотя если учесть цену данной платы (13,74 руб), плюсов будет больше.
Тестовая работа по подключению маломощного аккумулятора LIR2032 к зарядке на TP4056 была проведена здесь:
Автор изменил сопротивление токозадающего резистора с 1,2к на 33к, зарядный ток уменьшился до 45мА. По словам автора, зарядка разряженного аккумулятора занимает около часа.
Как это будет выглядеть в теории? Даташит на Li-MnO2 аккумулятор LIR2032 рекомендует зарядку номинальным током 20мА и напряжением 4,2В. После падения тока до 4мА батарею можно считать полностью заряженной. Максимальный ток зарядки 35-45мА, в зависимости от производителя. Минимальное напряжение разряда аккумулятора до начала деградации ячейки 2,75В. Для аккумулятора гарантируется 500 циклов заряда/разряда с сохранением после них не менее 80% емкости.
В свою очередь контроллер Tp4056 не сможет обеспечить ток зарядки ниже 30мА, просто уйдет в сон. И ждать пока напряжение на аккумуляторе упадет до 2,75В тоже не будет, включит зарядку уже при падении до 4,0В. Таким образом он будет постоянно поддерживать аккумулятор на
85-95% заряженным. Наверное это не оптимально для ячейки, но все же лучше, чем через резистор.
КакиеЧто такое модуль TP4056 и чем отличается модуль с защитой от модуля без защиты
Модуль TP4056 представляет собой небольшую плату на основе контроллера TP4056, которая предназначена для заряда литиевых аккумуляторов 3.7В. Такие платы заряда литиевых аккумуляторов могут быть двух модификаций, модули TP4056 без защиты аккумулятора, и модули TP4056 с защитой аккумулятора. Иногда такие платы можно встретить с обозначением TC4056.
Модуль заряда TP4056 без защиты предназначен только для заряда литиевых аккумуляторов до номинального напряжения 4.2В. На плате заряда без защиты из микросхем имеется только контроллер TP4056. Для подключения питающего напряжения на самых первых платах устанавливался разъем Mini-USB, на последних версиях устанавливается популярный разъем Micro-USB.
Модуль заряда TP4056 с защитой может не только заряжать литиевый аккумулятор до номинального напряжения 4.2В, но и защищает его от чрезмерного переразряда, от короткого замыкания, и ограничивает максимальный ток разряда. Дополнительно на плате заряда с защитой кроме контроллера TP4056 еще установлена микросхема DW01 и мосфет S-8205A для управления нагрузкой. Микросхема DW01 не дает аккумулятору разрядиться ниже 2.5В, отключает нагрузки с помощью мосфета при КЗ и при увеличении тока разряда более 3А. Платы заряда с защитой можно встретить с разъемом Micro-USB и Type-C для подключения питающего напряжения.
Характеристики модулей TP4056 с защитой аккумулятора и без защиты
Модули TP4056 с защитой и без отличаются только функцией защиты аккумуляторов, а характеристики, касающиеся заряда литиевых аккумуляторов у них идентичные. Естественно, габариты у них тоже отличаются.
Характеристики модуля TP4056 без защиты:
Рекомендуемое входное напряжение: 5 В
Диапазон входных напряжений: 4.5 – 8 В
Максимальный ток заряда по умолчанию: 1000 мА
Напряжение прекращения заряда: 4.2 В (± 1%)
Размер платы: 23 мм x 17 мм
Статусы светодиодов: красный – заряд, синий (зеленый) – заряд окончен
Характеристики модуля TP4056 с защитой:
Рекомендуемое входное напряжение: 5 В
Диапазон входных напряжений: 4.5 – 8 В
Максимальный ток заряда по умолчанию: 1000 мА
Напряжение отключения аккумулятора при разряде: 2.5 В
Максимально допустимый ток разряда: 3 А
Напряжение прекращения заряда: 4.2 В (± 1%)
Размер платы: 27 мм x 17 мм
Статусы светодиодов: красный – заряд, синий (зеленый) – заряд окончен
Принципиальная схема модуля TP4056 с защитой и без
Типовая принципиальная схема модуля TP4056, которую можно найти в datasheet, предусматривает подключение датчика температуры, для измерения температуры аккумулятора.
Продаваемые на АлиЭкспресс модули TP4056 не предусматривают возможности подключения датчиков температуры, но при желании можно все-же подпаяться в нужные места на плате. Вот принципиальная схема модулей TP4056 с AliExpress.
Принципиальная схема модуля TP4056 с защитой дополняется еще схемой защиты.
Подключение модуля заряда TP4056 с защитой и без защиты
Подключение модулей TP4056 с защитой и без защиты к источнику питания и к аккумулятору, а также в последствии к потребителю, немного отличается. Плата заряда без защиты имеет четыре вывода, два для входного напряжения и два для подключения аккумулятора, а также разъем для подключения питания. Питание подается на IN+ и на IN-, а аккумулятор подключается к выводам BAT+ и BAT-.
У модуля TP4056 с защитой выводов больше, так как здесь аккумулятор и нагрузка подключаются на разные выводы. Питание подается на IN+ и на IN-, аккумулятор необходимо подключать к B+ и B-, а нагрузка подключается к выводам OUT+ и OUT-. При этом выводы B+ и OUT+ совмещенные.
Принцип работы модуля TP4056 с защитой и без
Литиевые аккумуляторы очень требовательны к методам их заряда. Их нельзя заряжать выше 4.2 В и не желательно заряжать большим тока, чем меньше ток заряда, до разумных пределов, тем дольше проживут аккумуляторы. Контроллер TP4056 как раз обеспечивает правильный заряд литиевых аккумуляторов методом CC/CV. CC означает заряд постоянным током, а CV означает заряд постоянным напряжением.
Модули TP4056 с защитой и без защиты производят заряд литиевых аккумуляторов методом CC/CV, обеспечивая постоянный заданный ток заряда в начале заряда, и постоянное напряжение заряда 4.2В в конце заряда. Дополнительно в контроллере реализован метод TC, при котором сильно разряженный аккумулятор заряжается током 1/10 от номинального до достижения аккумулятором напряжения 2.9 В.
По умолчанию на всех модулях заряда TP4056 настроен максимальный ток заряда 1 А. Если напряжение на аккумуляторе более 2.9 В, то заряд аккумулятора сразу равен 1 А, и держится на таком уровне практически до полного заряда. В этот момент на плате горит красный светодиод. Когда напряжение на аккумуляторе приближается к номинальному, ток заряда начинает уменьшаться, при этом поддерживается постоянное напряжение на выходе зарядного устройства 4.2 В. Кривые заряда литиевых аккумуляторов тока и напряжения по методу CC/CV можно посмотреть на графике ниже.
Когда ток заряда снижается до 100 мА, контроллер TP4056 прекращает процесс заряда. В этот момент гаснет красный светодиод и загорается синий.
Модуль TP4056 с защитой контролирует также и разряд литиевого аккумулятора. Аккумулятор защищается от короткого замыкания, при этом, если замкнуть выводные контакты платы, нагрузка будет просто отключаться от аккумулятора, пока не исчезнет КЗ. Во время разряда аккумулятора контролируется ток разряда и напряжение. Ток разряда ограничивается на уровне 3 А, если протекающий ток становится больше, нагрузка отключается от аккумулятора. При понижении напряжения на клеммах аккумулятора ниже 2.5 В нагрузка также отключается от аккумулятора, защищая его от переразряда.
Как изменить ток заряда на плате TP4056
По умолчанию все платы TP4056 заряжают литиевые аккумуляторы током 1 А, т.е. максимально допустимым током для контроллера TP4056. Уровень тока задается резистором, и при желании его можно заменить, изменив таким образом ток заряда литиевого аккумулятора. Резистор по умолчанию имеет сопротивление 1.2 кОм.
Для задания на плате TP4056 необходимого тока заряда можно воспользоваться таблицей, в которой указаны сопротивления резисторов, и соответствующий им ток заряда, при их установке на плате.
| Резистор (кОм) | Ток заряда (мА) |
| 30 | 50 |
| 20 | 70 |
| 10 | 130 |
| 5 | 250 |
| 4 | 300 |
| 3 | 400 |
| 2 | 580 |
| 1.66 | 690 |
| 1.5 | 780 |
| 1.33 | 900 |
| 1.2 | 1000 |
Параллельное и последовательное подключение TP4056
Платы TP4056 удобно встраивать для заряда литиевых аккумуляторов в различные самодельные устройства. Но такие устройства не всегда ограничивается только одним аккумулятором на 3.7 В, иногда требуется подключать целые аккумуляторные сборки на более высокое напряжение. При этом для заряда хочется использовать дешевые платы TP4056. Если посмотреть характеристики такой зарядной платы с защитой, то там четко написано, что она предназначена для заряда аккумулятора 3.7 В, т.е. представляет собой плату BMS 1S.
Параллельное соединение плат TP4056
Такие платы можно соединять параллельно и это приведет к увеличению тока заряда, а в случае соединения плат с защитой и к увеличению контролируемого тока разряда. При параллельном соединении TP4056 без защиты нужно соединять вместе одинаковые выводы плат. Такое соединение приведет к увеличению тока заряда кратно количеству соединенных плат, т.е. соединив таким способом две платы, мы получим ток заряда 2 А.
Платы с защитой подключаются практически также. Отличие заключается в том, что у них имеются контакты для подключения аккумуляторов и для подключения нагрузки. При параллельном соединении модулей TP4056 с защитой соединяются вводные контакты, контакты для подключения нагрузки, и контакты для подключения аккумуляторов. Такое соединение приводит не только к увеличению тока заряда, но и к увеличению тока разряда, кратно количеству установленных плат.
Последовательное соединение плат TP4056
При сборке литиевых аккумуляторных батарей на 8.4 В, 12.6 В и большее напряжение многие надеются использовать модули TP4056 с защитой для их контроля и зарядки напряжением 5 В. При последовательном соединении таких плат с защитой, действительно можно получить напряжение больше, чем на одном аккумуляторе, и при этом каждый аккумулятор будет защищен. Разъемы плат для входного напряжения при таком способе надеются соединять, как при параллельном соединении, т.е. объединять вместе все плюсовые вводы и соединять между собой все минусовые вводы. Но как только они будут соединены, модули будут работать неадекватно. Нормальная их работа возможна при условии, что платы не будут связаны между собой, кроме как выводными контактами при последовательном соединении.
Получается, что при последовательном соединении модулей TP4056 для их нормальной работы каждому таком модулю требуется отдельный источник питания для заряда конкретного аккумулятора, т.е. блоки питания должны быть с гальванической развязкой.
Для того, чтобы подключить все последовательно соединенные платы TP4056 к одному источнику питания и заряжать аккумуляторы, необходимо внедрить некоторые изменения в схему подключения. Нужно установить переключатель, который в момент переключения будет менять схему подключения с последовательной на параллельную. Только такой способ позволит заряжать все аккумуляторы в сборке от одного источника питания. Так для трех аккумуляторов, подключенных к последовательно соединенным платам TP4056 с защитой, потребуется тумблер с шестью выводами, т.е. с двумя перекидными контактами. Также это можно реализовать с помощью реле, которое автоматически будет переключать в режим заряда при подаче питающего напряжения.
В начальном положении при последовательном соединении трех аккумуляторов на выходе сборки будет 12.6 В при полностью заряженных аккумуляторах. После переключения тумблера связь между выводами плат разрывается, а вводные контакты плат соединяются последовательно. Теперь можно будет заряжать все аккумуляторы от одного источника 5 В. Каждый аккумулятор будет заряжаться независимо от других.
Заряд нескольких аккумуляторов платой TP4056
Заряд нескольких параллельно соединенных аккумуляторов модулем TP4056
Для различных самоделок, в которые устанавливается литиевый аккумулятор, устанавливается также модуль заряда TP4056. Как правило это один модуль для одного аккумулятора 18650. Но к такой плате заряда можно подключать неограниченное количество параллельно соединенных аккумуляторов. Неудобство будет лишь в том, что одна плата заряда может заряжать током 1 А, и большое количество аккумуляторов будет заряжаться очень долго. Таким образом можно подключать несколько параллельно соединенных аккумуляторов к плате TP4056 с защитой, и к плате TP4056 без защиты.
Заряд нескольких последовательно соединенных аккумуляторов модулем TP4056
Если с параллельным соединением аккумуляторов все понятно, то с последовательным, одни вопросы. Плата TP4056 заряжает аккумулятор до напряжения 4.2 В, а при подключении большего количества последовательно соединенных аккумуляторов напряжение будет уже значительно больше. Естественно, заряжаться они уже не будут и на плате будет всегда светиться синий светодиод, как будто аккумуляторы уже заряжены.
Чтобы заряжать последовательно соединенные литиевые аккумуляторы одной платой TP4056, их необходимо подключать параллельно. Это можно реализовать с помощью тумблера с перекидными контактами и с большим количеством выводов. Например, для трех аккумуляторов потребуется тумблер на 12 выводов, или два тумблера по 6 выводов.
Недостатком данного способа будет незащищенность аккумуляторов, они напрямую будут подключаться к нагрузке и следить за уровнем напряжения придется самостоятельно. В момент переключения тумблера все аккумуляторы соединяются параллельно. Получается, что во время заряда им не требуется балансировка.
Платы заряда литиевых аккумуляторов TP4056, которые можно купить на AliExpress
Читайте также: