8-900-374-94-44
Приветствую!
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).
Так вот.
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.
$0,8 Перейти в магазин
Предлагается простое решение проблемы перегрева популярной микросхемы TP4056 при зарядном токе 1А и более.
Прогреть микросхему несложно: при входном 5В и выходном 3,5В корпус ИС должен рассеивать 1,5В*1А=1,5Вт
Многовато…
О существовании проблемы перегрева подсказывает инет при вводе поискового запроса
В моём распоряжении оказался модуль с разъёмом mini USB (точно такой как на фото выше).
Первоначальная идея была пустить 500мА через ИС, а дополнительные 1000мА — через транзистор.
Но от этой идеи прошлось отказаться, так как «кормить» зарядное 1,5А оказалось нечем: адаптер от смарфона всего на 1А.
Поэтому пришлось умерить аппетит и переиграть на 500+500мА.
Изменения в схеме обвязки 4056:
— заменить перемычкой резистор 0,4 Ом
— заменить на 2,4 кОм резистор на 2-й ноге (что соответствует 500мА через ИС)
Первоначальная схема имела следующий вид:
При помощи R* планировалось выполнить подстройку тока через VT.
Но даже при R*=0 удалось получить суммарный ток всего 0,80..0,85А.
Увеличение шунта ЭБ до 2 Ом не принесло положительный результат.
Ток 1А получался только при выходном около 3,2В (в планах было 3,7..3,8В).
Список транзисторов, которые приняли участие в эксперименте:
— кт837в
— кт837и
— кт818г
— 2sa1943
Плюс ко всему, по входу ИС получалось напряжение всего 4,1..4,2В, чего явно недостаточно. Транзистор то кремниевый.
😉
Пришлось пошуршать по коробкам и вытащить на свет… германиевые транзисторы П213А (выпуск 1968г. ) и AL100.
Схема осталась прежней, только шунт уменьшил до 0,8 Ом.
Увеличение шунта до 1,33 Ом дало обратный эффект: 0,85..0,9А.
Поскольку шёл 2й день экспериментов, разбираться со всякими приколами было лень.
Рука уже тянулась с молотку, но моск выдал неправильную схему:
Включил, работает )))
Схема была помещена в пластиковый корпус Z45P
С установкой П213А на радиатор пришлось повозиться.
Испытания с полудохлой сборкой 2*18650, которая используется для велофонарика.
Особенности схемы с германиевым транзистором:
— на входе ИС 4,4..4,6В, чего достаточно для выходного 4,2В
— ИС холодная
— ток около 1А при выходном 3,8В
— при отключенном аккумуляторе на выходе присутствует 5В из-за утечки тока коллектора транзистора
— ток отключения заряда около 100 мА, что соответствует 0,1*1А (этот параметр получился сам собой как награда за потраченное время).
Надеюсь, мой обзор будет кому-то полезен.
С удовольствием отвечу на Ваши вопросы.
21 февраля 2018 — 0 комментариев
№: | Название контакта | Описание |
1 | ВЫХ + | Этот контакт выводит положительное напряжение от батареи. Он должен быть подключен к цепи, которая должна питаться от батареи . |
2 | Б + | Выводит положительное напряжение с USB-кабеля для зарядки аккумулятора. |
3 | Б — | Выводит отрицательное напряжение с USB-кабеля для зарядки аккумулятора. Он должен быть подключен к минусу батареи |
4 | ВЫХОД — | Этот контакт выводит отрицательное напряжение от батареи. Он должен быть подключен к земле цепи, которая должна питаться от батареи . |
5 | В + | Должен обеспечивать +5 В, может использоваться, если зарядный кабель недоступен |
6 | В — | Должен обеспечивать заземление источника питания +5 В, может использоваться при отсутствии зарядного кабеля |
7 | Красный светодиод | Этот светодиод загорается во время зарядки аккумулятора |
8 | Зеленый светодиод | Этот светодиод загорается после полной зарядки аккумулятора |
Технические характеристики модуля:
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для получения дополнительной информации можно найти внизу TP4056A. Зарядный модуль:
Этот модуль чаще всего используется во всех проектах, связанных с литий-ионным аккумулятором. Как мы знаем, литиевая батарея не должна быть перезаряжена или разряжена, поэтому этот модуль будет контролировать уровень напряжения батареи во время зарядки и разрядки. Если значения превысят критическое значение, модуль автоматически отключит цепь и защитит вашу батарею.
Итак, если вы ищете модуль, с помощью которого можно безопасно использовать литиевую батарею как для ее зарядки, так и для подключения к цепи, то этот модуль может стать для вас правильным выбором.
Как пользоваться модулем TP4056:
При работе с литиевыми батареями всегда полезно соблюдать осторожность. Модуль работает с напряжением 5 В, которое может быть обеспечено мини-кабелем USB, который обычно используется для зарядки смартфона. Вы можете использовать любой тип мобильного зарядного устройства и его кабель для питания этого модуля.
Если вы планируете запитать его напрямую без кабеля, то +5V следует подключить к IN +, а IN – к земле.
Литий-ионная батарея должна быть подключена, как показано на схеме контактов выше. Модуль не имеет защиты от обратной полярности, поэтому будьте очень осторожны при подключении аккумулятора. Используйте мультиметр, чтобы проверить полярность вашей батареи, если подключить обратно, ваш модуль сразу же нагреется, что, скорее всего, убьет его. При правильном подключении и включенном зарядном устройстве КРАСНЫЙ светодиод загорится, показывая, что аккумулятор заряжается. Процесс зарядки контролируется TP4056 Линейное напряжение IC , принципиальная схема которого показана ниже (схема защиты не показана)
По умолчанию зарядный ток модуля будет 1А, его можно контролировать, регулируя резистор R PROG (R3 на модуле), показанном на принципиальной схеме. Более подробную информацию об этом можно найти в таблице данных TP4056 , приведенной ниже.
Как только модуль полностью зарядит литиевую батарею, он автоматически прекратит зарядку, красный светодиод погаснет, а зеленый светодиод загорится, указывая на завершение. Теперь цепь может быть подключена к цепи (нагрузке), которая должна питаться от этой батареи, как показано на схеме выводов выше. Модуль будет контролировать напряжение батареи по мере ее потребления схемой (нагрузкой). Когда оно опускается ниже критического значения (3,7 В), модуль автоматически отключает аккумулятор от нагрузки и защищает аккумулятор от переразряда.
Применение:
2D-модель модуля:
Литий-ионный аккумулятор
Защита аккумулятора
Зарядное устройство для аккумуляторов — это схема, которая перезаряжает аккумулятор путем пополнения запасов носителей заряда (электронов).
Зарядка аккумулятора зависит от типа аккумулятора. Существует много типов аккумуляторов, в которых используются различные материалы электролита. Независимо от типа батареи имеют общую проблему перезарядки и чрезмерной разрядки. Разные аккумуляторы имеют разный предел допустимого уровня перезарядки. Некоторые аккумуляторы настолько чувствительны, что могут взорваться после определенного предела заряда.
Во избежание перезарядки и последующего повреждения батареи необходимо разработать интеллектуальную схему зарядки. Эта схема будет отвечать за зарядку аккумулятора и при достижении напряжения перезарядки должна прервать процесс зарядки. В этом проекте разработано интеллектуальное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы, рассматриваемые для зарядки, берутся номиналом 3,7 В. Модифицируя одну и ту же схему, можно легко спроектировать зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с различными характеристиками напряжения питания.
Для зарядки литий-ионных аккумуляторов можно использовать различные методы.
Эти методы фактически являются режимами зарядки аккумулятора. По сути, существует три режима зарядки аккумулятора:
1) Непрерывный режим
2) Режим постоянного тока
3) Режим постоянного напряжения
В этом эксперименте зарядное устройство для литий-ионного аккумулятора 3,7 В с выходной мощностью 4,2 В/1 А. Для разработки интеллектуальной схемы, которая может контролировать процесс зарядки в режиме реального времени, используется интегральная схема TP4056.
Эта микросхема обеспечивает достаточный зарядный ток и напряжение для литий-ионной батареи 3,7 В. Микросхема может автоматически отключать зарядный ток, когда батарея полностью заряжена. Таким образом, снижается риск необратимого повреждения аккумулятора.
Рис. 1: Список компонентов, необходимых для зарядного устройства литий-ионного аккумулятора 3,7 В
В этом электронном проекте для хранения заряда используется литий-ионный аккумулятор 3,7 В который полностью заряжен, когда напряжение на его клеммах достигает 4,2 В.
TP4056 — это микросхема, специально разработанная для зарядки литий-ионных аккумуляторов напряжением 3,7 В. Это линейный контроллер зарядного устройства с постоянным током и постоянным напряжением. Добавив один программируемый резистор, микросхему можно использовать для зарядки 3,7-вольтовой литий-ионной батареи. Напряжение заряда зафиксировано на уровне 4,2 В, а ток заряда можно установить, добавив резистор и конденсатор в зависимости от типа заряжаемой батареи.
Эта ИС может обеспечить максимальный зарядный ток 1А.
ИС также обеспечивает внутреннюю тепловую защиту, ограничение тока и ток отрицательного заряда. Когда батарея полностью заряжена, зарядное устройство TP4056 снижает ток. Таким образом, может существовать вероятность того, что ток течет от батареи к микросхеме TP4056, когда батарея находится под высоким потенциалом. Поэтому нет необходимости добавлять дополнительный блокировочный диод из-за внутреннего PMOS, который блокирует ток отрицательного заряда. Когда аккумулятор полностью заряжается, микросхема отключает зарядный ток, что предохраняет аккумулятор от любого повреждения.
Микросхема TP4056 поставляется в упаковке SOP, что делает ее идеальной для использования в портативных устройствах. Он также требует меньше внешних компонентов, не что иное, как несколько резисторов и конденсаторов. Для работы ИС требуется минимальное напряжение от 4 до 8 В. Микросхема имеет 8 контактов со следующей конфигурацией контактов —
| Контакт | Имя | Функция | Описание |
|---|---|---|---|
| 1 | ТЕМП | Вход датчика температуры | Если напряжение на выводе TEMP ниже 45% или выше 80% напряжения питания VIN в течение более 0,15 секунды, это означает, что температура батареи слишком высокая или слишком низкая, поэтому зарядка приостановлена. Функцию измерения температуры можно отключить, заземлив контакт TEMP. |
| 2 | ПРОГ | Постоянный ток заряда и монитор тока заряда, контакт | Вывод устанавливается подключением резистора RISET от этого вывода к GND. Напряжение на выводе ISET можно использовать для измерения зарядного тока. |
| 3 | ЗЕМЛЯ | Клемма заземления | Земля |
| 4 | ВКЦ | Положительное входное напряжение питания | Когда входное напряжение падает в пределах 30 мВ от напряжения на выводе BAT, TP4056 переходит в спящий режим с низким энергопотреблением, снижая ток на выводе BAT до уровня менее 2 мкА. |
| 5 | БАТ | Штифт для подключения аккумулятора | Должен быть подключен к плюсовой клемме аккумулятора. Вывод BAT обеспечивает ток заряда аккумулятора и обеспечивает стабилизирующее напряжение 4,2 В. |
| 6 | ОЖИДАНИЕ | Выход состояния заряда с открытым сливом | При прекращении заряда аккумулятора этот вывод замыкается внутренним переключателем на низкий уровень, в противном случае он находится в состоянии высокого импеданса.
|
| 7 | ЧРГ | Выход состояния заряда с открытым сливом | Когда аккумулятор заряжается, этот контакт получает низкий уровень от внутреннего переключателя, в противном случае он находится в состоянии высокого импеданса. |
| 8 | СЕ | Вход включения микросхемы | Высокий уровень на этом выводе переводит устройство в нормальный рабочий режим, в противном случае переводит микросхему в режим отключения.
|
Микросхема TP4056 имеет функцию автоматической перезарядки. Когда напряжение батареи упадет примерно до 4,05 В, микросхема снова начнет цикл зарядки. Это снова перезапустит зарядку аккумулятора. Он поставляется с температурным чувством. Его контакт 1 или контакт TEMP подключен к выходу термистора NTC (отрицательный температурный коэффициент), который встроен в аккумуляторную батарею. Если напряжение на контакте ниже 45% или выше 80% напряжения питания в течение более 0,15 с, что означает, что температура батареи очень высокая или очень низкая, зарядка батареи прекращается.
Заземление этого вывода отключает функцию датчика температуры. В этом эксперименте этот вывод будет заземлен, что отключит функцию датчика температуры.
Для зарядки 3,7-вольтовой литий-ионной батареи можно также использовать доступный на рынке модуль TP4056. Этот модуль содержит все компоненты, встроенные в микросхему TP4056, и специально разработан для зарядки одной литий-ионной батареи 3,7 В. Для полного понимания схемы зарядного устройства, в этом проекте она разработана с нуля.
Микросхема TP4056 имеет следующую схему контактов –
Рис. 2: Схема контактов микросхемы TP4056
Прежде всего, ИС необходимо обеспечить входным питанием, которое затем обеспечит питание заряжаемой батареи. Следующие контакты на микросхеме предназначены для подключения к внешнему источнику питания —
Gnd (контакт 3) — он обеспечивает заземление микросхемы и должен быть подключен к отрицательной клемме аккумулятора.
Vcc (контакт 4) — это контакт питания входа.
Итак, подайте питание на микросхему. Когда напряжение питания падает в пределах 30 мВ от напряжения на выводе BAT. Затем TP4056 переходит в спящий режим и снижает ток, подаваемый на вывод BAT, до уровня менее 2 мкА. Контакт BAT — это то, к чему подключается положительный полюс батареи. Входное напряжение ИС должно быть от 4В до 8В для нормальной работы.
В этом эксперименте на микросхему подается питание 5 В. Конденсатор также подключен от Vcc к земле для обхода нежелательных скачков напряжения и шума. Однако большое значение конденсатора необходимо развязать с последовательным резистором (показан как резистор R3 на принципиальной схеме) от 0,2 до 0,5 Ом, что снижает пульсации напряжения.
Во-вторых, необходимо включить микросхему TP4056. Для этого CE (вывод 8) – предусмотрено включение чипа. Высокий уровень на этом выводе включает ИС TP4056, а низкий уровень на этом выводе отключает ИС.
Таким образом, этот вывод был напрямую подключен к напряжению питания, чтобы включить ИС.
Теперь необходимо установить зарядный ток в соответствии с используемой батареей. Для этого предусмотрен Prog (вывод 2). Этот контакт определяет ток зарядки аккумулятора с помощью программируемого резистора (RPROG), подключенного от контакта к земле. Этот вывод обеспечивает постоянное опорное напряжение 1 В (VPROG) для внешнего резистора, подключенного между этим выводом и землей.
Напряжение в режиме постоянного тока регулируется на уровне 2 В, а в режиме предварительной зарядки на уровне 0,2 В на этом выводе. В режиме постоянного тока зарядный ток в 1200 раз превышает ток через этот резистор. В обоих режимах (постоянный ток и режим предварительной зарядки) напряжение используется для измерения тока на этом выводе по следующему уравнению:
Ток на Prog Pin, iProg = (vprog/rprog)
Ток зарядки батареи можно рассчитать следующим образом —
ICharge = iProg *1200
.
зарядного тока (Icharge) будет установлен для зарядки аккумулятора. Для тока 1 А резистор Rprog подключается этим контактом к земле (как показано на принципиальной схеме). Значение резистора Rprog можно рассчитать следующим образом –
Icharge = Iprog *1200 (как описано выше)
Icharge = (Vprog/ RPROG)*1200 (из приведенного выше уравнения Iprog )
RPROG = (Vprog/ Ibat)* 1200 A и 1V)
RPROG = (1/1)*1200
RPROG = 1,2K
Рис. 3: Диаграмма схемы, показывающая программируемый резистор для установленного зарядного тока
Теперь батарея может батарея. быть подключен к микросхеме TP4056. Для подключения аккумулятора предусмотрен разъем BAT (контакт 5) или разъем для подключения аккумулятора. К этому контакту подключается положительный полюс аккумулятора. Этот контакт BAT обеспечивает регулируемое напряжение 4,2 В и зарядный ток для аккумулятора. В этом эксперименте конденсатор подключен параллельно контакту BAT, который соединяется с землей для обхода нежелательных скачков напряжения и шума (как показано на рисунке ниже) —
использоваться.
Когда батарея заряжается, этот контакт становится низким, в противном случае он остается в состоянии высокого импеданса. Для визуальной индикации зарядки аккумулятора к этому контакту последовательно подключен красный светодиод с сопротивлением (R2), который загорается, когда аккумулятор заряжается, в противном случае он остается в выключенном состоянии. Сопротивление ограничивает протекание тока от светодиода.
Для визуальной индикации полной зарядки аккумулятора можно использовать STDBY (контакт 6) или контакт состояния завершения зарядки. Когда батарея полностью заряжена, этот контакт становится низким, в противном случае он остается в состоянии высокого импеданса.
В этом эксперименте для визуальной индикации зеленый светодиод соединен с сопротивлением (R1) последовательно на этом выводе. Этот светодиод загорается, когда батарея полностью заряжена, в противном случае он остается выключенным. Сопротивление ограничивает протекание тока от светодиода.
Рис. 5: Принципиальная схема, показывающая подключение светодиодов зарядки и завершения зарядки к TP4056. Есть функция автоматического отключения при полной зарядке аккумулятора. Он имеет внутреннюю защиту от перенапряжения и тепловую защиту. Микросхема обеспечивает автоматическую перезарядку и полную зарядку, к ней можно подключить индикатор заряда батареи.
Важно, чтобы конденсаторы использовались на входе питания, а также с батареей для фильтрации сигнала. Это уменьшит нежелательные скачки напряжения, которые защитят как аккумулятор, так и микросхему от повреждений. Резистор (R3 на принципиальной схеме) должен быть подключен последовательно с конденсатором большой емкости на входе питания, чтобы поддерживать низкое напряжение пульсаций. Аккумулятор следует подключать в соответствии с полярностью, указанной на микросхеме, поскольку микросхема не имеет схемы защиты от обратной полярности.
Батарея не должна разряжаться при подключении нагрузки в процессе зарядки.
Одновременная зарядка и разрядка могут сократить срок службы батареи и повредить микросхему TP4056. Входное питание должно подаваться на ИС в ее рабочем диапазоне. Также полярность подключения должна быть правильной. Если при подключении батареи к микросхеме TP4056 загораются красный и зеленый светодиоды, необходимо проверить цепь подключения батареи.
Во время зарядки аккумулятора существует три основных режима работы микросхемы TP4056. Существуют дополнительные режимы в соответствии со встроенными функциями микросхемы. Эти режимы можно наблюдать на следующем графике, взятом из таблицы данных —
Когда напряжение батареи ниже 2,8 В, микросхема переходит в режим непрерывной подзарядки, чтобы привести напряжение батареи в безопасный режим. В этом режиме зарядный ток (значение тока, которым будет заряжаться аккумулятор) снижается до 13% (тип. 130 мА) от полного тока. Когда напряжение батареи достигает уровня выше минимального напряжения (Vtrickle (2,9V) + Delta Vtrickle (0,08 В)), микросхема переходит в режим постоянного тока. Itrickle = 13% от Icharge (зарядный ток) В нашем случае зарядный ток Icharge = 1A /100 Itrickle = 130 мА Ток, вытекающий из вывода PROG, будет постоянным. Этот ток используется для зарядки аккумулятора и называется зарядным током. В этом эксперименте этот зарядный ток равен 1 А (Icharge) (устанавливается программируемым резистором на выводе 2), и батарея будет заряжаться постоянным током 1 А до тех пор, пока напряжение на клеммах батареи не достигнет своего максимального номинального напряжения (4.2). В). Теперь, когда напряжение батареи достигает пикового значения 4,2 В, напряжение батареи пытается превысить 4,2 В. Тогда микросхема не позволит большему току течь через батарею. Микросхема автоматически прекращает зарядку, когда ток заряда падает до 1/10 от запрограммированного тока/зарядного тока после достижения максимального напряжения (4,2 В) аккумулятора. В этом эксперименте это текущее значение может быть рассчитано следующим образом I = 1/10* (Icharge )Ток зарядки I = 1/10*(1) (поскольку Icharge = 1A) I = 0,1A В этом режиме IC0 потребляет максимум 10uA ток по даташиту. Когда контакт RPROG не подключен и входное напряжение меньше напряжения батареи, микросхема находится в режиме выключения. Рис. 7: Изображение модуля TP-4056 и батареи Входное питание микросхемы составляет 5 В постоянного тока, поэтому Vin = 5 В Максимальный ток, обеспечиваемый TP4056, Imax = 1 А программируемым резистором, подключенным к выводу 2 микросхемы).
В этом эксперименте зарядный ток составляет 1 А (устанавливается программируемым резистором на выводе 2). В непрерывном режиме зарядный ток упадет и может быть рассчитан следующим образом: 2) Режим постоянного тока —
3) Режим постоянного напряжения-
Ток в этом режиме начнет медленно падать, поддерживая постоянное напряжение 4,2 В на аккумуляторе (как видно на графике выше). 4) Режим ожидания-
5) Режим выключения-
Тестирование –
