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
Входное напряжение питания 5 Вольт, на модуль подаётся через разъём USB, или на контактные площадки «IN+» и «IN-«, а аккумулятор подключается к площадкам с обозначением «BAT+» и «BAT-«. Во время процесса зарядки светится красный светодиод, а после завершения он гаснет, и зажигается светодиод зелёного цвета свечения. Интересной особенностью микросхемы является тот факт, что необходимый ток зарядки аккумулятора можно задавать внешним резистором, который называется программным, и на плате модуля он отмечен как «R-prog». На готовом модуле сопротивление этого резистора рассчитано на зарядный ток 1А, что довольно много для аккумуляторов небольшой ёмкости. В официальной документации на микросхему TP4056 представлена формула для расчёта силы зарядного тока по определённому сопротивлению этого резистора:
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
Входное напряжение осветительной сети, через ограничитель тока на резисторе R1, который одновременно выполняет роль предохранителя, подаётся на выпрямительный мост на диодах D1 — D4, и выпрямляясь сглаживается фильтрующим конденсатором C1.
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.
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Конденсаторы | |||||||
C1 | Электролитический конденсатор | 2. 2μ 400V | 1 | Высоковольтный | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
C2 | Электролитический конденсатор | 100μ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
C3 | Электролитический конденсатор | 1μ 50V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
C4 | Конденсатор | 1n | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
Резисторы | |||||||
R1 | Резистор | 10 Ом | 1 | Предохранительный | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
R2 | Резистор | 510 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
R3 | Резистор | 390 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
R4 | Резистор | 1. 5 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
R5 | Резистор | 10 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
R6 | Резистор | 330 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
R prog | Резистор | 3.3 кОм | 1 | Ток зарядки 360 мА | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
Полупроводники | |||||||
D1, D2, D3, D4 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | В блокнот | |||
D5 | Выпрямительный диод | FR101 | 1 | Быстрый | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
D6 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | Быстрый | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
ZD1 | Стабилитрон | 1N4733A | 1 | 5,1 Вольт | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
Q1 | Биполярный транзистор | MJE13001 | 1 | Высоковольтный | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
Q2 | Биполярный транзистор | SS9014 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
M1 | Контроллер заряда | TP4056 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
Tr1 | Трансформатор | Е24/12/6 | 1 | I — 300, II — 8, III — 8 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
Добавить все |
Скачать список элементов (PDF)
420 тг
202 в наличии
Количество
Артикул: 1902009 Категория: Зарядные устройства
По умолчанию ток заряда — 1 А. Но его можно настроить с помощью установки SMD резисторов 0805 с нужным номиналом (см. таблицу ниже). Рекомендуется, чтобы ток заряда составлял 37—40% от емкости аккумулятора. К примеру, если вы заряжаете аккумулятор емкостью 2600 мАч, то лучше подобрать ток заряда около 960—1000 мА.
Подбирать резистор можно опираясь на следующую таблицу:
Сопротивление (кОм) | Ток заряда (mA) |
---|---|
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 | 1 000 |
Документация TP4056
Напряжение прекращения зарядки | 4,2 В, ±1% |
---|---|
Метод зарядки | линейный |
Ток заряда | до 1А (настраивается) |
Точность заряда | 1,5 % |
Входное напряжение | 4,5—5,5 В |
Выходное напряжение (полный заряд) | 4,2 В |
Индикация | Красный светодиод — идет зарядка Синий светодиод — зарядка окончена |
Разъем | Micro USB |
Защита от переполюсовки | НЕТ |
Порог срабатывания защиты от переразряда | 2,5 В |
Порог срабатывания защиты по току | 3 А |
Рабочая температура | -10 … +85 °C |
Вес | 3 г |
---|---|
Размеры | 27 x 17 x 10 мм |
TP4056 представляет собой полный линейный зарядный модуль постоянного тока-напряжения для одноэлементных литиевых батарей 3,7 В. Он будет постоянно контролировать уровень напряжения батареи во время зарядки и разрядки. Модуль работает с напряжением постоянного тока 5 В 1 А, может быть обеспечен мини-кабелем USB, обычно используемым в зарядных устройствах для смартфонов. Из-за малого количества внешних компонентов сделайте модуль TP4056 идеально подходит для портативной электроники.
Краткое описание модуля TP4056 приведено ниже:
Тип | Зарядное устройство, плата защиты |
Модуль | ТП4056 |
Тип батареи | литий-ионный, литий-полимерный |
Напряжение батареи | от 3,7 В до 4,2 В |
Входной ток Макс. | 1050 мА (~1 А) |
Входное напряжение | 4-8 В |
Выходное напряжение | 4,2 В |
Тип разъема | Мини-USB |
Способ зарядки | Линейная зарядка 1% |
Точность зарядки | 1,5% |
Упаковка | СОП-8 |
Схема TP4056 Схема модуля зарядки/разрядки литиевой батареи 3,7 В показана ниже.
Литий-ионные и литий-полимерные элементы могут взорваться при коротком замыкании, перезарядке, зарядке или разрядке слишком большими токами. Модуль TP4056 представляет собой комбинацию зарядного устройства и защиты для одноэлементных литиевых батарей 3,7 В. Следовательно, этот модуль будет контролировать уровень напряжения литиевой батареи во время зарядки и разрядки.
Внутри модуля используются микросхемы TP4056A, DW01A, и P-типа MOSFET FS8205A . Процесс зарядки контролируется микросхемой линейного напряжения TP4056A, ток заряда устанавливается подключением резистора 1,2 кОм от R PROG (вывод: 2) к GND. ИС защиты аккумулятора DW01A предназначена для защиты литий-ионного/полимерного аккумулятора от повреждения или сокращения срока службы из-за перезаряда или переразряда. Блокировочный диод не требуется из-за внутренней архитектуры PMOSFET FS8205A и предотвращает цепь тока отрицательного заряда.
Рекомендуемое рабочее напряжение для схемы модуля TIP4056: 4–8 В, 1 А постоянного тока. Вы можете использовать любой тип мобильного зарядного устройства и его кабель для питания этого модуля. Когда зарядное устройство включено, КРАСНЫЙ светодиод загорается, показывая, что батарея заряжается. Как только модуль зарядит аккумулятор полностью, он автоматически прекратит зарядку, и красный светодиод погаснет, а синий светодиод загорится, указывая на завершение.
Схема подключения модуля зарядки/разрядки литиевой батареи TP4056 3,7 В. |
После прочтения этой статьи у вас могут возникнуть вопросы, о которых пойдет речь ниже.
Сколько аккумуляторов можно подключить к TP4056?Одновременно к зарядному устройству TP4056 можно подключить только один литий-ионный аккумулятор.
Максимальная зарядная способность TP4056 составляет 1000 мА (1 А). Это означает, что максимальный зарядный ток, который может обеспечить TP4056, составляет 1000 мА. Однако зарядный ток можно установить на более низкие значения, например 500 мА или 100 мА, путем изменения номинала зарядного резистора на плате.
Могу ли я заряжать мобильный аккумулятор с помощью TP4056?Технически зарядить аккумулятор мобильного телефона можно с помощью зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов TP4056, но это может быть не лучшим решением.
Аккумуляторы мобильных телефонов, как правило, имеют более сложную схему зарядки, которая включает в себя различные функции безопасности, такие как защита от перенапряжения, защита от перегрузки по току и измерение температуры.
Зарядка аккумулятора мобильного телефона с помощью простого зарядного устройства TP4056 может не обеспечить необходимых функций безопасности и привести к повреждению аккумулятора или телефона.
Есть ли у TP4056 BMS?Нет, зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов TP4056 не имеет встроенной системы управления батареями (BMS). Это простой зарядный модуль, предназначенный для одновременной зарядки одного элемента литий-ионного аккумулятора.
Почему мой зарядный модуль TP4056 нагревается?Зарядное устройство TP4056 может выделять некоторое количество тепла во время зарядки, что обычно является нормальным явлением. Однако чрезмерное тепловыделение может быть признаком проблемы.
Если модуль зарядного устройства становится слишком горячим для прикосновения или начинает издавать запах гари, важно немедленно отключить его от источника питания и выяснить причину проблемы.
Некоторыми возможными причинами чрезмерного нагрева зарядного устройства являются перегрузка, короткое замыкание, повреждение зарядного устройства или аккумулятора и высокая температура окружающей среды.
Если проблема не устранена, рекомендуется обратиться за профессиональной помощью или заменить зарядное устройство, чтобы избежать возможного повреждения устройства или заряжаемого аккумулятора.
Интеллектуальное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора
Интеллектуальное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора
Стандартная версия Аккумулятор к зарядному устройству
1к 0 0 2
Пользователь Серджиу Габриэль Станчу
0chragersd
chragersd
Стандартная версия Зарядное устройство
196 0 0 0
Пользователь фото
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия Зарядное устройство
514 0 0 0
Пользователь англ. msa1231
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия зарядное устройство
562 0 0 0
Пользователь Манджунатх Упари
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия Зарядное устройство
532 0 0 0
Пользователь effebi0964
0Зарядное устройство.
Зарядное устройство.
Стандартная версия Зарядное устройство
231 0 0 0
Пользователь нефелимет
0Печатная плата для зарядки аккумуляторов 18650 LiPo с использованием популярного TP4056.
Печатная плата для зарядки аккумуляторов 18650 LiPo с использованием популярного TP4056.
Стандартная версия Зарядное устройство TP4056 LiPo
537 0 1 2
Пользователь радугапечатная плата
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия Мини-зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов TP4056
1,1к 0 0 0
Пользователь ЭтнасСофт
0Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов TP4056X 18650
Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов TP4056X 18650
Стандартная версия TP4056 18650 Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов
2,2к 0 2 3
Пользователь Ратти3
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия зарядное устройство (5А)
262 0 0 0
Пользователь кмастрок
0Нет профиля
Нет профиля
Стандартная версия Зарядное устройство v0.