Tp4056 схема регулировка напряжения заряда

Как я пытался победить TP4056

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.

Источник

Контроллер заряда на TP4056.

Контроллер 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, имет на нижней поверхности металлический теплосьемник не соединенный с контактами, позволяет заряжать аккумулятор током до 1000 ма (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:

Описание выводов:

Процесс зарядки состоит из нескольких этапов:

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 контроллера TP4056 практически идентична схеме из даташита, за исключением подключения термодатчика аккумулятора. На полученных модулях цвет светодиодов окончания зарядки другой, вместо зеленого — синий.

Читайте также:  Регулировка клапанов мицубиси паджеро спорт дизель

Можно (если понадобилось) вывести вход термодатчика отдельным проводком, напаявшись на лапку и отрезав ее от GND. Или же подняв лапку над платой и напаявшись.

Описание:

Тесты зарядки реальных аккумуляторов:

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).

Что эта схема добавляет в характеристики предыдущего модуля:

К сожалению защитить от переполюсовки он надолго не сможет, ограничит ток на 3А. Для DW01 и ML8205A такой ток некритичен, ТP4056 быстро перегреется.

Аккумулятор подключается к контактам B+ и B-
Нагрузка подключается к контактам OUT+ и OUT-

Все чипы хорошо известны и проверены

Реальная схема устройства

Отсутствует ограничивающий резистор на входе TP4056 — видимо кабель подключения выполняет эту функцию.
Реальный ток заряда 0,93А.
Зарядка отключается при напряжении на аккумуляторе 4,19В
Потребляемый ток от аккумулятора всего 3мкА, что значительно меньше саморазряда любого аккумулятора.

Описание некоторых элементов.

R5 C2 — фильтр цепи питания DW01A. Через него также осуществляется контроль напряжения на аккумуляторе.
R6 — нужен для защиты от переполюсовки зарядки. Через него также измеряется падение напряжения на ключах для нормальной работы защиты.
Красный светодиод — индикация процесса заряда аккумулятора
Синий светодиод — индикация окончания заряда аккумулятора

Переполюсовку аккумулятора плата выдерживает лишь кратковременно — быстро перегревается ключ FS8205A. Сами по себе FS8205A и DW01A переполюсовки аккумулятора не боятся из-за наличия токоограничивающих резисторов, но из-за подключения TP4056 ток переполюсовки начинает течь через него.

При напряжении аккумулятора 4,0V, измеренное полное сопротивление ключа 0,052 Ом
При напряжении аккумулятора 3,0V, измеренное полное сопротивление ключа 0,055 Ом

Защита от токовой перегрузки — двухступенчатая и срабатывает, если:
— ток нагрузки превышает 27А в течение 3мкс
— ток нагрузки превышает 3А в течение 10мс
Информация рассчитана по формулам из спецификации, реально это не проверить.
Длительный максимальный ток отдачи получился около 2,5А, при этом ключ заметно нагревается, т.к. на нём теряется 0,32Вт.

Защита от переразряда аккумулятора срабатывает при напряжении 2,39В — маловато будет, не всякий аккумулятор можно безопасно разряжать до такого низкого напряжения.

Источник

Простое зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов малой ёмкости на TP4056

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:

Читайте также:  Настройка и регулировка карбюратора солекс 21083 видео


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


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.

Читайте также:  Регулировка педали сцепления ваз 2107 своими руками видео

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

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.

Источник

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями
Настройки и регулировки