Самая известная зарядка

318 просмотров

Модуль зарядки на основе микросхемы TP4056, это действительно самое распространённое в радиолюбительской практике решение для зарядки Li-Ion аккумуляторов. Я вообще покупаю эти модули по 10шт, а иногда и больше. В этой статье я хочу не только рассказать о технических возможностях этой микросхемы и плат на ее основе, но и попытаться собрать возможное варианты схем включения. Естественно, что всего я знать не могу, поэтому призываю вас активно включится в комментариях в обсуждение этой темы, я в результате дополню эту статью и это будет полезно всем.

Характеристики модуля для заряда Li-ion аккумулятора на базе TP4056:

  • Рабочая температура: -10° до +85°
  • Микросхема управления: TP4056
  • Минимальное входное напряжение: 4.5V
  • Максимальное входное напряжение, В: 5.5
  • Выходное напряжение, В: 4.2 (при полной зарядке)
  • Номинальный выходной ток, А: 0-1.0
  • Тип заряда – линейный метод зарядки
  • Точность заряда – 1.5%
  • Полное напряжение заряда – 4.2v
  • Количество заряжаемых аккумуляторов    1 шт.
  • Светодиодный индикатор: заряжается – “красный” , полностью заряжено – “зеленый” (иногда синий)
  • Входной интерфейс – различные варианты usb

Микросхема имеет индикацию процесса заряда и сама отключает аккумулятор при достижении напряжения на нем 4,2В. В момент заряда светится красный светодиод, когда батарея будет полностью заряжена засветится зеленый(синий) светодиод, красный при этом погаснет.
Процесс зарядки аккумулятора идентичен зарядке мобильного телефона.
Модуль подходит для зарядки Литий-Ионных и Литий-полимерных (Li-Ion, Li-Po) банок. Будь то аккумуляторы от мобильного телефона или батареи типоразмер 18650 или какие либо другие. Подать напряжение на устройство можно двумя способами: через разъем, мини/микро/type-C USB, или путем пайки проводов, минуя разъем.

Кроме того, у микросхемы есть возможность подключить термодатчик, который следит за температурой батареи, а это очень важно, об этом я уже упоминал вот в этой статье. Работать этот датчик конечно будет при его наличии и подключении и непосредственном контакте датчика с батареей, что чаще всего мы не делаем)). Датчик подключается к выводу 1 и GND (вывод 3) и резистивный делитель, которым задается начальное смещение (номиналы резисторов делителя зависят от сопротивления используемого терморезистора). На всех модулях (которые встречались мне) этот вывод подключен на землю и естественно не используется.

реклама
Выводы TP4056

Назначение выводов:

1 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.

2 PROG — Программирование тока зарядки (1.2к — 10к); Постоянный ток зарядки и контроль напряжения зарядки выбираются сопротивлением резистора, между этим пином и GND; Поддерживается ток заряда от 30мА до 1А. Для всех режимов зарядки, зарядный ток может быть выставлен резистором согласно таблице:

реклама
Ток заряда

3 GND — Общий;

4 Vcc — Напряжение питания, если ток потребления (ток зарядки батареи) становится ниже 30mA, контроллер уходит в спячку, потребляя от контакта BAT ~ 2мкA;

5 BAT — Подключение аккумуляторной батареи (+);

6 STDBY — Индикация окончания заряда, при слишком низком напряжении питания, или напряжении на входе ТЕМР не в диапазоне — разомкнут; При подключенной батарее, в течении зарядки — разомкнут, по окончании — замкнут; При неподключенной батарее замкнут;

7 CHRG — Индикация зарядки, при слишком низком напряжении питания, или напряжении на входе ТЕМР не в диапазоне — разомкнут; При подключенной батарее, в течении зарядки — замкнут, по окончании — разомкнут; При неподключенной батарее, кратковременно включается с периодом 1-4 сек (светодиод мигает);

8 CE — Управление зарядкой. При подаче высокого уровня микросхема находится в рабочем режиме, при низком уровне контроллер в состоянии сна. Вход TTL и CMOS совместим;

Процесс зарядки происходит точно по всем стандартам и состоит из нескольких этапов:

1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (постоянно);

2. Зарядка током 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2к) до уровня 2.9 В (если требуется);

3. Зарядка максимальным током (1000мА при Rprog = 1.2к);

4. При достижении на батарее 4.2 В идет стабилизация напряжения на уровне 4.2В. Ток падает по мере зарядки;

5. При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (100мА при Rprog = 1.2к) зарядное устройство отключается. Переход к п. 1

По сути это более навороченная модификация 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).

Модуль на основе TP4056 существует в 2-х исполнениях, с защитой и без:

Отличие состоит в одной микросхеме (DW01), транзисторной сборке (ML8205A) и нескольких элементах обвязки.

Плата без защиты это на 100% схема согласно даташиту TP4056, за исключением, как я уже сказал, подключения термодатчика.

Схема из тех документации

Плата с защитой дополнена микросхемой DW01 и транзисторной сборкой ML8205A. Эта защита добавляет:

  • Встроенная защита от короткого замыкания по выходу (ограничение до 3А);
  • Встроенная защита от глубокого разряда аккумулятора (2,4 вольт);
  • Защиту от переполюсовки батареи, но она крайне кратковременна и чаще всего ведет в выгоранию DW01, которая ценой своей жизни спасает остальной модуль.
TP4056 Схема с защитой

К практике.

Готовый модуль сегодня очень дешев, 1,3$ за 5шт. вот тут я обычно беру и это с защитой. Исходя из цены это очень привлекательно. Естественно радиолюбители уже досконально разобрали все возможности этого модуля и микросхемы отдельно.

Зарядный ток

Модуль позволяет заряжать только одну банку Li-ion, не лимитируется емкость этой банки и конечно никто не запрещает подключить несколько элементов в параллель. Ток заряда можно отрегулировать подбором резистора подключенного к 2-й ноге TP4056 (таблица чуть выше). Но есть одно но, ток не может превышать 1А. И если подключить несколько банок параллельно, то модуль точно также будет их заряжать, но возрастет емкость и естественно увеличивается время на полный заряд. Для того что бы поднять ток заряда можно несколько модулей включить параллельно друг другу, но ток не будет складываться (два модуля не дадут 2А). И индикация работать правильно не будет, хотя бы из-за разброса параметров. Схема правильная выглядит вот так:

Параллельное включение TP4056

Заряд батареи

И самый интересный вопрос, это возможность заряда батареи элементов, т.е. последовательно соединённых банок в батарею. Самом собой понятно, что TP4056 (или модуль на ее основе) может заряжать только один элемент, и хотелось бы подключить несколько модулей к каждому элементу батареи для зарядки всей батареи. Но если посмотреть на схему, то видно, что линия “-” питания является общей и для источника питания и для батареи, и если мы несколько таких модулей подключим к батарее, каждый к своему элементу, а входы к одному источнику питания, то неминуемо произойдет короткое замыкание. Но можно сделать вот так:

Зарядка батареи из нескольких элементов

Каждый модуль будет заряжать отдельный элемент, и индикация заряда будет работать для каждого отдельного элемента батареи отдельно. Вместо отдельных блоков питания можно использовать изолированные обмотки блока питания (хоть трансформаторного, хоть импульсного) и индивидуальными выпрямителями.

Есть еще варианты заряда батареи

Как видно из последней картинки, тумблер можно заменить на реле и автоматизировать переключение, но заряжать такой конструкцией батарею можно только тогда когда она не используется, т.е. зарядили -> поставили куда нужно, разрядили -> сняли, зарядили.

Уверен, что в вашем арсенале есть еще парочка различных схем и вариантов использования этой платы.

Поделится