Литий-ионные аккумуляторы имеют массу достоинств, но требуют постоянного контроля при зарядке (да и во время разряда). Нарушение режима пополнения энергии может привести к выходу элемента питания из строя, а в худшем случае – к возгоранию и взрыву. Процесс зарядки должен происходить под управлением специальной электронной схемы, которую можно построить на базе контроллера заряда Li-ion аккумулятора TP4056.
Описание и сфера использования
Контроллер заряда представляет собой микросхему в корпусе SOP8, предназначенную для SMD-монтажа и имеющую 8 выводов (все выводы функциональны и могут быть задействованы при подключении). Основное предназначение микросхемы:
- контроль процесса зарядки Li-ion батарей стабильным током в пределах 1 А (устанавливается с помощью внешних элементов);
- прекращение подзаряда при достижении установленного порога напряжения;
- индикация состояния зарядки (в процессе/завершено);
- прерывание процесса при достижении верхнего уровня температуры.
Внешним сигналом микросхема может быть переведена в режим ожидания – заряд аккумулятора при этом прервется.
TP4056 — Модуль заряда Li-ion аккумуляторов c контроллером заряда
Алгоритм зарядки под управлением TP4056 выглядит так:
- Если напряжение на клеммах заряжаемого аккумулятора ниже 2,9 вольт, активируется режим зарядки малым током (0,1 от заданного).
- При уровне на клеммах в пределах от 2,9 до 4,1вольта зарядка производится установленным током.
- При достижении напряжения 4,1 вольта батарея дозаряжается в режиме стабилизированного напряжения до 4,2 вольт, до достижения тока, равного 0,1 от заданного. После этого зарядка прекращается.
Если во время зарядки обнаружится повышенная температура банки, процесс прерывается.
Микросхема не требует подключения дополнительных силовых или активных элементов, и позволяет заряжать единичные литий-ионные ячейки, включая распространенные 18650, непосредственно от USB-порта.
Технические характеристики
Электрические характеристики микросхемы приводятся для напряжения питания 5 вольт и температуры окружающей среды +25 град.С:
- потребляемый ток (при Rпрог=1,2 кОм) – 150 мА;
- выходной уровень в режиме стабилизации напряжения – 4,2 В;
- пороговое напряжение – 2,9 вольт;
- ток зарядки при напряжении батареи ниже порогового (при Rпрог=1,2 кОм) – 130 мА.
Микросхема может длительно работать при коротком замыкании заряжаемой батареи. Диапазон рабочих температур – минус 40..+85 град. С, при пайке нельзя превышать уровень +145 град.С.
Напряжение питания батареи может меняться в пределах от 4 до 8 вольт DC.
Принципиальная схема TP4056
Производитель в datasheet не дает внутренней схемы TP4056. Упомянуто лишь, что она построена на полевых транзисторах (MOSFET) с P-каналом и не требует защиты в виде блокировочных диодов от отрицательного (втекающего от батареи) зарядного тока.
Варианты подключения и нюансы настройки
Перед подключением микросхемы надо разобраться с назначением ее выводов. Нумерация пинов идет от ключа против часовой стрелки (если смотреть сверху).
На нижней поверхности корпуса расположен теплоотвод, не соединенный ни с одним из выводов.
- Temp. Сюда можно подключить вывод штатного датчика температуры, который встраивается в некоторые батареи. Нормальным режимом считается, если напряжение датчика лежит в пределах от 0,45 до 0,8 от напряжения питания. При выходе за эти пределы заряд блокируется.
- Prog. Сюда подключается резистор, определяющий ток заряда (второй вывод резистора – на общий провод). Стандартное значение резистора – 1,2 кОм, при этом ток составит 1 А (максимальное значение).
- GND. Общий вывод.
- VCC. Напряжение источника питания. Он же является источником зарядного тока, поэтому должен быть рассчитан на полный ток заряда плюс небольшое потребление самой микросхемы.
- BAT. Сюда подключается плюсовой вывод батареи. Минусовой подключается к общему проводу.
- STDBY. Вывод с открытым стоком. Индикация дежурного режима (используется для опознавания окончания заряда). На выводе присутствует низкий уровень в процессе зарядки (подключен к нулевому проводу), а если зарядка не идет – вывод в состоянии высокого сопротивления.
- CHRG. Индикация зарядки. Вывод с открытым стоком. Пока батарея заряжается, присутствует низкий уровень, в противном случае в состоянии высокого сопротивления.
Если заряд прекращен по повышению температуры батареи, или батарея отсутствует, или ее напряжение слишком низкое — оба светодиода будут погашены.
Типовое включение микросхемы указано в Datasheet. Питание подается через фильтр из резистора 0,4 Ома и конденсатора 10 мкФ (устанавливать не обязательно, но желательно для защиты от помех).
К выводам 7 и 6 через токоограничивающие резисторы в 1 кОм подключены катоды светодиодов, индицирующих дежурный режим и режим зарядки. Для режима STDBY выбран LED с зеленым цветом свечения, для режима CHRG – с красным.
Цвет свечения светодиодов принципиального значения не имеет и на работоспособность схемы не влияет – можно устанавливать светоизлучающие элементы с любым цветом.
С помощью резисторов R1 и R2 на входе Temp создано смещение. Оно позволяет заряжать аккумуляторы, не подключая датчик температуры (например, при его отсутствии). Заряжаемая батарея подключается между выводами 5 (положительный вывод) и общим проводом (отрицательный вывод). Параллельно аккумулятору можно подключить аккумулятор емкостью 10 мкФ. При его установке при отсутствии батареи зеленый светодиод будет гореть постоянно, а красный вспыхивать с периодом 1..4 сек.
К выводу 2 подключен «программирующий» резистор. Он определяет ток заряда в режиме стабильного тока. Зависимость тока от сопротивления выглядит так:
Iзар=(1/Rпрог)*1200, где Rпрог – сопротивление «программирующего» резистора в килоомах, а Iзар – ток заряда в миллиамперах. Для стандартных номиналов резисторов соотношение тока и сопротивления приведено в таблице.
| 1,2 | 1000 |
| 1,5 | 800 |
| 2 | 600 |
| 2,4 | 500 |
| 2,7 | 444 |
| 3 | 400 |
| 3,9 | 308 |
| 4,7 | 255 |
| 5,1 | 235 |
| 6,8 | 176 |
| 7,5 | 160 |
| 8,2 | 146 |
| 9,1 | 130 |
| 10 | 120 |
Более совершенное зарядное устройство можно получить, если дополнить TP4056 модулем защиты на DW01A. Для подключения дополнительно модуля не надо вносить изменения в базовую схему – схема на DW01A подключается к выводам контроллера (к микросхеме надо добавить два N-канальных полевых транзистора с изолированным затвором), а батарея подключается к выводам дополнительного участка.
Дополнительная схема осуществляет несколько защит аккумулятора:
- От перезаряда . Если напряжение на аккумуляторе по какой-либо причине превысит 4,2 вольта, транзистор, управляемый от пина 1 микросхемы, отключит аккумулятор от зарядного устройства. Если напряжение падает ниже установленного порога. FET открывается вновь.
- От переразряда . Если напряжение на батарее упадет ниже 2,4 вольта, левый по схеме транзистор, управляемый от вывода 3, отключит аккумулятор от нагрузки.
Источник: zapitka.ru
Модуль заряда на микросхеме TP4056
Для заряда литиевых батарей применяются специальные зарядные устройства, в основу которых входят специализированные микросхемы — контроллеры заряда. О таком устройстве — модуле заряда литиевых батарей, в основе которого лежит микросхема-контроллер TP4056 и пойдет речь в данной статье.
Сам модуль можно купить в Китае. Ссылка на модуль будет в описании к видео. По этой ссылке продавец предлагает купить набор из 5 модулей TP4056. Мне эти модуль пришли в количестве 5 штук одной платой. На самой плате уже сделаны надрезы для разделения на отдельные платы.
Модуль заряда основан на микросхеме TP4056 — это линейная микросхема-контроллер заряда литиевой батареи. К микросхеме так же подключены светодиоды индикации процесса заряда и его окончания. Ток заряда устанавливается резистором R3.В схеме так же имеется микросхема DW01 для защиты литиевой батареи от переразряда и перезаряда.
Технические характеристик модуля заряда на основе микросхемы TP4056.
| Параметр | Значение |
| Используемый контроллер | TP4056 -контроллер заряда и DW01 для зашиты аккумулятора от переразряда и перезаряда; |
| Режим зарядки | линейный |
| Ток зарядки | до 1А (настраивается) |
| Точность зарядки | 1.5% |
| Входное напряжение | 4.5 — 5.5В |
| Напряжение полного заряда | 4.2В |
| Индикаторы | красный — зарядка, зеленый (в некоторых версиях синий) — заряд окончен |
| Входной разъем | mini USB, MicroUSB или контакты для подпайки проводов |
| Диапазон температур | -10 до +85 град.С |
| Защита от переполюсовки | нет |
| Защита от перезаряда | 4.30±0.050 В |
| Защита от переразряда | 2.40±0.100 В |
| Вес | 5 г |
| Размеры платы | 25 x 17 x 4 mm |
Как видно из технических характеристик, модуль может заряжать литиевые батареи с номинальным напряжением 3,7 вольта током до 1 ампера. Для питания модуля используется напряжение 5 вольт.
Следует заметить, что поскольку микросхема TP4056 это линейный контроллер заряда, то с увеличением тока увеличивается рассеиваемая мощность микросхемой.
Питание к плате +5 вольт подключается через разъем USB.
Так же питание можно подключить к этим контактным площадкам.
Для подключения нагрузки на плате модуля есть контактные площадки: OUT+ и OUT-.
Литиевая батарея подключается к контактным площадкам B+ и B-.
Литиевые батареи можно подключать к зарядному модулю параллельно.
Подключать последовательно соединенные литиевые батареи к этому зарядному модулю не допускается.
Для индикации работы зарядного модуля на плате имеется два светодиода. Светодиод LED1 — красного свечения, сигнализирует о том, что идет процесс зарядки. Светодиод LED2 — зеленого или синего свечения, сигнализирует о том, что заряда окончена.
Для установки максимального зарядного тока на плате имеется резистор R3. Сопротивление резистора, установленного на заводе, составляет 1,2 Ком, что соответствует максимальному току зарядки в 1 ампер.
Для расчета максимального тока заряда применяется вот такая не сложная формула. Данная формула взята из документации на микросхему TP4056.
Следует заметить, что в данной формуле величина напряжения в вольтах, сопротивление в омах, ток в амперах.
В документации на микросхему TP4056 есть таблица, соответствия сопротивления резистора R3 и заданного тока. Этой таблицей так же можно пользоваться для установки максимального тока зарядки батареи.
| Резистор, КОм | Ток заряда, мА |
| 10 | 130 |
| 5 | 250 |
| 4 | 300 |
| 3 | 400 |
| 2 | 580 |
| 1,66 | 690 |
| 1,5 | 780 |
| 1,33 | 900 |
| 1,2 | 1000 |
И еще одно важное предупреждение по модулю заряда на микросхеме TP4056: нужно обязательно соблюдать полярность подключения модуля заряда — как к источнику питания, так и к батареи. При неправильном подключении микросхема-контроллер заряда выходит из строя.
Теперь надо рассмотреть алгоритм работы микросхемы TP4056 по заряду литиевой батареи. На экране вы видите график, который взят из документации на микросхему TP4056.
По оси X указано время в часах, по оси Y слева — ток зарядки в мА, по оси Y справа напряжение заряда в вольтах. Следует заметить, что сопротивление резистора, задающего ток, составляет 1,1 КОм, что соответствует примерно току в 1000 мА. Напряжение питания составляет 5 вольт. Оранжевым цветом выделен график значения тока при зарядке батареи. Зеленым цветом выделен график значения напряжения при зарядке батареи.
При зарядки разряженной батареи микросхема устанавливает ток заряда в 100 мА, до достижения на батареи напряжения уровня 2,9 вольта. Затем, по достижению уровня напряжения на батареи 2,9 вольта, микросхема устанавливает максимальный ток заряда, заданный резистором. Контроллер заряда при этом находится в режиме стабилизации тока заряда. Ток заряда составляет 1000 мА.
По достижению уровня напряжения на батареи 4,1 вольта, контроллер начинает снижать ток заряда до уровня 100 мА. При токе 100 мА контроллер перестает заряжать батарею, зарядный ток падает до 0. При этом контроллер переходит в режим стабилизации напряжения, на батареи он поддерживает напряжение на уровне 4,2 вольта.
Вот и все основные теоретические моменты про данный модуль заряда на микросхеме TP4056.
Еще пример практического применения модуля заряда на микросхеме TP4056 — «Ремонт и переделка светодиодного фонаря со свинцовой на Li-Pol батарею.»
Используемые материалы и электронные компоненты:
Купить модуль заряда TP4056 можно на Aliexpress: Модуль заряда TP4056.
Литиевые аккумуляторные батареи, зарядные устройства к ним можно посмотреть на витрине товаров Aliexpress, в разделе «Аккумуляторы и зарядные устройства».
Видео. Модуль заряда литиевых батарей TP4056.
Посмотреть видео «Модуль заряда литиевых батарей TP4056» так же можно на видеохостинге RuTube (видео откроется в новом окне браузера).
Источник: engineerpavlov.ru
Модуль зарядки TP4056 схема подключения к Ардуино
Модуль зарядки TP4056 с защитой аккумуляторов от перезарядки, перегрузки и короткого замыкания. TP4056 со встроенным термодатчиком позволяет заряжать аккумулятор током до 1000 мА, сила тока регулируется заменой резистора Rprog на модуле. Рассмотрим, как правильно включить модуль зарядки аккумуляторов с нагрузкой к микроконтроллеру Ардуино для бесперебойного питания платы.
Модуль TP4056 datasheet на русском, характеристики
Контроллер TP4056 является улучшенной модификацией чипа TP4054. Имеет защиту от короткого замыкания, автоматически завершает зарядку аккумуляторов при напряжении на выходе 4,2 Вольт и снижении тока заряда до 1/10 от заданной величины. При зарядке аккумулятора на плате включается красный светодиод, когда батарея полностью заряжена включается встроенный зеленый светодиод.
Технические характеристики TP4056
- Контроллер: TP4056 для зашиты переразряда/перезаряда аккумулятора;
- Режим зарядки: линейная 1%;
- Ток зарядки: до 1 Ампер (настраивается);
- Точность зарядки: 1.5%;
- Входное напряжение: 4.5 — 5,5 Вольт;
- Напряжение полного заряда: 4,2 Вольт;
- Защита от переполюсовки: нет;
- Защита от перезаряда: 4,30 ± 0,050 Вольт;
- Защита от переразряда: 2,40 ± 0,100 Вольт;
- Входной разъем: mini USB и контакты для проводов;
- Размеры платы: 25 × 17 × 4 мм.
График зарядки аккумуляторов от TP4056 изображен выше. Процесс состоит из нескольких этапов. Сначала идет зарядка током 1/10 от запрограммированного резистором Rprog (по умолчанию 1,2 кОм) до уровня 2,9 Вольт. Затем идет зарядка максимальным током, а при достижении заряда 4,2 Вольта происходит стабилизация напряжения. При достижении тока 1/10 от заданного значения — зарядка отключается.
| Резистор (кОм) | Ток заряда (мА) |
| 30 20 10 5 4 3 2 1.66 1.5 1.33 1.2 |
50 70 130 250 300 400 580 690 780 900 1000 |
Чтобы подобрать оптимальный ток зарядки аккумулятора, необходимо правильно подобрать резистор Rprog, согласно таблице, размещенной выше. Разберем простой пример: имеется аккумулятор емкостью 1700 Ампер/часов. Чтобы узнать необходимый ток зарядки, следует емкость разделить на 2, то есть: 1700 / 2 = 850 мА. Поэтому необходимо заменить резистор Rprog на резистор с сопротивлением 1,33 кОм.
TP4056 схема подключения с нагрузкой
На картинке выше, продемонстрировано использование модуля зарядки при подключении к нагрузке с одним аккумулятором 18650. Обратите внимание, что при отсутствии внешнего источника питания, подключенного к USB-порту или контактам IN, на пины OUT начнет поступать питание от аккумулятора. На выходе будет напряжение 3,7 Вольт, но это можно исправить, используя повышающий преобразователь.
Модуль TP4056 подключение аккумуляторов 18650
На схеме выше показано, как сделать с помощью модуля зарядки источник бесперебойного питания для микроконтроллера Arduino Uno или power bank. Но для этого следует подключить к модулю TP4056 несколько аккумуляторов, чтобы увеличить емкость батареи и более длительное время работы устройства. Также потребуется любой модуль, повышающий постоянное напряжение до 5 Вольт.
Модуль TP4056 схема подключения к Ардуино плате
Как мы уже говорили, данную схему повер банка можно использовать в качестве источника бесперебойного питания для Arduino Nano или Uno. Для этого к повышающему модулю следует подключить USB шнур. Черный провод USB кабеля припаивается к контакту модуля VOUT-, а красный провод к VOUT+. В качестве питания для модуля зарядки можно использовать солнечные панели или блок питания.
Заключение. Мы рассмотрели, как подключить модуль зарядки TP4056 и аккумуляторы 18650 с защитой от перезарядки и переразряда, чтобы сделать power bank своими руками. Теперь вы знаете, как правильно подключить к TP4056 к Arduino для бесперебойной работы устройств на микроконтроллере. Любые вопросы по рассмотренной теме вы можете оставить ниже в комментариях к этой записи.
Источник: xn--18-6kcdusowgbt1a4b.xn--p1ai