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 TP4056 более навороченная модификация чипа TP4054.
TP4056 автоматически завершает цикл зарядки при достижении напряжения на нем 4.2В и снижении тока заряда до 1/10 от запрограммированной величины. Модуль имеет индикацию процесса заряда. В момент заряда светится красный светодиод, а когда батарея будет полностью заряжена засветится зеленый светодиод, красный при этом погаснет.
Кроме контроллера зарядки ТP4056 на плате добавлены два чипа DW01 (схема защиты) и ML8205A (сдвоенный ключ MOSFET), служат для зашиты аккумулятора от переразряда, перезаряда, перегрузки и короткого замыкания.
Модуль TP4056 идеально подходит для портативных устройств. Если в Ардуино проекте требуется полноценная зарядка Li-ion аккумуляторных батарей с возможностью подсоединения нагрузки и с защитой от сгорания, то эта плата заряда полностью справится с этой задачей.
- 1 Технические характеристики TP4056
- 2 Описание выводов модуля
- 3 Принципиальная схема модуля на TP4056
- 4 Схема подключения TP4056
- 5 Процесс зарядки
- 6 Настройка тока зарядки
- 7 Материалы
- 8 Купить TP4056 на AliExpress
- 9 Похожие записи
Как заряжать литиевые аккумуляторы
Вся фишка зарядки литиевых аккумуляторов кроется в том, что ни ток заряда ни напряжение не должен быть постоянными. Процесс заряда должен проходить по определенным фазам:
- При полной разрядке аккумулятора ( < 3 вольт) ток заряда должен быть максимальным. Обычно он не должен превышать значения емкости аккумулятора (С).
- По мере накопления заряда, т.е. повышении напряжения аккумулятора, ток заряда должен уменьшаться.
- При достижении 90% от полного заряда, ток заряда должен снизиться до уровня порядка 0,1С. Как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4.1-4.15 В, процесс заряда должен прекратиться.
Соблюдение этих правил заряда литиевого аккумулятора обеспечит ему продолжительный срок службы. Разрядка литиевого аккумулятора ниже 3 вольт, а так же его регулярная перезарядка даже на 0.1 вольта значительно сокращает емкость аккумулятора.
Маркировка литиевых аккумуляторов18650
На поверхности корпуса аккумулятора нанесена маркировка. Здесь можно найти полную информацию о технических свойствах. Кроме даты изготовления, срока годности и бренда производителя, зашифровано устройство литиевых аккумуляторов 18650, и связанные с этим аспектом потребительские качества.
- ICR – катод литий-кобальтовый. Аккумулятор обладает высокой емкостью, но рассчитан на небольшие токи потребления. Используют в ноутбуках, видеокамерах и подобной длительно работающей технике с небольшим потреблением энергии.
- IMR – катод литий-марганцевый. Обладает способностью выдавать большие токи, выдерживает разрядку до 2,5 а/ч.
- INR – катод из никелатов. Обеспечивает высокие токи, выдерживают разряд до 2,5 В.
- NCR – специфическая маркировка компании Panasonic. По свойствам аккумулятор идентичен IMR. Используются никелаты, соли кобальта, окись алюминия.
Позиции 2,3,4 называют «высокотоковыми», их используют для фонарей, биноклей, фотоаппаратов.
Литий-феррофосфатные аккумуляторы обладают способностью работать при глубоком минусе, восстанавливаются при глубоком разряде. Недооценены на рынке.
По маркировке можно определить, это литиевый заряжаемый аккумулятор буквы – I R. Если есть буквы C/M/F – известен материал катода. Будет указана емкость, обозначенная mA/h. Дата выпуска и срок годности расположены в разных местах.
Следует знать, нет у производителей литиевых многозарядных батарей изделий емкостью больше 3 600 мА/ч. Для того чтобы отремонтировать батарею ноутбука или собрать новую нужно приобретать аккумуляторы без защиты. Для использования в единичном экземпляре нужно покупать элементы с защитой.
Микросхемы контроля заряда литиевых аккумуляторов
Сегодня существуют микросхемы, представляющие собой готовый контроллер заряда литиевых аккумуляторов. Одной из таких микросхем является TP4056 (). Схема контроллера заряда литиевых аккумуляторов на TP4056 выглядит следующим образом:
Однако, если вам вздумалось ее реализовать, то спешу вас огорчить. Потраченные усилия, время и деньги во много много раз превысят стоимость готового модуля, построенного по точно такой же схеме и даже усиленного более мощными транзисторами на выходе.
Принципиальная схема модуля на TP4056
Схема (без защиты) практически идентична схеме из даташита, за исключением подключения термодатчика аккумулятора. Если понадобилось, можно вывести вход датчика температуры отдельным проводком, напаявшись на лапку и отрезав ее от GND. Или же подняв лапку над платой и напаявшись.
Схема защиты на базе DW01A (из спецификации) выглядит следующим образом:
Ниже приведено типовое включение TP4056, защиты на базе DW01A и мосфетов S-8205A.
Модуль контроля заряда Li-ion аккумулятора
Готовый модуль контроля заряда литиевого аккумулятора можно купить всего за 30 центов.
Обращаю ваше внимание, что такие модули бывать не только с контроллером заряда аккумулятора. Есть так же версии с контролем разряда аккумулятора.
Картинка демонстрирует все четыре варианта подобных модулей. Два левых модуля полностью аналогичны двум правым модулям, разница заключается только в установленном разъеме. А вот между собой, два левых модуля, как и два правых отличаются возможностью контроля разряда аккумулятора.
Если на модуле помимо контактов для аккумулятора В+ и В- также присутствуют контакты OUT+и OUT- то это значит, что модуль умеет контролировать разряд аккумулятора, а подключение нагрузки к аккумулятору происходит через модуль.
Не стоит бояться что версия с контроллером разряда посадит вам аккумулятор. Измерения показали, что потребление тока самим модулем составляет всего около 5 микро Ампер. Что меня даже немного удивило.
***
Теперь вы знаете, что такое контроллер батареи в мобильном устройстве и сможете разобраться, является ли причиной неполадки одна из его функций. Например, это может быть перегрев, либо неисправный адаптер питания со слишком высоким значением напряжения.
Узнайте больше о неполадках
Хотите добавить что-то важное о контроллерах? Оставьте информацию или вопрос в комментарии. Ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
Измерение характеристик модуля
Мерить мы будем следующее:
- Процесс зарядки — посмотрим, как меняется ток заряда от напряжения на аккумуляторе.
- Разрядку, а точнее умение модуля продолжительно отдавать ток в нагрузку, а так же умение отрубать аккумулятор по достижении порога разряда.
Для этих целей нам понадобится вольтметр и амперметр. Но я рожа ленивая, да и мерить вручную в наш век — мартышкин труд. Поэтому на помощь был позван микроконтроллер PIC18F4550. Он умеет общаться с компом по USB и обладает 10-битным АЦП на борту.
Амперметр и вольтметр далее изображены условно. И вольтметр и амперметр реализованы на дифференциальных усилителях. Для измерения тока использован низкоомный резистор, разность напряжений с выводов которого и снимается дифференциальным усилителем. Такому методу измерения тока недавно была посвящена отдельная статья.
С выходов диф. усилителей сигнал поступает на АЦП микроконтроллера. Шаг АЦП по напряжению составляет около 5 мВ, чего для таких измерений более чем достаточно. Чтобы максимально снизить погрешность, данные приходящие за 10 секунд усреднялись ( по 200 приходящих значений).
Все пытки проводились с участием аккумулятора Sony VTC6 формата 18650. Этот аккумулятор обладает емкостью 3000 мА*ч. Максимальный выходной ток аккумулятора может достигать 30 А.
Режимы работы литиевых АКБ
Есть 2 основных режима использования литиевых АКБ:
- Буферный – например, в современных источниках бесперебойного питания. Батарея в таком случае постоянно подпитывается от электросети, а при перебоях в электроснабжении – отдает накопленный заряд подключенному к ней оборудованию. Когда электроснабжение от сети восстанавливается, АКБ снова подзаряжается и находится в режиме постоянной готовности к дальнейшему использованию.
- Циклический – подразумевает чередование фаз заряд-разряд, когда после пассивной фазы восстановления заряда следует продолжительная фаза активной работы. В таком режиме работают аккумуляторные батареи электровелосипедов и других видов персонального электротранспорта, погрузчиков, поломоечных машин, электромобилей, мотолодок, мобильных кофемашин и другой техники. Срок службы таких АКБ измеряется не годами, а количеством циклов глубокого разряда (до 80%) и последующего заряда.
Литий-ионные батареи успешно используются и в буферном, и в циклическом режиме. Если эксплуатация АКБ подразумевает жесткие условия и частые глубокие разряды, лучше всего с такими задачами справляются литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4). В частности, они используются для питания лодочных электромоторов, складской и клининговой техники, е-байков и других видов электротранспорта.
Измерения заряда аккумулятора
Для изучения процесса заряда аккумулятора была реализована следующая измерительная схема:
Полученный с ее помощью график, представлен на следующей картинке. Для удобства синим обозначена зависимость тока, а красным — зависимость напряжения от времени. При этом время указанно в секундах.
6000 секунд соответствуют 100 минутам или же в более привычном виде это 1 час 40 минут. Соответственно полная зарядка аккумулятора заняла около 6 часов. При емкости аккумулятора в 3000 мАч, средний ток заряда можно считать равным 500мА.
На графике отлично видны все три описанные выше фазы зарядки. Схемка отрабатывает все как и положено. Между разными экземплярами модулей присутствует небольшой разброс конечного напряжения, но он не критичен.
Стоит отметить, что любое измерение физической величины это лишь попытка приближения к истинному значению. Не стоит обращать внимание на мелкие зубчики, их природа может быть вызвана как неравномерностью АЦП так и нелинейностью модуля. Что совсем не критично.
В любом случае получившаяся зависимость отлично удовлетворяет всем правилам заряда аккумулятора.
Из чего состоит контроллер батареи?
Электросхема очень простая и не требует глубоких познаний в схемотехнике. Хотя производители дорогостоящих смартфонов и пытаются усовершенствовать её, но принцип конструкции остаётся одинаковым для всех.
На печатной плате контроллера батареи в большинстве случаев размещаются:
- • резистор в схеме питания,
- • накопительный конденсатор,
- • непосредственно сам контроллер защиты в виде микросхемы,
- • резистор в схеме защиты,
- • терморезистор,
- • MOSFET-транзисторы.
В ряде случаев контроллер распаян на три контакта вместо двух — тогда помимо традиционных «плюса» и «минуса» производитель применяет так называемый «информационный контакт».
Умный модуль бережет аккумулятор
Я не зря назвал этот модуль умным. Если внимательно присмотреться к моменту подачи питания на модуль, то можно увидеть небольшую ступеньку на зависимости тока. Вот так она выглядит крупным планом:
Речь идет о ступеньке между 500 и 600 секундами на уровне 100 мА. Эта ступенька присутствует если аккумулятор разряжен ниже 3 вольт.
Модуль бережно относится к аккумулятору. Сначала он доводит напряжение на аккумуляторе примерное до 3 вольт током в 100 мА. А уже затем начинает кочегарить через аккумулятор 1 ампер. Ну или ток, который был установлен резистором RPROG.
Описание выводов модуля
| Вывод | Описание |
| IN+ | Vcc / Питание |
| IN- | GND / Общий |
| OUT+ | Нагрузка «+» |
| OUT- | Нагрузка «-« |
| BAT+ | К «+» аккумулятора |
| BAT- | К «-» аккумулятора |
Контроль разряда аккумулятора
Для изучения выходных характеристик модуля схема была несколько изменена. В качестве нагрузки был установлен переменный резистор, включенный последовательно с амперметром к выходным контактам модуля.
Сопротивление нагрузочного резистора было установлено так, что начальный ток разряда составлял около 1.15 А. Т.к. нагрузка была постоянной, соответственно ток в выходной цепи падал с падением напряжения на аккумуляторе.
Как видно из графика, модуль благополучно отрубил нагрузку от аккумулятора в районе 5000 сек. А это значит, что модуль отдавал ток порядка 1 ампера в течении полутора часов и не загнулся. Отличный результат)
Рост напряжения на аккумуляторе, после отключения нагрузки, вызван химическим восстановлением аккумулятора после столь длительной отдачи приличного тока.
Если аккумулятор был полностью разряжен и модуль его отключил, то включение произойдет, при подключении зарядного устройства, как только напряжение на аккумуляторе достигнет уровня в 2.9 — 3 вольта.
Принцип работы платы
Производством контроллеров зарядки занимаются крупнейшие производители электроники: Панасоник, Самсунг, Сони, LG, ATL, HYB, Санио. Они распределяют схемы между другими производителями, которые выдают их за собственный продукт.
Принцип работы микроконтроллера – обеспечить нормальные условия работы аккумулятора, в соответствии с его базовыми техническими характеристиками:
Принцип работы контроллера.
- предельное напряжение – 4,2В (плата защищает от незначительной перезарядки, которая губительно сказывается на общем сроке эксплуатации);
- минимальное напряжение – 2,75В (если уровень заряда аккумуляторной батареи 18650 упадёт ниже 2В, она будет безвозвратно испорчена);
- минимальная температура – не допускается зарядка, использование АКБ при 20°C и ниже (батарея может резко потерять ёмкость, уйти в переразряд, в результате её потребительские свойства существенно ухудшаться);
- предельная температура – запрещена эксплуатация, хранение Li-Ion аккумуляторных батарей при температуре выше +40 (литий-ионный аккумулятор подвержен к воздействию высоких температур, может задымиться, воспламениться, взорваться);
- скорость зарядки — на сроки влияет сила тока, ёмкость аккумулятора. Максимальная ёмкость многоразовой батарейки с маркировкой 18650 – 3600 мАч. То есть зарядкой в 1А восполнить заряд можно за 1 час, 2 А тока – 30 минут, 15 А тока – 4 минуты.
Маркировка литий-ионного аккумулятора 18650 означает его размеры – то есть длина батарейки – 65 мм, диаметр – 18 мм.
Как греется модуль
В процессе зарядки, когда ток составляет 1 ампер, модуль прилично греется. Стоит учитывать этот факт при использовании модуля в закрытом устройстве. Так, на открытом воздухе температура модуля достигала значений более 70 градусов (по термопаре).
В случае установки модуля в закрытый корпус желательно снизить максимальный ток заряда до 500-700 мА. Но на терма-клей все же не стоит крепить.
У самого же модуля предусмотрена защита от перегрева. Так при перегреве модуль начинает ограничивать выходной ток. Так что от перегрева он скорее всего не сдохнет. Но не стоит полностью полагаться на защиту))
Настройка тока зарядки
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 резистора Rprog (по умолчанию: 1А).
| Резистор (кОм) | Ток заряда (мА) |
| 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 | 1000 |
Где купить модуль заряда Li акумулятора?
Я не могу ручаться за все подобные модул. Их производством не брезгует каждый уважающий себя житель поднебесной. Показанные модули заказывались уже не первый раз у конкретного продавца. Которого советую и вам.
Покупать такие модули поштучно не выгодно — продавцы начинают накручивать цену и за модуль и за доставку. Удобнее и дешевле закупать сразу по 5 или 10 штук даже если требуется 1-2. Очень удобно, когда где-то в шкафу лежит кучка таких модулей и при необходимости можно быстро сообразить из них зарядку. Вот ссылки на разные лоты проверенного магазина:
- 5 шт. micro-USB – 1.57$
- 5 шт. mini-USB – 1.57$
- 10 шт. micro-USB – 2.61$
- 10 шт. mini-USB – 2.61$
1.57$ за 5 штук, и тем более 2.61$ за 10 штук — это копейки. Во многих магазинах радиодеталей с вас попросят аналогичную сумму за каждый такой модуль.
цены от 16 сентября 2020
Да, ссылки реферальные, но покупая по ним Вы абсолютно ничего не теряете (а теперь даже кэшбэк с них не дают). Зато этим Вы говорите мне спасибо за проделанную работу и помогаете копеечкой моему проекту. За это спасибо и Вам.
Технические характеристики TP4056
- Используемый контроллер: TP4056 и DW01 для зашиты аккумулятора от переразряда и перезаряда;
- Режим зарядки: линейная 1%;
- 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 × 17 × 4 mm.
