Контроллер заряда на tp4056

Зарядка литий-ионной батареи 18650 с помощью TP4056

Батареи 18650 – это очень распространенные литий-ионные аккумуляторы. Они используются в ноутбуках, батареях питания и т. д.

Если у вас есть 18650, подключите одну батарею, как показано на следующей схеме подключения. Вы можете заряжать только одну батарею за раз. Чтобы зарядить батарею, вы можете использовать разъемы IN+ и IN- и подавать напряжение 5 В, или же вы можете использовать кабель USB для прямой зарядки от источника USB.

Таким образом, использовать TP4056 для зарядки литий-ионных аккумуляторов очень просто. Главное -правильно соблюдать полярность подключения.

digitrode.ru

Процесс зарядки 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

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.

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:

Напряжение питания +4,5…+8,0 вольт (более 5,5 В не рекомендуется, чип перегревается);
Разьем Mini-USB на плате, для питания от USB-порта компьютера или универсального блока питания;
Ток заряда 1,0 Ампер (1000 мА), легко программируется изменением значения резистора Rprog (от 1,2k до 10k (по даташиту, на самом деле до ~30k));

Важно: источник питания (USB порт, USB адаптер, или др.) должен обеспечивать ток заряда с некоторым запасом. Не все порты USB могут обеспечить ток более 500 мА;
Напряжение окончания заряда аккумулятора: 4,2 вольта;
Светодиод индикации заряда;
Светодиод индикации окончания заряда;
Готовый модуль;
Миниатюрные размеры 19 х 27 мм;
Вес модуля 1,9 гр;

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.

Купить Контроллер заряда на TP4056 . за $0.3

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

• с катодом из кобальтата лития;
• с катодом на основе литированного фосфата железа;
• на основе никель-кобальт-алюминия;
• на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Микросхема TP4056

TP4056 – это недорогая микросхема контроллера литий-ионных аккумуляторов. Она поддерживает механизм зарядки постоянным током и постоянным напряжением для одноэлементной литий-ионной батареи.

Она доступна в 8-выводном корпусе SOP и требует минимального количества внешних компонентов для построения схемы зарядки литий-ионных аккумуляторов.

На следующем рисунке показана схема контактов (распиновка) микросхемы литий-ионного зарядного устройства TP4056. Это 8-выводная микросхема с контактами TEMP, PROG, GND, VCC, BAT и CE.

TEMP – это входной контакт для измерения температуры. Он подключен к выходу термистора NTC в батарейном блоке. Основываясь на напряжении на этом выводе, вы можете определить температуру батареи. Температура батареи слишком низкая, если напряжение составляет менее 45% от напряжения постоянного тока в течение более 0,15 с, или слишком высокое, если напряжение превышает 80% от напряжения постоянного тока в течение той же продолжительности,

PROG – настройка постоянного тока зарядки. Ток заряда аккумулятора устанавливается путем подключения резистора RPROG между этим контактом и заземлением. В зависимости от значения резистора ток зарядки может составлять от 130 мА до 1000 А.

GND – земля.

VCC – напряжение питания. TP4056 может поддерживать максимум 8 В на VCC, но обычно используется 5 В.

BAT – это контакт подключения аккумулятора, подсоединяемый к положительному контакту аккумулятора. Напряжение на этом выводе составляет 4,2 В.

STDBY – контакт режима ожидания. Когда батарея полностью заряжена, этот вывод переходит в низкий логический уровень. К нему подключают светодиод для индикации режима ожидания.

CHRG – контакт зарядки. Когда аккумулятор заряжается, этот вывод переходит в низкий логический уровень. К этому контакту подключают светодиод для индикации зарядки аккумулятора.

CE – контакт активации микросхемы. Это входной контакт для включения или отключения микросхемы. Когда на входе высокий логический уровень, TP4056 находится в рабочем режиме.

Как упоминалось ранее, PROG (контакт 2) используется для управления током зарядки аккумулятора. Он управляется с помощью резистора Rprog. В следующей таблице приведен список значений зарядного тока для соответствующих значений RPROG.

Это рассчитывается по формуле Ibat = (Vprog / Rprog) * 1200 и Vprog = 1 В.

Схема подключения TP4056

Подключение к зарядке через стандартный разъём microUSB (или miniUSB) или через дублирующие контакты «+» и «—«. Аккумулятор (без встроенной защиты разряда) подключается к контактам «B+» и «B-«. Нагрузка подключается к контактам «OUT+» и «OUT-» (при зарядке батареи нагрузку желательно отключать, если она не рассчитана на напряжение 4.2 В).

Если перепутать полярность питания то микросхема очень сильно греется и умирает, если перепутать полярность аккумулятора то опять TP4056 греется и через некоторое время умирает. Подавать на вход больше 8 вольт тоже не стоит. Оптимальное напряжение питания 5 В, хотя можно подавать примерно от 4.5 до 8 В. Чем больше напряжения питания, тем больше будет греться TP4056 поскольку напряжение преобразовывается линейно.

Модуль TP4056

На основе ИС контроллера зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов TP4056 и приведенной выше принципиальной схемы разработано несколько модулей для зарядки литий-ионных аккумуляторов. На следующем рисунке показан модуль, используемый в этом проекте.

Это крошечный модуль со всеми компонентами, упомянутыми в схеме выше. Если вы заметили, здесь есть разъем Micro USB на верхней стороне платы. Используя его, вы можете заряжать литий-ионный аккумулятор от источника USB.

Кроме этого, здесь есть разъемы для входного напряжения, а также клеммы для подключения аккумулятора. Резистор Rprog на этом модуле составляет 1,2 кОм. Следовательно, этот модуль поддерживает зарядный ток 1A (1000 мА). Стоит отметить, что этот модуль и схема, показанная выше, не включают функцию измерения температуры.

А теперь самое интересное — будем мерить

Мерить мы будем следующее:

1. Процесс зарядки — посмотрим, как меняется ток заряда от напряжения на аккумуляторе.
2. 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. Но для большей точности было дополнительно реализовано усреднение данных приходящих за каждые 10 секунд ( каждые 200 приходящих значений).