Литиевые аккумуляторы вся больше и больше используются в различных мобильных устройствах и, с некоторым запозданием, электронных игрушках. То, что раньше получало энергию от 3-х пальчиковых батареек, теперь возможно питать от одной Li-Ion, формата (или типоразмера) 18650. По-сути, это почти копия АА. Вот только заряжать их немного сложнее, чем АКБ старого (никелевого) типа. Предлагаем использовать готовые блоки USB зарядных устройств Li-Po, которые подойдут для LiPo/LiIon элементов.

У них всего два светодиода – красный если заряжается, зеленый если полностью заряжен. Маленькие, удобные и дешевые устройства на основе микросхемы TP4056.

Схема подключения TP4056

Зарядное от USB на TP4056

Большинство таких контроллеров заряда имеют один резистор, который устанавливает ток заряда, так что изучив даташит на микросхему становится понятно, как изменять его в широких пределах. Ток заряда задаётся резистором R4, по умолчанию впаян резистор на 1,2 кОм, что соответствует току заряда приблизительно 1 А. Мы провели эксперименты, и вот какие значения получили с другими номиналами:

На основе полученных значений можно составить график зависимости тока от сопротивления для зарядного устройства на TP4056.

Для других типов аккумуляторов применить эту схему не удастся, но литиевые батареи всех типов работают с ней отлично. Предлагаем отличный вариант: одну банку от АКБ старого нерабочего мобильного телефона или ячейку ноутбука, плюс данное устройство. И вот теперь у вас есть ёмкий, стабильный источник напряжения 4 В, который пойдёт на замену обычным батарейкам в самых различных случаях. А заряжаться он будет от стандартного USB выхода 5 вольт. Но согласно паспорту к микросхеме, она с успехом работает в диапазоне входных напряжений 1-8 В.

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:

  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;
    Для всех режимов зарядки, зарядный ток может быть выведен из формулы
  3. GND — Общий;
  4. Vcc — Напряжение питания, если ток потребления (ток зарядки батареи) становится ниже 30mA, контроллер уходит в спячку, потребляя от контакта BAT
Читайте также:  Узо обозначение на схеме гост

2mkA;

  • BAT — Подключение аккумуляторной батареи (ICR, IMR);
  • STDBY — Индикация окончания заряда (выход ОК, n-p-n), при слишком низком напряжении питания, или напряжении на входе ТЕМР не в диаппазоне — разомкнут;
  • При подключенной батарее, в течении зарядки — разомкнут, по окончании — замкнут;
  • При неподключенной батарее замкнут;
  • CHRG — Индикация зарядки (выход ОК, n-p-n), при слишком низком напряжении питания, или напряжении на входе ТЕМР не в диаппазоне — разомкнут;
  • При подключенной батарее, в течении зарядки — замкнут, по окончании — разомкнут;
  • При неподключенной батарее, кратковременно включается с периодом 1-4 сек;
  • 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 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

  • 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;
  • 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.

    Читайте также:  Пылесос лджи с турбощеткой

    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:

    • Встроенная защита окончания зарядки: 4,2 вольт (ТP4056 и так это делает);
    • Встроенная защита от короткого замыкания по выходу (ограничение на 3А);
    • Встроенная защита от глубокого разряда аккумулятора (+2,4 вольт);
    • Разьем Micro-USB на плате, в предыдущем Mini-USB;

    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.

    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).

    Читайте также:  Как зарядить аккумуляторные батарейки в зарядном устройстве

    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.

    Модуль контроллера заряда TP4056 + защита для аккумуляторов BW01 (5 шт. в лоте) брал с купоном DIY3M, цена что-то там около $2. Пока все платы разошлись по устройствам, а вот для 2S. 3S вариантов лучше поискать специализированные модули BMS с балансировкой и защитой.

    ПОДЕЛИТЬСЯ

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here