Схема tp4056 модуль зарядного устройства литиевой батареи

Схема tp4056 модуль зарядного устройства литиевой батареи

Заказал на Ali лот из пяти модулей зарядных устройств на чипе TP4056 для Li-ion аккумуляторов (цена лота 68,70 руб, за модуль 13,74 руб, сентябрь 2015). Пришли на одной печатной плате, разделенные скрайбированием (надрезанием). На печатке логотип kvsun — китайский производитель широкого спектра зарядок Li-ion аккумуляторов различных типоразмеров и применений.

Статья в основном является компиляцией разрозненных данных интернета, с целью собрать все в одном месте.

Модуль 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, имеет на нижней поверхности металлический теплосьемник не соединенный с контактами, позволяет заряжать аккумулятор током до 1000 мA (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

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 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. Если же хочется без паяния, надо просто заказать там же другой модуль:

Отличие только в компоновке и габаритах (37×15мм).

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;

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.

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.

Чего хотелось достичь?

Ранее я заказал и описАл простую платку с DS1307Z и AT24C32 на борту.
Для резервного питания часов там заложен Li-ion аккумулятор LIR2032. Его подзарядка осуществляется постоянно, через резистор (1,8мкА), от питающего напряжения. Хотя упоминаний об этом в инете нет, меня убедили, что такая схема зарядки быстро убивает аккумулятор.
Данная зарядка бралась на замену резистору. Такая замена естественно дороже. Хотя если учесть цену данной платы (13,74 руб), плюсов будет больше.

Тестовая работа по подключению маломощного аккумулятора LIR2032 к зарядке на TP4056 была проведена здесь:

Автор изменил сопротивление токозадающего резистора с 1,2к на 33к, зарядный ток уменьшился до 45мА. По словам автора, зарядка разряженного аккумулятора занимает около часа.
Как это будет выглядеть в теории? Даташит на Li-MnO2 аккумулятор LIR2032 рекомендует зарядку номинальным током 20мА и напряжением 4,2В. После падения тока до 4мА батарею можно считать полностью заряженной. Максимальный ток зарядки 35-45мА, в зависимости от производителя. Минимальное напряжение разряда аккумулятора до начала деградации ячейки 2,75В. Для аккумулятора гарантируется 500 циклов заряда/разряда с сохранением после них не менее 80% емкости.
В свою очередь контроллер Tp4056 не сможет обеспечить ток зарядки ниже 30мА, просто уйдет в сон. И ждать пока напряжение на аккумуляторе упадет до 2,75В тоже не будет, включит зарядку уже при падении до 4,0В. Таким образом он будет постоянно поддерживать аккумулятор на

85-95% заряженным. Наверное это не оптимально для ячейки, но все же лучше, чем через резистор.

Источник



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

• Вычислительная техника
  • Микроконтроллеры микропроцессоры
  • ПЛИС
  • Мини-ПК
• Силовая электроника
• Датчики
• Интерфейсы
• Теория
  • Программирование
  • ТАУ и ЦОС
• Перспективные технологии
  • 3D печать
  • Робототехника
  • Искусственный интеллект
  • Криптовалюты

Чтение RSS

Зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов на TP4056 своими руками

Простая схема зарядного устройства на TP4056

В наши дни почти все портативные электронные устройства и гаджеты работают от аккумуляторов и батарей. Вы можете найти среди них множество устройств, таких как мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки, камеры и т. д., которые работают от литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. Помимо небольших устройств автомобили, мотоциклы, электромобили также содержат аккумулятор и требуют механизма зарядки аккумулятора.

И когда упоминается аккумулятор, зарядное устройство для него также должно иметься в виду. Зарядные устройства для аккумуляторов – это устройства, которые заряжают аккумуляторы, внося в них энергию. В этом проекте мы рассмотрим зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов на основе микросхемы TP4056.

ВНИМАНИЕ: Работа с аккумуляторами чрезвычайно опасна, и если вы не знакомы с принципом подключения, результаты могут быть фатальными. Батарея может взорваться при неправильном использовании.

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.

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.

Принципиальная схема литий-ионного зарядного устройства TP4056

Как упоминалось ранее, очень мало внешних компонентов требуется для построения полной схемы зарядного устройства литий-ионных аккумуляторов с использованием микросхемы TP4056. На следующем рисунке показана принципиальная схема одной такой реализации.

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.

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.

Источник

ЗАРЯДНОЕ НА МИКРОСХЕМЕ TP4056

В интернет магазинах появились в продаже недорогие и компактные платки ЗУ литиевых аккумуляторов на микросхеме TP4056, а так же отдельные микросхемы. Для тех, кому трудно что-то похожее собрать самому, но хочется иметь нечто приемлемое из ЗУ для своих аккумуляторов, данная платка будет очень кстати.

Я недавно приобрёл их несколько штук и такое зарядное встроил в свой фонарик. В фонаре была зарядка от сети и внутри него стоял гасящий конденсатор с диодным мостом и всё — с такой зарядкой аккумулятор быстро бы пришёл в негодность.

Пару месяцев испытаний подтвердили — работает микросхема просто отлично! Потому и выложил рецензию по ней. И главное, платка сразу же пригодилась, купил хороший фонарик, а там зарядка просто никакая, пожалел аккумулятор и установил новое ЗУ, влезла как влитая с минимумом переделок.

У микросхемы на донышке есть пластинка для отвода тепла, она имеет общий минус, не стоит этим пренебрегать! На печатной плате под неё предусмотрена площадка для отвода тепла. Чип TP4056 начинает незначительно греться при длительной зарядке током от 800 мА. Печатка сделана в зеркальном виде (сразу на печать), тут выложен общий вид для ознакомления с расположением деталек. На плате есть чип перемычка с нулевым сопротивлением, в зависимости от питаемого напряжения её можно заменить на диод шоттки или просто диод в smd исполнении, согласно разновидности схем.

Их себе почти десяток потом заказал, и пару микросхем отдельно — это если готовая платка куда-то не влезет, можно и самому развести, деталек минимум. У себя резистор Rprog заменил на 2,2к под зарядный ток 540 мА, пока заряжал аккумулятор нагрева не заметил никакого. На плате стоит резистор на заряд 1 А, таким током правда не заряжал, но читал рецензии, что с ним нагрев есть незначительный, для успокоения решается простой установкой маленького радиатора на микросхему.

Радует ещё то, что цена очень заманчивая, они ранее стоили намного дороже и не так были распостранены, а теперь дешевле и доступней. Соответственно, будет в интернете попадаться что-то интересное по ним, буду добавлять на форум. Пока вот ещё немного информации по данной микросхеме. С вами был Igoran.

Источник

Простое зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов малой ёмкости на TP4056

Прогресс в сфере носимой коммуникационной электроники, такой как мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки, происходит быстрыми темпами, и даже можно сказать скачками. Современные портативные устройства хотя и выполнены на экономичных и энерго-эффективных чипах и процессорах, но в общей сложности, ввиду своей многофункциональности, энергопотребление устройства в целом довольно велико, и следовательно требует ёмких аккумуляторов питания и мощных зарядных устройств для этих аккумуляторов. Это всё ничего, но такими зарядными устройствами невозможно корректно зарядить аккумуляторы малой ёмкости, которые зачастую достаются радиолюбителю из старых мобильных телефонов или разобранных батарей ноутбуков:

Аккумуляторы старых мобильных телефонов и из разобранной батареи ноутбука

Такие аккумуляторы, как правило, извлекаются из отработавших определённый срок устройств, и характеризуются пониженной ёмкостью и возросшим внутренним сопротивлением. Их вполне можно использовать в различных радиолюбительских самоделках с автономным питанием и сравнительно низким энергопотреблением, но если заряжать такие аккумуляторы стандартными современными средствами током большой величины, то прекращение заряда будет происходить при их неполной зарядке, что нецелесообразно, и не позволит задействовать весь оставшийся ресурс.

Описание

Как раз для корректной и полной зарядки отработавших и потерявших свои первоначальные свойства аккумуляторов и разрабатывалось предлагаемое простое зарядное устройство, максимальный зарядный ток которого не превышает 350 мА, а процесс зарядки производится методом ток-напряжение до значения 4,35 В. Имеется индикация режима зарядки и защита самого устройства от короткого замыкания в нагрузке. Питание производится от осветительной сети 220В, или от автономного источника с постоянным напряжением 5В, а собрано всё в компактном корпусе ЗУ мобильного телефона:

Внешний вид готового устройства

Внимание! Автор статьи не является разработчиком отдельных узлов единой конструкции, и никак не претендует на их схемотехнические решения. Данное устройство работает под высоким напряжением, опасным для жизни. Строго соблюдайте все меры безопасности. При повторении и/или ремонте Вы всё делаете на свой страх и риск. Автор не несёт никакой ответственности за Ваши действия.

Что бы не придумывать всё с нуля и облегчить задачу как проектирования, так и повторения, за основу конструкции был взят модуль зарядки литий-ионных аккумуляторов с обозначением TP4056, который собран на одноимённой микросхеме, представляющей собой линейный стабилизатор тока с внешним резистором, задающим его значение. В составе имеется разного рода защита и индикация режимов работы, а его цена на Алиэкспресс довольно низкая, которая составляла 12 центов на момент написания статьи. Там же есть и вариант с защитой самого заряжаемого аккумулятора от глубокой разрядки, но в данном случае такая опция была не нужна:

Плата модуля зарядки TP4056

Сам модуль имеет разъём микро-USB для подачи питания, которое дублируется на контактных площадках возле него. Так же на контактные площадки выведено выходное напряжение, для подачи на заряжаемый аккумулятор. Как уже говорилось, основой модуля является микросхема TP4056, кроме которой на плате установлены индикаторные светодиоды и некоторая обвязка. Типовая схема включения микросхемы довольна простая, и дополнительно учитывает подключение датчика температуры, для защиты заряжаемого аккумулятора от перегрева, но его подключение на плате модуля не предусмотрено, хотя при большом желании терморезистор можно подсоединить к первому выводу микросхемы:

Типовая схема включения микросхемы TP4056

Входное напряжение питания 5 Вольт, на модуль подаётся через разъём USB, или на контактные площадки «IN+» и «IN-«, а аккумулятор подключается к площадкам с обозначением «BAT+» и «BAT-«. Во время процесса зарядки светится красный светодиод, а после завершения он гаснет, и зажигается светодиод зелёного цвета свечения. Интересной особенностью микросхемы является тот факт, что необходимый ток зарядки аккумулятора можно задавать внешним резистором, который называется программным, и на плате модуля он отмечен как «R-prog». На готовом модуле сопротивление этого резистора рассчитано на зарядный ток 1А, что довольно много для аккумуляторов небольшой ёмкости. В официальной документации на микросхему TP4056 представлена формула для расчёта силы зарядного тока по определённому сопротивлению этого резистора:

Схема подключения модуля зарядки TP4056 и формула для расчёта сопротивления программного резистора

Кроме этого имеется так же таблица готовых значений сопротивления этого резистора под определённую силу зарядного тока. Самым оптимальным током зарядки для небольших аккумуляторов был выбран ток порядка 350 мА, которому в этой таблице соответствует значение сопротивления где то между 3 и 4 кОм. Далее заводской резистор поверхностного монтажа был выпаян, а на его место был установлен выводной резистор на сопротивление 3,3 кОм. Если считать по формуле, то зарядный ток как раз получается около 360 мА. Так же с платы были удалены штатные светодиоды, а их контакты были выведены наружу тонкими цветными проводниками в изоляции:

Доработанная плата модуля TP4056 и таблица соответствия тока зарядки от сопротивления резистора

Так же цветные проводники были припаяны и к контактным площадкам модуля, для дальнейшего подключения к месту назначения. А сама плата была установлена в нижнюю часть корпуса с сохранением штатного USB-разъёма, под который в нужном месте было сделано продолговатое отверстие. Через этот разъём можно будет производить зарядку аккумуляторов от других автономных источников с выходным напряжением 4,5 — 7,5 Вольт:

Установленная в корпус плата модуля TP4056

В качестве штатного источника питания, был применён преобразователь сетевого напряжения, уже имеющийся в используемом корпусе адаптера для телефона. Его принципиальная схема очень простая, и по желанию её можно легко повторить. Преобразователь основан на обратно-ходовом блокинг-генераторе и содержит минимум деталей. Подобное устройство уже описывалось в предыдущей статье, но хотя, по сравнению с прошлым, в схеме и имеется второй транзистор, её сборка будет ненамного сложнее одно-транзисторной конструкции:

Принципиальная схема преобразователя сетевого напряжения

Входное напряжение осветительной сети, через ограничитель тока на резисторе R1, который одновременно выполняет роль предохранителя, подаётся на выпрямительный мост на диодах D1 — D4, и выпрямляясь сглаживается фильтрующим конденсатором C1.

На транзисторе Q1 выполнен блокинг-генератор, возбуждающийся за счёт положительной обратной связи по переменному току, посредством трансформатора Tr1, через цепочку C4, R6.

Стабилизация выходного напряжения, а точнее напряжения на обмотке связи III, происходит за счёт отрицательной обратной связи по постоянному напряжению через выпрямительный диод D6, и задающий уровень выходного напряжения стабилитрон ZD1. Конденсатор C3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения отрицательной обратной связи, а само выходное напряжение преобразователя снимается с обмотки II трансформатора, выпрямляясь диодом D5 и сглаживаясь конденсатором фильтра C2.

Индикаторный светодиод LED1 с ограничительным резистором R7 на выходе играет роль индикатора, и некоторой начальной нагрузки, без которой напряжение на обмотках трансформатора может возрасти неограниченно, что приведёт прежде всего к пробою транзисторов и выходу их из строя.

На транзисторе Q2 собран узел отрицательной обратной связи по току, защищающий ключевой транзистор и выходные элементы от перегрузок. Как видно, стабилизация выходного напряжения не выполняется непосредственно, что является главным недостатком схемы и причиной низкой стабильности выходного напряжения, но в данном случае это не критично, так как к выходу будет подключаться модуль TP4056, имеющий в своём составе стабилизатор тока и напряжения. Полная схема всего зарядного устройства выглядит следующим образом:

Полная схема зарядного устройства с модулем TP4056

Вместо указанного преобразователя, можно использовать любой другой источник с ЭДС от 4,5В до 7,5В, обеспечивающий необходимый ток нагрузки. Ну а далее рассмотрим, как самостоятельно собрать и наладить зарядное устройство с описываемым преобразователем, как с самым простым вариантом.

Коротко о деталях

Конденсаторы C1, C2 и C3 электролитические, C1 на напряжение не ниже 400 Вольт, а C2 на удвоенное значение выходного напряжения. Все резисторы малогабаритные, с мощностью рассеивания 0,25 Вт. Выпрямительные диоды D1 — D4 высоковольтные, на ток от 1 А. Диоды D5 и D6 должны быть высокочастотными, с малым временем восстановления. От стабилитрона ZD1 (должен иметь малый ток стабилизации) зависит средний уровень выходного напряжения, который должен уметь обеспечивать трансформатор и преобразователь в целом. Силовой транзистор ключа Q1 так же высоковольтный, обратной проводимости, малой или средней мощности. В качестве второго транзистора можно использовать почти любой экземпляр из транзисторов малой мощности, с коэффициентом передачи тока базы от 50 и невысоким обратным током коллектора. В одном из таких преобразователей даже использовался советский транзистор KT315, который нормально работал в данной схеме.

Сам трансформатор выполнен на ферритовом сердечнике E24/12/6 типоразмера Ш6×6, который обязательно должен иметь зазор между двумя его половинами. В данном случае зазор был составлен из одного слоя обмоточного теплостойкого скотча. Первичная обмотка содержит 300 витков провода, диаметром 0,08 мм, а обмотки II и III имеют по 8 витков. Провод обмотки II должен выдерживать выходной ток нагрузки и может иметь диаметр 0,6 — 0,8 мм. Диаметр провода обмотки обратной связи III не критичен и можно использовать провод с диаметром от 0,1 мм. Между обмотками следует намотать изоляционный материал, такой как трансформаторная бумага или теплостойкий скотч. Обязательно нужно обратить внимание на фазировку обмоток, начала которых на принципиальной схеме обозначены точками. При неправильной фазировке преобразователь не запустится, или будет работать некорректно.

Конструкция устройства

Все радиоэлементы преобразователя размещены на односторонней плате небольших размеров, к которой с одного края подводится сетевое напряжение от вилки на корпусе устройства, а с другого снимается выходное постоянное напряжение, подаваемое далее на вход платы модуля зарядки, установленной в корпусе, рядом с сетевой вилкой. К выходу модуля TP4056 подсоединены два провода различных цветов, продетые в гибкий направляющий фиксатор для вывода наружу. Посадочное место штатного светодиода преобразователя оказалось продублированным на другом конце платы, где впоследствии дополнительно был установлен второй светодиод зелёного цвета свечения. Контактные дорожки этих светодиодов были разрезаны, и к ним так же были припаяны разноцветные проводники, ведущие от контактных площадок предварительно удалённых светодиодов на плате зарядки. Для дополнительного светодиода, во второй части корпуса, в соответствующем месте было просверлено отверстие. Для окончательной сборки плата до упора вставляется в пазы внутри корпуса, головки светодиодов при этом выглядывают наружу. Держатель шнура фиксируется в предназначенной для него прорези, а половинки корпуса стягиваются винтом:

Плата преобразователя и готовое зарядное устройство

Тестирование / Зарядка аккумулятора

Прежде чем окончательно собрать зарядное устройство в корпус, было замерено выходное напряжение преобразователя, с подключённым к нему модулем зарядки (уровень напряжения на входе модуля). Значение этого напряжения составило 5,5 Вольт, которое можно считать напряжением холостого хода:

Выходное напряжение преобразователя на холостом ходу

При нормальной работе устройства, без подключённого аккумулятора, светится зелёный индикаторный светодиод, а напряжение на выходе при этом поддерживается в районе 4,1 Вольт. Во время короткого замыкания выходных проводников зелёный светодиод гаснет, и зажигается красный, а уровень выходного тока при этом не превышает значения 0,1 Ампер, что вполне безопасно как для самого устройства, так и для соединительных проводов:

Выходное напряжение устройства без подключённого аккумулятора

Ток короткого замыкания выходных проводников

Далее к изготовленному зарядному устройству был подключен разряженный до конца аккумулятор, и в начале, ток зарядки составил ровно 350 мА. При этом светится красный светодиод, а по истечении получаса, зарядный ток упал до значения 200 мА. Корпус устройства во время процесса слегка нагрелся, но по ощущению температура нагрева была невысокой, и её замеры не проводились:

Зарядка аккумулятора

Ток зарядки в начале процесса

Снижение зарядного тока

В самом конце процесса зарядки напряжение на аккумуляторе достигает значения 4,35 Вольт, а ток зарядки снижается до уровня 36 мА, после чего резко падает, и процесс зарядки прекращается. При этом красный светодиод гаснет, и зажигается зелёный, сигнализируя об окончании зарядки аккумулятора. По истечении некоторого времени ЭДС аккумулятора снижается, но зарядка не возобновляется до определённого порога, указанного в документации на микросхему модуля:

Напряжение полностью заряжённого аккумулятора

Снижение зарядного тока в конце процесса зарядки

Снижение ЭДС аккумулятора после завершения зарядки

В полевых условиях, при отсутствии осветительной сети, но при наличии автономного источника тока с соответствующим напряжением, такого как хранилище энергии (Power Bank) или ноутбук, заряжать аккумуляторы можно через разъём микро-USB, в обход преобразователя сетевого напряжения, который в таком случае не задействован, и в зарядке участвует только модуль TP4056. Заряжаемый аккумулятор подключается как обычно, а питание на устройство подаётся USB кабелем:

Питание зарядного устройства посредством USB

Самодельное зарядное устройство, собранное из простых и доступных деталей, получилось компактным и довольно надёжным. Его можно использовать на постоянной основе, для зарядки аккумулятора какого-либо одного устройства, или применить как универсальное устройство для зарядки большинства имеющихся аккумуляторов малой и средней ёмкости. Так например полная зарядка старого использованного аккумулятора с остаточной ёмкостью 800 мА*час, производится примерно за три часа, а по желанию можно установить другой ток зарядки, установив необходимый программный резистор, и использовав соответствующий преобразователь сетевого напряжения.

Тем, кому лень читать статью, для простого ознакомления с зарядным устройством можно посмотреть короткое видео.

Источник

TP4056 схема подключения модуля зарядки

Модуль TP4056 ► с защитой аккумуляторов от перезарядки и короткого замыкания. Рассмотрим, как правильно подключить модуль зарядки к плате Ардуино с нагрузкой.

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.

TP4056 модуль зарядки с защитой li-ion аккумуляторов

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.

Схема модуля зарядки TP4056 с защитой литиевых аккумуляторов

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 аккумулятора от модуля на TP4056

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.

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

Модуль tp4056 подключение к аккумулятору 18650

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.

TP4056 подключение аккумуляторов 18650

Повер банк на модуле зарядки TP4056

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.

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