Контроллер заряда на TP4056 .

Контроллер заряда на TP4056.

Контроллер заряда на TP4056.

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 ~ 2mkA;
  5. BAT — Подключение аккумуляторной батареи (ICR, IMR);
  6. 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;
  7. 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;
  8. 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 ~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.

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.

TP4056 — чип контроллера заряда лития на 1А
www.dfrobot.com/image/data/DFR0208/TP4056.pdf
Подробно описывал тут
mysku.ru/blog/aliexpress/27752.html
DW01A — чип защиты лития
www.ic-fortune.com/upload/Download/DW01A-DS-11_EN.pdf
FS8205A — электронный ключ 25мОм 4А
www.ic-fortune.com/upload/Download/FS8205A-DS-12_EN.pdf
R3 (1,2кОм) — установка тока зарядки аккумулятора

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.

Контроллеры без защиты

Контроллеры с защитой

 

Взято с сайта we.easyelectronics.ru

И с сайта mysku.ru