Что такое контроллер заряда TP4056 — как пользоваться и что с ним можно сделать

Литиевые аккумуляторы – одни из самыми популярных. Их можно найти почти в каждом мобильном устройстве. Широко используются элементы этого типа и электронщиками для питания самоделок. Но, к сожалению, не все литиевые аккумуляторы имеют собственный узел зарядки и защиты. Тем не менее выход есть. В этой статье мы разберемся с работой модуля зарядного устройства tp4056 и выясним, что он умеет и для чего предназначен.

Назначение и технические характеристики

Плата зарядки на базе чипа tp4056 нужна для заряда литий-ионного или литий-полимерного аккумулятора с номинальным напряжением 3.7 В. В ее задачи входит контроль зарядного тока, напряжения на клеммах заряжаемого элемента и дополнительно его температуры. По окончании зарядки или при перегреве элемента плата отключает последний.

В качестве источника питания для самого модуля можно использовать любой внешний блок питания с выходным напряжением 4.5 – 8.0 В, выдерживающий соответствующий ток нагрузки. Подойдет, к примеру, зарядное устройство для смартфона или планшета. Для этих целей предусмотрен порт microUSB (опция – miniUSB, USB-С или USB-A) и две контактные площадки под пайку.

Прежде чем перейти к описанию модулей, взглянем на саму микросхему и назначение ее выводов.

Версии модулей TP4056, их отличия и особенности

Поговорим о версиях модулей на базе чипа tp4056. Начнем с самого простого и бюджетного – на Aliexpress он стоит 25-30 рублей.

В его обязанности входит зарядка литиевого аккумулятора заданным током и отключение процесса зарядки элемента при достижении на его клеммах напряжения 4.2 В. Не густо, но и цена, согласитесь, демократичная.

Характеристики модуля следующие:

• Питание – 4.5 – 8.0 В.
• Входной интерфейс – порт microUSB (может быть miniUSB, USB-С или USB-A), 2 площадки под пайку плюсового и минусового провода.
• Ток зарядки – до 1 А (программируется).
• Напряжение окончания зарядки – 4.2 В на клеммах заряжаемого элемента.
• Индикация процесса зарядки – есть.
• Индикация окончания зарядки – есть.
• Габариты – 19 х 27 мм.
• Вес – 2 г.

Схема включения чипа в этом модуле упрощена и отличается от типовой:

Как видно из рисунка, модуль не контролирует температуру аккумулятора (вывод 1 микросхемы соединен с общим проводом) и не может переводиться в режим ожидания принудительно (вывод 8 соединен с «+» питания). Для того, кто знаком с основами электроники, доработать модуль не проблема. Или можно приобрести такую плату:

А теперь о более продвинутом модуле, собранном на базе микросхемы tp4056. Стоит он дороже предыдущих версий, но является полноценным контроллером зарядки с защитой от переразряда, перегрузки и короткого замыкания на выходе. Эти функции реализуются при помощи двух дополнительных чипов: DW01 (схема защиты) и ML8205A (двойной ключ MOSFET). Найти плату можно на Aliexpress.

Для этого модуля справедливы приведенные выше характеристики, а в дополнение имеем следующие:

• Защита от перегрузки и КЗ (ток более 3 А).
• Защита от переразряда аккумулятора (напряжение на клеммах ниже 2.4 В).

Принципиальная схема этого модуля выглядит так:

Схема подключения

Разберемся со схемой подключения вышеописанных модулей. Для платы зарядки без защиты от перегрева и переразряда она выглядит так:

Если у аккумулятора есть встроенный термодатчик, то используем плату с контролем температуры. Подключаем ее так:

Можно поступить и по-другому: отключаем 1 вывод микросхемы модуля без контроля температуры от общего провода и на него подключаем датчик батарейки. Второй вывод датчика обычно на минусе аккумулятора. А вот так подключается модуль зарядки с полной защитой:

Процесс зарядки и индикация

Теперь рассмотрим процессы при работе модуля зарядки tp4056. Итак, при подаче напряжения на модуль зарядки происходит следующее:

1. Измеряется напряжение на клеммах батареи.
2. Если напряжение ниже 2.9 В, то начинается зарядка током 10% от запрограммированного.
3. Если оно выше, но не более 4.2 В, начинается зарядка запрограммированным током.
4. При достижении напряжения на клеммах батареи 4.1 В включается режим зарядки стабилизированным напряжением 4.2 В.
5. При уменьшении зарядного тока ниже 10% от запрограммированного зарядка прекращается.
6. Переход к пункту 1.

Полезные хитрости

Теперь несколько рекомендаций и советов по эксплуатации модуля на базе контроллера заряда tp4056.

Как настроить ток зарядки

Выше указывалось, что ток заряда батареи можно настроить самостоятельно. Для этого подбирают номинал токозадающего резистора, подключенного к выводу 2 микросхемы. Для вычисления номинала пользуются следующей формулой:

где:

• Ibat – ток зарядки аккумулятора;
• Vprog – 1 В;
• Rprog – сопротивление резистора.

Можно не заниматься расчетами, а поступить проще и воспользоваться нижеприведенной таблицей:

Ни один из модулей не имеет защиты от переполюсовки аккумулятора. Модуль зарядки без защиты от перегрузки выйдет из строя сразу же, а с защитой – чуть позже, поскольку микросхема tp4056 не рассчитана на ток 3 А.

Можно ли соединять последовательно или параллельно несколько модулей для повышения тока или напряжения

Начнем с последовательного подключения. В Интернете немало подобных «решений», в которых входы нескольких модулей соединяются параллельно, а выходы последовательно. Очевидно, что подобный «фокус» будет последним для модулей, поскольку их выходы окажутся закороченными.

Для увеличения выходного напряжения можно включить выходы плат последовательно, но при этом каждый из них должен питаться от собственного источника питания, гальванически развязанного от других. Еще один вариант – использование повышающего модуля, к примеру, MT3608.

Что касается параллельного соединения для увеличения нагрузочного тока, то оно допустимо, хотя и не совсем корректно. Кроме того, из-за разброса параметров плат они не будут отдавать равные токи. Какая-то выдаст больше, какая-то меньше, а какая-то может вообще не включиться.

Токовыравнивающие резисторы, которые используют при параллельном включении, к примеру, транзисторов, – тоже не лучший вариант. Они собьют с толку узлы окончания зарядки, и мы рискуем убить аккумулятор перезарядкой.

Если вы решитесь на подобный эксперимент, не рассчитывайте получить от двух модулей 2 А, а от трех – 3. В первом случае вы получите максимум 1.5 А, а во втором – чуть больше двух. И, конечно, при таком включении нельзя устанавливать токозадающие резисторы Rprog, заставляющие модули выдавать по максимуму – 1 А. Оптимально – 70% от максимума (Rprog = 1.6 кОм).

Примеры использования на практике

Описываемые платы в основном используют для самоделок, но они подойдут и для ремонта или доработки промышленных устройств. Для примера приведем несколько вариантов применения плат зарядки литиевого аккумулятора на базе чипа tp4056.

Простой самодельный повербанк

Хотя существует готовая плата для создания резервного аккумулятора, его можно собрать на плате tp4056. Единственное, придется докупить повышающий модуль MT3608. Он повысит напряжение литиевого аккумулятора до необходимых нам 5 В. Схема банка проста и особых пояснений не требует. При помощи подстроечного резистора необходимо выставить напряжение, выдаваемое преобразователем MT3608, на уровне 5 В.

Полезно. В продаже несложно найти повышающие узлы защиты, более подходящие для наших задач:

• Повышающий регулируемый узел с готовым выходным гнездом USB-A.
• Повышающий узел с фиксированным выходным напряжением 5 В.

И пайки меньше, и ниже риск ошибиться в установке выходного напряжения, и по деньгам разница небольшая.

Доработка батарейных конструкций

Такая доработка избавляет от постоянной покупки батареек, поскольку вместо них устанавливается литиевый аккумулятор, заряжаемый платой tp4056. Автор идеи экспериментировал с разными батареями в качестве питания миксера. Какую выбрать вам, зависит от конкретных задач и устройств.

Доработка миксера, питающегося от гальванических элементов

Есть и более серьезные ситуации, из которых можно выйти с использованием описанных нами модулей. На видео, приведенном ниже, при помощи такой платы удалось отремонтировать планшет.

Ремонт планшета с применением модуля tp4056

Аналоги, доступные на рынке

До этого мы рассматривали модули tp4056, предназначенные для зарядки только одного элемента. Существуют и платы для зарядки сборок от тех же пяти вольт. Для этого схемы зарядки дополняют преобразователями, повышающими выходное напряжение до необходимой величины. Для примера рассмотрим несколько наиболее популярных.

Плата для зарядки сборок 2S от 5 вольт током 500 мА

Устройство предназначено для зарядки сборки из двух литиевых аккумуляторов до конечного напряжения 8.4 В (4.2 на элемент). Батарея заряжается начальным током 500 мА, который к окончанию зарядки понижается.

Для питания модуля можно использовать любое зарядное устройство (ЗУ) с гнездом USB (5 В), способное отдать ток минимум 1 А. Если тока недостаточно, плата отключает процесс зарядки. Купить плату можно по ссылке. Ориентировочная стоимость – 200 руб.

Плата для зарядки сборок 2S, 3S или 4S, от 5 В от USB-C

Модуль для зарядки сборок из 2, 3 или 4 литиевых элементов. Выходное напряжение программируется производителем, поэтому зарядить можно только такую сборку, на которую плата рассчитана (указывается в заказе). Стоимость модуля зависит от версии (см. ниже) и составляет 80-250 рублей. Купить его можно по этой ссылке.

Ток зарядки зависит количества ячеек и версии модуля:

• 2S – 0.55 A (версия 1A); 1.1 A (версия 2A); 2.2 A (версия 4A);
• 3S – 0.37 A (версия 1A); 0.74 A (версия 2A); 1.48 A (версия 4A);
• 4S – 0.28 A (версия 1A); 0.56 A (версия 2A); 1.12 A (версия 4A).

Зарядка сборок 2S/3S/4S, входное напряжение 5 – 12 В, входы micro USB, USB-C

В отличие от предыдущего этот модуль более универсален. С его помощью можно зарядить сборку из двух, трех или четырех литиевых аккумуляторов напряжением 5 В. Кроме того, он поддерживает режим быстрой зарядки (протоколы QC с напряжением 9 и 12 В).

Выбор количества ячеек в сборке производится установкой резисторов соответствующих номиналов. Дополнительно схема имеет защиту от короткого замыкания и режим «умной» предзарядки. Напряжение на модуль подается через порты microUSB, USB-C или с помощью контактных площадок под пайку. Мощность платы – 18 Вт. Купить ее можно здесь по цене 280 рублей.

У всех трех плат нет узлов балансировки, поэтому заряжаемые элементы должны иметь одинаковую емкость, а напряжение и внутреннее сопротивление – совпадать как можно точнее.

Мы разобрались с модулями зарядки на базе чипа tp4056, а заодно поговорили об их аналогах. Теперь вы знаете, что они умеют, какими бывают, как их правильно использовать.

Что такое контроллер питания или заряда в телефоне

Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

Обзор зарядного устройства НПП «Орион» Вымпел 55

Схемы защиты зарядного для автомобильных аккумуляторов от переполюсовки и короткого замыкания

Обзор зарядного устройства Кулон 715d от ООО "БАЛСАТ"