Контроллер заряда литиевого Li-Ion аккумулятора модуль TP4056 с защитой и без защиты

Содержание статьи:
Что такое модуль TP4056 с защитой и модуль TP4056 без защиты
Характеристики модуля TP4056 с защитой и без
Схема модуля TP4056
Подключение модуля заряда TP4056
Принцип работы модуля TP4056
Как изменить ток заряда литиевого аккумулятора на плате TP4056
Параллельное и последовательное подключение TP4056
Заряд нескольких аккумуляторов платой TP4056
Платы заряда TP4056 на AliExpress

КакиеЧто такое модуль TP4056 и чем отличается модуль с защитой от модуля без защиты

Модуль TP4056 представляет собой небольшую плату на основе контроллера TP4056, которая предназначена для заряда литиевых аккумуляторов 3.7В. Такие платы заряда литиевых аккумуляторов могут быть двух модификаций, модули TP4056 без защиты аккумулятора, и модули TP4056 с защитой аккумулятора. Иногда такие платы можно встретить с обозначением TC4056.

Модуль заряда TP4056 без защиты предназначен только для заряда литиевых аккумуляторов до номинального напряжения 4.2В. На плате заряда без защиты из микросхем имеется только контроллер TP4056. Для подключения питающего напряжения на самых первых платах устанавливался разъем Mini-USB, на последних версиях устанавливается популярный разъем Micro-USB.

Модуль заряда TP4056 с защитой может не только заряжать литиевый аккумулятор до номинального напряжения 4.2В, но и защищает его от чрезмерного переразряда, от короткого замыкания, и ограничивает максимальный ток разряда. Дополнительно на плате заряда с защитой кроме контроллера TP4056 еще установлена микросхема DW01 и мосфет S-8205A для управления нагрузкой. Микросхема DW01 не дает аккумулятору разрядиться ниже 2.5В, отключает нагрузки с помощью мосфета при КЗ и при увеличении тока разряда более 3А. Платы заряда с защитой можно встретить с разъемом Micro-USB и Type-C для подключения питающего напряжения.

к содержанию ↑

Характеристики модулей TP4056 с защитой аккумулятора и без защиты

Модули TP4056 с защитой и без отличаются только функцией защиты аккумуляторов, а характеристики, касающиеся заряда литиевых аккумуляторов у них идентичные. Естественно, габариты у них тоже отличаются.

Характеристики модуля TP4056 без защиты:
Рекомендуемое входное напряжение: 5 В
Диапазон входных напряжений: 4.5 – 8 В
Максимальный ток заряда по умолчанию: 1000 мА
Напряжение прекращения заряда: 4.2 В (± 1%)
Размер платы: 23 мм x 17 мм
Статусы светодиодов: красный – заряд, синий (зеленый) – заряд окончен

Характеристики модуля TP4056 с защитой:
Рекомендуемое входное напряжение: 5 В
Диапазон входных напряжений: 4.5 – 8 В
Максимальный ток заряда по умолчанию: 1000 мА
Напряжение отключения аккумулятора при разряде: 2.5 В
Максимально допустимый ток разряда: 3 А
Напряжение прекращения заряда: 4.2 В (± 1%)
Размер платы: 27 мм x 17 мм
Статусы светодиодов: красный – заряд, синий (зеленый) – заряд окончен

к содержанию ↑

Принципиальная схема модуля TP4056 с защитой и без

Типовая принципиальная схема модуля TP4056, которую можно найти в datasheet, предусматривает подключение датчика температуры, для измерения температуры аккумулятора.

Продаваемые на АлиЭкспресс модули TP4056 не предусматривают возможности подключения датчиков температуры, но при желании можно все-же подпаяться в нужные места на плате. Вот принципиальная схема модулей TP4056 с AliExpress.

Принципиальная схема модуля TP4056 с защитой дополняется еще схемой защиты.

к содержанию ↑

Подключение модуля заряда TP4056 с защитой и без защиты

Подключение модулей TP4056 с защитой и без защиты к источнику питания и к аккумулятору, а также в последствии к потребителю, немного отличается. Плата заряда без защиты имеет четыре вывода, два для входного напряжения и два для подключения аккумулятора, а также разъем для подключения питания. Питание подается на IN+ и на IN-, а аккумулятор подключается к выводам BAT+ и BAT-.

У модуля TP4056 с защитой выводов больше, так как здесь аккумулятор и нагрузка подключаются на разные выводы. Питание подается на IN+ и на IN-, аккумулятор необходимо подключать к B+ и B-, а нагрузка подключается к выводам OUT+ и OUT-. При этом выводы B+ и OUT+ совмещенные.

к содержанию ↑

Принцип работы модуля TP4056 с защитой и без

Литиевые аккумуляторы очень требовательны к методам их заряда. Их нельзя заряжать выше 4.2 В и не желательно заряжать большим тока, чем меньше ток заряда, до разумных пределов, тем дольше проживут аккумуляторы. Контроллер TP4056 как раз обеспечивает правильный заряд литиевых аккумуляторов методом CC/CV. CC означает заряд постоянным током, а CV означает заряд постоянным напряжением.

Модули TP4056 с защитой и без защиты производят заряд литиевых аккумуляторов методом CC/CV, обеспечивая постоянный заданный ток заряда в начале заряда, и постоянное напряжение заряда 4.2В в конце заряда. Дополнительно в контроллере реализован метод TC, при котором сильно разряженный аккумулятор заряжается током 1/10 от номинального до достижения аккумулятором напряжения 2.9 В.

По умолчанию на всех модулях заряда TP4056 настроен максимальный ток заряда 1 А. Если напряжение на аккумуляторе более 2.9 В, то заряд аккумулятора сразу равен 1 А, и держится на таком уровне практически до полного заряда. В этот момент на плате горит красный светодиод. Когда напряжение на аккумуляторе приближается к номинальному, ток заряда начинает уменьшаться, при этом поддерживается постоянное напряжение на выходе зарядного устройства 4.2 В. Кривые заряда литиевых аккумуляторов тока и напряжения по методу CC/CV можно посмотреть на графике ниже.

Когда ток заряда снижается до 100 мА, контроллер TP4056 прекращает процесс заряда. В этот момент гаснет красный светодиод и загорается синий.

Модуль TP4056 с защитой контролирует также и разряд литиевого аккумулятора. Аккумулятор защищается от короткого замыкания, при этом, если замкнуть выводные контакты платы, нагрузка будет просто отключаться от аккумулятора, пока не исчезнет КЗ. Во время разряда аккумулятора контролируется ток разряда и напряжение. Ток разряда ограничивается на уровне 3 А, если протекающий ток становится больше, нагрузка отключается от аккумулятора. При понижении напряжения на клеммах аккумулятора ниже 2.5 В нагрузка также отключается от аккумулятора, защищая его от переразряда.

к содержанию ↑

Как изменить ток заряда на плате TP4056

По умолчанию все платы TP4056 заряжают литиевые аккумуляторы током 1 А, т.е. максимально допустимым током для контроллера TP4056. Уровень тока задается резистором, и при желании его можно заменить, изменив таким образом ток заряда литиевого аккумулятора. Резистор по умолчанию имеет сопротивление 1.2 кОм.

Для задания на плате TP4056 необходимого тока заряда можно воспользоваться таблицей, в которой указаны сопротивления резисторов, и соответствующий им ток заряда, при их установке на плате.

к содержанию ↑

Параллельное и последовательное подключение TP4056

Платы TP4056 удобно встраивать для заряда литиевых аккумуляторов в различные самодельные устройства. Но такие устройства не всегда ограничивается только одним аккумулятором на 3.7 В, иногда требуется подключать целые аккумуляторные сборки на более высокое напряжение. При этом для заряда хочется использовать дешевые платы TP4056. Если посмотреть характеристики такой зарядной платы с защитой, то там четко написано, что она предназначена для заряда аккумулятора 3.7 В, т.е. представляет собой плату BMS 1S.

Параллельное соединение плат TP4056

Такие платы можно соединять параллельно и это приведет к увеличению тока заряда, а в случае соединения плат с защитой и к увеличению контролируемого тока разряда. При параллельном соединении TP4056 без защиты нужно соединять вместе одинаковые выводы плат. Такое соединение приведет к увеличению тока заряда кратно количеству соединенных плат, т.е. соединив таким способом две платы, мы получим ток заряда 2 А.

Платы с защитой подключаются практически также. Отличие заключается в том, что у них имеются контакты для подключения аккумуляторов и для подключения нагрузки. При параллельном соединении модулей TP4056 с защитой соединяются вводные контакты, контакты для подключения нагрузки, и контакты для подключения аккумуляторов. Такое соединение приводит не только к увеличению тока заряда, но и к увеличению тока разряда, кратно количеству установленных плат.

Последовательное соединение плат TP4056

При сборке литиевых аккумуляторных батарей на 8.4 В, 12.6 В и большее напряжение многие надеются использовать модули TP4056 с защитой для их контроля и зарядки напряжением 5 В. При последовательном соединении таких плат с защитой, действительно можно получить напряжение больше, чем на одном аккумуляторе, и при этом каждый аккумулятор будет защищен. Разъемы плат для входного напряжения при таком способе надеются соединять, как при параллельном соединении, т.е. объединять вместе все плюсовые вводы и соединять между собой все минусовые вводы. Но как только они будут соединены, модули будут работать неадекватно. Нормальная их работа возможна при условии, что платы не будут связаны между собой, кроме как выводными контактами при последовательном соединении.

Получается, что при последовательном соединении модулей TP4056 для их нормальной работы каждому таком модулю требуется отдельный источник питания для заряда конкретного аккумулятора, т.е. блоки питания должны быть с гальванической развязкой.

Для того, чтобы подключить все последовательно соединенные платы TP4056 к одному источнику питания и заряжать аккумуляторы, необходимо внедрить некоторые изменения в схему подключения. Нужно установить переключатель, который в момент переключения будет менять схему подключения с последовательной на параллельную. Только такой способ позволит заряжать все аккумуляторы в сборке от одного источника питания. Так для трех аккумуляторов, подключенных к последовательно соединенным платам TP4056 с защитой, потребуется тумблер с шестью выводами, т.е. с двумя перекидными контактами. Также это можно реализовать с помощью реле, которое автоматически будет переключать в режим заряда при подаче питающего напряжения.

В начальном положении при последовательном соединении трех аккумуляторов на выходе сборки будет 12.6 В при полностью заряженных аккумуляторах. После переключения тумблера связь между выводами плат разрывается, а вводные контакты плат соединяются последовательно. Теперь можно будет заряжать все аккумуляторы от одного источника 5 В. Каждый аккумулятор будет заряжаться независимо от других.

к содержанию ↑

Заряд нескольких аккумуляторов платой TP4056

Заряд нескольких параллельно соединенных аккумуляторов модулем TP4056

Для различных самоделок, в которые устанавливается литиевый аккумулятор, устанавливается также модуль заряда TP4056. Как правило это один модуль для одного аккумулятора 18650. Но к такой плате заряда можно подключать неограниченное количество параллельно соединенных аккумуляторов. Неудобство будет лишь в том, что одна плата заряда может заряжать током 1 А, и большое количество аккумуляторов будет заряжаться очень долго. Таким образом можно подключать несколько параллельно соединенных аккумуляторов к плате TP4056 с защитой, и к плате TP4056 без защиты.

Заряд нескольких последовательно соединенных аккумуляторов модулем TP4056

Если с параллельным соединением аккумуляторов все понятно, то с последовательным, одни вопросы. Плата TP4056 заряжает аккумулятор до напряжения 4.2 В, а при подключении большего количества последовательно соединенных аккумуляторов напряжение будет уже значительно больше. Естественно, заряжаться они уже не будут и на плате будет всегда светиться синий светодиод, как будто аккумуляторы уже заряжены.

Чтобы заряжать последовательно соединенные литиевые аккумуляторы одной платой TP4056, их необходимо подключать параллельно. Это можно реализовать с помощью тумблера с перекидными контактами и с большим количеством выводов. Например, для трех аккумуляторов потребуется тумблер на 12 выводов, или два тумблера по 6 выводов.

Недостатком данного способа будет незащищенность аккумуляторов, они напрямую будут подключаться к нагрузке и следить за уровнем напряжения придется самостоятельно. В момент переключения тумблера все аккумуляторы соединяются параллельно. Получается, что во время заряда им не требуется балансировка.

к содержанию ↑

Платы заряда литиевых аккумуляторов TP4056, которые можно купить на AliExpress

TP4056 без защиты
Входное напряжение: 5В
Напряжение заряда: 4.2В
Ток заряда: 1А
Средняя цена US $0.24

TP4056 с защитой
Входное напряжение: 5В
Напряжение заряда: 4.2В
Ток заряда: 1А
Напряжение отсечки: 2.5А
Ток разряда: 3А
Средняя цена US $0.28