TP4056 — это компактная зарядная микросхема, предназначенная для одноэлементных литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Он управляет зарядкой за счет постоянного тока и постоянного напряжения с автоматической заделкой при напряжении 4,2 В. Модули часто включают USB-вход, светодиодные индикаторы и дополнительные цепи защиты. В этой статье представлена подробная информация о технических характеристиках, процессе зарядки, проводке, безопасности и применении.
С1. Обзор модуля TP4056
С2. TP4056 Электрические характеристики
С3. Компоненты модуля TP4056
С4. Процесс зарядки TP4056
С5. Варианты модуля TP4056
С6. TP4056 Электрические схемы и электропроводка
С7. TP4056 Распространенные проблемы и их исправления
С8. Применение TP4056
С9. Заключение
С10. Часто задаваемые вопросы
Рисунок 1. Модуль TP4056
Обзор модуля TP4056
TP4056 — это линейная зарядная микросхема, предназначенная для одноэлементных литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Он регулирует напряжение и ток для обеспечения безопасной зарядки и автоматически останавливается, как только батарея достигает 4,2 В. Обычно интегрированный в готовые зарядные модули, он упрощает управление батареей, обеспечивая USB-вход (Micro-USB или Type-C), прозрачные соединительные площадки для входа 5 В и клемм батареи, а также светодиодные индикаторы состояния зарядки. Некоторые версии модулей также включают встроенные схемы защиты от перезаряда, переразряда и короткого замыкания.
TP4056 Электрические характеристики
| Параметр | Типичное значение / диапазон |
|---|---|
| Диапазон входного напряжения | 4.0 В – 8.0 В (максимум 8 В) |
| Напряжение на окончании заряда | 4.2 В ± 1.5% |
| Максимальный ток заряда | До 1 А (устанавливается резистором) |
| Напряжение струйного (Pte-заряда) | О 2.9 В |
| Ток терминации | Около 0,1 × I\_CHG (C/10) |
| Отключение при перегреве | \~145 °C (автоматическая регулировка) |
Компоненты модуля TP4056
Каждая часть модуля выполняет определенную роль в управлении напряжением, управлении током и защите аккумулятора.
ИС TP4056
ИС TP4056 является ядром модуля, отвечающим за управление всем процессом зарядки. Чип автоматически регулирует напряжение и ток, прекращает зарядку, когда батарея полностью заряжена, и перезапускается при падении напряжения.
Схема защиты (DW01A + 8205A MOSFET)
Большинство модулей TP4056 включают в себя микросхему DW01A и двойные МОП-транзисторы 8205A, которые образуют встроенную систему управления батареями (BMS). Этот раздел защищает аккумулятор от перезаряда, чрезмерной разрядки, короткого замыкания и чрезмерного тока. Он автоматически отключает нагрузку, когда уровень напряжения падает слишком низко, и снова подключается, как только батарея снова становится безопасной для использования. Это обеспечивает как безопасность пользователя, так и долговечность аккумулятора.
Входной порт Micro-USB или Type-C
Входной порт обеспечивает питание 5 В постоянного тока, необходимое для зарядки. Его можно подключить к зарядному устройству USB, внешнему аккумулятору или компьютеру. В большинстве модулей используется порт Micro-USB, в то время как более новые версии включают разъем Type-C для современной совместимости. Порт подключается к контактам IN+ (VCC) и IN– (GND), обеспечивая стабильное питание зарядной цепи.
Светодиоды индикатора
Модуль имеет два светодиода, которые показывают состояние зарядки. Красный светодиод загорается во время зарядки аккумулятора, а зеленый или синий светодиод загорается, когда зарядка завершена или аккумулятор не обнаружен. Эти индикаторы, управляемые внутренними контактами TP4056, позволяют легко контролировать процесс без использования внешних инструментов.
Контактный резистор PROG
Небольшой резистор на выводе PROG определяет зарядный ток. Например, резистор 1,2 кОм задает ток примерно на 1 А, в то время как 2 кОм обеспечивает около 580 мА. Регулировка этого резистора позволяет контролировать скорость зарядки в зависимости от размера батареи и требований к безопасности.
Конденсаторы
Два развязывающих конденсатора — один на входе, а другой на клеммах батареи — помогают фильтровать напряжение, шумы и стабилизировать поток мощности. Обычно в диапазоне от 1 мкФ до 10 мкФ, эти конденсаторы обеспечивают плавную зарядку и защищают цепь от резких колебаний мощности.
Проводники печатных плат и меди
Все компоненты смонтированы на печатной плате (PCB) с медными дорожками, которые минимизируют сопротивление и способствуют распространению тепла. Некоторые версии включают тепловые переходные отверстия для лучшего рассеивания тепла во время сильноточной зарядки, обеспечивая стабильную и длительную работу.
Процесс зарядки TP4056
Капельный заряд (~2,9 В или ниже)
Когда батарея очень разряжена, TP4056 начинает работать с небольшим током. Этот этап называется пакетной зарядкой. Он медленно поднимает напряжение батареи до безопасного уровня, прежде чем начнется нормальная зарядка. Это предотвращает повреждение аккумуляторов, которые сильно разряжены.
Постоянный ток (режим CC)
После восстановления аккумулятора TP4056 обеспечивает постоянный зарядный ток. Точное значение задается внешним резистором PROG, часто 500 мА или 1 А. Этот этап является самой быстрой частью зарядки и восстанавливает большую часть емкости аккумулятора.
Постоянное напряжение (режим CV)
Когда батарея приближается к полной, TP4056 переключается в режим постоянного напряжения. Напряжение удерживается на уровне 4,2 В, в то время как зарядный ток медленно снижается. Это позволяет аккумулятору безопасно завершить зарядку, не превышая предел напряжения.
Прекращение действия
Зарядка автоматически прекращается, когда ток падает примерно до одной десятой от запрограммированного значения. Остановка на этом этапе помогает снизить нагрузку на аккумулятор, избежать перегрева и продлить общий срок службы аккумулятора.
Варианты модуля TP4056
TP4056 без защиты
| Функция | Подробности |
|---|---|
| Управление зарядкой | Работает только с зарядкой, никаких функций безопасности, кроме самой микросхемы TP4056. |
| Цепи защиты | Не входит в комплект (без перезарядки, переразряда или защиты от короткого замыкания). |
| Дизайн | Меньше, проще и, как правило, дешевле. |
| Лучший вариант использования | Подходит, когда у аккумулятора уже есть собственная BMS (Battery Management System) или когда добавляется внешняя защита. |
TP4056 с защитой
| Функция | Подробности |
|---|---|
| Управление зарядкой | Та же функция зарядки, что и у базового TP4056. |
| Цепи защиты | Включает контроллер DW01A и FS8205A МОП-транзисторы. Обеспечивает защиту от перезаряда, переразряда и короткого замыкания. |
| Дизайн | Немного больше плата, безопаснее для общего использования. |
| Лучший вариант использования | Идеально подходит для новичков, проектов «сделай сам» и автономных элементов (например, батарей 18650 без встроенной защиты). |
TP4056 Электрические схемы и электропроводка
На этом изображении показана схема зарядного модуля TP4056, подключенная к макетной плате с подключенным литий-ионным аккумулятором. Вход USB 5 В обеспечивает источник зарядки, который поступает через контакты IN+ и IN-модуля. Аккумулятор подключен к клеммам OUT+ и OUT–, где зарядка управляется микросхемой TP4056. Модуль также оснащен светодиодными индикаторами (STAT1/STAT2), которые отображают состояние зарядки, красный цвет для зарядки и синий/зеленый для полной зарядки.
Термистор NTC входит в комплект для контроля температуры, обеспечивая безопасную зарядку путем приостановки процесса в случае перегрева аккумулятора. Выходные клеммы не только заряжают ячейку, но и могут питать внешнюю нагрузку, как показано на примере подключенного светодиода в конфигурации. Это демонстрирует способность модуля одновременно заряжать аккумулятор и подавать питание.
TP4056 Распространенные проблемы и их исправления
| Выпуск | Описание и решение |
|---|---|
| Светодиодный индикатор не работает | Убедитесь, что модуль, батарея и источник питания TP4056 правильно подключены с правильной полярностью. Ослабленная проводка или повреждение светодиода/резистора часто приводят к выходу из строя. Замените все неисправные компоненты и подтвердите наличие прочных паяных соединений. |
| Медленная зарядка | Медленная зарядка обычно возникает из-за низкого входного тока или падения напряжения. Используйте стабильный источник питания 5 В / 1 А (или выше), короткий качественный USB-кабель и убедитесь, что резистор PROG устанавливает правильный ток. Избегайте тонких или корродированных разъемов. |
| Перегрев | TP4056 может немного нагреваться, но избыток тепла сигнализирует о плохом потоке воздуха или сильном токе. Поддерживайте вентиляцию платы и уменьшите ток, увеличив значение резистора PROG. Продолжительный перегрев может сократить срок службы компонентов. |
| Прерывание зарядки | Нестабильное питание или ослабленные клеммы часто неожиданно прекращают зарядку. Используйте надежный адаптер постоянного тока вместо USB-накопителя компьютера и убедитесь, что все провода и клеммы надежно закреплены. |
| Аккумулятор не держит заряд | Аккумуляторы, которые быстро разряжаются, могут быть устаревшими или некачественными. Всегда используйте оригинальные литий-ионные или литий-полимерные элементы и избегайте глубоких разрядов ниже 3 В. Замените поврежденные батареи для обеспечения надежной емкости. |
| Модуль не запускается | Если зарядка не начинается, убедитесь, что входное напряжение составляет 4,5–5,5 В. Причиной могут быть поврежденные USB-порты, плохая пайка или неисправная микросхема TP4056. Осмотрите соединения и при необходимости замените модуль. |
| Перезарядка аккумулятора | Напряжение батареи выше 4,2 В указывает на неисправную микросхему или неправильный источник опорного напряжения. Немедленно прекратите зарядку и замените модуль. Всегда проверяйте выходное напряжение с помощью мультиметра перед повторным использованием. |
| Оба светодиода горят или мерцают | Когда светодиоды «зарядка» и «полный» загораются или мерцают, проблема в нестабильном входе или плохих паяных соединениях. Перепаяйте слабые соединения и используйте постоянный источник питания 5 В для стабильной работы. |
| Модуль не обнаруживает батарею | Глубоко разряженные элементы ниже 2,5 В могут не обнаруживаться. Аккуратно зарядите аккумулятор при напряжении 4,2 В / < 100 мА до тех пор, пока напряжение не превысит 3 В, затем снова подключите его для нормальной зарядки. |
| Короткое замыкание или дым | Дым или нагрев указывают на обратную полярность или ошибки при электропроводке. Перед включением дважды проверьте все соединения. Используйте модули с МОП-транзисторами DW01A и 8205A для встроенной защиты от короткого замыкания и перегрузки по току. |
Области применения TP4056
• Портативная электроника: питание перезаряжаемых устройств, таких как фотоаппараты, MP3-плееры и портативные инструменты.
• Аккумуляторные блоки своими руками: идеально подходят для сборки аккумуляторов на заказ в небольших устройствах и робототехнике.
• Системы управления батареями: Управляет зарядкой в системах с литиевыми батареями.
• Внешние аккумуляторы: используются в портативных зарядных устройствах для зарядки телефонов и небольших устройств.
• Солнечные зарядные устройства: работает с солнечными панелями для возобновляемых портативных систем питания.
• Проекты Arduino и IoT: Обеспечивает регулируемую зарядку для трекеров, датчиков и регистраторов данных на базе микроконтроллеров.
• Аварийные источники питания: Поддерживает работу основных устройств во время перебоев в подаче электроэнергии.
• Аудио и осветительные приборы: питает аккумуляторные колонки, усилители, фонарики и лампы.
• Носимые и умные устройства: используются в маломощных гаджетах, таких как фитнес-браслеты и умные замки.
• Обучающие наборы: Распространены в учебных проектах для начинающих благодаря простой зарядке через USB и светодиодным индикаторам.
Заключение
Модуль TP4056 обеспечивает безопасную и эффективную зарядку литиевых аккумуляторов. Благодаря таким функциям, как регулируемый ток заряда, индикаторы состояния и дополнительная защита, он хорошо подходит для многих проектов с питанием от аккумуляторов. Правильное использование резисторов, проводки и мониторинг температуры обеспечивают надежную работу и более длительный срок службы батареи, что делает TP4056 надежным выбором для компактных решений для зарядки.
Часто задаваемые вопросы
В1. Может ли TP4056 заряжать несколько аккумуляторов?
Нет. Он заряжает только одну ячейку. Используйте BMS для многоячеистых упаковок.
В2. Каков резервный ток TP4056?
Очень низкие, обычно несколько микроампер.
В3. Поддерживает ли TP4056 быструю зарядку, такую как QC или PD?
Нет. Он работает только при фиксированном напряжении питания 5 В.
В4. Выделяет ли TP4056 тепло во время зарядки?
Да. Он рассеивает дополнительное напряжение в виде тепла, что более заметно при сильном токе.
В5. Может ли TP4056 работать непосредственно от солнечных батарей?
Не надежно. Используйте стабилизатор для стабильного входного напряжения 5 В.
В6. Какой размер аккумулятора можно заряжать TP4056?
Любая емкость, при условии, что ток заряда правильно установлен с помощью резистора PROG.