Зарядное устройство для LiIo аккумуляторов TP4056 (с защитой) Type-C

Плата представляет собой автоматическое зарядное устройство для одной ячейки литий-ионной батареи (1S Li-ion (3.7V)) с функцией защиты. Оно построено на чипе контроллера заряда TP4056, чипе BMS DW01A и сдвоенном MOSFET-ключе FS8205. Поддерживает двухступенчатый алгоритм заряда CC+CV. Широко используется для перевода различных устройств на питание от литиевых аккумуляторов, в качестве зарядного модуля в самодельных конструкциях и портативной технике и т. п.

На плате распаян разъём USB Type-C для подачи питания +5В от повербанка, ПК или стандартного блока питания. Плату с защитой можно отличить от обычной даже по размеру – она немного длиннее за счёт установленных дополнительных компонентов. Платы с защитой удобны тем, что не нужно покупать отдельно BMS для аккумулятора, а можно использовать любые доступные аккумуляторы и сборки. Модули очень компактны, здесь сразу есть полноценный алгоритм заряда с ограничением тока, 2 уровня защиты от перезаряда, защита от КЗ и перегрузки по току, защита от глубокого разряда, защита от перегрева ЗУ.

Модуль в основном предназначен для работы с аккумуляторами типа 18650 из-за установленного по умолчанию тока заряда 1А, но при небольшой доработке ток можно изменить от 50 до 1000 мА и использовать модуль с любыми аккумуляторами на 3,7 В. Платы можно запараллелить по входу и заряжать сборки аккумуляторов из нескольких ячеек от 5В. Каждый модуль будет корректно работать со своей ячейкой.

Возможна регулировка тока заряда от 50 до 1000мА путем подбора резистора R3 на 2 ножке микросхемы номиналом от 1,2кОм (1000мА) до 30кОм (50мА). По умолчанию при заводском изготовлении, токозадающий резистор установлен 1.2кОм. При R3=1.5кОм, Iз=780мА; При R3=3кОм, Iз=400мА; При R3=10кОм, Iз=130мА;  

Технические характеристики:

• Основной чип: TP4056
• Тип: зарядный модуль с защитой (контроллер + BMS)
• Тип аккумулятора: 1S Li-ion (3.7V)
• Вход: разъём USB Type-C
• Входное напряжение модуля: 4.5 – 6 В DC
• Ток заряда: до 1 А
• Напряжение прекращения заряда: 4.2 В ±1%
• Напряжение прекращения разряда: 2.5 В ±0,1 В
• Ток разряда до срабатывания защиты: до 3А
• Режим работы: CV + CC
• Защита от перегрева: ограничивается ток
• Защита от КЗ в нагрузке: есть
• Размер: 27x17.5x4 мм

Типовая схема включения TP4056 без модуля защиты

Алгоритм работы: Цикл зарядки начинается, когда напряжение на VIN превышает порог UVLO (Undervoltage Lockout) и 1% точный резистор подключен между выводом ISET и землёй, или когда к выходу зарядного устройства подключён аккумулятор (BAT).

• Если напряжение на BAT ниже 3 В, зарядное устройство переходит в режим предзаряда (trickle charge mode), при котором TP4056 подаёт примерно 1/10 запрограммированного зарядного тока (ISET), чтобы поднять напряжение аккумулятора до безопасного уровня для начала полноценной зарядки.
• Когда напряжение на BAT превышает 3 В, зарядное устройство переходит в режим постоянного тока CC (constant-current mode), подавая запрограммированный зарядный ток (ISET) на аккумулятор.
• Когда напряжение на BAT приближается к конечному пороговому напряжению полностью заряженной ячейки (4,2 В), TP4056 переключается в режим постоянного напряжения CV (constant-voltage mode), и зарядный ток постепенно снижается. Когда он падает до 1/10 от установленного ISET, цикл зарядки завершается.
• После окончания цикла зарядки, если аккумулятор не был отключён, TP4056 непрерывно будет отслеживать напряжение на BAT с помощью компаратора. Новый цикл зарядки начинается, когда напряжение на ячейке упадёт ниже 4,0 В (примерно 80–90% от полной ёмкости аккумулятора). Это гарантирует, что аккумулятор всегда близок к полному заряду и устраняет необходимость в ручном запуске нового цикла.

Ограничение по температуре: Встроенный термоконтроль уменьшает зарядный ток (ISET), если температура кристалла превышает 125°C. Эта функция защищает TP4056 от перегрева и позволяет максимально использовать возможности схемы без риска сжечь контроллер. Зарядный ток можно задавать исходя из обычной (а не экстремальной) температуры окружающей среды, при этом в случае перегрева TP4056 автоматически уменьшит ток.

Принцип работы защиты BMS: чип DW01A контролирует напряжение батареи, используя контакты питания (выводы 5 и 6 DW01A), как показано на структурной схеме. Компараторы, показанные слева, настроены на пороговые значения и срабатывают в случае перезаряда (слишком высокое напряжение ячейки) или переразряда (слишком низкое напряжение ячейки). Напряжение аккумулятора не измеряется напрямую. Имеется RC-фильтр (R5 и C2), который отфильтровывает скачки напряжения батареи, например, из-за пусковых токов нагрузки.

Мониторинг тока батареи: Когда батарея разряжается, ток батареи течёт от B+ к OUT+ через нагрузку, входя в OUT-, затем протекает через двойной n-канальный MOSFET FS8205A обратно к B-. Когда батарея заряжается, ток заряда течёт от 5-го вывода TP4056, через B+, аккумулятор, B-, через 2-й на 7-й вывод S8205A и на общий минус. Ток нагрузки не учитывается и не измеряется во время заряда. Нагрузка должна быть отключена от аккумулятора на время заряда.

Работа MOSFET FS8205A: Сборка имеет открытое сопротивление сток-исток. Ток через это сопротивление вызывает падение напряжения относительно GND (вывод 6 DW01A), которое через R6 подаётся на вывод 2 DW01A. Компараторы DW01A имеют источник напряжения на входе, поэтому они измеряют положительные и отрицательные токи через FS8205A. Детектор зарядного устройства, детектор короткого замыкания и детектор перегрузки по току работают на основе падения напряжения на FS8205A. Ток, при котором срабатывает защита, определяется сопротивлением канала FS8205A.

Важно! У разных ревизий чипов могут отличаться точность и пороговые напряжения. Эти различия кодируются буквами в маркировке и влияют на характеристики модуля. У продавцов встречаются ошибки в описаниях и завышенные характеристики от производителей. В большинстве случаев это некритично, но лучше сверяться с официальным Data Sheet перед использованием модуля.