Зарядний пристрій LiIo акумуляторів TP4056 (з захистом) Type-C

Плата являє собою автоматичний зарядний пристрій для однієї комірки літій-іонної батареї (1S Li-ion (3.7V)) з функцією захисту. Вона побудована на чипі контролера заряду TP4056, чипі BMS DW01A і здвоєному MOSFET-ключі FS8205. Підтримує двоступеневий алгоритм заряду CC+CV. Широко використовується для переведення різних пристроїв на живлення від літієвих акумуляторів, як зарядний модуль у саморобних конструкціях і портативній техніці тощо.

На платі розпаяний роз'єм USB Type-C для подачі живлення +5В від павербанка, ПК або стандартного блока живлення. Плату із захистом можна відрізнити від звичайної навіть за розміром – вона трохи довша за рахунок встановлених додаткових компонентів. Плати із захистом зручні тим, що не потрібно купувати окремо BMS для акумулятора, а можна використовувати будь-які доступні акумулятори та збірки. Модулі дуже компактні, тут одразу є повноцінний алгоритм заряду з обмеженням струму, 2 рівні захисту від перезаряду, захист від КЗ і перевантаження по струму, захист від глибокого розряду, захист від перегріву ЗП.

Модуль в основному призначений для роботи з акумуляторами типу 18650 через встановлений за замовчуванням струм заряду 1А, але при невеликому доопрацюванні струм можна змінити від 50 до 1000 мА і використовувати модуль з будь-якими акумуляторами на 3,7 В. Плати можна з'єднувати паралельно по входу і заряджати збірки акумуляторів із кількох комірок від 5В. Кожен модуль буде коректно працювати зі своєю коміркою.

Можлива регулювання струму заряду від 50 до 1000мА шляхом підбору резистора R3 на 2 ножці мікросхеми номіналом від 1,2кОм (1000мА) до 30кОм (50мА). По замовчуванню при заводському виготовленні, токозадавальний резистор встановлений 1.2кОм. При R3=1.5кОм, Iз=780мА; При R3=3кОм, Iз=400мА; При R3=10кОм, Iз=130мА;

Технічні характеристики:

• Основний чип: TP4056
• Тип: зарядний модуль із захистом (контролер + BMS)
• Тип акумулятора: 1S Li-ion (3.7V)
• Вхід: роз'єм USB Type C
• Вхідна напруга модуля: 4.5 – 6 В DC
• Струм заряду: до 1 А
• Напруга припинення заряду: 4.2 В ±1%
• Напруга припинення розряду: 2.5 В ±0.1 В
• Струм розряду до спрацювання захисту: до 3А
• Режим роботи: CV + CC
• Захист від перегріву: обмежується струм
• Захист від КЗ у навантаженні: є
• Розмір: 27x17.5x4 мм

Типова схема підключення TP4056 без модуля захисту

Алгоритм роботи: Цикл зарядки починається, коли напруга на VIN перевищує поріг UVLO (Undervoltage Lockout) і 1% точний резистор підключений між виводом ISET і землею, або коли до виходу зарядного пристрою підключений акумулятор (BAT).

• Якщо напруга на BAT нижче 3 В, зарядний пристрій переходить у режим попереднього заряду (trickle charge mode), при якому TP4056 подає приблизно 1/10 запрограмованого зарядного струму (ISET), щоб підняти напругу акумулятора до безпечного рівня для початку повноцінної зарядки.
• Коли напруга на BAT перевищує 3 В, зарядний пристрій переходить у режим постійного струму CC (constant-current mode), подаючи запрограмований зарядний струм (ISET) на акумулятор.
• Коли напруга на BAT наближається до кінцевого порогового значення повністю зарядженої комірки (4,2 В), TP4056 перемикається в режим постійної напруги CV (constant-voltage mode), і зарядний струм поступово знижується. Коли він падає до 1/10 від встановленого ISET, цикл зарядки завершується.
• Після завершення циклу зарядки, якщо акумулятор не був відключений, TP4056 безперервно буде відстежувати напругу на BAT за допомогою компаратора. Новий цикл зарядки починається, коли напруга на комірці впаде нижче 4,0 В (приблизно 80–90% від повної ємності акумулятора). Це гарантує, що акумулятор завжди близький до повного заряду і усуває необхідність у ручному запуску нового циклу.

Обмеження за температурою: Вбудований термоконтроль зменшує зарядний струм (ISET), якщо температура кристала перевищує 125°C. Ця функція захищає TP4056 від перегріву і дозволяє максимально використовувати можливості схеми без ризику спалити контролер. Зарядний струм можна задавати, виходячи із звичайної (а не екстремальної) температури навколишнього середовища, при цьому у разі перегріву TP4056 автоматично зменшить струм.

Принцип роботи захисту BMS: Чип DW01A контролює напругу батареї, використовуючи контакти живлення (виводи 5 і 6 DW01A), як показано на структурній схемі. Компаратори, показані ліворуч, налаштовані на порогові значення і спрацьовують у разі перезаряду (занадто висока напруга комірки) або перерозряду (занадто низька напруга комірки). Напруга акумулятора не вимірюється безпосередньо. Існує RC-фільтр (R5 і C2), який відфільтровує стрибки напруги батареї, наприклад, через пускові струми навантаження.

Моніторинг струму батареї: Коли батарея розряджається, струм батареї тече від B+ до OUT+ через навантаження, входячи в OUT-, потім протікає через подвійний n-канальний MOSFET FS8205A назад до B-. Коли батарея заряджається, струм заряду тече від 5-го виводу TP4056, через B+, акумулятор, B-, через 2-й на 7-й вивід S8205A і на загальний мінус. Струм навантаження не враховується і не вимірюється під час заряду. Навантаження має бути відключене від акумулятора на час заряду.

Робота MOSFET FS8205A: Збірка має відкрите опір стік-витік. Струм через цей опір викликає падіння напруги щодо GND (вивід 6 DW01A), яке через R6 подається на вивід 2 DW01A. Компаратори DW01A мають джерело напруги на вході, тому вони вимірюють позитивні та негативні струми через FS8205A. Детектор зарядного пристрою, детектор короткого замикання і детектор перевантаження по струму працюють на основі падіння напруги на FS8205A. Струм, при якому спрацьовує захист, визначається опором каналу FS8205A.

Важливо! У різних ревізій чипів можуть відрізнятися точність і порогові напруги. Ці відмінності кодуються літерами в маркуванні і впливають на характеристики модуля. У продавців трапляються помилки в описах і завищені характеристики від виробників. У більшості випадків це некритично, але краще звірятися з офіційним Data Sheet перед використанням модуля.