Предлагается вариант изготовления (сборки) простого зарядного устройства (ЗУ) для заряда литиевых аккумуляторов на базе модуля 4056.
Устройство имеет минимальную комплектацию и широкие возможности.
Активный пользователь сайта Jerry, в процессе обсуждения ЗУ, рекомендовал мне использовать для заряда Li-Ion аккумуляторов, устройство на базе микросхемы TP4056 с фиксированным напряжением заряда, настраиваемым током заряда, автоматическим отключением заряженного аккумулятора, индикацией процесса заряда и его окончания.
Предложение заинтересовало. Ранее с этой микросхемой на практике не сталкивался. Прочитал ее характеристики и приобрел пару модулей с защитой, для сборки пробного зарядного устройства. В минимальной базовой комплектации, ЗУ предназначается для заряда двух Li-Ion аккумуляторов 18650.
Возможно, аналогичное решение может пригодиться и в Вашей практике.
1. Характеристики зарядного модуля
Модуль заряда одноэлементных Li-Ion аккумуляторов выполнен на основе микросхемы TP4056. Зарядный модуль имеет неплохой функционал, также существует возможность увеличения выходного тока путем параллельного соединения нескольких плат. Модуль конструктивно прост, компактен, имеются различные варианты компоновки и исполнения в зависимости от изготовителя, от наличия защиты аккумулятора от разряда и перезаряда. Модуль широко распространен и дешев, даже в розничной продаже.
Технические характеристики модуля:
- Номинальное входное напряжение - 4,5…5,5 В;
- Максимальное входное напряжение - 8,0 В
(выше 5,5 В не рекомендуется, из-за повышенного нагрева микросхемы);
- Напряжение полного заряда - 4,2 В;
- Ток заряда - до 1А (настраивается);
- Защита от глубокого разряда: 2,40±0,10 В;
- Диапазон рабочих температур: -10 до +85 С;
- Размер платы – 23…27 х 17…19 мм.
- Вес: 2…5 г;
Предельное напряжение заряда аккумулятора зафиксировано в модуле на уровне 4,2 В (с точностью 1,5%). Ток заряда может быть установлен или изменен в пределах от 50мА до 1000мА заменой (регулировкой) одного резистора R prog .
Микросхема TP4056 автоматически завершает цикл заряда, при достижении напряжения 4,2 В и падении зарядного тока до 0,1 от установленного значения.
Модуль имеет индикацию процесса заряда. При начале заряда включается красный светодиод, а при отключении аккумулятора зажигается синий (зеленый) светодиод, красный при этом гаснет.
Другими функциями TP4056 будут – постоянный контроль напряжения, блокировка при пониженном напряжении, автоматическая перезарядка. Микросхема имеет встроенный термодатчик, позволяющий уменьшить ток заряда в зависимости от ее перегрева. При необходимости, имеется возможность подключить внешний термодатчик.
Кроме микросхемы ТP4056 (контроллера зарядки) на плате модуля (в некоторых модификациях) установлены чипы DW01 (схема защиты) и ML8205A (сдвоенный ключ MOSFET). Они служат для защиты аккумулятора от критического (глубокого) разряда, перезаряда, перегрузки и короткого замыкания.
Следует обратить внимание на слабое место микросхемы ТP4056. Модуль на ее базе не содержит схемы защиты от неправильного включения аккумулятора. Необходимо соблюдать полярность при его подключении. При неправильном подключении, контроллер выходит из строя из-за превышения максимального тока. Кроме того, контроллер пробивается и на его выходе (аккумуляторе) появляется полное входное напряжение. Это особенно опасно на пальчиковых аккумуляторах типа 18650. При их установке легко ошибиться с полярностью подключения.
Процесс заряда аккумулятора
1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора;
2. Зарядка током в 0,1 от установленного резистором R prog, до уровня 2,9 В (если напряжение на аккумуляторе ниже);
3. Зарядка установленным током;
4. При достижении на аккумуляторе напряжения 4,2 В, оно стабилизируется на этом уровне. По мере дальнейшей зарядки аккумулятора, ток заряда падает;
5. При снижении тока до 0,1 от установленного резистором R prog, зарядное устройство отключается.
6. По окончании зарядки, контроллер продолжает проверку напряжения аккумулятора. Ток при контроле составляет 2…3 mkA. При падении напряжения до 4,0В, если аккумулятор не отключен, зарядка включается снова.
2. Комплектация зарядного устройства
Имеется - два приобретенных модуля 4056 и два аккумулятора 18650 установленных в держателе.
Комплектуем устройство разъемом для подключения питания 5,0 В от адаптера, двумя ползунковыми переключателями ПД11-3, двумя резисторами на 1,0…1,2 кОм и парой многооборотных резисторов СП5-3 сопротивлением по 15 кОм. Эти резисторы позволят регулировать ток заряда в пределах от 100 мА до 1000мА.
Для размещения зарядных модулей отлично подошел прозрачный пластиковый корпус от зубочисток. Для вентиляции плат, отвода тепла и вывода соединительных проводников, в боковых стенках корпуса просверлены отверстстия диаметром 3…4 мм.
Для установки всех деталей зарядного устройства подбираем корпус. В данном случае хорошо подошел пластмассовый корпус для хранения механического индикатора часового типа. Индикатор давно почил, переселяем из коробки хранящиеся там мелкие детали и используем ее в устройстве. В боковой стенке корпуса, закрепляем штатной гайкой разъем для подключения питания.
3. Изготовление зарядного устройства
Доработка зарядных модулей
Провода питания модуля припаиваем к входным контактам (IN+) и (IN-). При желании возможно подключение модулей через имеющиеся, параллельно выведенные, входные разъемы mini USB или Micro USB.
Аккумулятор присоединяется проводниками к выходным контактам модуля (B+) и (B-).
С платы модуля отпаиваем резистор R prog (на фото, это R3 = 1,2 кОм, включенный между ножкой 2 микросхемы ТP4056 и общим проводом). К освобожденным контактам припаиваем проводники, которые в дальнейшем подключим к многооборотным подстроечным резисторам на 15 кОм.
Сборка зарядного устройства
Для сборки всех узлов устройства, по внутренним размерам выбранного корпуса, из листа текстолита вырежем основание. Двумя винтами с потайной головкой закрепим на основании держатель аккумуляторов, с помощью кусочка алюминиевого угольника зафиксируем на основании положение переменных резисторов.
Установим зарядные модули в свой подготовленный прозрачный корпус, выведем подпаянные проводники в соответствующие стороны. Закрепим корпус модулей на основании двухсторонним скотчем.
Подключим контакты держателя аккумуляторов к зарядным модулям.
Для регулирования тока заряда, последовательно соединим подстроечный резистор на 15 кОм с постоянным резистором 1,0…1,2 кОм и подключим их к выведенным от модулей проводникам. Для миниатюризации ЗУ возможно использовать и снятые ранее smd - резисторы.
Подпаяем разъем для подключения питания. Подключим зарядное устройство к сети, через адаптер 220/5,0 В.
Установим аккумуляторы в держатель и проверим работу ЗУ, предварительно выставив ток заряда для каждого аккумулятора. При отсутствии особых требований, ток заряда обычно устанавливается в соотношении 0,2…0,5 от емкости установленного аккумулятора (0,2С).
При положительном результате соберем всю конструкцию устройства окончательно.
Проверим работу ЗУ под нагрузкой в полном цикле – разряд аккумуляторов до 3,0 В, зарядка на собранном ЗУ.
Включаем питание. Горят синие светодиоды и мерцают красные.
Устанавливаем один аккумулятор, в соответствующем модуле зажигается красный светодиод. Подключаем второй аккумулятор, срабатывает другой модуль.
По мере полной зарядки аккумуляторов, в соответствующем модуле красный светодиод переключается на синий. При контроле заряженного аккумулятора, мультиметр показывает напряжение 4,17…4,18 В, что соответствует заявленной точности.
При установке тока заряда по 450 мА на каждом аккумуляторе, нагрева модулей (в закрытом корпусе) в течение всего цикла не наблюдалось. Больший ток установить не имел возможности, т.к. максимальный ток адаптера 1000 мА.
Отключаем питание, закрываем ЗУ крышкой, устройство готово к эксплуатации, транспортировке и хранению в бытовых условиях.
4. Эксплуатация зарядного устройства
Для зарядки двух аккумуляторов, работу с ЗУ можно было закончить, но появилась необходимость в подзарядке разнотипных аккумуляторов от старых телефонов, которые проще зарядить по одному. Поэтому потребовалось установить для каждого модуля свой выключатель питания. Для этой цели используем пару ползунковых переключателей ПД11-3. Закрепим их на общей плате и установим на свободном месте основания в корпусе ЗУ.
Подпаяем выключатели в цепи питания модулей и можно экономно работать с различной комбинацией заряжаемых аккумуляторов.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
