TP4056 to kompaktowy układ ładowania przeznaczony do jednoogniwowych akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych. Steruje ładowaniem za pomocą stałego prądu i stałego napięcia, z automatycznym zakończeniem przy napięciu 4,2 V. Moduły często zawierają wejście USB, wskaźniki LED i opcjonalne obwody zabezpieczające. Ten artykuł zawiera szczegółowe informacje na temat specyfikacji, procesu ładowania, okablowania, bezpieczeństwa i aplikacji.
Klasa C1. Przegląd modułu TP4056
Klasa C2. TP4056 Specyfikacja elektryczna
Klasa C3. Elementy składowe modułu TP4056
Klasa C4. Proces ładowania TP4056
Klasa C5. Warianty modułu TP4056
Klasa C6. TP4056 Schematy obwodów i okablowanie
Klasa C7. TP4056 Typowe problemy i poprawki
Klasa C8. Zastosowania TP4056
Klasa C9. Konkluzja
Klasa C10. Często zadawane pytania
Rysunek 1. Moduł TP4056
Przegląd modułu TP4056
TP4056 to liniowy układ scalony ładowania przeznaczony do jednoogniwowych akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych. Reguluje napięcie i prąd, aby zapewnić bezpieczne ładowanie i automatycznie zatrzymuje się, gdy ogniwo osiągnie napięcie 4,2 V. Zwykle zintegrowane z gotowymi modułami ładowania, upraszcza zarządzanie baterią, zapewniając wejście USB (Micro-USB lub Type-C), przezroczyste podkładki połączeniowe dla wejścia 5 V i zacisków akumulatora oraz wskaźniki LED informujące o stanie ładowania. Niektóre wersje modułów zawierają również wbudowane obwody zabezpieczające przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i zwarciami.
Specyfikacja elektryczna TP4056
| Parametr | Typowa wartość / zakres |
|---|---|
| Zakres napięcia wejściowego | 4,0 V – 8,0 V (maksymalnie 8 V) |
| Napięcie zakończenia ładowania | 4,2 V ± 1,5% |
| Maksymalny prąd ładowania | Do 1 A (ustawiane przez rezystor) |
| Napięcie strużkowe (Pte-charge) | Około 2,9 V |
| Prąd zakończenia | Około 0,1 × I\_CHG (C/10) |
| Wyłącznik termiczny | \~145 °C (automatyczna regulacja) |
Elementy składowe modułu TP4056
Każda część modułu pełni określoną rolę w kontrolowaniu napięcia, zarządzaniu prądem i ochronie akumulatora.
Układ scalony TP4056
Układ scalony TP4056 jest sercem modułu, odpowiedzialnym za sterowanie całym procesem ładowania. Chip automatycznie reguluje napięcie i prąd, zatrzymuje ładowanie, gdy bateria jest pełna i uruchamia się ponownie, gdy napięcie spada.
Obwody zabezpieczające (tranzystory MOSFET DW01A + 8205A)
Większość modułów TP4056 zawiera układ scalony DW01A i podwójne tranzystory MOSFET 8205A, które tworzą wbudowany system zarządzania baterią (BMS). Ta sekcja chroni akumulator przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, zwarciami i nadmiernym prądem. Automatycznie odcina obciążenie, gdy poziom napięcia spadnie zbyt nisko i podłącza się ponownie, gdy akumulator jest ponownie bezpieczny do użytku. Zapewnia to zarówno bezpieczeństwo użytkownika, jak i trwałość baterii.
Port wejściowy Micro-USB lub Type-C
Port wejściowy dostarcza zasilanie 5 V DC wymagane do ładowania. Można go podłączyć do ładowarki USB, power banku lub komputera. Większość modułów korzysta z portu Micro-USB, podczas gdy nowsze wersje zawierają złącze Type-C zapewniające nowoczesną kompatybilność. Port łączy się z pinami IN+ (VCC) i IN– (GND), zapewniając stabilne zasilanie obwodu ładowania.
Wskaźniki LED
Moduł posiada dwie diody LED, które pokazują stan ładowania. Czerwona dioda LED włącza się, gdy bateria jest ładowana, podczas gdy zielona lub niebieska dioda LED zapala się po zakończeniu ładowania lub nie zostanie wykryta żadna bateria. Wskaźniki te, sterowane przez wewnętrzne piny TP4056, ułatwiają monitorowanie procesu bez zewnętrznych narzędzi.
Rezystor pinowy 3,5 PROG
Mały rezystor na pinie PROG określa prąd ładowania. Na przykład rezystor 1,2 kΩ ustawia prąd na około 1 A, podczas gdy 2 kΩ zapewnia około 580 mA. Regulacja tego rezystora pozwala kontrolować prędkość ładowania w oparciu o rozmiar baterii i wymagania bezpieczeństwa.
Kondensatory
Dwa kondensatory odsprzęgające - jeden na wejściu i jeden na zaciskach akumulatora - pomagają filtrować szumy napięcia i stabilizować przepływ mocy. Kondensatory te, zwykle od 1 μF do 10 μF, zapewniają płynne ładowanie i chronią obwód przed nagłymi wahaniami mocy.
Ścieżki PCB i miedziane
Wszystkie elementy są zamontowane na płytce drukowanej (PCB) z miedzianymi ścieżkami, które minimalizują opór i pomagają rozprowadzać ciepło. Niektóre wersje zawierają przelotki termiczne dla lepszego odprowadzania ciepła podczas ładowania wysokoprądowego, zapewniając stabilną i długotrwałą pracę.
Proces ładowania TP4056
Ładowanie podtrzymujące (~2,9 V lub mniej)
Gdy bateria jest bardzo słaba, TP4056 zaczyna się od małego prądu. Ten etap nazywa się ładowaniem podtrzymującym. Powoli podnosi napięcie akumulatora do bezpiecznego poziomu przed rozpoczęciem normalnego ładowania. Zapobiega to uszkodzeniom akumulatorów, które są głęboko rozładowane.
Prąd stały (tryb CC)
Po odzyskaniu baterii TP4056 zapewnia stały prąd ładowania. Dokładna wartość jest ustawiana przez zewnętrzny rezystor PROG, często 500 mA lub 1 A. Ten etap jest najszybszą częścią ładowania i przywraca większość pojemności akumulatora.
Stałe napięcie (tryb CV)
Gdy bateria zbliża się do napełnienia, TP4056 przełącza się w tryb stałego napięcia. Napięcie jest utrzymywane na poziomie 4,2 V, podczas gdy prąd ładowania powoli maleje. Dzięki temu akumulator może bezpiecznie zakończyć ładowanie bez przekraczania limitu napięcia.
Wypowiedzenie
Ładowanie kończy się automatycznie, gdy prąd spadnie do około jednej dziesiątej zaprogramowanej wartości. Zatrzymanie się w tym momencie pomaga zmniejszyć obciążenie baterii, zapobiega przegrzaniu i poprawia ogólną żywotność baterii.
Warianty modułu TP4056
TP4056 bez zabezpieczenia
| Funkcja | Szczegóły |
|---|---|
| Kontrola ładowania | Obsługuje tylko ładowanie, bez funkcji bezpieczeństwa poza samym układem scalonym TP4056. |
| Obwody zabezpieczające | Nie wchodzi w skład zestawu (brak zabezpieczenia przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem lub zwarciem). |
| Projektowanie | Mniejsze, prostsze i zwykle tańsze. |
| Najlepszy przypadek użycia | Odpowiedni, gdy akumulator ma już własny BMS (Battery Management System) lub gdy dodano ochronę zewnętrzną. |
TP4056 z zabezpieczeniem
| Funkcja | Szczegóły |
|---|---|
| Kontrola ładowania | Ta sama funkcja ładowania, co w podstawowym TP4056. |
| Obwody zabezpieczające | Zawiera kontroler DW01A i FS8205A tranzystory MOSFET. Zapewnia ochronę przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i zwarciem. |
| Projektowanie | Nieco większa płyta, bezpieczniejsza do ogólnego użytku. |
| Najlepszy przypadek użycia | Idealny dla początkujących, projektów DIY i samodzielnych ogniw (takich jak baterie 18650 bez wbudowanego zabezpieczenia). |
Schematy obwodów i okablowanie TP4056
Ten obraz przedstawia obwód modułu ładującego TP4056 podłączony na płytce stykowej z podłączonym akumulatorem litowo-jonowym. Wejście USB 5 V zapewnia źródło ładowania, które wchodzi przez piny IN+ i IN-. Akumulator jest podłączony do zacisków OUT+ i OUT–, gdzie ładowanie jest zarządzane przez układ scalony TP4056. Moduł posiada również wskaźniki LED (STAT1/STAT2), które wyświetlają stan ładowania, czerwony oznacza ładowanie i niebieski/zielony oznacza pełne naładowanie.
W zestawie znajduje się termistor NTC do monitorowania temperatury, zapewniający bezpieczne ładowanie poprzez wstrzymanie procesu w przypadku przegrzania akumulatora. Zaciski wyjściowe nie tylko ładują ogniwo, ale mogą również zasilać zewnętrzne obciążenie, jak pokazano przy podłączonej diodzie LED w konfiguracji. Świadczy to o zdolności modułu do jednoczesnego ładowania akumulatora i zasilania.
TP4056 Typowe problemy i poprawki
| Zagadnienie | Opis i rozwiązanie |
|---|---|
| Wskaźnik LED nie działa | Sprawdź, czy moduł, bateria i źródło zasilania TP4056 są prawidłowo podłączone z zachowaniem prawidłowej biegunowości. Luźne okablowanie lub uszkodzona dioda LED/rezystor często powoduje awarię. Wymień wszystkie wadliwe elementy i potwierdź, że połączenia lutowane są solidne. |
| Powolne ładowanie | Powolne ładowanie zwykle wynika z niskiego prądu wejściowego lub spadków napięcia. Użyj stabilnego źródła zasilania 5 V / 1 A (lub wyższego), krótkiego kabla USB i upewnij się, że rezystor PROG ustawia prawidłowy prąd. Unikaj cienkich lub skorodowanych złączy. |
| Przegrzanie | TP4056 może się lekko nagrzewać, ale nadmiar ciepła sygnalizuje słaby przepływ powietrza lub wysoki prąd. Utrzymuj wentylację płytki i zmniejsz prąd, zwiększając wartość rezystora PROG. Ciągłe przegrzewanie się może skrócić żywotność komponentów. |
| Przerwy w ładowaniu | Niestabilne zasilanie lub luźne zaciski często nieoczekiwanie przerywają ładowanie. Użyj niezawodnego zasilacza prądu stałego zamiast zasilania USB komputera i upewnij się, że wszystkie przewody i zaciski są szczelnie zabezpieczone. |
| Bateria nie jest naładowana | Baterie, które szybko się rozładowują, mogą być stare lub niskiej jakości. Zawsze używaj oryginalnych ogniw litowo-jonowych lub litowo-polimerowych i unikaj głębokich rozładowań poniżej 3 V. Wymień zużyte baterie, aby uzyskać niezawodną pojemność. |
| Moduł nie uruchamia się | Jeśli ładowanie się nie rozpocznie, upewnij się, że napięcie wejściowe wynosi 4.5 V–5.5 V. Odpowiedzialne mogą być uszkodzone porty USB, słabe lub wadliwy układ scalony TP4056. Sprawdź połączenia i wymień moduł, jeśli to konieczne. |
| Przeładowanie baterii | Akumulator o napięciu przekraczającym 4,2 V wskazuje na uszkodzony układ scalony lub nieprawidłowe napięcie odniesienia. Natychmiast przerwij ładowanie i wymień moduł. Zawsze sprawdzaj napięcie wyjściowe za pomocą multimetru przed ponownym użyciem. |
| Obie diody LED są włączone lub migoczą | Gdy zarówno diody LED "ładowania", jak i "pełne" świecą lub migoczą, problemem jest niestabilne wejście lub złe połączenia lutowane. Ponownie słabe połączenia i użyj stabilnego źródła zasilania 5 V, aby zapewnić stałą pracę. |
| Moduł nie wykrywa baterii | Głęboko rozładowane ogniwa poniżej 2,5 V mogą nie zostać wykryte. Delikatnie naładuj akumulator napięciem 4,2 V / < 100 mA, aż napięcie przekroczy 3 V, a następnie podłącz go ponownie w celu normalnego ładowania. |
| Zwarcie lub dym | Dym lub ogrzewanie sugerują odwróconą polaryzację lub błędy w okablowaniu. Dokładnie sprawdź wszystkie połączenia przed włączeniem. Użyj modułów z tranzystorami MOSFET DW01A i 8205A do wbudowanej ochrony przed zwarciami i przetężeniami. |
Aplikacje TP4056
• Przenośna elektronika: Zasila ładowalne gadżety, takie jak aparaty fotograficzne, odtwarzacze MP3 i narzędzia przenośne.
• Akumulatory do majsterkowania: Idealne do niestandardowych zestawów baterii w małych urządzeniach i robotyce.
• Systemy zarządzania baterią: Obsługuje kontrolę ładowania w konfiguracjach z akumulatorami litowymi.
• Power banki: Używane w przenośnych ładowarkach do ładowania telefonów i małych urządzeń.
• Ładowarki słoneczne: Współpracują z panelami słonecznymi dla odnawialnych, przenośnych systemów zasilania.
• Projekty Arduino i IoT: Zapewnia regulowane ładowanie trackerów, czujników i rejestratorów danych opartych na mikrokontrolerach.
• Zasilacze awaryjne: Utrzymują działanie niezbędnych urządzeń podczas przerw w dostawie prądu.
• Urządzenia audio i oświetleniowe: Zasila ładowalne głośniki, wzmacniacze, latarki i lampy.
• Urządzenia ubieralne i inteligentne: Używane w gadżetach o niskim poborze mocy, takich jak opaski fitness i inteligentne zamki.
• Zestawy edukacyjne: Powszechne w projektach edukacyjnych dla początkujących ze względu na proste ładowanie przez USB i wskaźniki LED.
Wnioski
Moduł TP4056 oferuje bezpieczne i wydajne ładowanie akumulatorów litowych. Dzięki funkcjom takim jak regulowany prąd ładowania, wskaźniki stanu i opcjonalna ochrona, doskonale nadaje się do wielu projektów zasilanych bateryjnie. Właściwe wykorzystanie rezystorów, okablowania i monitorowania temperatury zapewnia niezawodną wydajność i dłuższą żywotność baterii, dzięki czemu TP4056 jest zaufanym wyborem dla kompaktowych rozwiązań ładowania.
Często zadawane pytania
I kwartał. Czy TP4056 może ładować wiele akumulatorów?
Nie. Ładuje tylko jedną komórkę. Użyj BMS do pakietów wielokomórkowych.
Drugi kwartał. Jaki jest prąd czuwania TP4056?
Bardzo niskie, zwykle kilka mikroamperów.
III kwartał. Czy TP4056 obsługuje szybkie ładowanie, takie jak QC lub PD?
Nie. Działa tylko ze stałym zasilaniem 5 V.
IV kwartał. Czy TP4056 wytwarza ciepło podczas ładowania?
Tak. Rozprasza dodatkowe napięcie w postaci ciepła, bardziej zauważalne przy dużym prądzie.
10,5 Piąte miejsce. Czy TP4056 może działać bezpośrednio z paneli słonecznych?
Nie można na nim polegać. Użyj regulatora, aby uzyskać stabilne wejście 5 V.
Szóste miejsce. Jaki rozmiar baterii może ładować TP4056?
Dowolna pojemność, o ile prąd ładowania jest prawidłowo ustawiony za pomocą rezystora PROG.