Несколько слов о популярном модуле для зарядки литиевых аккумуляторов на базе контроллера TP4056.
Некоторое время назад китайские собратья начали выпускать модули для зарядки li-on элементов на основе микросхемы TP4056. Сначала это были просто модули заряда, причем первые варианты выпускались с разъемом MiniUSB. Потом стали устанавливать MicroUSB. Последние варианты этого модуля идут со встроенной защитой аккумулятора на базе DW01 (защита от КЗ, от переразряда).
Так вот.
Это небольшие модули для встраивания в различную аппаратуру, в основном для самоделок (DIY) и ремонта. Крайне удобно для замены практически любых соляных и щелочных элементов питания: батареек типа АА, ААА, D, «Кроны» и так далее, главное требования, чтобы аккумулятор «вытягивал» требуемые параметры. Как правило, литиевые элементы на порядок мощнее, чем те же соляные АА батарейки.
Внешний вид модуля зарядки на TP4056
К подобным «апгрейдам» обычно приходят либо от безысходности (нет элементов в продаже, устаревшая конструкция аппаратуры, а использовать надо), либо при повышенном расходе батареек. Например, в детских игрушках используются либо Ni-Cd элементы питания (4-5 элементов по 1.2В), либо АА батарейки, 5-6 штук. Как было бы удобно, если бы все эти игрушки, мультиметры и прочая аппаратура при работе питалась бы не от батареек, а заряжалась бы от распространенного USB.
Ниже на картинке представлены: первый вариант платы (c MiniUSB), с обозначением основных функциональных узлов, второй вариант платы (c MicroUSB и защитой). Обратите внимание на Rprog/R3. С помощью этого резистора можно задавать ток зарядки аккумуляторов. Справа показана таблица выбора значения этого резистора.
Я пробовал «дорабатывать» схему, модифицируя модуль для параллельного подключения модулей, добавляя в цепь диоды для развязки питающих цепей, комбинировал дорожки и т.п. Попытка подобных доработок привела к тому, что вроде как можно подключить 2-3 модуля вместе, для зарядки 2S (или 3S) аккумулятора, но при срабатывании защиты на одном из них, ток, протекающий через другие элементы увеличивается и может привести к выходу из строя остальных модулей.
Так что, я делаю вывод, что подобные модули не подходят для комбинирования и параллельного подключения типа 2S-3S. Есть другой выход. Этот модуль может неплохо работать с 1S2P (1S3P...) батареями элементов, например, 18650. А для получения на выходе нужного напряжения лучше использовать Step-Up DC-DC модуль нужной мощности.
Просто подключаем к выходу модуля на TP4056 Step-Up DC-DC (они бывают на фиксированный выход, и с регулируемым выходом). Подобный модуль на фото имеет выход до 2А и регулируемое напряжение.
На фото модуль со Step-Up и аккумулятором 08570 от электронной сигареты.
Подобную сборку планирую установить в мультиметр, для замены батарейки «Крона» 9В. Минус — придется «запилить» наружу коннектор MicroUSB для зарядки устройства.
Для замены 5 элементов Ni-Cd на преобразователе можно установить 6.0В. Подобные сборки используются в старых р/у игрушках и не только.
А вот для замены трех АА или ААА батареек устанавливаем 4.5В. Это самые распространенные кейсы применения подобного модуля.
Модуль контроллера заряда TP4056 + защита для аккумуляторов BW01 (5 шт. в лоте) брал с купоном DIY3M, цена что-то там около $2. Пока все платы разошлись по устройствам, а вот для 2S...3S вариантов лучше поискать специализированные модули BMS с балансировкой и защитой.
Комментарии (37)
Exeland
18.03.2019 10:16А что замеряет мультиметр на фото, на собранной конструкции нет щупов и уходящих проводов тоже? Решение описное в статье достаточно стандартное, есть даже готовые — модули .
Lexus08 Автор
18.03.2019 10:19Напряжение на выходе step up.
Мультиметр на hold, пока готовил фотографию.
olartamonov
18.03.2019 10:55+1Попытка подобных доработок привела к тому, что вроде как можно подключить 2-3 модуля вместе, для зарядки 2S (или 3S) аккумулятора, но при срабатывании защиты на одном из них, ток, протекающий через другие элементы увеличивается и может привести к выходу из строя остальных модулей
Во-первых, вы путаете аббревиатуры S (serial) и P (parallel).
Во-вторых, а до этого эксперимента у вас были основания сомневаться в справедливости закона Кирхгофа?..Lexus08 Автор
18.03.2019 11:03Не путаю.
Изначально хотел заряжать сборки для шуруповертов (например 3s1p).
С реально, с этим модулем можно работать с параллельными ячейками, без балансировки.
Типа 1s2p. Но это требует модулей stepup.olartamonov
18.03.2019 11:46+12S — это последовательное соединение.
Я немного боюсь в таком случае представить, что и как вы там взгромоздили, что при срабатывании защиты на одном из последовательно соединённых модулей у вас не вся цепь размыкалась, а каким-то образом ток через остальные увеличивался.
dMac
18.03.2019 12:57Эти модули можно включать только в параллель (и то условно, с развязкой), т.к. гальванически вход и выход не развязаны. А иначе было бы, конечно удобно — восемь аккумуляторов последовательно, каждому по зарядке, а все входы зарядок параллельно. И подавать на вход 5 вольт 16 ампер Ж)
Последовательную сборку 3S ими не зарядить вообще никак, потому что:
1) Плюсовая шина связана не напрямую вход-выход, а через ограничитель тока, и там будет падение напряжения
2) Минусовая шина может разрываться полевиками в схеме защиты.
Поэтому, из-за отсутствия гальванической развязки, напряжения в схеме просчитать и согласовать не выйдет.
Если уж сильно хотите заморочиться — на сборку аккумуляторов цепляем по платке на каждую ячейку, а запитываем каждую платку от отдельного сетевого блока на 5 вольт. Отдельного! Так как сетевые блоки идут с гальванической развязкой. Соединить входы получится только на стороне 220 вольт, и никак иначе.
Если сборка из параллельных аккумуляторов — теоретически можно соединять выходы плат в параллель (при этом прямо не соединяя сами элементы — каждый элемент только к своей платке, иначе защита работать не будет). В таком случае входы всех плат в параллель соединить тоже можно, но ток потребуется весьма приличный.
И даже в таком случае я предпочитаю развязать выходы плат диодами Шоттки, как самое простое решение при сравнительно небольшой потере мощности. А иначе, при неравномерном заряде/разряде аккумуляторов, будут неизбежные уравнивающие токи.
p0gank
18.03.2019 11:13Для нескольких последовательно соединенных аккумуляторов используйте балансир, который защитит от переразряда и короткого замыкания. А для заряда любой модуль обеспечивающий режим CC/CV, хоть на LM2576ADJ
Tutanhomon
18.03.2019 12:55А еще у этого модуля большой ток утечки, при чем он странно работает — если просто подключить аккумулятор будет одно значение, вполне приемлемое, а если начать заряжать, а потом перестать — второе, раз в 10 больше. Просто как-то заметил, что фонарь, собранный по схеме:
через некоторое время не включается. Замерял ток разряда аккумулятора при выключенной схеме — он был большой. Не помню цифр, но аккум в 2000мач высаживался за неделю-две простоя. Пришлось выключатель устраивать таким образом, чтобы отключался аккумулятор, а не нагрузка.
И это не баг определенного модуля — пробовал разные.arkamax
18.03.2019 18:09Вообще я достаточно часто видел подобное от китайских производителей. Дешево, модно, молодежно, но есть «мелкие» моменты, которые часто низводят полезность решения до нуля.
если просто подключить аккумулятор будет одно значение, вполне приемлемое, а если начать заряжать, а потом перестать — второе, раз в 10 больше
Какое именно значение раз в 10 больше?Tutanhomon
18.03.2019 18:15Какое именно значение раз в 10 больше?
Тока, который потребляет от аккумулятора модуль при отключенной нагрузке.arkamax
19.03.2019 05:43Интересно… судя по этому даташиту, средний ток утечки с аккумулятора у ИС TP4056 2.5 мкА, т.е. за две недели через сам модуль ничего заметно уйти было не должно (ЕМНИП, это значение сравнимо с токами саморазряда у Li-Ion). Видимо обвязка сделана через одно место. Кстати, в том же даташите есть типовая схема — кроме ИС аккумулятор там завязан на конденсатор 10 мкФ — может он течет?
Tutanhomon
19.03.2019 16:59я ж программист, а не схемотехник — я сделал костыль )
arkamax
19.03.2019 20:30+1Анекдот про программистов и лампочку помните? :) На таком уровне схемотехника — это совсем не космос, посмотрели на схему, подумали, куда утечки могут пойти. Иногда бывает (особенно у китайских модулей), что допилив напильником пару деталей, получаем работоспособный вариант без костылей. В какой-то мере в обратном смысле, я как-то получил от японцев (даже не китайцев) WiFi модуль с драйвером, который весело вылетал в kernel panic раз в 10 минут, пришлось копать и решать вопрос самому (ага, вебдев + немного электронщик пилил модули ядра Linux). Не бойтесь смежных областей :)
gnomeby
18.03.2019 13:14Мне кажется в детских игрушках важна в первую очередь безопасность. Li-Ion нельзя ничем потушить. А при этом дети игрушки иногда швыряют. Поэтому наиболее адекватный переход в детских игрушках — переход на пальчиковые Ni-Mh аккумуляторы.
AlexAV1000
18.03.2019 18:48Не рекомендую питать «батареечные» измерительные приборы от таких импульсных повышающих преобразователей. Последние наваливают просто огромные помехи на измерительные цепи.
VT100
18.03.2019 23:51+1Утром, спросонья, плюсанул вместо минусовки. Раскаиваюсь.
Фактический материал о причинах минусования — уже предоставили olartamonov и dMac.
rechmp
19.03.2019 10:45Заменять батареечное питание в измерительных приборах на валящую гармониками и иголками повышайку — это пять баллов (еще и без шунтирования конденсаторами).
Я как-то точно такую же повышайку пытался впихнуть в портативную колонку. Когда запитал ее уже подключенной к нагрузке частотомер стоящий на соседнем столе взвыл и начал бешено скакать по диапазонам.
Ну и обратите внимание на этот крохотный дроссель на преобразовании, о каких 2 амперах может быть речь? 10 ватт он продолжительно не прокачает.olartamonov
19.03.2019 11:04И в данном случае дроссель ещё и неэкранированный — с учётом, что платка на фото на MT3608 на 1,2 МГц, это довольно цинично. И про керамику на входе и выходе можно с большой уверенностью говорить, что вот не по 22 мкФ X7R там стоит.
И повышающие преобразователи нормируются по входному току, а не выходному — так что заявленные китайцами 2 А, если оно их вообще потянет, в лучшем случае означают 1 А на выходе при преобразовании 3,0 > 6,0 В.rechmp
19.03.2019 13:40Вот, кстати, всегда интересно было какой ток указывают в дц-дц преобразователях.
ЕслиИ повышающие преобразователи нормируются по входному току, а не выходному — ...
то что указывается в понижающих? А в бак-буст сепиках?olartamonov
19.03.2019 14:21Максимальный ток ключа, как уже сказали.
Для повышающего преобразователя ток на входе всегда больше тока на выходе, поэтому лимитирующим фактором становится он; для понижающего — наоборот.
Для буста
Iswitch = K/? + ?L/2
K = Vout/Vin
? — КПД конвертера
?L — размах пульсаций тока на индуктореu010602
19.03.2019 15:09Это в идеальных условиях. На практике лимитировать ток может выходной фильтр, ведь если мы выйдем за пределы допуска по пульсациям, то можно сказать что устройство не работает. Охлаждение ключа и трансформатора так-же может ограничивать долговременную мощность. Бывает они даже отпаиваются от нагрева.
FGV
19.03.2019 15:14У некоторых микрух ток контролируется внутренним компаратором, так что как повезет.
u010602
19.03.2019 15:25Я не к тому, что оно безопасно выключится по защите. А к тому что банально или сгорит от перегрева, или на выходе будет такие пульсации, что использовать нельзя. А единственный вид ограничения — надпись на текстолите скажем 1А.
ofStatic
21.03.2019 04:13Все приборы, работающие от 9В кроны с её фактическим диапазоном от 9.5 до 5В, прекрасно работают от 2S литий-кобальта (6-8.4В). Проверено не на одном мультиметре и прочих предметах обихода. По такому случаю на том же алиэкспрессе этих литиевых крон — навалом. Без колхоза в нужном формфакторе.
То же справедливо для 3 АА\ААА батареек. Их рабочий диапазон от 4.8 до 2.5В, одна литиевая банка — от 4.2 до 3, опять же. Никаких преобразователей не нужно.
Сложнее с 1-2 или 4 батарейками, их разумнее заменить никелем.
5 батареек — крайне редкая конфигурация, 6 батареек — та же крона, см. п. 1
Ещё надо учитывать, что некоторые приборы типа простых фонариков, гирлянд, детских машинок или иных относительно мощных (по сравнению с часами и пультами) нагрузок, рассчитаны на установку именно одноразовых батареек с их высоким внутренним сопротивлением(!), которое будет ограничивать ток до нужных значений. Установка заместо них лития с многократно меньшим сопротивлением может привести к выходу прибора из строя. В таком случае надо посмотреть до какого значения просаживается напряжение на штатных батарейках под нагрузкой и при переводе прибора на литий установить резистор соответствующего номинала.
MikeVC
Для сборок 2S, 3S и т.д китайцы предлогают готовые решения с балансиром.
Пихать в тестер импульсник — плохая идея. В тестерах не зря стоят просто батарейки.
импульсник будет сильно шуметь и портить результаты измерений.
Сам использую подобные платки для устройств. Из модификаций — подбор резистора под нужный зарядный ток. И еще момент. Я заметил, что после окончания заряда при подключенной зарядке, эта схема подсаживает батарею. При низкой емкости батареи это критично когда забываешь надолго.
Arepo
А как же разного рода дешёвые карманные осциллографы типа DSO nano (тысячи их), внутри обычно тоже аккумулятор и даже работает. А в осциллографе требования к питанию, по моему скромному мнению, должны быть гораздо выше, чем в мультиметре.
Это не контраргумент вам, если что, просто хочу понять подводные камни, т.к. у самого есть идея избавиться от крон и заменить всё литием.
MikeVC
Да и я сталкивался с проблемами в осциллографах из-за шума их собственного БП.
Причем не карманных, а обычных вроде хантека 5000.
Кроме того, в таких осциллографах чутье мили вольты и входное сопротивление — мегаом.
А в уже средних тестерах — микровольты и десятки мегаом!
Есть готовые тестеры с нормальными батарейками не с кроной. Например ZOYI, у мастека есть.
FGV
del
Lexus08 Автор
Tp4056 только контроллер заряда, там нет 5В.
После можно ставить любой step up или step down, по необходимости