Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Moduły zasilające część 1 - ładowarki na układzie TP4056

W sklepach internetowych i na portalach aukcyjnych można kupić wiele różnych modułów elektronicznych. Wykorzystują najczęściej układy scalone chińskich producentów półprzewodników. Koszt zakupu gotowego modułu, często jest niższy niż oddzielnie kupowanych elementów. Jednymi z najczęściej kupowanych są moduły zasilające: przetwornice, układy nadzoru napięcia akumulatorów litowych, ładowarki. Wszystkie mogą być wykorzystane jako elementy składowe konstruowanych urządzeń. Oto przegląd i wskazówki dotyczące wykorzystania.
Article Image

Ładowarki - najwazniejsze funkcje i informacje

Ładowarki można kupić jako gotowe urządzenia lub moduły. Poniżej opisane zostały najczęściej spotykane konstrukcje.

IMAX B6, IMAX B6 V2. Są to najpopularniejsze ładowarki uniwersalne. Ładowarka IMAX B6V2 jest nowszą wersją układu IMAX B6 – fotografia leadowa. Obudowy obu typów ładowarek wykonane są z barwionego aluminium i są estetyczne. Posługiwanie się tymi ładowarkami, po zaznajomieniu ze strukturą menu, nie nastręcza żadnych trudności. Ładowarki IMAX szczególnie chętnie używane są przez modelarzy, ponieważ są lekkie, mają niewielkie rozmiary i umożliwiają ładowanie oraz pomiar pojemności różnych akumulatorków: NiMH, NiCd, ołowiowych, LiPo, Li-Ion, (ściślej LiFePO4).

Najważniejszą zaletą tych ładowarek jest wbudowany układ tzw. balansera, pozwalający jednocześnie ładować do 6 akumulatorów litowych połączonych szeregowo. Nowsza ładowarka IMAX B6V2 automatycznie rozpoznaje liczbę akumulatorów, umożliwia pomiar rezystancji wewnętrznej akumulatorów oraz ładowanie najnowszych generacji akumulatorów litowych. Do ładowarek dostępne są dodatkowe przewody umożliwiające ładowanie większej liczby akumulatorów (złącza balansera), ładowanie akumulatorów z różnymi typami złączy, oraz czujnik temperatury kontrolujący temperaturę ładowanych ogniw. Ładowarka wymaga zasilania z zewnętrznego zasilacza o wydajności zależnej od prądu i napięcia ładowanych aktualnie ogniw. 

Fot.2 Ładowarka na układzie scalonym TP4056

Ładowarki - układ TP4056

Ładowarki na układzie scalonym TP4056 są jednymi z najczęściej spotykanych. Przeznaczone są do ładowania pojedynczych akumulatorów Li-Ion i pokrewnych Li-Po. Do ładowania akumulatorów wykorzystują metodę CC-CV (Constant Current – Constant Voltage). Przykład takiej ładowarki pokazany jest na fotografii 2. Napięcie zasilania tych ładowarek wynosi typowo 5V, minimalnie 4V, a maksymalnie 8V. Obudowa układu TP4056 ma na dole wyprowadzenie termiczne (pad termiczny) odprowadzające ciepło do płytki drukowanej. Końcowe napięcie ładowania akumulatora wynosi 4,2V z dokładnością 1,5%.

Prąd ładowania reguluje się opornikiem podłączonym do wyprowadzenia 2 (PROG). Wartość prądu wylicza się ze wzoru I = 1200/ Rprog (prąd I w miliamperach, rezystancja R w omach). Gdy napięcie na ładowanym akumulatorze jest mniejsze niż 2,9V, ładowarka ładuje akumulator niewielkim prądem równym około 10% znamionowego prądu ładowania. Gdy później układ ładuje nominalnym prądem, to na wyprowadzeniu PROG występuje napięcie 2V, a gdy ładuje prądem obniżonym, to na końcówce PROG jest napięcie 0,2V.

Układ umożliwia kontrolę temperatury ogniwa przez podłączenie termistora typu NTC (o odpowiedniej rezystancji i stałej B) do wyprowadzenia 1 układu scalonego (TEMP). Drugie wyprowadzenie termistora podłączone jest do masy. Układ ładuje akumulator, gdy napięcie na pinie pierwszym (TEMP) mieści się w przedziale między 45...80% napięcia zasilającego układ scalony. Jeśli napięcie wyjdzie poza dozwolony obszar na czas dłuższy niż 0,15s, wtedy ładowanie akumulatora jest przerywane do momentu ostygnięcia akumulatora.

Funkcję kontroli temperatury ogniwa można wyłączyć, nie montując termistora i łącząc wyprowadzenie TEMP do masy. Gdy różnica między zasilaniem a napięciem na ładowanym akumulatorze jest niższa niż 30mV, układ ładowarki przechodzi w tryb uśpienia. Gdy ładowarka przechodzi do trybu czuwania po naładowaniu akumulatora, dioda LED podłączona do wyprowadzenia 6 świeci (Stdby). Dioda LED podłączona do wyprowadzenia 7 (Chrg) świeci podczas ładowania akumulatora.

Fot.3 Płytka układem TP4056 i dodatkowym układem kontroli napięcia zasilania

Na portalach aukcyjnych można kupić moduły zawierające połączone równolegle układy TP4056, dzięki czemu zwiększony jest prąd ładowania. Dostępne są również wersje płytek zawierające oprócz układu TP4056 dodatkowy układ kontroli napięcia zasilania zapobiegający zbytniemu rozładowaniu akumulatora (fotografia 3) – właśnie tego typu modułów używam najczęściej w swoich projektach. Inne wersje to ładowarka zintegrowana z przetwornicą – fotografia 4.

Fot.4 Ładowarka zintegrowana z przetwornicą

Warto wiedzieć, iż żywotność akumulatora litowego podłączonego do ładowarki można zwiększyć, obniżając końcowe napięcie ładowania poniżej 4,2V. Modyfikacja taka jest bardzo prosta do wykonania. Wystarczy szeregowo z akumulatorem włączyć diodę Schottky’ego na czas ładowania, jak pokazano na rysunku 5. Ważne jest, aby dioda ta mogła ciągle przewodzić prąd równy prądowi ładowania i miała możliwie niski spadek napięcia. Diody Schottky’ego mają różny spadek napięcia w zależności od wielkości (powierzchni) struktury oraz od sposobu produkcji. Spadek napięcia na złączu silnie zależy od prądu płynącego przez diodę. Obecność opcjonalnego rezystora spowoduje, że bardzo długie pozostawienie akumulatora w ładowarce naładuje go do pełnego napięcia 4,2V.

Rys.5 Dioda Schottky’ego włączona szeregowo z akumulatorem

Ładowarki impulsowe - TP5000 i TP5100

Nowszą generacją układów serii TP4056 są układy TP5000 i TP5100. Układy te są ładowarkami impulsowymi o znacznie wyższej sprawności niż układ TP4056. Maksymalny ciągły prąd ładowania wynosi w ich przypadku 2A. Pozostałe funkcjonalności są analogiczne do układu TP4056. Układ TP5000 może ładować akumulatory litowo-manganowe o napięciu nominalnym końcowym ładowania 4,2V lub LiFePO4 o napięciu końcowym 3,6V. Wybór końcowego napięcia ładowania odbywa się za pomocą zwory podłączonej między pinem 13 (CS) a masą lub plusem zasilania.

Po podłączeniu wyprowadzenia CS do masy układ przechodzi w stan spoczynku, gdy podłączymy je do napięcia zasilającego przez opornik podciągający, układ może ładować akumulatory o napięciu nominalnym 4,2V, a gdy wyprowadzenie to nie jest podłączone do żadnego potencjału, układ może ładować akumulatory o napięciu nominalnym 3,6V. Układ umożliwia regulację wstępnego prądu ładowania w zakresie od 10 do 100% wartości prądu nominalnego (wyprowadzenie RTRICK – pin 12). Funkcja ta aktywuje się w przypadku ładowania mocno rozładowanych ogniw. Maksymalne napięcie zasilające układ wynosi 9V.

Fot.6 Układ TP5100 - ładowarka impulsowa 

Układ TP5100 jest nowszą wersją układu TP5000 (fotografia 6). Maksymalne napięcie zasilające może wynosić 18V. Układ przeznaczony jest do ładowania akumulatorów Li-Ion/Li-Po: pojedynczo, gdy napięcie końcowe ładowania wynosi 4,2V, lub dwóch szeregowo połączonych, gdy końcowe napięcie ładowania wynosi 8,4V. Wybór napięcia ładowania odbywa się za pomocą zwory pomiędzy wyprowadzeniami 13 (CS) i 10 (VREG). Ich zwarcie powoduje, że napięcie końcowe ładowania wynosi 8,4V, zaś rozwarcie powoduje, że napięcie ładowania wynosi 4,2V.

W przypadku ładowania akumulatorów litowych połączonych szeregowo powinny one mieć wbudowany układ BMS, czyli układ zabezpieczający akumulator przed zbyt wysokim napięciem ładowania lub balanser. Ładowanie ładowarką o napięciu wyjściowym 8,4V akumulatorów zawierających tylko układ BMS nie gwarantuje pełnego naładowania ogniw, gdyż ładowanie zostanie przerwane, gdy tylko jedno z ogniw zostanie naładowane. Znacznie lepsze rezultaty uzyska się, stosując balanser. Układy TP5000 i TP5100 umożliwiają regulację nominalnego prądu ładowania (rezystor Rs), oraz prądu ładowania głęboko rozładowanych akumulatorów (Rtrick).

Do pobrania
Download icon Moduły zasilające część 1 - ładowarki na układzie TP4056
Tematyka materiału: ładowarki, IMAXB6, IMAXB6V2, TP5000, TP5100, TP4056
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich grudzień 2019
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
grudzień 2019
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo