Полный обзор платы заряда li-ion аккумуляторов - электроника - обзоры - качественные обзоры товаров из китая. Модуль для заряда Li-ion аккумуляторов Какими бывают литиевые аккумуляторы

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, об одной интересной модификации «народного» зарядного модуля TP4056 на ток 3А и небольшом применении в качестве самодельной зарядки для лития. Будет небольшое тестирование и простенький пример изготовления зарядки из дешевых компонентов, поэтому, кому интересно, милости прошу под кат.

Итак, вот та самая модификация «народной» платки:

Применение данной платы:

• Зарядка Li-Ion аккумуляторов, встроенных в конечное устройство. Частый случай – в устройстве несколько запараллеленных банок и 1А слишком мало. Ну, сами посудите, есть две-три банки по 2,6-3Ач, общая емкость около 6-7Ач. Заряд такой батареи займет около 7-8 часов, а с данной платкой – около 3 часов. Как пример – самодельные ПБ, аккумуляторные отвертки и минишуруповерты
• Сборка своего «быстрого» зарядника на один или два аккумулятора. Современные высокоемкие аккумуляторы на 3300-3500mah спокойно могут принимать 3-4А, а уж две запараллеленные банки тем более (перед зарядом лучше приблизительно уравнять потенциалы). Сами производители допускают заряд некоторых банок током 3-4А, об этом написано в даташитах на эти банки.

• Входной разъем – DC Port 5мм + дублирующие выводы;
• Входное напряжение - 4,5V-5,5V
• Конечное напряжение заряда - 4,2V (Li-Ion аккумуляторы);
• Максимальный зарядный ток - 3А;
• Количество модулей TP4056 - 4 (макс. разгонный ток 4А);
• Индикация – дискретный двухцветный светодиод (красный/зеленый);
• Защита от переполюсовки - нет;
• Размеры - 65мм*15мм.

• Плата заряда 4*TP4056 на 3А;
• Двухцветный трехногий светодиод (красный/синий свет);
• DC разъем 5мм.

Поставляется платка в обычном мелком пакете, до меня доехала за две-три недели. Внутри пакета была своеобразная защита – два склеенных листа пенополиэтилена, внутри которых и была платка:

Плата зарядки крупным планом:

По схемотехнике ничего сверхъестественного – просто взяли и запараллелили 4 контроллера TP4056, одновременно уменьшив максимальный зарядный ток для каждого контроллера с 1А до 750ma. Поначалу я не мог понять, почему максимальный зарядный ток всего 3А, ведь контроллеров то четыре, но приглядевшись, увидел не привычный 1,2Ком SMD резистор, а 1,6Ком. Причем во всех плечах стоит резистор 1,6Ком:

Напомню таблицу максимального зарядного тока в зависимости от номинала токозадающего резистора:

В нашем случае стоят резисторы по 1,6Ком для каждого контроллера, по 750ma на плечо. Следовательно, общий максимальный зарядный ток – 3А. Оно и к лучшему, меньше греется платка, да и 4А уже многовато. С другой стороны, если нужен зарядный ток 4А – меняем 4 резистора.

Регулировать общий зарядный ток подпайкой подстроечного/переменного резистора, скорее всего, не получится, ибо нужно задавать для каждого контроллера.

Итого, кому сложно или не хочет сам спаивать народные платки - неплохое решение проблемы.

Размеры платки:

Вот сравнение с «народной» платой TP4056 на 1А, 18650 аккумулятором и холдером:

При необходимости можно откусить переднюю часть платы, на которую впаивается DC разъем и припаяться к контактам 5V+ или 5V-, либо напрямую к соответствующим дорожкам:

Так длина платки станет на 1 сантиметр короче. Ранее я уже переделывал народную платку, вот что получилось:

В нашем случае все просто до невозможности, ибо дорожки на печатной плате не страдают. Разумеется, кому необходим DC разъем – оставляем, либо подпаиваем его через провода к контактам 5V+ или 5V-. Разъемы microUSB и miniUSB здесь нежелательны, будут сильно греться, ибо не рассчитаны на такие токи. Да и незачем они, ибо в большинстве адаптерах стоит ограничение на 2,5А. Но с другой стороны, если адаптер не отключается при перегрузке, то мы экономим на дискретном блоке питания, ну и ток будет чуть меньше. Поэтому, решать вам…

Тестирование платки 4*TP4056 3A:

Как видим, заряд действительно идет постоянным током 3А (фаза СС), пока напряжение на банке не превысит 3,9V-3,95V, затем начинает плавно снижаться (начинается фаза CV). Как только напряжение на банке равняется 4,2V, цвет светодиода меняется на зеленый, означая, что заряд окончен. Хотя из-за инерционности ток продолжает еще течь:

После этого еще 10-15 минут ток снижается, при этом напряжение на аккуме 4,21V. Как только ток снизится до 150ма, контроллер полностью отключает заряд, напряжение на банке скидывается до 4,2V.

Практически «выжатую» банку Sanyo UR18650ZY 2600mah модуль зарядил за 75-80 минут. Ну что же, просто великолепно!

Небольшой пример сборки своего зарядника на 3А:

1) Непосредственно сама обозреваемая плата TP4056* :

Нужен именно медный, а не омедненный. Определить легко – зачищаем ножом и если жилки начинают блестеть и не лудятся, значит, провод омедненный (алюминий покрытый медью). Рекомендую либо качественный акустический, либо бытовые, типа ШВВП.

5) Блок питания (БП) на 5V на 5-6A (с запасом). Я использовал БП S-30-5 на 5V/6A* :

Можно применить часто встречающийся БП на 12V на 2-3A, которые идут в комплекте к различным устройствам и понижающий DC-DC преобразователь на 5А (3А они стабильно держат). Но здесь есть пара минусов, ибо усложняется схема и повышается себестоимость зарядника. Поэтому, если нет в наличии подходящего БП, то используем БП компьютера. Дополнительная нагрузка в 15Вт ему не страшна, если, конечно, он и так не работает на пределе своих возможностей. Если есть в наличии свободный Molex разъем, то подцепить к нему переходник не составит труда. В таком случае нам нужны красный (+) и черный (-) провода.

Итак, с компонентами разобрались. Теперь непосредственно сборка:

Берем холдер для аккумулятора и вырезаем пластик на торцах для провода (на фото нижний паз):

Потом припаиваем питающие провода с разъемами или без них, в зависимости от того, какой вариант вы выбрали. Трехногий светодиод изгибаем по своему усмотрению, но чтобы не коротнуть его выводы – натягиваем на них изоляцию от любого провода:

Закрываем плату пластиковой крышкой от кабель-канала или аналогичным кожухом и заматываем всеми известной изолентой, :-). Получается довольно кустарно, но главное работает:

Контрольная проверка, все работает:

Я не стал припаивать разъемы, а подключил напрямую к БП. Я же рекомендую припаять соответствующий разъем, который выдержит длительное протекание тока 3А. На этом у меня все…

Плюсы:

• Надежная, проверенная годами элементная база;
• Высокий ток заряда;
• Возможность увеличения зарядного тока до 4А путем замены токозадающих резисторов;
• Небольшой размер;
• Простота монтажа и эксплуатации.

• Цена великовата;
• Платка не предназначена для зарядки последовательных сборок (2S, 3S, 4S и более не умеет);
• Требуется внешнее питание;
• Боится переполюсовки;
• Некоторая заторможенность последней фазы заряда (CV).

Вывод: полезная модификация

Всем радиолюбителям отлично знакомы платы заряда для одной банки li-ion аккумуляторов. Она пользуется большим спросом из за малой цены и неплохих выходных параметров.

Применяется для зарядки ранее указанных аккумуляторов от напряжения 5 Вольт. Подобные платки находят широкое применение в самодельных конструкциях с автономным источником питания в лице литий-ионных аккумуляторов.

Выпускают эти контроллеры в двух вариантах - с защитой и без. Те, что с защитой стоят чуток дорого.

Защита выполняет несколько функций

1) Отключает аккумулятор при глубоком разряде, перезаряде, перегрузке и к.з.

Сегодня мы очень детально проверим эту платку и поймем соответствуют ли обещанные производителем параметры реальным, а также устроим иные тесты, погнали.
Параметры платы приведены ниже

А это схемы, верхняя с защитой, нижняя - без

Под микроскопом заметно, что плата весьма неплохого качества. Двухсторонний стеклотекстолит, никаких "сополей", присутствует шелкография, все входы и выходы промаркированы, перепутать подключение не реально, если быть внимательным.

Микросхема может обеспечить максимальный ток заряда в районе 1 Ампера, этот ток можно изменить подбором резистора Rх (выделено красным).

А это табличка выходного тока в зависимости от сопротивления ранее указанного резистора.

Микросхема задает конечное напряжение зарядки (около 4,2Вольт) и ограничивает ток заряда. На плате имеется два светодиода, красный и синий (цвета могут быть иными) Первый горит в процессе заряда, второй когда аккумулятор полностью заряжен.

Имеется Micro USB разъем, куда подается напряжение 5 вольт.

Первый тест.
Проверим выходное напряжение, до которого будет заряжаться аккумулятор, оно должно быть в от 4,1 до 4,2В

Все верно, претензий нет.

Второй тест
Проверим выходной ток, на этих платах по умолчанию выставлен максимальный ток, а это около 1А.
Будем нагружать выход платы до тех пор, пока не сработает защита, этим имитируя большое потребление на входе или разряженный аккумулятор.

Максимальный ток близок к заявленному, идем дальше.

Тест 3
На место аккумулятора подключен лабораторный блок питания на котором заранее выставлено напряжение в районе 4-х вольт. Снижаем напряжение до тех пор пока защита не отключит аккумулятор, мультиметр отображает выходное напряжение.

Как видим, при 2,4-2,5 вольтах напряжение на выходе пропало, т.е защита свое отрабатывает. Но это напряжение ниже критического, думаю 2,8 Вольт было бы самое оно, в общем не советую разряжать аккумулятор до такой степени, чтобы сработала защита.

Тест 4
Проверка тока срабатывания защиты.
Для этих целей была использована электронная нагрузка, плавно увеличиваем ток.

Защита срабатывает на токах около 3,5 Ампер (отчетливо видно в ролике)

Из недостатков замечу только то, что микросхема безбожно нагревается и не спасает даже теплоемкая плата, к стати - сама микросхема имеет подложку для эффективной теплоотдачи и эта подложка припаяна к плате, последняя играет роль теплоотвода.

Добавить думаю нечего, все прекрасно видели, плата является отличным бюджетным вариантом, когда речь идет о контроллере заряда для одной банки Li-Ion аккумулятора небольшой емкости.
Думаю это одна из самых удачных разработок китайских инженеров, которая доступна всем из-за ничтожной цены.
Счастливо оставаться!

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует . Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки - сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде - это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют .

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого .

Исходя из своего опыта могу сказать, что под контроллером заряда/разряда на самом деле понимают схему защиты аккумулятора от слишком глубокого разряда и, наоборот, перезаряда.

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Сама микросхема DW01 - шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 - это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 - датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А - это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241 .

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

LV51140T

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T .

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы - вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки - порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608 .

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме - порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor - контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT .

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET"ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет ~11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда - 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 - 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6x4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты - в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда - это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV - постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество "заливаемой" в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу - при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Покупался лот из десяти штук, для переделки питания кое-каких устройств на li-ion аккумуляторы (сейчас в них используется 3АА аккумулятора ), но в обзоре я покажу другой вариант применения этой платы, который, хоть и не задействует все её возможности. Просто из этих десяти штук нужны только будут только шесть, а покупать поштучно 6 с защитой и пару без защиты получается менее выгодно.

Основанная на TP4056 плата заряда с защитой для Li-Ion аккумуляторов c током до 1A предназначена для полноценной зарядки и защиты аккумуляторов (к примеру, популярных 18650 ) с возможностью подключения нагрузки. Т.е. данную плату можно легко встроить в различные устройства, такие как фонарики, светильники, радиоприемники и т.д.,с питанием от встроенного литиевого аккумулятора, и заряжать его не вынимая из устройства любой USB-зарядкой через microUSB разъем. Ещё эта плата отлично подойдет для ремонта сгоревших зарядок Li-Ion аккумуляторов.

И так, кучка плат, каждая в индивидуальном пакетике (тут уже конечно меньше чем покупалось )

Выглядит платка вот так:

Можно рассмотреть поближе установленные элементы

Слева microUSB вход питания, питание также продублировано площадками + и - под пайку.

В центре контроллер заряда, Tpower TP4056, над ним пара светодиодов, отображающих либо процесс заряда (красный) либо окончание заряда (синий), под ним резистор R3, изменяя номинал которого можно изменить ток заряда аккумулятора. TP4056 заряжает аккмуляторы по алгоритму CC/CV и автоматически завершает процесс зарядки, если ток заряда снижается до 1/10 от установленного.

Табличка номиналов сопротивления и зарядного тока, согласно спецификации контроллера.

• R (кОм) - I (mA)


• 1.2 - 1000


• 1.33 - 900


• 1.5 - 780


• 1.66 - 690


• 2 - 580


• 3 - 400


• 4 - 300


• 5 - 250


• 10 - 130

С обратной стороны платы нет ничего, так что её можно, например, приклеить.

А теперь вариант применения платы заряда и защиты li-ion аккумуляторов.

Ныне почти во всех видеокамерах любительского формата в качестве источников питания используются li-ion аккумуляторы напряжением 3,7В, т.е. 1S. Вот один из дополнительно купленных аккумуляторов для моей видеокамеры

Зачем мне столько? Да, конечно, моя камера заряжается от БП с номиналами 5В 2А, и купив отдельно штекер USB и подходящий разъем, я теперь могу её заряжать и от повербанков (и это одна из причин зачем мне, и не только мне, их столько ), да вот только снимать на камеру, к которой ещё и тянется провод - неудобно. Значит надо как-то заряжать аккумуляторы вне камеры.

Я уже показывал в вот такую зарядку

Да-да, это она, с поворачивающейся вилкой американского стандарта

Вот так она легко разделяется

И вот так, в неё вживляется плата заряда и защиты литиевых аккумуляторов

И конечно же, я вывел пару светодиодов, красный - процесс заряда, зеленый - окончание заряда аккумулятора

Вторая плата была установлена аналогично, в зарядку от видеокамеры Sony. Да, конечно, новые модели видеокамер Sony заряжаются от USB, у них даже есть не отсоединяющийся USB-хвостик (глупое на мой взгляд решение ). Но опять же, в полевых условиях, снимать на камеру, к которой тянется кабель от повербанка менее удобно чем без него. Да и кабель должен быть достаточно длинным, а чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление и тем больше на нем потери, а уменьшать сопротивление кабеля увеличивая толщину жил, кабель становится более толстым и менее гибким, что не добавляет удобства.

Так что из таких плат для заряда и защиты li-ion аккумуляторов до1А на TP4056 легко можно сделать простое зарядное устройство для аккумулятора своими руками, переделать зарядное устройство на питание от USB, например для зарядки аккумуляторов от повербанка, сделать ремонт зарядного устройства при необходимости.

Все написанное в этом обзоре можно увидеть в видеоверсии:

Покупался лот из десяти штук, для переделки питания кое-каких устройств на li-ion аккумуляторы (сейчас в них используется 3АА аккумулятора), но в обзоре я покажу другой вариант применения этой платы, который, хоть и не задействует все её возможности. Просто из этих десяти штук нужны только будут только шесть, а 6 с защитой и пару без защиты получается менее выгодно.

Основанная на TP4056 плата заряда с защитой для Li-Ion аккумуляторов c током до 1A предназначена для полноценной зарядки и защиты аккумуляторов (к примеру, популярных 18650) с возможностью подключения нагрузки. Т.е. данную плату можно легко встроить в различные устройства, такие как фонарики, светильники, радиоприемники и т.д., с питанием от встроенного литиевого аккумулятора, и заряжать его не вынимая из устройства любой USB-зарядкой через microUSB разъем. Ещё эта плата отлично подойдет для ремонта сгоревших зарядок Li-Ion аккумуляторов.

И так, кучка плат, каждая в индивидуальном пакетике (тут уже конечно меньше чем покупалось )

Выглядит платка вот так:


Можно рассмотреть поближе установленные элементы


Слева microUSB вход питания, питание также продублировано площадками + и - под пайку.

В центре контроллер заряда, Tpower TP4056, над ним пара светодиодов, отображающих либо процесс заряда (красный) либо окончание заряда (синий), под ним резистор R3, изменяя номинал которого можно изменить ток заряда аккумулятора. TP4056 заряжает аккмуляторы по алгоритму CC/CV и автоматически завершает процесс зарядки, если ток заряда снижается до 1/10 от установленного.

Табличка номиналов сопротивления и зарядного тока, согласно спецификации контроллера.

• R (кОм) - I (mA)
• 1.2 - 1000
• 1.33 - 900
• 1.5 - 780
• 1.66 - 690
• 2 - 580
• 3 - 400
• 4 - 300
• 5 - 250
• 10 - 130

С обратной стороны платы нет ничего, так что её можно, например, приклеить.

А теперь вариант применения платы заряда и защиты li-ion аккумуляторов.

Я уже показывал вот такую зарядку, также как и аккумуляторы, купленную в магазине dealextreme (ну а точнее, некоторые из аккмуляторов были )


Да-да, это она, с поворачивающейся вилкой американского стандарта


Вот так она легко разделяется


И вот так, в неё вживляется плата заряда и защиты литиевых аккумуляторов


И конечно же, я вывел пару светодиодов, красный - процесс заряда, зеленый - окончание заряда аккумулятора

Вторая плата была установлена аналогично, в зарядку от видеокамеры Sony. Да, конечно, новые модели видеокамер Sony заряжаются от USB, у них даже есть не отсоединяющийся USB-хвостик (глупое на мой взгляд решение ). Но опять же, в полевых условиях, снимать на камеру, к которой тянется кабель от повербанка менее удобно чем без него. Да и кабель должен быть достаточно длинным, а чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление и тем больше на нем потери, а уменьшать сопротивление кабеля увеличивая толщину жил, кабель становится более толстым и менее гибким, что не добавляет удобства.

Так что из таких плат для заряда и защиты li-ion аккумуляторов до1А на TP4056 легко можно сделать простое автоматическое зарядное устройство для аккумулятора своими руками, переделать зарядное устройство на питание от USB, например для зарядки аккумуляторов от повербанка, сделать ремонт зарядного устройства при необходимости.

Все написанное в этом обзоре можно увидеть в видеоверсии:

P.S. Оставшиеся платы будут испробованы для работы в составе ИБП для arduino, RaspberryPi, BananaPi и подобных.

P.P.S. Всем удачной пятницы.