TP4056 Nasıl Kullanılır? TP4056 Doğru ve Yanlış Kullanımı

TP4056 şarj modülü, bir çok projelerde enerji sağlama, enerji depolama yönetimi gibi işlemler için kullanılmaktadır. Peki TP4056 şarj modülünü doğru kullandığınıza emin misiniz? Bu modül ile Lityum İyon pilleri güvenli bir şekilde şarj etmenin bir doğru bir de yanlış yolu var!

Bu içeriğimiz ile beraber, güvenli devre işi şarj çalışmasını düzeltme, şarj akımını düzeltme gibi konularıda öğrenmiş olacaksınız.

TP4056 entegresi, tek hücreli lityum iyon piller için şarj cihazıdır ve pili aşırı ve düşük şarjdan korur. Şarj işleminin devam ettiğini ve şarjın tamamlandığını gösteren iki durum çıkışına sahiptir. Ayrıca 1A’ya kadar programlanabilir şarj akımına sahiptir.

Çalışma giriş voltajı aralığı 4V ~ 8V olduğundan pilleri doğrudan bir USB bağlantı noktasından şarj etmek için kullanabilirsiniz. Ancak, bir USB bağlantı noktasından maksimum akımın 500mA olduğunu unutmayın. Ayrıca bazı TP4056 şarj modülleri, çıkış pinleri bulunmayan türdendir, bu gibi modülleri doğrudan kullanmak için iç şarjı kontrol eden farklı bir devre daha kullanmanız gerekir, bu yüzden projeleriniz için aşağıdaki gibi çıkışları olan bir modülün seçmenizi öneririz.

TP4056 entegresi için iki tür ortak devre kartı vardır:

• Bir tanesinde sadece şarj cihazı çipi vardır
• Bir diğerinde ise üç farklı çip vardır
• Yukarıda 3 çipli karta (TP4056 – orta, DW01A – sağ üst ve 8205A çift MOSFET – sağ alt) bakıyorsunuz.

Bu içerikte öğrenebilecekleriniz:

• TP4056 devre kartı nasıl kullanılır?
• TP4056 güvenli bir şekilde nasıl kullanılır?
• DW01A, TP4056 devre kartında nasıl çalışır.
• TP4056 TEMP girişi kullanılarak sıcaklık limitleri nasıl ayarlanır.

Not: Devre kartındaki mevcut programlama direncini, kullandığınız lityum pille eşleşecek şekilde değiştirmeniz gerekir – varsayılan değer 1,2kΩ olup, 1Ah (1000mAh) pil içindir.

Not: DW01A batarya koruma entegresinin nasıl doğru şekilde kullanılacağını öğrenmek için buradaki içeriğimize bakabilirsiniz.

Lityum piller doğru şekilde şarj edilmezlerse tehlikeli olabilirler ve bu nedenle TP4056, belirli voltaj koşullarını algılayarak aşırı voltaj ve akım şarjını durdurduğu için kullanışlıdır.

Uyarı: TP4056’nın hem şarj modülü hem de yük sürücüsü olarak kullanıldığını gösteren birçok devre vardır, bu maalesef çok hatalı bir tercihtir. Şarj sırasında pile yük takılırsa, TP4056 şarj akımının C/10’a düştüğünü algılamayabilir. Böylece şarj olmaya devam edebilir ve bu olay aşırı tehlikeli sonuçlanabilir.

Uyarı: TP4056’yı asla aynı anda hem şarj cihazı hem de yük sürücüsü olarak kullanmamalısınız. Bataryayı şarj ederken yükü kapatın ve bataryaya yük binerken şarj kısmını kapatın. Alternatif olarak bir PMOSFET, bir direnç ve bir Schottky diyot kullanın, bunun nasıl yapılacağını görmek için yazının altına doğru inebilirsiniz.

TP4056 Özellikleri

• Sabit Akım / Sabit voltaj şarj yöntemi.
• C/10 Şarj sonlandırması.
• 2,9V şarj eşiği (çok boşalmış piller için).
• Üst şarj durdurma voltajı : 4.2V.
• Yumuşak başlangıç ani akım limiti.
• Otomatik şarj (bir şarj cihazına bağlandığında pilleri en iyi şekilde şarjlı tutar).

TP4506 veri sayfasına bakmak için buraya tıklayabilirsiniz.

TP4056 Akım Programlama Direnci

Programlama direnci (R3 veya Rprog), 1A programlama şarj oranı veya 1C sağlayan 1k2Ω’ye ayarlanmıştır. Piliniz 1000mAh (1Ah) değilse, alttaki tablodaki bilgileri takip ederek R3’ü çıkarmanız ve doğru bir direnç ile değiştirmeniz gerekir.

TP4056 Durum Göstergesi LED’leri

TP4056 Şarj Modülü Şeması

Bu, 03962A etiketli popüler devre kartının şemasıdır; bu, devre kartı için TP4056 pin çıkışını gösterir.

Yukarıdaki kartı kullanarak bir pili şarj ederken, pili B+ ve B-‘ye bağlayın ve OUT+ ve OUT-‘u devrenizden ayırın. Pili kullanırken 5V girişini ayırın ve OUT+ ve OUT- çıkış voltajını devrenize alın.

TP4056 Bağlantıları

Aşağıdaki şema tipik bir kurulumu göstermektedir (veri sayfasından). Blok şema ayrıca 8 pinli SMD entegresi için TP4056 pin çıkışını da gösterir.

Burada iki durum LED’ini (CHRG, STDBY), Pil bağlantısını (BAT), Akım kontrol bağlantısını (PROG) ve TEMP bağlantısını görebilirsiniz. Bazı LI pillerde, yukarıda gösterildiği gibi bağlayabileceğiniz dahili bir termistör bulunur. Mevcut devre kartlarında genellikle TEMP kullanılmaz ve GND‘ye bağlanır.

TP4056 Ters Polarite Koruması

TP4056 size ters polarite koruması sağlamaz, bu nedenle pili yanlış şekilde bağlarsanız entegre yanacaktır.

Aslında, TP4056 entegresinde ters polarite koruması yoktur ve DW01A pil koruma entegresi (kart üzerindeki diğer entegrelerden biri) yanlış şekilde kullanılıyor. Doğru kullanıldığında DW01A, pil için ters polarite koruması sağlar.

DW01A Pil Koruma Entegresi

Bazı şarj kartlarında fazladan 2 entegre vardır. Biri DW01A, diğeri ise DW01A çipinin gerektirdiği çift N Kanallı MOSFET.

Bu entegre pil koruması sağlar ancak bu şarj kartında doğru şekilde kullanılmaz ve bu nedenle sadece kısa devre koruması (ve aşırı akım koruması) sağlar. Aşağıdakilerin tümünü sağlamalıdır:

Şarj Cihazı Giriş Koruması

CS pini, şarj cihazı girişinin negatif terminaline (1kΩ direnç üzerinden) bağlanır ve aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

• Kısa devre dedektörü.
• Aşırı akım dedektörü.
• Şarj dedektörü.
• Ters şarj cihazı algılama (aşırı gerilim, yüksek akım).

Batarya İzleme

VCC ve GND, iki voltajın algılandığı yerde pile bağlanır:

• Aşırı Yük Dedektörü (batarya voltajı çok yüksek).
• Aşırı Deşarj Dedektörü (batarya voltajı çok düşük).

DW01A ve TP4056 Bağlantıları

Devre kartında, DW01A entegresi, TP4056’ya lehimlenmiştir, böylece bu asla “şarj cihazı girişinde” yanlış şekilde bağlanamaz. Diğer tarafta DW01A, pilin yanlış şekilde bağlanmasına karşı koruma sağlamaz!

DW01A, TP4056’dan bu yana pil voltajı seviyesi sorunları için (TP4056 başarısız olmadıkça) etkinleştirilmeyecektir:

• 2,9V altındaki voltajlarda deşarjı durdurur; Burada damlama şarjı etkinleşir.
• DW01A eşiği ~ 2.4V’dir; Yani asla aktif olmaz.
• 4.2V üzerindeki voltajlarda şarjı durdurur.
• DW01A eşiği ~ 4.3V’dir; Yani asla aktif olmaz.

Çalışacak tek fonksiyon aşırı akım koruması ve kısa devre korumasıdır. Bunlar, 8205A çift Mosfet’i kullanırken 3A civarında etkinleşecektir.

TP4056 Güç Paylaşımı Sorunu

Bu, 03962A etiketli popüler devre kartının şemasıdır; bu, devre kartı için TP4056 pin çıkışını gösterir.

Bu devreyle ilgili bir sorun, pili şarj ederken yükü ayırmanız gerektiğidir. Bunun nedeni, şarj hızının C/10’un altına düştüğünü şarj devresinin algılamasıdır (Şarj döngüsünün sonuna yakın sabit akım şarj modu). C, mAh cinsinden pil kapasitesidir.

Pile bağlı bir yükünüz varsa, bu tespit edilen akımı değiştirecek ve böylece TP4056 şarj işlemini asla sonlandırmayacaktır!

Üç Bileşen ile Güvenli Şarj ve Kullanım

Bu sorunu aşmanın bir yolu, bir P Kanalı MOSFET kullanan bir anahtarlama devresi kullanmaktır – buna bazen yük paylaşımı(load sharin) veya otomatik güç yolu kontrolü(automatic power path control) denir. harici güç uygulandığında pilin bağlantısını kesen kontrollü bir anahtardır.

Buradaki fikir, pil şarj cihazı entegresine bir güç kaynağı bağlandığında, PMOSFET’in pili yükten ayırmasıdır. TP4056 pili şarj etmeye devam eder, ancak yükün bağlantısı kesilir. Yüke giden güç, doğrudan güç kaynağından sağlanır.

Güç kaynağı bağlantısı kesildiğinde, yükü pile bağlayarak PMOSFET açılır.

Bu konfigürasyon ile TP4056, harici güç uygulaması sırasında batarya yükten izole edildiğinden, yük bağlıyken bataryayı güvenli bir şekilde şarj edebilir.

PMOSFET Güç Paylaşımı

Aşağıdaki şemalar, PMOSFET’in güç paylaşımı için nasıl kullanıldığını göstermektedir.

PMOSFET’i AÇMAK için Gate(kapı-geçit), Kaynak(soruce) ile negatif (<V_GS(th)) olmalıdır.
PMOSFET’i KAPATMAK için Gate(kapı-geçit), Kaynak(source) ile V_GS(th)’den daha yüksek olmalıdır.

Not: V_GS(th), MOSFET’in eşik voltajıdır(threshold).

PMOSFET AÇIK (Sadece pil kullanılıyor)

Şarj devresine veya MOSFET’e giriş voltajı yoktur. Burada Q1 kapısı düşüktür (RPULL tarafından aşağı çekilir) ve PMOSFET açıktır, bu nedenle bataryadan yüke akım akar.

Burada neler olduğunu görmek için harici güç sağlanmayan pille başlayın:

D1 Durumu Giriş Gücü Yok

Pil devreye bağlandığında, parazit diyot (Q1’in) ileri kutupludur ve D1’in negatif tarafında Vbat-0.6V belirir. D1’in diğer tarafı toprağa çekildiğinden, D1 ters yönlüdür, dolayısıyla üzerinden akım geçmez. Bu nedenle göz ardı edilebilir (kaçak akım hariç = küçük, bu nedenle yine de görmezden gelin – ancak bazı Schottky diyotları daha düşük R_PULL gerektiren çok fazla sızıntı yapabilir).

Q1 Durumu Giriş Gücü Yok

D1’in katodu da Q1’in Kaynağına bağlıdır. Q1 kapısı da R_pull tarafından toprağa çekilir. Yani V_GS “0 – (Vbat-0.4V)” = -(Vbat-0.4V). Vbat 2.9V ile 4.2V arasındadır.

V_GS, Q1’in Kapı Eşiği voltajından (V_GS(TH)) daha negatif olduğu sürece, Q1 açıktır ve Drain ile Kaynak arasında akım iletir.

Bu nedenle Q1’in (V_GS(TH)) Kapıdan Kaynağa eşik voltajı aşağıdakilerden daha iyi olmalıdır:

    -(2.9-0.4) = – 2.5V

2,9V’nin en düşük Vbatt voltajı ve 0,4V’nin Schottky diyot düşüşü olduğu durumlarda -2,5V voltajı, Q1’i açmak için en düşük değerdir. Doğru PMOSFET’i seçerek daha yüksek bir voltaj eşiği (V_GS(TH)) seçebilirsiniz.

Bu nedenle -2.5V’den büyük V_GS(TH) ile bir PMOSFET seçin, yani -2.4V ile 0V arasında herhangi bir VGS(TH) seçin. Tipik olarak -1.3V iyidir. (Uygun PMOSFET için aşağıdaki tabloya bakın).

Not: Not: TP4056, Vbat’ın < 2,9V olduğu çok boşalmış bir pili bu 2,9V’a ulaşana kadar şarj eder, bu nedenle -2,3V’den daha iyi bir eşik voltajı isteyeceksiniz. Örneğin. -1.0 ~ -1.5 daha iyi olurdu.

Q1 açık olduğunda parazit diyot baypas edilir ve Vbat, Q1’in (RDS) dahili direnci aracılığıyla yüke bağlanır.

Not: RDS burada önemli bir parametredir – PMOSFET’in Drain’den kaynağa olan iç direnci, yani MOSFET’in iç direncidir. Yük tarafından daha fazla akım çekildikçe, RDS’ye daha fazla voltaj düşer. Dolayısıyla yükteki çıkış voltajı, yükün çektiği akıma bağlıdır. Daha düşük RDS, daha yüksek çıkış voltajı verir.

PMOSFET KAPALI (Güç kaynağı bağlı)

Burada Q1 gate(kapısı) yüksek ve PMOSFET kapalı. böylece pil yükten izole edilir. Güç kaynağı akımı Schottky diyotu (D1) üzerinden yüke yönlendirir. Aynı zamanda pil şarj edilir, ancak yükten izole edilir.

    V_G = V_IN

    V_GS = V_{POWER –} V_D1FV

PMOSFET’in KAPALI olması için koşullar:

Kağı, Kaynaktan daha yüksek voltajdır: Vgs > V_GS(TH) yani daha pozitif.

Kapı Vin’e (~5V) eşit olduğundan ve diyot 0,4V düştüğünden, Vgs 0,4V pozitiftir, bu nedenle MOSFET kapalıdır.

P MOSFET Seçimi

Daha fazla akım çekerken volt kaybettiğiniz için muhtemelen yüksek R_DS(ON) mosfetlerden kaçınmak istersiniz.

Schottky Diyot Seçimi

MBRS130LT3: 0.395V’luk ileri voltaj düşüşü (maks. 1A, 25°C).

Şarj cihazına dışarıdan güç verildiğinde Schottky diyotu ısınır. Kullanılan Güç, çıkışa bağlı yüke bağlıdır – içinden geçen akım ve üzerindeki voltaj düşer.

Schottky diyotuna bir alternatif, diyotu değiştirmek için yukarıdaki IRF7329’daki 2. PMOSFET’i kullanmaktır. Bunun bir mikro denetleyici veya TP4056’nın durum çıkışlarını kullanarak kontrol edilmesi gerekir.

TP4056 TEMP Kontrol Girişi Nasıl Kullanılır?

TEMP girişi çoğu devre kartında kullanılmasa da, düşük veya yüksek dahili sıcaklıklara ulaştığında pilin şarj edilmesini devre dışı bırakmak için kullanılabilir. Bu, ortam sıcaklığı 10°C’nin altında veya 45°C’nin üzerinde olduğunda önemli bir güvenlik özelliğidir.

Aşağıdaki şema (veri sayfasından), NTC (Negatif Sıcaklık Katsayısı) Termistör içeren bir pil ile TEMP girişinin kullanımını göstermektedir:

TEMP girişi, dahili pil sıcaklığı çok yükselir veya çok düşerse şarjı devre dışı bırakmak için kullanılır. Genellikle devre kartında topraklanır.

Bu girişi kendi tasarımlarınızda kullanmak daha güvenli şarj sağlar ancak dahili termistörlü bir pile ihtiyacınız vardır. TP4056, pilin içindeki sıcaklık çok yükselir veya çok düşerse şarjı durdurabilir.

NTC için R1 ve R2’nin Çalıştırılması

R1 ve R2 veri sayfasında belirtilmemiştir, bu nedenle bunları kendi pilinizdeki termistör özelliklerine göre seçmeniz gerekir. Veri sayfasından:

” TEMP pininin voltajı 0,15S’den fazla süre için besleme voltajı VIN’inin %45’inin altında veya %80’inin üzerindeyse, bu, pilin sıcaklığının çok yüksek veya çok düşük olduğu anlamına gelir, şarj askıya alınır.”

Önerilen çalışma sıcaklığı

Bir çok pil için yalnızca 5°C ile 45°C arasında şarj edilmesini önerir.

Not: Bu hesaplamaları riski size ait olmak üzere kullanın. Ayrıca operasyonel kullanım için pil üreticisinin termistör üzerindeki verilerini kullanmalısınız. Ayrıca diğer standartlar, daha da sıkı sıcaklık limitlerinde şarj edilmesini önerir.

Sıcaklık Limiti Tasarım Hesapları

Varsayım: Pilin dahili NTC termistörü 25°C’de 10k değerini okur ve 3950 Beta değerine sahiptir (bu, MF52 tipi bir termistör içindir).

• 45°C için termistör direnci yaklaşık 4k2Ω‘dir.
• 5°C için termistör direnci yaklaşık 26kΩ‘dir.

Uyarı: Bu sadece örnek bir hesaplamadır. Doğru çalışmayı sağlamak için her zaman pilin içindeki termistör için pil üreticisinin veri sayfasını kullanın.

Vtemp, beslemenin %45’inin altındaysa (daha sıcak) veya beslemenin %80’inin üzerindeyse (daha soğuk), bu, sıcaklık dışı durumunu gösterir. Bir NTC termistörü için direnci artan sıcaklıkla düşer.

R1’in yukarıya, R2’nin aşağıya çekildiğini ve R_NTC‘nin bir tarafına bağlandığını görebilirsiniz. R_NTC‘nin diğer tarafı toprağa bağlıdır.

Yani R2, R_NTC ile paraleldir. Bu paralel direnç, R1 ile bir voltaj bölücünün alt yarısını oluşturur. Sıcaklık arttıkça R_NTC, TEMP giriş voltajını aşağı çekerek düşer.

İşin püf noktası, R_NTC belirli sıcaklıklarda direnci değiştirdiğinde size doğru % çıktıyı veren dirençleri seçmektir.

Doğru dirençleri seçmek biraz zor olabilir, ancak akım çekildikçe pilin ısınacağını unutmayın, bu nedenle en önemli parametre yüksek sıcaklık kesmesidir. 45 °C’nin üzerinde şarjı durdurmak istiyorsunuz (düşük NTC termistör değeri).

Değiştirilecek üç değişken ve doğru olmak için iki ayar noktası olduğu için bir süre algoritmaları anlamaya çalışırken kafanızı kaşıyabilirsiniz. Ancak daha kolay bir yol, kaba kuvvet yöntemi için bir program yazmaktır.

R_NTC, R₂ ile paraleldir. Öyleyse:

 R_PARALLEL = R_P = ( R_{NTC *} R2 ) / ( R_NTC + R2)

    V_TEMP = Vsup * (  R_PARALLEL ) / ( R_PARALLEL + R1)

ve

    V_RATIO = V_TEMP / Vsup = (  R_PARALLEL ) / ( R_PARALLEL + R1)

Programda yukarıdaki denklemleri kullanarak ve 100R’lik adımlarla 100’den 250e3’e kadar olan direnç değerlerine adım atmak ve aşağıdaki giriş değerlerini kullanmak oldukça az çıktı sonuçları verir.
R1 = 0,450 ve R2 = 0,803

En yakın standart dirençler (E48):

•  (E48) R2 = 86600
•  (E48) R1 = 4870

Bunlar, TP4056’nın 5°C’nin altında ve 45°C’nin (yaklaşık) üzerinde şarj olmasını durduracaktır.

Not: Direnç toleransını ve termistör doğruluğunu hesaba katmayı unutmayın.

Oranları Hesaplama Programı

TCL dili ile yazılmış bu programı kullanarak istediğiniz dereceye göre bulabilirsiniz.

# Inputs  for MF52 (B=3950)
set vratio1 0.45
set vratio2 0.80
set ratio_tol1 0.01
set ratio_tol2 0.05
set Rntc_min 4.2e3
set Rntc_max 26e3

# Stepping controls
set tpPriv(step) 100 ;# Step size
set tpPriv(startR)  100  ;#Step start
set tpPriv(maxR1R2) 250e3 ;# Step end
set tpPriv(stop) 0

console show

################################################################
proc get_ratio { Rntc r1 r2 } {
   set Rpara   [expr { ( 1.0* $Rntc * $r2 )/( $Rntc  + $r2)} ]
   set Vratio  [expr { ( 1.0* $Rpara      )/( $Rpara + $r1)} ]
   return $Vratio
}

################################################################
proc within_tol {num val tol} {
   if {$num >= ($val-$tol) && $num <= ($val+$tol)} {return 1}
   return 0
}

################################################################
proc  testTP4056Temp {Rntc1 Rntc2 Ratio1 Ratio2 tol1 tol2} {
global tpPriv
   set op {}
   set tpPriv(found) 0
   for {set r1 $tpPriv(startR)} {$r1<$tpPriv(maxR1R2)} {incr r1 $tpPriv(step)} {
   puts "$r1" ; update
       for {set r2 $tpPriv(startR)} {$r2<$tpPriv(maxR1R2)} {incr r2 $tpPriv(step)} {

          set VratioCalc1  [ get_ratio $Rntc1 $r1 $r2]

          if { [within_tol $VratioCalc1 $Ratio1 $tol1] } { ;# if this is ok check the other ratio

             set VratioCalc2 [ get_ratio $Rntc2 $r1 $r2]

             if { [within_tol $VratioCalc2 $Ratio2 $tol2] } {

                set frat1 [format "%2.3f" $VratioCalc1]
                set frat2 [format "%2.3f" $VratioCalc2]
                puts "Found $r1 $r2 Ratio1 $frat1 Ratio2 $frat2" ; update
                lappend op  "Found $r1 $r2 Ratio1 $frat1 Ratio2 $frat2\n"
                incr tpPriv(found)
             }
          }
          if {$tpPriv(stop)} {break}
       }
       if {$tpPriv(stop)} {break}
   }
   set fh [open op.txt w]
   puts $fh [ join $op ]
   close $fh
}

proc stop {} {set ::tpPriv(stop) 1}

pack [ button .b -text Stop -command stop ]

testTP4056Temp $Rntc_min $Rntc_max $vratio1 $vratio2 $ratio_tol1 $ratio_tol2

puts "\nFound: $tpPriv(found)\n\n"

Özetle

TP4056, evde şarj ettiğiniz ve şarjınız bittiği zaman yanınızda götürdüğünüz Lityum İyon/Poli pil takımının şarj kontrolü için tasarlanmıştır.

Not: Bu devre kartında DW01A yalnızca akım sınırı koruması sağlar.

Asla hem pili şarj edip hem de pile yük bindirmeğinize dikkat edin.

Bu, TP4056 devre kartının sorundur, aynı anda hem pili şarj etmemeli hem de bir yüke (telefon veya devre) güç vermemelidir. Bu nedenle PMOSFET, Zener ve direnç eklenmesi kullanımı güvenli hale getirir.

Ancak, yaygın olarak kullanıldığı için – aynı anda hem şarj ederken hem de güç kaynağı olarak – kullanma konusunda herhangi bir sorun duymadık. Ancak bu sayfada tartışıldığı gibi üç bileşen üzerinde çalışmak çok daha güvenlidir.