1. Hvers vegna þetta hleðslutæki er alls staðar

TP4056 leysir algengt vandamál á ódýran hátt: hleða einni litíumjónarafhlöðu frá 5 V USB-gjafa, með stöðuúttaki og engri spólu. Það þarf forritunarvíðnám, nokkra þétta og hitapúða, og virkar.

Þessi einfaldleiki gerði það að sjálfgefnu vali í flytjanlegum rafhlöðubönkum, Bluetooth-hátölurum, litlum róbótum, handhægum mælitækjum og ótalmörgum áhugamannaborðum. Íhluturinn er algeng vara, fengin frá nokkrum framleiðendum undir sama númeri, og þar byrja spurningar um staðgöngu.

Takmarkanir þess eru jafn vel þekktar: það er línulegt, svo það eyðir spennumun inntaksins sem hita, og það hefur enga verndarvirkni. Bæði eru ástæður til að skoða hringrásina í kringum það, ekki bara hlutanúmerið.

2. Hvernig hleðslulotan virkar

Hleðslutækið keyrir lotu með stöðugum straumi og stöðugri spennu. Það takmarkar fyrst strauminn við forritað gildi meðan spenna sellunnar hækkar. Þegar sellan nær 4.2 V heldur það þeirri spennu og straumurinn minnkar smám saman. Hleðslu lýkur þegar straumurinn fer niður fyrir brot af forritaða gildinu.

Straumurinn er stilltur með viðnámi frá PROG-pinna til jarðar. Sambandið er ekki línulegt yfir allt sviðið og tafla framleiðandans er hið rétta; algengt upphafsgildi er um 1 A með 1.2 kΩ viðnámi og lægri straumar með stærri gildum.

Tveir open-drain stöðupinnar tilkynna stöðuna: einn virkur meðan verið er að hlaða, einn virkur þegar lotunni lýkur. Pólun þeirra og hegðun er vert að athuga við skipti, því LED-tengingin gerir ráð fyrir þeim.

Það sem sellan verður í raun fyrir

Í fasinu með stöðugum straumi heldur hleðslutækið straumnum stöðugum og lætur spennu sellunnar hækka. Það er fasinn sem skiptir máli fyrir hleðslutíma: 2000 mAh sella við 1 A tekur um það bil tvo klukkustundir að ná 4.2 V.

Í fasinu með stöðugri spennu heldur hleðslutækið 4.2 V og straumurinn minnkar smám saman. Þessi fasi er hægari og ekki hægt að stytta hann án þess að fara yfir flotspennuna — sem skemmir selluna.

Þess vegna hleður hleðslutæki sem er metið 1 A ekki stórri sellu á einni klukkustund. Síðustu 20–30% af rýmdinni fást við minnkandi straum, og heildartíminn er ráðinn af CV-fasanum.

3. Hlutverk pinna og hvað á að samræma

Flotspennan er færibreytan sem ræður því hvort skiptin eru örugg. Hluti sem hleður að 4,25 V í stað 4,20 V styttir líftíma hleðsluhringja og eykur hættu í lokuðu vöru. Athugaðu vikmörkin, ekki bara nafngildið.

Að velja PROG viðnám

Forritunarviðnámið stillir CC strauminn. Tafla framleiðandans er viðmiðið, og sambandið er ekki fullkomlega línulegt. Tvær hagnýtar reglur gilda óháð nákvæmri formúlu.

Farið aldrei yfir nafnhleðslustraum rafhlöðunnar.1 A stilling á 500 mAh rafhlöðu er hönnunarvilla, ekki hraðhleðslueiginleiki.

Notið 1% viðnám.Straumvik fylgir viki viðnámsins, og 5% eining færir hleðslustrauminn um 5% — nóg til að skipta máli við efri mörk nafngildis rafhlöðunnar.

Að skipta um viðnámið er einnig auðveldasta leiðin til að prófa staðgengil. Stilltu þekktan straum, mældu hann og berðu saman við upprunalega. Ef gildin víkja frá hvoru öðru er formúlan eða innra viðmiðið frábrugðið.

4. Fjölskyldan í kringum það

Aðeins TP4056 afbrigðin eru pin-samhæf hvert við annað. Minni hlutarnir eru í öðrum pakkningum og með aðra pinout; þeir eru virkir valkostir fyrir lágstraums-hönnun, ekki bein skipti.

Samhliða rafhlöður hjálpa ekki. Straumi hleðslutækisins er skipt á milli þeirra, en heildarhleðslutíminn og heildarhitinn eru óbreytt, og ósamstæðar rafhlöður deila ójafnt. Passaðu hleðslutækið við pakkann, ekki við hverja rafhlöðu fyrir sig.

5. Varmareikningur: hvers vegna 1 A er ekki alltaf 1 A

Línulegt hleðslutæki brennir mismuninum á inntaksspennu og rafhlöðuspennu sem hita. Við 5 V inn og 3.7 V rafhlöðu eyðir 1 A um það bil 1.3 W. Nálægt lokum hleðslulotunnar, þegar rafhlaðan nær 4.2 V, er það um það bil 0.8 W.

Flestir hlutir í þessum flokki eru með hitastýringu: þegar kjarninn hitnar draga þeir úr straumi frekar en að bila. Þess vegna getur 1 A hönnun hlaðið hægt í heitu huldi og aldrei sýnt bilun. Það er líka ástæðan fyrir því að mældur hleðslustraumur er oft lægri en forritað gildi.

Ef varan þarf 2 A er línulegt hleðslutæki röng arkitektúr. Skiptihleðslutæki eins og TP5100 dregur úr hitaeyðslu um stærðargráðu, á kostnað spólu og meiri hönnunarvinnu.

USB-C og inntaksstraumur

Nútímahönnun notar USB-C frekar en micro-USB, og það breytir tveimur hlutum. USB-C gjafi getur boðað 500 mA, 1.5 A eða 3 A eftir viðnáminu á CC-línum; hleðslutækið semur ekki, það dregur einfaldlega straum.

Ef gjafinn getur ekki veitt forritaðan straum hrynur inntaksspennan. Hleðslutækið getur endurræst aftur og aftur, sem lítur út eins og bilað eining. Athugaðu getu gjafans áður en þú kennir hlutnum um.

Athugaðu einnig bakstraumshegðun þegar inntakið er fjarlægt á meðan hleðslufruma er tengd. Sumir hleðslutæki loka á hana; önnur treysta á ytri íhluti. Rafhlaða sem tæmist út í USB-tengi án afls er algeng kvörtun á vettvangi.

6. Rafhlöðuvörn er sérstök hringrás

Hleðslutækið stýrir straumi og spennu. Það verndar ekki frumuna gegn ofdjúpri afhleðslu, yfirstraumi eða skammtengdu úttaki. Sú vörn er sérstakt IC, venjulega parað við tvískiptan N-rásar MOSFET í neikvæðu leiðinni.

Algenga samsetningin er varnar-IC (DW01-fjölskyldan) ásamt 8205 tvískiptum MOSFET. Varnar-IC fylgist með spennu og straumi frumunnar og keyrir MOSFET-in til að aftengja frumuna.

Að sleppa varnarhringrásinni er algengt í áhugamannahönnun og óviðunandi í vörum. Ein einasta bilun — skammtengt USB-inntak, skemmd fruma, skammtenging í tengi — gerir ódýrt hleðslutæki að brunahættu.

Nánari atriði hitahönnunar

Afhjúpaði púðinn er eina raunhæfa varmaleiðin. Lóðaðu hann á koparsvæði með gegnumgangi að innra jarðplaninu; púði sem er aðeins tengdur við þunna slóð mun ofhitna löngu áður en straummati er náð.

Haltu hleðslutækinu frá rafhlöðunni. Rafhlaða sem hitast af eigin hleðslutæki eldist hraðar, og í lokuðu húsi magna tvær varmauppsprettur hvort annað.

Ef húsið er lítið skal lækka hleðslustrauminn frekar en að bæta við loftflæði. Varmastýring gerir þetta sjálfkrafa, en á kostnað ófyrirsjáanlegs hleðslutíma.

Að lesa stöðupinna í fastbúnaði

Tveir open-drain útgangar eru venjulega tengdir við LED og stundum einnig við örtölvu. Þrjú atriði skipta máli þegar annarri uppsprettu er bætt við.

Pólun.Báðir pinnar eru open drain og virkir við lágt á algengum afbrigðum, en ekki á öllum klónum. Öfugsnúin vísbending lætur hleðsluvöru líta út fyrir að vera aðgerðarlausa.

Uppdráttarspenna.Ef pinnarnir eru dregnir upp að rafhlöðusínunni í stað röklegu sínunnar sér örstýringin spennu yfir eigin framboðsspennu þegar rafhlaðan er há. Dragðu þá heldur að röklegu sínunni.

Hegðun við hleðslulok.Sumir íhlutir skipta stöðupinnunum stuttlega um stöðu í endurræsingarferli, sem fastbúnaður getur misskilið sem bilun. Síaðu skopp inntaksins eða kannaðu það á hægum hraða.

7. Hvað á að athuga áður en skipt er út

TEMP-pinninn á skilið stutta athugasemd. Ef hönnunin notar ekki hitastilliviðnám verður að gefa pinnanum hlutspennu á þann hátt sem gagnablaðið tilgreinir fyrir "temperature sensing disabled". Ef hann er látinn fljóta getur það túlkast sem hitastig utan sviðs og stöðvað hleðsluna — bilun sem lítur út eins og dautt hleðslutæki.

Vottun og öryggi frumna

Vörur með litíumfrumum falla undir flutnings- og öryggisreglur sem ráðast af frumunni, verndarrásinni og hylkinu. Hleðslutækið er einn hluti þess kerfis, og að skipta því út breytir kerfinu.

Ef varan er með vottunarskjal getur skipting hleðslutækis krafist delta-prófunar. Hafðu samband við vottunaraðilann áður en gengið er út frá því að pinnasamhæfur hluti sé stjórnsýslulega jafngildur.

Inntaksvernd og ESD

Inntakspinninn er í sambandi við umheiminn gegnum tengi, sem þýðir ESD og skammvinnar truflanir vegna heittengingar. Þrjár ráðstafanir eru algengar: TVS-díóða við tengið, lítill raðviðnám eða ferrit, og þéttur nálægt pinnanum.

Gildi þéttisins er ekki handahófskennt. Of mikil rýmd á inntakinu getur valdið straumtoppi við heittengingu sem dregur USB-uppsprettuna niður; of lítil rýmd lætur inntakið vera óvarið. Ráðlagt gildi í gagnablaðinu er upphafspunktur, ekki markmið sem á að fara yfir.

Ef varan er notuð með snúrum og hleðslutækjum frá þriðja aðila skal bæta við TVS. Hleðslutæki sem stenst á bekknum og bilar á skrifborði viðskiptavinar er yfirleitt ESD-leið, ekki kísilgalli.

8. Prófunaráætlun

Prófun á rafhlöðusellum og birgjum

Gæði rafhlöðusella skipta meira máli en gæði hleðslutækis. Sella með hátt innri viðnám mun hitna við hleðslu, og hleðslutækið fer fyrr í hitastýringu, sem gerir það að verkum að varan virðist hæg.

Mælið hleðslukúrfuna á sýni úr hverri sellulotu: straum, spennu og hitastig hylkis yfir tíma. Kúrfa sem flötnar snemma þýðir að sellan eða hleðslutækið takmarkar, og hægt er að greina þau tvö með því að mæla inntaksstrauminn.

Djúpt afhlaðnar rafhlöðusellur

Rafhlaða sem hefur verið geymd í marga mánuði getur verið undir lágmarksspennu. Sum hleðslutæki fara í trickle-stillingu við lágan straum; önnur neita að ræsa.

Ef varan þarf að endurheimta djúpt afhlaðna rafhlöðu skal staðfesta hegðun staðgengilsins áður en sent er. Hleðslutæki sem neitar að ræsa lítur út fyrir notandann eins og dauð rafhlaða og skilin eru dýr.

9. Kostnaður, framboð og öryggi

Þessi hleðslutæki kosta sent og aðrir framleiðendur eru margir. Þeir þættir sem skipta máli viðskiptalega eru ekki verðið heldur skjölunin og stöðugleiki flotspennunnar.

Fyrir vöru með litíumrafhlöðu er öryggi eiginleiki kerfisins: hleðslutæki, verndar-IC, rafhlaða, hús og vottun. Ódýrara hleðslutæki sem hleður 50 mV of hátt, ásamt verndar-IC sem slær út seint, er slæm samsetning jafnvel þótt hver hluti standist sitt eigið próf.

Kaupið rafhlöður og verndarhluta frá rekjanlegum leiðum. Bilunarmáti fölsaðrar rafhlöðu er ekki misheppnað próf; það er eldur, og engin forskrift hleðslutækis verndar gegn því. Skjalfestið hlutanúmer rafhlöðunnar, verndar-IC og hleðslutækið sem eina samþykkta samsetningu.

Power-path og álagsdeiling

Hleðslutæki eitt og sér gerir tæki ekki kleift að keyra frá USB á meðan rafhlaðan hleðst. Það krefst power-path stýringar, sem skiptir kerfisálagi yfir á inntakið þegar það er til staðar og yfir á rafhlöðuna annars, og heldur hleðslustraumnum óháðum kerfisálaginu.

Hönnun sem einfaldlega tengir álagið yfir selluna virkar, en hún heldur áfram að hlaða selluna á meðan hún afhleðst, lengir hleðslutímann og heldur sellunni, í versta falli, við háa flotspennu í langan tíma. Ef varan keyrir á meðan hún er í sambandi ætti að skoða power-path íhlut frekar en að bæta við öðru hleðslutæki.

10. FAQ

Er TP4057 bein skipting fyrir TP4056?

Nei. Það er 500 mA íhlutur í SOT-23-6 pakka. Það er virkur valkostur fyrir lágstraumshönnun, ekki pinna-samhæfður staðgengill.

Get ég hlaðið við 1 A frá USB-tengi?

Aðeins ef tengið getur veitt það og rafhlaðan þolir það. Margir USB-gjafar takmarka straum og hleðslutækið dregur einfaldlega það sem er í boði.

Þarf ég verndar-IC með TP4056?

Já, fyrir vöru. Hleðslutækið verndar ekki gegn ofafhleðslu, ofstraumi eða skammhleyptu úttaki.

Hvers vegna er hleðslustraumurinn minni en stilltur var?

Yfirleitt hitastýring: kísilflagan er heit, svo íhluturinn dregur úr straumi. Bæta skal koparflatarmál eða loftflæði áður en viðnáminu er breytt.

Get ég skilið TEMP-pinnann eftir ótengdan?

Aðeins ef gagnablaðið segir að það geri hitaskynjun óvirka. Á sumum hlutum stöðvar það hleðsluna að hafa hann fljótandi.

Hvenær ætti ég að nota rofahleðslutæki?

Yfir um það bil 1 A, eða þegar innspennan er langt frá selluspennunni. TP5100 er algengur 2 A valkostur.

11. Heimildir

• Skjöl Microchip MCP73831:microchip.com
• Tilvísanir Battery University um hleðslu:batteryuniversity.com
• Gagnablöð framleiðenda fyrir TP4056-fjölskylduna: TOP POWER, UMW, MSKSEMI.