1. Mengapa pengecas ini ada di mana-mana

TP4056 menyelesaikan masalah biasa dengan murah: mengecas sel litium-ion tunggal daripada sumber USB 5 V, dengan output status dan tanpa induktor. Ia memerlukan perintang pengaturcaraan, beberapa kapasitor dan pad terma, dan ia berfungsi.

Kesederhanaan itu menjadikannya pilihan lalai dalam bank kuasa, pembesar suara Bluetooth, robot kecil, instrumen pegang tangan dan papan hobi yang tidak terkira. Komponen ini ialah komoditi, diperoleh daripada beberapa pengeluar di bawah nombor yang sama, dan di situlah persoalan penggantian bermula.

Keterbatasannya juga sama diketahui: ia adalah linear, jadi ia membazirkan perbezaan voltan input sebagai haba, dan ia tidak mempunyai fungsi perlindungan. Kedua-duanya ialah sebab untuk melihat litar di sekelilingnya, bukan hanya pada nombor komponen.

2. Bagaimana kitaran pengecasan berfungsi

Pengecas menjalankan kitaran arus malar, voltan malar. Ia mula-mula mengehadkan arus kepada nilai yang diprogramkan semasa voltan sel meningkat. Apabila sel mencapai 4.2 V, ia mengekalkan voltan itu dan arus mengecil. Pengecasan tamat apabila arus jatuh di bawah pecahan nilai yang diprogramkan.

Arus ditetapkan oleh perintang dari pin PROG ke ground. Hubungan ini tidak linear merentas keseluruhan julat, dan jadual vendor adalah rujukan; titik permulaan biasa ialah kira-kira 1 A dengan perintang 1.2 kΩ, dan arus lebih rendah dengan nilai lebih besar.

Dua pin status open-drain melaporkan keadaan: satu aktif semasa pengecasan, satu aktif apabila kitaran selesai. Polariti dan tingkah lakunya wajar diperiksa semasa menggantikan, kerana pendawaian LED menganggapnya.

Apa yang sel benar-benar lihat

Dalam fasa arus malar, pengecas mengekalkan arus tetap dan membiarkan voltan sel meningkat. Itulah fasa yang penting untuk masa pengecasan: sel 2000 mAh pada 1 A mengambil masa kira-kira dua jam untuk mencapai 4.2 V.

Dalam fasa voltan malar, pengecas mengekalkan 4.2 V dan arus mengecil. Fasa ini lebih perlahan dan tidak boleh dipendekkan tanpa melebihi voltan apungan — yang merosakkan sel.

Itulah sebabnya pengecas berkadar 1 A tidak mengecas sel besar dalam satu jam. 20–30% kapasiti terakhir masuk pada arus yang menurun, dan jumlah masa didominasi oleh fasa CV.

3. Fungsi pin dan perkara yang perlu dipadankan

Voltan apungan ialah parameter yang menentukan sama ada penggantian itu selamat. Komponen yang mengecas sehingga 4.25 V dan bukan 4.20 V mengurangkan jangka hayat kitaran dan, dalam produk tertutup rapat, meningkatkan risiko. Semak toleransi, bukan hanya nilai nominal.

Memilih perintang PROG

Perintang pengaturcaraan menetapkan arus CC. Jadual vendor ialah rujukan muktamad, dan hubungannya tidak sepenuhnya linear. Dua peraturan praktikal terpakai tanpa mengira formula tepat.

Jangan sekali-kali melebihi arus pengecasan berkadar sel.Tetapan 1 A pada sel 500 mAh ialah ralat reka bentuk, bukan ciri pengecasan pantas.

Gunakan perintang 1%.Toleransi arus mengikut toleransi perintang, dan komponen 5% mengubah arus pengecasan sebanyak 5% — cukup untuk memberi kesan pada had atas kadar berkadar sel.

Menukar perintang juga merupakan cara paling mudah untuk menguji pengganti. Tetapkan arus yang diketahui, ukurnya, dan bandingkan dengan yang asal. Jika nilai-nilainya menyimpang, formula atau rujukan dalaman berbeza.

4. Keluarga di sekitarnya

Hanya varian TP4056 yang serasi pin antara satu sama lain. Bahagian yang lebih kecil mempunyai pakej dan susun atur pin yang berbeza; ia adalah alternatif berfungsi untuk reka bentuk arus rendah, bukan pengganti terus.

Sel selari tidak membantu. Arus pengecas terbahagi antara sel-sel tersebut, tetapi jumlah masa pengecasan dan jumlah haba tidak berubah, dan sel yang tidak sepadan berkongsi secara tidak sekata. Padankan pengecas dengan pek, bukan dengan setiap sel secara individu.

5. Matematik terma: mengapa 1 A tidak sentiasa 1 A

Pengecas linear membakar perbezaan antara voltan input dan voltan sel sebagai haba. Pada input 5 V dan sel 3.7 V, 1 A melesapkan kira-kira 1.3 W. Menjelang akhir kitaran, apabila sel mencapai 4.2 V, ia adalah kira-kira 0.8 W.

Kebanyakan bahagian dalam keluarga ini termasuk kawal atur terma: apabila die menjadi panas, ia mengurangkan arus dan bukannya gagal. Itulah sebabnya reka bentuk 1 A boleh mengecas dengan perlahan dalam bekas yang hangat dan tidak pernah menunjukkan kerosakan. Ia juga sebabnya arus pengecasan yang diukur selalunya lebih rendah daripada nilai yang diprogramkan.

Jika produk memerlukan 2 A, pengecas linear ialah seni bina yang salah. Pengecas pensuisan seperti TP5100 mengurangkan pelesapan sebanyak satu urutan magnitud, dengan kos induktor dan kerja susun atur yang lebih banyak.

USB-C dan arus masukan

Reka bentuk moden menggunakan USB-C dan bukannya micro-USB, dan itu mengubah dua perkara. Sumber USB-C mungkin menyatakan 500 mA, 1.5 A atau 3 A bergantung pada perintang pada talian CC; pengecas tidak berunding, ia hanya menarik arus.

Jika sumber tidak dapat membekalkan arus yang diprogramkan, voltan masukan akan runtuh. Pengecas mungkin dimulakan semula berulang kali, yang kelihatan seperti unit rosak. Semak keupayaan sumber sebelum menyalahkan komponen itu.

Juga semak tingkah laku arus songsang apabila input dikeluarkan semasa sel masih disambungkan. Sesetengah pengecas menyekatnya; yang lain bergantung pada komponen luaran. Bateri yang menyahcas ke port USB tanpa kuasa merupakan aduan lapangan yang biasa.

6. Perlindungan bateri ialah litar berasingan

Pengecas mengawal arus dan voltan. Ia tidak melindungi sel daripada nyahcas berlebihan, arus berlebihan atau output terpintas. Perlindungan itu ialah IC berasingan, biasanya dipasangkan dengan MOSFET N-channel dwi dalam laluan negatif.

Gabungan biasa ialah IC perlindungan (keluarga DW01) serta MOSFET dwi 8205. IC perlindungan memantau voltan dan arus sel, dan memacu MOSFET untuk memutuskan sambungan sel.

Melangkau litar perlindungan adalah biasa dalam reka bentuk hobi dan tidak boleh diterima dalam produk. Satu kerosakan — input USB terpintas, sel rosak, penyambung terpintas — menjadikan pengecas murah sebagai risiko kebakaran.

Butiran reka bentuk terma

Pad terdedah ialah satu-satunya laluan terma yang berkesan. Pateri pad itu pada kawasan kuprum dengan via ke satah bumi dalaman; pad yang disambungkan hanya kepada jejak nipis akan panas berlebihan jauh sebelum kadar arus dicapai.

Jauhkan pengecas daripada sel. Sel yang dipanaskan oleh pengecasnya sendiri menua lebih cepat, dan dalam bekas tertutup rapat kedua-dua sumber haba saling memburukkan.

Jika bekas kecil, turunkan kadar arus cas daripada menambah aliran udara. Kawal selia terma akan melakukan ini secara automatik, tetapi dengan kos masa cas yang tidak dapat diramalkan.

Membaca pin status dalam perisian tegar

Dua keluaran open-drain biasanya didawai ke LED, dan kadangkala juga ke mikropengawal. Tiga butiran penting apabila sumber kedua diperkenalkan.

Kekutuban.Kedua-dua pin adalah open drain dan aktif rendah pada varian biasa, tetapi bukan pada setiap klon. Petunjuk yang terbalik membuatkan produk pengecas kelihatan melahu.

Voltan pull-up.Jika pin ditarik ke rel bateri dan bukan ke rel logik, mikropengawal akan melihat voltan melebihi bekalanannya apabila bateri tinggi. Tariknya ke rel logik sebaliknya.

Tingkah laku pada penamatan.Sesetengah komponen menogol pin status secara ringkas semasa kitaran mula semula, yang boleh disalahtafsir oleh perisian tegar sebagai kerosakan. Nyahlantun input, atau tinjau pada kadar perlahan.

7. Apa yang perlu diperiksa sebelum menggantikan

Pin TEMP wajar diberi perhatian. Jika reka bentuk tidak menggunakan termistor, pin itu mesti dipincang mengikut cara yang dinyatakan dalam helaian data untuk "penderiaan suhu dilumpuhkan". Membiarkannya terapung boleh ditafsirkan sebagai suhu di luar julat dan menghentikan pengecasan — kegagalan yang kelihatan seperti pengecas rosak.

Pensijilan dan keselamatan sel

Produk dengan sel litium tertakluk kepada peraturan pengangkutan dan keselamatan yang bergantung pada sel, litar perlindungan dan selongsong. Pengecas ialah satu bahagian daripada sistem itu, dan penggantian mengubah sistem tersebut.

Jika produk mempunyai fail pensijilan, perubahan pengecas mungkin memerlukan ujian delta. Semak dengan badan pensijilan sebelum menganggap bahagian yang serasi pin itu setara secara pentadbiran.

Perlindungan input dan ESD

Pin input melihat dunia luar melalui penyambung, yang bermaksud ESD dan transien hot-plug. Tiga langkah biasa: diod TVS pada penyambung, perintang siri kecil atau ferit, dan kapasitor berhampiran pin.

Nilai kapasitor bukan sewenang-wenangnya. Kapasitans terlalu banyak pada input boleh menyebabkan lonjakan arus hot-plug yang menarik turun sumber USB; terlalu sedikit membiarkan input terdedah. Nilai yang disyorkan dalam lembaran data ialah titik permulaan, bukan sasaran untuk dilampaui.

Jika produk digunakan dengan kabel dan pengecas pihak ketiga, tambahkan TVS. Pengecas yang bertahan di bangku ujian tetapi mati di meja pelanggan biasanya merupakan laluan ESD, bukan kecacatan silikon.

8. Pelan ujian

Pengujian sel dan pembekal

Kualiti sel lebih penting daripada kualiti pengecas. Sel dengan rintangan dalam yang tinggi akan memanas semasa pengecasan, dan pengecas akan memasuki pengawalan terma lebih awal, menyebabkan produk kelihatan perlahan.

Ukur lengkung cas pada sampel daripada setiap lot sel: arus, voltan dan suhu bekas mengikut masa. Lengkung yang menjadi rata lebih awal bermaksud sel atau pengecas sedang menghadkan, dan kedua-duanya boleh dibezakan dengan mengukur arus masukan.

Sel yang dinyahcas secara mendalam

Sel yang telah disimpan selama berbulan-bulan mungkin berada di bawah voltan minimum. Sesetengah pengecas memasuki mod trickle pada arus rendah; yang lain enggan bermula.

Jika produk perlu memulihkan sel yang nyahcas dalam, sahkan tingkah laku pengganti sebelum penghantaran. Pengecas yang enggan bermula kelihatan sama seperti sel mati kepada pengguna, dan pemulangan adalah mahal.

9. Kos, bekalan dan keselamatan

Pengecas ini berharga beberapa sen, dan sumber kedua banyak tersedia. Parameter yang penting secara komersial bukanlah harga tetapi dokumentasi dan ketekalan voltan float.

Bagi produk dengan sel litium, keselamatan ialah sifat sistem: pengecas, IC perlindungan, sel, bekas dan pensijilan. Pengecas lebih murah yang mengecas 50 mV tinggi, dipasangkan dengan IC perlindungan yang trip lewat, ialah gabungan buruk walaupun setiap bahagian lulus ujiannya sendiri.

Beli sel dan bahagian perlindungan daripada saluran yang boleh dijejaki. Mod kegagalan sel tiruan bukanlah ujian yang gagal; ia adalah kebakaran, dan tiada spesifikasi pengecas melindungi daripadanya. Dokumenkan nombor bahagian sel, IC perlindungan dan pengecas sebagai satu pemasangan yang diluluskan.

Laluan kuasa dan perkongsian beban

Pengecas sahaja tidak membenarkan peranti berjalan daripada USB semasa bateri dicas. Itu memerlukan pengawal laluan kuasa, yang menukar beban sistem kepada input apabila hadir dan kepada bateri jika sebaliknya, dan yang memastikan arus pengecasan bebas daripada beban sistem.

Reka bentuk yang hanya menyambungkan beban merentasi sel berfungsi, tetapi ia terus mengecas sel semasa sel dinyahcas, memanjangkan masa pengecasan dan, dalam kes terburuk, mengekalkan sel pada voltan apungan tinggi untuk tempoh yang lama. Jika produk berjalan semasa bersambung ke palam, pertimbangkan komponen laluan kuasa daripada menambah pengecas kedua.

10. FAQ

Adakah TP4057 pengganti terus untuk TP4056?

Tidak. Ia ialah komponen 500 mA dalam pakej SOT-23-6. Ia ialah alternatif berfungsi untuk reka bentuk arus rendah, bukan pengganti serasi pin.

Bolehkah saya mengecas pada 1 A daripada port USB?

Hanya jika port itu boleh membekalkannya dan sel itu dinilai untuknya. Banyak sumber USB mengehadkan arus, dan pengecas hanya akan menarik apa yang tersedia.

Adakah saya memerlukan IC perlindungan dengan TP4056?

Ya, untuk sesuatu produk. Pengecas tidak melindungi daripada nyahcas berlebihan, arus berlebihan atau output yang terpintas.

Mengapakah arus pengecasan saya lebih rendah daripada yang diprogramkan?

Biasanya pengawalaturan terma: die panas, jadi komponen mengurangkan arus. Tingkatkan luas kuprum atau aliran udara sebelum menukar perintang.

Bolehkah saya biarkan pin TEMP tidak disambungkan?

Hanya jika helaian data menyatakan bahawa membiarkannya tidak disambungkan menyahdayakan penderiaan suhu. Pada sesetengah komponen, membiarkannya terapung menghentikan pengecasan.

Bilakah saya patut menggunakan pengecas pensuisan?

Melebihi kira-kira 1 A, atau apabila voltan masukan jauh daripada voltan sel. TP5100 ialah pilihan 2 A yang biasa.

11. Sumber

• Dokumentasi Microchip MCP73831:microchip.com
• Rujukan pengecasan Battery University:batteryuniversity.com
• Helaian data vendor untuk keluarga TP4056: TOP POWER, UMW, MSKSEMI.