الدليل الكامل TP4056: وحدة الشحن والدائرة والمواصفات والتطبيقات

TP4056 عبارة عن IC للشحن مضغوط مصمم لبطاريات الليثيوم أيون والبوليثيوم أحادية الخلية. يتحكم في الشحن من خلال التيار المستمر والجهد الثابت ، مع إنهاء تلقائي عند 4.2 فولت ، وغالبا ما تشتمل الوحدات على مدخل USB ومؤشرات LED ودوائر حماية اختيارية. توفر هذه المقالة معلومات مفصلة حول المواصفات وعملية الشحن والأسلاك والسلامة والتطبيقات.

ج 1. نظرة عامة على وحدة TP4056

ج 2. المواصفات الكهربائية TP4056

ج 3. مكونات وحدة TP4056

ج 4. عملية شحن TP4056

ج 5. متغيرات وحدة TP4056

ج 6. مخططات الدوائر والأسلاك TP4056

ج 7. مشكلات وإصلاحات TP4056 الشائعة

ج 8. تطبيقات TP4056

ج 9. استنتاج

ج 10. الأسئلة المتكررة

Figure 1. TP4056 Module

الشكل 1. وحدة TP4056

نظرة عامة على وحدة TP4056

TP4056 عبارة عن IC للشحن الخطي مصمم لبطاريات الليثيوم أيون والبوليمر أحادية الخلية. ينظم الجهد والتيار لضمان الشحن الآمن ويتوقف تلقائيا بمجرد وصول الخلية إلى 4.2 فولت. يتم دمجها بشكل شائع في وحدات الشحن الجاهزة ، فهي تبسط إدارة البطارية من خلال توفير مدخل USB (Micro-USB أو Type-C) ، ومنصات توصيل واضحة لإدخال 5 فولت وأطراف البطارية ، ومؤشرات LED لحالة الشحن. تشتمل بعض إصدارات الوحدات أيضا على دوائر حماية مدمجة للحماية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد والدوائر القصيرة.

المواصفات الكهربائية TP4056

معلم	القيمة النموذجية / النطاق
نطاق جهد الإدخال	4.0 فولت - 8.0 فولت (8 فولت كحد أقصى)
جهد إنهاء الشحن	4.2 فولت ± 1.5٪
الحد الأقصى لتيار الشحن	ما يصل إلى 1 أمبير (يتم ضبطه بواسطة المقاوم)
الجهد الهزيلة (شحن Pte)	حوالي 2.9 فولت
تيار الإنهاء	حوالي 0.1 × I \_CHG (C/10)
الإغلاق الحراري	\~ 145 درجة مئوية (تنظيم تلقائي)

مكونات وحدة TP4056

Figure 2. Components of the TP4056 Module

يلعب كل جزء من الوحدة دورا محددا في التحكم في الجهد وإدارة التيار وحماية البطارية.

TP4056 IC

TP4056 IC هو جوهر الوحدة ، وهو مسؤول عن التحكم في عملية الشحن بأكملها. تنظم الشريحة تلقائيا الجهد والتيار ، وتتوقف عن الشحن عندما تكون البطارية ممتلئة ، وتعيد التشغيل عندما ينخفض الجهد.

دوائر الحماية (DW01A + 8205A MOSFETs)

تشتمل معظم وحدات TP4056 على DW01A IC و 8205A MOSFETs مزدوجة تشكل نظام إدارة بطارية مدمج (BMS). يحمي هذا القسم البطارية من الشحن الزائد والإفراط في التفريغ والدوائر القصيرة والتيار الزائد. يقوم تلقائيا بقطع الحمل عندما تنخفض مستويات الجهد بشكل كبير ويعيد توصيله بمجرد أن تصبح البطارية آمنة للاستخدام مرة أخرى. هذا يضمن سلامة المستخدم ومتانة البطارية.

منفذ إدخال Micro-USB أو Type-C

يوفر منفذ الإدخال طاقة 5 فولت تيار مستمر المطلوبة للشحن. يمكنه الاتصال بشاحن USB أو بنك طاقة أو كمبيوتر. تستخدم معظم الوحدات منفذ Micro-USB ، بينما تشتمل الإصدارات الأحدث على موصل من النوع C للتوافق الحديث. يتصل المنفذ بدبابيس IN+ (VCC) و IN- (GND) ، مما يوفر طاقة ثابتة لدائرة الشحن.

مؤشر LED

تحتوي الوحدة على مصباحي LED يظهران حالة الشحن. يضيء مؤشر LED الأحمر عند شحن البطارية، بينما يضيء مؤشر LED الأخضر أو الأزرق بمجرد اكتمال الشحن أو عدم اكتشاف البطارية. هذه المؤشرات ، التي يتم التحكم فيها بواسطة المسامير الداخلية ل TP4056 ، تجعل من السهل مراقبة العملية بدون أدوات خارجية.

PROG دبوس المقاوم

يحدد المقاوم الصغير الموجود على دبوس PROG تيار الشحن. على سبيل المثال ، يضبط المقاوم 1.2 kΩ التيار على حوالي 1 أمبير ، بينما يوفر 2 kΩ حوالي 580 مللي أمبير. يتيح لك ضبط هذا المقاوم التحكم في سرعة الشحن بناء على حجم البطارية ومتطلبات السلامة.

المكثفات

يساعد مكثفان منفصلان - أحدهما عبر الإدخال والآخر عبر أطراف البطارية - على تصفية ضوضاء الجهد وتثبيت تدفق الطاقة. عادة ما بين 1 μF و 10 μF ، تضمن هذه المكثفات الشحن السلس وحماية الدائرة من تقلبات الطاقة المفاجئة.

ثنائي الفينيل متعدد الكلور وآثار النحاس

يتم تثبيت جميع المكونات على لوحة دوائر مطبوعة (PCB) مع آثار نحاسية تقلل من المقاومة وتساعد على نشر الحرارة. تتضمن بعض الإصدارات فتحات حرارية لتبديد الحرارة بشكل أفضل أثناء الشحن عالي التيار ، مما يضمن التشغيل المستقر وطويل الأمد.

عملية شحن TP4056

Figure 3. TP4056 Charging Process

الشحن الهزيل (~ 2.9 فولت أو أقل)

عندما تكون البطارية منخفضة جدا ، يبدأ TP4056 بتيار صغير. هذه المرحلة تسمى الشحنة الهزيلة. يرفع جهد البطارية ببطء إلى مستوى آمن قبل بدء الشحن العادي. هذا يمنع تلف البطاريات التي يتم تفريغها بعمق.

تيار ثابت (وضع CC)

بمجرد استعادة البطارية ، يوفر TP4056 تيار شحن ثابت. يتم تعيين القيمة الدقيقة بواسطة مقاوم PROG الخارجي ، غالبا 500 مللي أمبير أو 1 أمبير. هذه المرحلة هي أسرع جزء من الشحن وتستعيد معظم سعة البطارية.

الجهد الثابت (وضع السيرة الذاتية)

عندما تقترب البطارية من الامتلاء ، يتحول TP4056 إلى وضع الجهد الثابت. يتم الاحتفاظ بالجهد عند 4.2 فولت بينما ينخفض تيار الشحن ببطء. يسمح ذلك للبطارية بإنهاء الشحن بأمان دون تجاوز حد الجهد.

إنهاء

ينتهي الشحن تلقائيا عندما ينخفض التيار إلى حوالي عشر القيمة المبرمجة. يساعد التوقف عند هذه المرحلة في تقليل إجهاد البطارية وتجنب ارتفاع درجة الحرارة وتحسين العمر الإجمالي للبطارية.

متغيرات وحدة TP4056

TP4056 بدون حماية

خاصية	تفاصيل
التحكم في الشحن	يتعامل مع الشحن فقط ، ولا توجد ميزات أمان بخلاف TP4056 IC نفسه.
دوائر الحماية	غير مدرج (لا يوجد شحن زائد أو إفراط في التفريغ أو سلامة ماس كهربائى).
التصميم	أصغر وأبسط وعادة ما تكون أقل تكلفة.
أفضل حالة استخدام	مناسب عندما تحتوي البطارية بالفعل على BMS (نظام إدارة البطارية) الخاص بها أو عند إضافة حماية خارجية.

TP4056 مع الحماية

خاصية	تفاصيل
التحكم في الشحن	نفس وظيفة الشحن مثل TP4056 الأساسية.
دوائر الحماية	يتضمن وحدة تحكم DW01A و FS8205A MOSFETs. يوفر حماية الشحن الزائد والتفريغ الزائد وماس كهربائى.
التصميم	لوح أكبر قليلا ، أكثر أمانا للاستخدام العام.
أفضل حالة استخدام	مثالي للمبتدئين ومشاريع DIY والخلايا المستقلة (مثل 18650 بطارية بدون حماية مدمجة).

مخططات الدوائر والأسلاك TP4056

Figure 4. TP4056 Circuit Diagrams and Wiring

تظهر هذه الصورة دائرة وحدة شحن TP4056 سلكية على لوح تجارب مع بطارية ليثيوم أيون متصلة. يوفر مدخل USB 5 V مصدر الشحن ، والذي يدخل من خلال دبابيس IN+ و IN- الخاصة بالوحدة. يتم توصيل البطارية بأطراف OUT + و OUT- ، حيث يتم إدارة الشحن بواسطة TP4056 IC. تتميز الوحدة أيضا بمؤشرات LED (STAT1 / STAT2) تعرض حالة الشحن ، والأحمر للشحن والأزرق / الأخضر للشحن الكامل.

يتم تضمين ثرمستور NTC لمراقبة درجة الحرارة ، مما يضمن الشحن الآمن عن طريق إيقاف العملية مؤقتا في حالة ارتفاع درجة حرارة البطارية. لا تقوم أطراف الإخراج بشحن الخلية فحسب ، بل يمكنها أيضا تشغيل حمل خارجي ، كما هو موضح مع مؤشر LED المتصل في الإعداد. يوضح هذا قدرة الوحدة على شحن البطارية وتوفير الطاقة في وقت واحد.

مشكلات وإصلاحات TP4056 الشائعة

العدد	الوصف والحل
مؤشر LED لا يعمل	تأكد من توصيل وحدة TP4056 والبطارية ومصدر الطاقة بشكل صحيح بالقطبية الصحيحة. غالبا ما تتسبب الأسلاك المفكوكة أو LED / المقاوم التالف في حدوث عطل. استبدل أي مكونات معيبة وتأكد من وصلات اللحام الصلبة.
الشحن ببطء	عادة ما ينتج الشحن البطيء عن انخفاض تيار الإدخال أو انخفاض الجهد. استخدم مصدر طاقة ثابت 5 فولت / 1 أمبير (أو أعلى) ، وكابل USB قصير الجودة ، وتأكد من أن مقاوم PROG يضبط التيار الصحيح. تجنب الموصلات الرفيعة أو المتآكلة.
ارتفاع درجة الحرارة	قد يسخن TP4056 قليلا ، لكن الحرارة الزائدة تشير إلى ضعف تدفق الهواء أو التيار العالي. حافظ على تهوية اللوحة وقلل التيار عن طريق زيادة قيمة مقاوم PROG. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المستمر إلى تقصير عمر المكونات.
انقطاعات الشحن	غالبا ما تتوقف الطاقة غير المستقرة أو المحطات الطرفية المفكوكة عن الشحن بشكل غير متوقع. استخدم محول تيار مستمر موثوق به بدلا من طاقة USB للكمبيوتر ، وتأكد من تأمين جميع الأسلاك والمحطات الطرفية بإحكام.
البطارية لا تحتفظ بالشحن	قد تكون البطاريات التي يتم تفريغها بسرعة قديمة أو منخفضة الجودة. استخدم دائما خلايا ليثيوم أيون أو ليثيوم بوليمر أصلية وتجنب التفريغ العميق أقل من 3 فولت. استبدل البطاريات المتدهورة للحصول على سعة موثوقة.
الوحدة لا تبدأ	إذا لم يبدأ الشحن ، فتأكد من أن جهد الإدخال هو 4.5 فولت - 5.5 فولت. قد تكون منافذ USB التالفة أو اللحام السيئ أو قرص TP4056 المعيب مسؤولا. افحص التوصيلات واستبدل الوحدة إذا لزم الأمر.
الشحن الزائد للبطارية	تشير البطارية التي تتجاوز 4.2 فولت إلى وجود IC معيب أو مرجع جهد خاطئ. توقف عن الشحن على الفور واستبدل الوحدة. تحقق دائما من جهد الخرج باستخدام مقياس متعدد قبل إعادة الاستخدام.
كلا المصابيح قيد التشغيل أو الوميض	عندما تضيء أو تومض كل من مصابيح LED "الشحن" و "الكاملة" ، فإن المشكلة هي إدخال غير مستقر أو وصلات لحام سيئة. أعد لحام التوصيلات الضعيفة واستخدم مصدر طاقة ثابت بجهد 5 فولت للتشغيل المتسق.
الوحدة لا تكتشف البطارية	قد لا يتم اكتشاف الخلايا المفرغة بعمق أقل من 2.5 فولت. اشحن البطارية مسبقا برفق عند 4.2 فولت / < 100 مللي أمبير حتى يتجاوز الجهد 3 فولت ، ثم أعد توصيلها للشحن العادي.
ماس كهربائى أو دخان	يشير الدخان أو التدفئة إلى عكس القطبية أو أخطاء الأسلاك. تحقق جيدا من جميع التوصيلات قبل التشغيل. استخدم الوحدات النمطية المزودة بوحدات MOSFET DW01A و8205A للحماية المضمنة ضد السراويل القصيرة والتيار الزائد.

تطبيقات TP4056

• الإلكترونيات المحمولة: تعمل على تشغيل الأدوات القابلة لإعادة الشحن مثل الكاميرات ومشغلات MP3 والأدوات المحمولة.

• حزم بطاريات DIY: مثالية لتجميعات البطاريات المخصصة في الأجهزة الصغيرة والروبوتات.

• أنظمة إدارة البطارية: يتعامل مع التحكم في الشحن في إعدادات البطاريات القائمة على الليثيوم.

• بنوك الطاقة: تستخدم في أجهزة الشحن المحمولة لإعادة شحن الهواتف والأجهزة الصغيرة.

• شواحن الطاقة الشمسية: يعمل مع الألواح الشمسية لأنظمة الطاقة المتجددة والمحمولة.

• مشاريع Arduino و IoT: يوفر شحنا منظما لأجهزة التتبع وأجهزة الاستشعار ومسجلات البيانات القائمة على المتحكمات الدقيقة.

• مصادر الطاقة في حالات الطوارئ: يحافظ على تشغيل الأجهزة الأساسية أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

• أجهزة الصوت والإضاءة: تعمل على تشغيل مكبرات الصوت القابلة لإعادة الشحن ومكبرات الصوت والمصابيح الكهربائية والمصابيح.

• الأجهزة الذكية والقابلة للارتداء: تستخدم في الأدوات منخفضة الطاقة مثل عصابات اللياقة البدنية والأقفال الذكية.

• المجموعات التعليمية: شائعة في مشاريع التعلم للمبتدئين نظرا لشحن USB البسيط ومؤشرات LED.

الخلاصة

توفر وحدة TP4056 شحنا آمنا وفعالا لبطاريات الليثيوم. مع ميزات مثل تيار الشحن القابل للتعديل ومؤشرات الحالة والحماية الاختيارية ، فهي مناسبة تماما للعديد من المشاريع التي تعمل بالبطارية. يضمن الاستخدام السليم للمقاومات والأسلاك ومراقبة درجة الحرارة أداء موثوقا به وعمرا أطول للبطارية ، مما يجعل TP4056 خيارا موثوقا به لحلول الشحن المدمجة.