리튬 폴리머 배터리 충전기 TP4056 모듈 회로 제작 방법

리튬 폴리머 배터리 충전기 회로 제작 방법

 

본 프로젝트에서는 TP4056 모듈을 사용하여 배터리 보호 기능이 있는 간단한 리튬 폴리머 배터리 충전기를 제작할 것입니다. 배터리에 전하 운반체(즉, 전자)를 공급하여 충전하는 회로가 바로 배터리 충전 회로입니다. 대부분의 충전식 배터리는 과충전 및 과방전이라는 공통적인 문제를 가지고 있습니다. 따라서 과충전으로 인한 배터리 손상을 방지하는 스마트한 충전 솔루션이 필요합니다.

 

이 리튬 배터리 충전 회로는 배터리가 완전히 충전되면(즉, 4.2V에 도달하면) 자동으로 충전 과정을 차단합니다. 또한 배터리 전압이 2.4V 미만으로 떨어지면 출력 전원을 자동으로 차단하여 과방전을 방지합니다.

 

TP4056 칩

 

TP4056은 단일 셀 리튬 이온 배터리용 정전류/정전압 선형 충전기를 설계하기 위한 완벽한 칩입니다.

 

특징

• 프로그래밍 가능한 충전 전류 최대 1000mA
• 정전류/정전압
• 1.5% 정확도로 4.2V 충전 전압을 사전 설정합니다.
• 자동 충전
• 충전 상태 출력 핀 2개

 

핀 설명

 

TP4056 핀 다이어그램

 

TP4056 핀 설명

 

 

TP4056 핀 설명

 

보호장치가 없는 TP4056을 사용한 리튬 폴리머 배터리 충전기 회로도

 

 

 

보호장치가 없는 TP4056을 사용한 리튬 폴리머 배터리 충전기 회로도

 

tp4056 핀 다이어그램

 

전원 핀

 

전원 핀부터 살펴보면, 4번 핀은 양극 입력 전압입니다. 이 핀에는 4V에서 8V까지의 전압을 인가할 수 있습니다. 이 프로젝트에서는 외부 전원에서 5V를 이 핀에 인가합니다. 불필요한 전압 스파이크와 노이즈를 제거하기 위해 Vcc와 접지 사이에 커패시터(C1 - 10uF)를 연결합니다. 하지만 용량이 큰 커패시터(C1 - 10uF)는 0.2Ω에서 0.5Ω 사이의 직렬 저항(회로도에서 R3으로 표시됨)을 통해 디커플링하여 전압 리플을 줄여야 합니다.

 

 

리튬 폴리머 배터리 충전기 회로 제작 방법 - 전원 부분

 

이 핀의 3번 핀은 접지에 연결되어 있습니다. 즉, 이 핀은 IC를 활성화하기 위해 전원 전압에 직접 연결되어 있습니다. 배터리의 음극 단자는 공통 접지로 이 지점에 연결되어 있습니다.

 

TP4056의 8번 핀은 칩 활성화 핀입니다. 이 핀에 높은 입력이 가해지면 칩이 활성화되고, 낮은 입력이 가해지면 칩이 비활성화됩니다. 본 연구에서는 이 핀을 전원 공급 장치에 직접 연결했으므로 칩이 활성화된 상태입니다.

 

프로그래밍 핀

 

TP4056의 2번 핀은 충전 전류를 설정할 수 있는 매우 중요한 핀입니다. 충전 전류는 배터리 충전에 중요한 역할을 하며, 사용하는 배터리에 따라 적절하게 설정해야 합니다. TP4056 칩을 사용하는 가장 큰 장점은 필요에 따라 적절한 저항값을 선택하여 충전 전류를 프로그래밍할 수 있다는 것입니다.

 

리튬 폴리머 배터리 충전기 회로 제작 방법 - 전류 프로그래밍

 

아래 표에 표시된 전류 값을 갖는 프로그래밍 저항:

 

 

TP4056에서 해당 전류 값을 갖는 프로그래밍 저항

 

프로그램 저항 값은 아래 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

RPROG = (Vprog/Ibat)* 1200(Icharge =1A 및 VPROG = 1V)

 

충전 표시 핀

 

TP4056의 충전 핀(7번 핀)은 배터리 충전 과정을 나타내는 데 사용됩니다. 이 핀은 배터리가 충전 중일 때는 낮은 임피던스 상태가 되고, 그렇지 않을 때는 높은 임피던스 상태를 유지합니다. 충전 과정을 시각적으로 표시하기 위해 빨간색 LED가 이 핀에 직렬로 저항(R2)과 함께 연결되어 있습니다.

 

배터리의 충전 상태와 완전 충전 상태를 보여주는 회로도

 

STDBY 핀(핀 6)은 배터리의 완전 충전 상태를 나타내는 데 사용됩니다. 배터리가 완전히 충전되면 이 핀은 낮은 상태가 되고, 그렇지 않으면 높은 임피던스 상태를 유지합니다.

 

저항 R1과 R2는 LED에서 흐르는 전류를 제한하는 데 사용됩니다.

 

LED 표시등은 아래 그림과 같습니다.

 

 

tp4056의 표시를 나타냈습니다.

 

출력 핀

 

BAT 핀(5번 핀)은 배터리의 양극 단자에 연결됩니다. 이 BAT 핀은 배터리에 안정적인 4.2V 전압과 충전 전류를 공급합니다. 이 회로에서는 불필요한 전압 스파이크와 노이즈를 제거하기 위해 BAT 핀과 병렬로 커패시터가 접지에 연결되어 있습니다.

 

 

작동 원리 및 작동 모드

 

이 TP4056 칩은 4가지 모드로 작동합니다. 다음 그래프에서 이러한 모드를 확인할 수 있습니다.

 

TP-4056 IC의 충전 모드를 보여주는 그래프

 

1) 트리클 모드

 

배터리 전압이 2.8V 미만이 되면 IC는 배터리 전압을 안전 전압으로 낮추기 위해 미세 충전 모드로 전환됩니다. 이 모드에서 충전 전류(배터리 충전에 사용되는 전류 값)는 최대 충전 전류의 13%(일반적으로 130mA)로 감소합니다. 배터리 전압이 미세 충전 전압(Vtrickle(2.9V) + Delta Vtrickle(0.08V)) 이상에 도달하면 IC는 정전류 모드로 전환됩니다.

 

2) 정전류 모드

 

PROG 핀에서 흘러나오는 전류는 일정합니다. 이 전류는 배터리를 충전하는 데 사용되며 충전 전류라고 합니다. 이 실험에서 충전 전류는 1A(Icharge)이며(2번 핀의 프로그래밍 가능한 저항에 의해 설정됨), 배터리 단자 전압이 최대 정격 전압(4.2V)에 도달할 때까지 이 1A의 일정한 전류를 통해 배터리가 충전됩니다.

 

3) 정전압 모드

 

배터리 전압이 최대값인 4.2V에 도달하면 배터리 전압은 4.2V를 초과하려고 시도합니다. 이때 IC는 배터리를 통해 흐르는 전류를 차단합니다. 이 모드에서는 배터리 전압을 4.2V로 일정하게 유지하면서 전류가 서서히 감소합니다.

 

4) 대기 모드

 

IC는 배터리의 최대 전압(4.2V)에 도달한 후 충전 전류가 설정된 전류/충전 전류의 1/10로 떨어지면 자동으로 충전을 중지합니다.

이 모드에서 IC는 데이터시트에 명시된 대로 최대 100uA의 전류를 소모합니다.

 

5) 종료 모드

 

RPROG 핀이 연결되지 않고 입력 전압이 배터리 전압보다 낮으면 IC는 종료 모드로 전환됩니다.

TP4056 보호장치를 사용한 리튬 폴리머 배터리 충전기 회로도

 

TP4056 보호장치를 사용한 리튬 폴리머 배터리 충전기 회로도

 

보호 장치가 내장된 TP4056을 사용하는 리튬 폴리머 배터리 충전 회로는 완전한 모듈로서 다음과 같은 구성 요소를 포함합니다.

 

 

TP4056 리튬 폴리머 배터리 충전기

 

이 모듈은 TP4056 리튬 이온 충전 제어 IC와 별도의 DW01A 리튬 이온 배터리 보호 IC를 사용하며, 다음과 같은 기능을 제공합니다.

 

1) 과방전 보호 :

 

배터리 전압이 정상 작동 전압인 2.4V 아래로 떨어지면, 모듈은 배터리 전압이 3.0V(과방전 해제 전압) 이상으로 재충전될 때까지 배터리 출력 전력을 자동으로 차단합니다. 과방전 상황에서 모듈이 배터리 출력 전력을 차단하더라도, 방전 제어 MOSFET(FS8205A 듀얼 MOSFET)의 기생 다이오드를 통해 배터리 충전은 계속 진행됩니다.

 

2) 과충전 보호

 

이 모듈은 최대 충전 전압(4.2V)에 도달하면 충전 전류가 배터리를 통과하지 못하도록 차단하여 과충전으로부터 배터리를 보호합니다.

 

3) 과전류 및 단락 보호

 

방전율이 3A를 초과하거나 단락 현상이 발생하면 모듈은 배터리로부터의 출력을 차단합니다.

 

전류 조절식 리튬 폴리머 배터리 충전기의 PCB

 

참고: 제조 관련 파일(거버 파일, 위치 정보, BOM)은 제 프로젝트 링크에서 확인하실 수 있습니다.

 

https://electronicsworkshops.com/2022/07/13/how-to-make-lipo-battery-charger-circuit/

 

전류 조절식 리튬 폴리머 배터리 충전기의 PCB

 

전류 조절 가능 리튬 폴리머 배터리 충전기의 3D 이미지

 

전류 조절 가능 리튬 폴리머 배터리 충전기의 3D 이미지

 

 

회원 가입 후 참고하시길