TP4056 şarj modülü ile 1S LİPO pil kullanımı. Çevreci Mouse.

Konuyu anlatmaya başlamadan önce güvenlikten bahsedelim.
Öncelikle şunu bilmeniz lazım. LİPO piller bazı şartlarda yanmaya ve patlamaya meyillidir. Yanma başladığında ise çıkan dumanı solumamaya çalışın. Fakat, korkmadan alabileceğiniz basit tedbirlerle rahatlıkla kullanabilirsiniz. Tabii ki her atladığınız kural ise sizin riskinizi arttırır.
Ben bu pili kablosuz Mouse için kullandım. Pil üzerinde Sıcaklık sensör bağlantısı olmadığı için Bir adet NTC yi aşağıda anlatıldığı gibi devreye ekledim. Bunun yanı sıra pili, Mouse içinde pil yuvasına yerleştirdiğimden, 2 katman arasında kaldı. Bu şekilde kendimizi koruyacağımı düşündüm. Tabii ki TP4056 modülün sıcaklık ve şarj korumasına da güveniyordum.
Bunun yanı sıra, PİL’in, pil yuvasında olması sıvı temasından  korunabilmesini de sağlamış olacaktır.
Bunlardan daha önemli bir şey vardır ki satıcılar buna dikkat etmektedir. Sizlerde devreye bağlayasıya kadar dikkat etmek zorundasınız. Pil yarı dolu bile olsa, pil uçları kısa devre edilmemeli. Bunun için satışta, ya +V ucu sokete takılı gelir GND ucu boşta kalır ya da +V ucu yalıtılır GND ucu boşta bırakılır ya da her iki uç sokete takılır ve birbirine teması tamamen engellenir. Siz de montaj yaparken pilin bir yerlerde kısa devre olmaması için +V ucunun yalıtkanını devreye pilin montajını yapasıya kadar sökmeyin. Hatta mümkünse pili bütün işleriniz bittikten sonra devreye bağlayın ki montaj sırasında, devre bir metale değerek pili kısa devre etmesin.

TP4056 ters polarite koruması :TP4056 size ters polarite koruması sağlamaz, bu nedenle pili yanlış şekilde bağlarsanız duman çıkabilir

LİPO piller hakkında ayrıntılı bilgiyi bu adresten okuduktan sonra devrenizi oluşturmanız gerekecektir. https://diyot.net/lipo-pil/

Satın aldığım pil : bu linktedir.

Benim pilimin datasheet özellikleri bu linktedir.

TP4056  şarj devresi lipo piller için standart şarj devresidir. Üzerindeki dirence göre 130mA den, 1A’e kadar şarj, deşarj akımı verebilir. Bunu ayarlayan Rprog direnci için hesap yapılacaksa kendi pilim için, 180mA ve devamlı şarj için (Hızlı Şarj) 1C pil standardına göre 1*180mA=180mA lik şarj akımı gerekecektir. Aşağıdaki tabloya göre pilinize en uygun değeri seçebilirsiniz. Şayet pil akımı ara bir değerdeyse 2 direnç arasında bir direnç hesaplayıp koyabilirsiniz.
Bu direnci değiştirmezseniz  ne olur. Pil şarj akımı yüksek olabilecektir ve hızlı şarj ediyormuş gibi görünse de pile zarar verecektir. Ayrıca devreniz bozulduğunda yüksek akım çekmek istediğinde, direnç uygun seçilmediğinde, pilden yüksek akım çekmeye çalışacak ve piliniz arıza yapabilecektir. Duruma göre ısınıp sorun yaratabilecektir. Bundan dolayı bu direnci kontrol etmelisiniz.       

Piyasa da birkaç değişik modül tipi var. Aşağıdakiler örnektir. Rprog direncinin yerini burada görebilirsiniz ama kendi modülünüz biraz farklı olabilir.

Benim kullandığım modül alttaki şemaya benzer modüldür. Benim modülümün şemasında mosfet entegresi de bulunmaktadır. Aynı zamanda DW01A  entegresiyle pil koruma sağlanıyor.
Bu devre hem şarj hem de pilden devre besleme devresidir. Üstteki 2 li modül resminde, üstteki modül ise sadece şarj devresidir.

Modül üzerinde sıcaklık kontrol ucu da mevcuttur. Fakat gelen hazır modüllerde, TEMP pimi GND ye bağlandığı için çalışmaz. Şemadaki 1 nolu pim GND ye bağlanmıştır. 
Şayet Lipo pillerin TEMP kontrol ucu varsa bu pime bağlanabilir. Yoksa bir adet NTC ile kendi devrenizi yapmanız gerekir.
3 uçlu sıcaklık kontrollü lipo pil örneği bu linktedir.

TP4056 modülünün, TEMP ucunu çalışır duruma getirmek için entegrenin 1 nolu bacağını PCB den kurtarıp havada bağlantı olarak bir kablo ile NTC devresine bağlamanız gerekmektedir.
Bu çalışmanın devresi aşağıdaki resimdeki gibi olacaktır. Yazının e altında ise modül üzerinde yapılan değişiklik resmi görülmektedir. 

Resimde gördüğünüz gibi bir gerilim bölücü var. bu gerilim bölücünün NTC tarafı ısıyla direnç değiştirdiği için TEMP ucundaki gerilim sıcaklığa göre değişecektir. Bu değişim Aşağıdaki tabloda yer almaktadır.

Ayrıca TEMP ucunun çalışmasını da bilmek gerekir. Bu çalışma şekli datasheet de şöyle açıklanmıştır.
TEMP (Pin 1): Temperature Sense Input (Sıcaklık Algılama Girişi) TEMP pini yukarıdaki gibi NTC termistör çıkışına bağlanarak, sıcaklık belli bir değere geldiğinde şarj akımının kesilmesini sağlar.

Bu limitler ise şöyle belirlenmiştir.
TEMP pimi ucundaki gerilim, Vin dediğimiz besleme geriliminin %45 ine düştüğünde veya %80’ni aştığında şarj işlemi kesilecektir.

Buna göre bir tablo oluşturursak ( elimde 10K NTC termistör olduğundan) Aşağıdaki tabloyu 20 derece sıcaklıkta 10K olarak direnci hesapladım. Buna göre sıcaklık hesabı yaklaşık olarak aşağıdaki tabloya göre düşünülebilir. Elinizdeki NTC termistöre göre kendiniz de bu tabloyu, bu linkteki hesap makinesi ile oluşturabilirsiniz.


TP4056 -40 +80 Co arasında çalışsa da pillerin güvenli çalışması için limitler daha farklı belirlenmiş görünüyor.
Yukarıdaki sıcaklık direnç değer tablosunda 45Co de limite gelinmiş görünüyor. Fakat pil değerleriniz 60Co ye kadar izin veriyorsa siz NTC değerini büyütürseniz limite ulaşacağınız sıcaklık değerini de 60Co ye getirebilirsiniz. Bu sizin kullanacağınız pilin limit değerleriyle ilgilidir.
Mesela ben bunun benzeri bir LİPO pil kullandım. Bu pil sayfasındaki pil özelliklerine bir göz atın.

Bu sayfadaki pilin özelliklerinde 0-45Co arasında şarj edilir yazıyor. Kullanılırken ise -20_60Co de kullanılabildiği yazıyor. Bizim 10K NTC nin burada yettiğini düşünüyoruz. Fakat buna bir de başka açıdan bakarsak 0-45Co de şarj edilebilir denilmiş. Yani bir de pil sıcaklığı göz önüne alındığında 60Co ye kadar yani 15Co üstüne kadar pil ısınabilir demektir. Biz yazın Urfa gibi bir yerde şarj edeceksek 45 derece güneş altında şarj etmeyeceğiz tabii ki. Şarja sıcak ortamda başlarsak başlarsak pil doldukça daha yüksek derecelere çıkacağı için bizim koyacağımız NTC küçük kalabilir. Bundan dolayı 20K 20Co de bir NTC koymanız gerekebilir. Yoksa tp4056 modülünüz şarjı sıcaklık nedeniyle kesecektir. Ya da Satın aldığınızdaki gibi TP4056 entegresinin TEMP pimini GND ye bağlayarak sıcaklık kontrolünü iptal edebiliriz.

LIPO pil için üreticinin yaptığı bazı test şartları ve sonuçları:
Hemen patlayacak diye de korkmayın. Sadece önleminizi alın pilinizi zorlamayın.

KısaDevre20 Tam şarj, Her test numune pili, sırasıyla (+) ve (-) terminalleri bağlanarak kısa devre edilecektir. maksimum bir Cu telli pilin 0.1Ω direnç yükü Testler yapılacaktır.
oda sıcaklığında (20 ± 2 ℃).Patlama yok, ateş yok,
Hücrelerin yüzey Sıcaklığı 150 ℃’dan düşük.

KısaDevre60 Tam şarj, Her test numune pili, sırasıyla (+) ve (-) terminalleri bağlanarak kısa devre edilecektir. maksimum bir Cu telli pilin 0.1Ω direnç yükü Testler yapılacaktır.
oda sıcaklığında (60 ± 2 ℃).Patlama yok, ateş yok,
Hücrelerin yüzey Sıcaklığı 150 ℃’dan düşük

Tırnaklama İğneleme  (3 mm), Tam şarj,
Örnek pilin bir çivi ile delinmesi
3 mm çapında delinir ve 2 saat kalır.
Patlama yok, Ateş yok

Yukarıdaki testleri evde tabii ki denemeyeceğiz. Fakat patlayacak diye de korkmayacağız. Sadece kısa devre olmasını ya da kapasitesinden daha yüksek akım çekilmesini önlemek gibi basit tedbirleri almamız gerekecektir. 

PİL için şarj deşarj akımını öğrenmek isterseniz burada hesap makinesi var.

Resimdeki değerler benim pilime göredir. kendi pilinize göre hesaplayabilirsiniz.

Satın alırken dikkat etmeniz gerekenler.
1-)
18650 li-ion yada Li-PO pillerin sadece şarj devresi oluyor. Bu şekilde pilleri şarj edip başka yerde kullanacaksanız, Aşağıdaki gibi sadece şarj modülünü alabilirsiniz. Bunlarda USB soket olarak 2 farklı soket kullanılıyor. 1. si Micro USB, 2. si ise Mini USB tip soketlerdir.


2-) Pili hem şarj edip hem de direkt olarak kullanacaksanız. O zaman benim kullandığım modülü alabilirsiniz.  Fakat bu modülde şöyle bir dezavantaj var. Bu da bağladığınız devreye göre ortaya çıkar. Devre 3,3V ile çalışıyor. pil 3.7V olmasına rağmen şarj edildiğinde 4.2V ta kadar dolacaktır.  3.3V devrenizde kullanırken 3.3V ‘a düşürmeniz gerekir. Bunun için ams1117 gibi 3.3V regüle entegresi kullanabilirsiniz. Bunu kullandığınızda 4.2V olan tam şarj gerilimi regüle çıkışında 3.1V değerine düşer. Fakat pil boşaldıkça bu gerilim de aşağıya düşmektedir. Çünkü çekilen akıma göre AMS1117 entegresinde de gerilim düşümü olacaktır. Bu kadar gerilim düşümü de çalışmamızda sorun yaratacak noktaya hızlı bir şekilde gelmemiz demektir.
LİPO piller tam şarj olduklarında 4.2V ta kadar şarj olurlar. Deşarj edilebilecek minimum güvenli nokta ise 3V civarıdır.  Bu değere geldikten sonra akım çekmeye devam ederseniz pile zarar verebilirsiniz. Tekrar şarj etmeye başladığınızda piliniz eskisi gibi şarj olmayabilir.
NEDEN 3.7V pil demişlerde 4.2V dememişler :  Nominal gerilim dedikleri kısım 3.7V, pillerin ortalama çalışma gerilimidir. Çalışması 3V ile 4.2V arası öngörülmüştür. Bundan dolayı ortalama değeri pil üzerine yazılmıştır. Lipo pilim var bunu 1V ta kadar kullanayım derseniz 1 kere kullanıp pili atarsınız. Bu alt üst limitlere dikkat etmeniz gerekir.

Kendi  modülümün çıkışını  3.3V  regülatöre bağladım.  Tabii ki regüle  entegresinin  üstünde 1V gerilim  kaldığından  çıkış  3.3Vcivarı oluyor.
Burada belirttiğim dezavantaj 3.3V devrelerinde direkt kullanılacak piller için geçerlidir. 1. seçenekteki, sadece şarj eden karttan doldurduğunuz pili, devrenize bağladığınızda tam dolu halde 4.2V olduğunu unutmamalısınız. 

Ölçtüğüm Tam dolu değerler ise şu şekildedir.
Tam ŞARJ da Modül OUT  4.07V,  Regüle çıkışı : 3.17V
Mouse ışığı yanarken : Modül OUT 4.06V, Regüle çıkışı : 3.17V
Kullanıldıktan sonra Mouse problem yaratmaya başladığında
Mouse ışığı yanarken : Modül OUT çıkışı :  3.3V,   Regüle çıkışı ise 2.4V
Bu kadar az kaldığında 1V luk bir düşüşün büyük önemi var. Bundan dolayı Regüle entegresi yerine Zener diyot takılarak 3V koruma yapılırsa çok daha iyi olabilir.

3-) Şayet pili hem doldurup hem de 5V olarak kullanmak istiyorsanız aşağıdaki gibi step up denilen modülü alabilirsiniz. bu modülde 1. USB girişi, micro soketidir. Sadece şarj ederken kullanılır. 2. USB girişi ise USB A tipidir. Bu da 5V kullanmak istediğiniz devreye bağlanması için kullanılır.
POWERBANK‘ların içerisindeki şarj devresi bunun benzeridir. Akıma göre devre değişiklik gösterebilir.

Benim kullandığım tekli lipo pil olduğundan 3.7V luk 1S kategorisine giren pildir.
Buradaki 1S,2S birbirine seri bağlanmış pil sayısını göstermektedir.
Tek pil 3.7V ise bize 5V ve üzeri gerekiyorsa 2 pili seri bağlayarak aynı anda kullanabiliriz. Bu şekilde pillere 2S denilmektedir.
Lipo Pil Çeşiteleri : Burada seri bağlama çoğaldıkça pil gerilimleri toplanmaktadır. 
1S 3.7V LiPo
2S 7.4V LiPo
3S 11.1V LiPo
4S 14.8V LiPo
5S 18.5V LiPo
6S 22.2V LiPo

Bununla birlikte daha yüksek akım kullanmak isterseniz pilleri paralel bağlayabilirsiniz. ( Bu durumda pillerinizin yeni olması ya da birbirine eşdeğer kapasitesi olmasına dikkat etmeniz yerinde olur. Birisi daha erken bitiyorsa doğru bir deşarj olmayacağını söyleyebiliriz.)

Burada bir de şarj devrelerinden bahsetmemiz gerekir. Şayet 1S piliniz varsa TP4056 şarj modülü size yeter. Fakat 2S veya daha fazla seri pil kullanıyorsanız dengeleme (BMS, balance) şarj devrelerini kullanmanız gerekecektir.

Her ne kadar pratikte tp4056 ları birleştirme şekline göre 2S ve daha fazla birleştirmeli piller şarj edilmeye çalışılsa da bunun doğru yolu, bu dengeleyici şarj modüllerini kullanmaktır.

Aşağıda bazı yardımcı olacak siteler verilmiştir.
https://320volt.com/li-ion-pil-sarj-entegreleri-mcp73831-tp4056/

Site2_Link : 

Site3_link : 

Site4_link : Drone da lipo pil kullanımı.

Site5_link: LİPO pillerin içerisindeki koruma devreleri. ( Fakat bazı üreticiler, bunu ucuz olsun diye koymayabilir. Tüm pillerde var diye düşünmeyin. )

Not: Şarj ve deşarj etmek için gerekli akımları hesaplamak için pilinizin özelliklerine bakmalısınız. Benim pilim 180mAh lik bir pildir. Bunun anlamı pile bağlı devre 180mA akım çekiyorsa piliniz 1 saat sonra bitmiş olacaktır. Bu bitmiş kelimesini detaylandırırsak, LİPO piller 3.7V ile gösterilmekle birlikte tam şarj olduğunda 4.2V olarak ölçülür. Pilin güvenli olarak deşarj edilirken 3V civarına kadar deşarj olduysa pil yeniden şarja bağlanmalıdır. ( Benim kullandığım pilde bu gerilim 2.75V tur.) Bu gerilimin altına düştüğünde tekrar şarj etmeye çalışsanız bile artık bozulmaya başlamış olacaktır. Bundan dolayı kapasitesinden fazla akım çekmeyin hatta gerilim minimum deşarj gerilimine geldiğinde kullanıcıyı uyaracak bir devre koyabilirsiniz. TP4056, üzerinde bulunan DW01A entegresiyle şarj deşarj için güvenlik sağlar. Bunlar over protection denilen limit aşımı korumalarıdır. Aşağıdaki tabloda Üst Limit değerin üstüne çıkıldı mı, Limit değerin altına inildi mi diye her an kontrol edilen değerleri bulacaksınız. LİPO pilimizi güvenli olarak kullanmak istiyorsak Benim kullandığım şarj deşarj korumalı bir modül almanızı tavsiye ederim. Tabii ki sadece 1S Lİ-PO ve Lİ-ION piller için. Ayrıca her ne kadar korumalı gibi görünse de üzerindeki TEMP ucu GND ye bağlandığından sıcaklık kontrolü yapılamayacaktır. Bunu da yukarıda anlattığım gibi dışarıdan NTC bağlayarak sağlamanız yerinde olacaktır.

Şunu da unutmamanız gerekiyor. 18650 piller yapıları gereği, normal piller gibi kullanılmaya müsaittir. Bunları şarj edip direkt olarak kontrolsüz bir şekilde devrenize bağlarsanız. Hem LİPO pillerin minimum deşarj voltajını kontrol etmeyip zarar verebilirsiniz hem de akım kontrolü yapmıyorsanız, kapasitesinden fazla akım çekip ısınmasına ve yanmasına sebep olabilirsiniz. Bundan dolayı pilinizi şarj ederken ve kullanırken kontrollü modülleri tercih edin. Ayrıca bu  tip modüllerde TERS bağlama koruması olmadığını da unutmayın. 

ÇEVRECİ MOUSE YAPIMI: ( LİPO pillerle kullanarak defalarca şarj ederek çevreyi bitmiş kuru pillerle kirletmemiş olacağız. Eski tip şarjlı piller ile de kullanabilirsiniz. Sorun yok ama eski tip şarjlı pillerin akım kapasitesi normal pillere göre düşük olabilecektir ve daha kısa sürede sök tak yapmaya başlayabilirsiniz. Ben 180mah Li-Po kullandım ama sizler daha yüksek kapasiteli piller kullanabilirsiniz. Hatta yeriniz müsaitse 18650 Li-Ion piller de kullanabilirsiniz. )
Aşağıdaki yazıyı okumadan önce Atık pillerin çevreye olan etkilerini buradan okuyabilirsiniz. 

Devre yukarıda anlatıldığı gibi tp4056 hem şarj hem de kontrollü çıkış sağlayan modülden oluşmuştur. Pil üzerinde sıcaklık kontrol sensörü olmadığı için 10K(20Co) NTC yi yukarıda belirttiğim gerilim bölücü devresiyle tp4056 entegresinin 1 nolu bacağına bağladım. NTC yi ise pilin gövdesine yapıştırdım. Pil ile şarj modülünü pil yuvasına koydum. Bunun sebebi pilde bir sıcaklık ya da sorun olduğunda ilk anda elimize zarar vermemesi içindir. Bu şekilde bağladığımda ise şarj edebilmek için bir usb mikro şarj soketi, mouse kenarından dışarıya doğru takıldı. bunun bağlantısı ise modülün IN yazan uçlarına takıldı. Sonrasında modülden çıkan 4.2V gerilimin 3V ile çalışan mouse devresine zarar vermemesi için ams1117 3.3V modüle bağlandı, 3.3V modül çıkışı 3V mouse devresine bağlandı.

1 nolu bacağı PCB üzerinden çıkardığınızda çok kırılgan olacaktır. Bundan dolayı ince ve yumuşak bir kabloyu önce ucu yetişecek şekilde pcb ye silikonla ya da bantla yapıştırın. lehimledikten sonra kablo oynadığında bacak kırılabilir. Tamiri daha zor olabilir. Kablo sağlamlaştıktan sonra 1 nolu bacağa lehimleyin.

 

 

kullanılan micro usb şarj adaptörü modülün pil yuvasına konulmasından dolayı şarj girişi oluşturmak içindir. 3.3V modül ise sağ taraftaki ledli modüldür. istenildiğinde pil tasarrufu için modülün ledi sökülebilir.
En üstte beyaz bant ile bağlanmış kısım anahtar konulmak istenirse anahtar bağlanması için bıraktığım kablodur. birbirine direkt bağlıdır. pil sarfiyatını sıfıra indirmek için uzun süreli kullanım dışı bırakılacaksa küçük bir smd sdpt switch takılabilir.
Modüle NTC havada bağlantı yapıldı. Bunları monte ederken yalıtmanız gerekir. kısa devre olması durumunda zarar verebilir.

Kullandığım Micro USB adaptör link. 

Kullandığım 3.3V modül link. 

Kullandığım NTC sensör link. 

MOUSE TEST SONUCU :

26 saat sonra tekrar şarj etmek gereği duyuldu. Toplam saatin 6 saati çalışarak 20 saati uykuda bekleyerek geçti.

Çalışmayı durdurduğunda Modül OUT : 3.30V   Regülatör OUT : 2,4V Bu düşümün sebebi 3.3V regülatör farkıdır.
Regülatör yerine zener kullanılırsa daha iyi olabilir. Ama mouse yine 3V aşağısında tp4056 modülü tarafından kapatılacağı için çalışmayacaktı. Nedeni ise LİPO pillerin güvenli deşarj gerilimi minimum 3V civarı olmasıdır. Benim kullandığım pil 2.75V ta kadar çalışabileceğini söylese de genelde 3V güvenli deşarj limitidir.
Pil gerilimi bu noktaya düşünce kesileceği için 180mah lik pilim ne kadar akım harcıyor. 180mah demek 1 saatte 180mA çekiyorsa, 1 saat sonra tekrar şarj edilmeye ihtiyaç duyması demektir. 26 saatin 20 saati bekleme olmasına rağmen çok küçük akım çektiği düşünülürse 6 saatlik bir çalışma zamanı, gerçek akım çekme zamanıdır diyebiliriz. Yani 180mA 6 saate bölündüğünde 30mA akım çekiliyor diyebiliriz. Bu da normaldir. Çünkü zaten 20mA civarı ledin akımıdır. 10mA kısmı da devre ve kablosuz kısım çekiyordur. Bundan dolayı pillerinizi seçerken dikkatli seçin. tabii ki fiziki boyutlarını da dikkate almalısınız. Pili mouse içerisine koyacaksanız.
Normal alkali piller yaklaşık 800-1200mAh ömrü olan pillerdir. Bu piller uzun süre dayanmaktadır. 1200mAh olanlar, yaklaşık 40 saat çalışmaya dayanabilmektedir. (bekleme durumu hesaba katılmadan)  Mouse büyükse 18650 piller vardır. Bunlarda 3.7V li-ion pildir. Bunlardan kullanılırsa daha uzun sürede şarj yapılmaya ihtiyaç duyulur. 18650 piller 2000mAh ve daha yukarı kapasiteye sahip olabiliyor. Li-Po pillerdede daha yüksek akımlar olsa da paket boyutları değişebilmektedir. 

Artık bu kadar bilgiden sonra siz de çevreci mouse yapmak isterseniz uygun bir pil ile kendiniz değişiklikleri yapabilirsiniz. 

ŞARJ işlemleri ve piller hakkında daha ayrıntılı bilgisi olan varsa, Yazıda eksik bulunulan yerler varsa, yorum kısmına bilgileri ekleyerek yazıda eksik olduğudüşünülen yerleri tamamlayabilir. 

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir