Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TP4056 Polarity protection


von Drago S. (mratix)


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Hallo zusammen,

ich mag das TP4056 Modul besonders und verwende es fast überall. Leider 
kommt es oft vor, dass ich den Akku unachtsam verkehrt herum einsetze. 
So schnell kann man gar nicht schauen oder reagieren, wie der TP4056 in 
Rauch aufgeht. Das ist mir bestimmt schon 10x passiert. Die Bauform der 
18650 ist wirklich zum kotzen.

Was ich mir nun vorgenommen habe, schleunigst alle Module mit einem 
Verpolschutz auszustatten. Dabei dachte ich an eine kleine Erweiterung, 
direkt an die B+/B- Pins anzulöten, oder als Kabel-Zwischenstück, o.ä. 
auszuführen.

Eine simple Schaltung gibts z.B. hier: 
http://praktische-elektronik.dr-k.de/Projekte/Elektronische-Sicherung/Elektronische-Sicherung.html
Ich dachte an die erste, im Bild 1.

Meine Bastelkiste gibt gerade folgendes her:
P-ch. AO3401, AO4407;
N-ch. 2N700x, BS170, BSH108, BSS138, AO3400, AO4407
kann ich die verwenden?

Dann stellt sich die Frage, ob und in wie weit ein permanent vorhandener 
Verpolschutz den Ladeprozess (Ladespannung, -strom) beeinflussen würde.

Was mich allg. noch interessieren würde, was da genau hopps geht (beim 
verkehrten Einsetzen)? Ich dachte immer es sei der FS8205A 
Doppel-MOSFET.
Aber die verbratenen Module haben unterschiedliche Fehlerbilder.
Bei den meisten ist die Lade-LED tot, bei anderen scheint der Eingang 
abzurauchen, bei dritten wieder leuchten die LEDs, geben eine 
Ladespannung aber keinen Ladestrom an den Akku.

von Dieter (Gast)


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Das IC taktet und je nach Punkt im Zyklus falsch angeschlossen wurde, 
knallt es unterschiedlich.

Mosfet und Kurzschlussdiode sollten reichen. Ladeschluss 0.1V frueher 
laesst sogar die Zellen laenger leben, dh mehr Zyklen.

von Dieter (Gast)


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Eine Grosspackung 500Stck 2A flink Feinsicherung und Diode als Bypass 
ginge auch.

von Manfred (Gast)


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Dieter schrieb:
> Eine Grosspackung 500Stck 2A flink Feinsicherung
> und Diode als Bypass ginge auch.

Mache ich in diversen Anwendungen so. Deine Beschreibung ist etwas 
knapp, ich male das mal auf.

Der Typ der Diode, ich bevorzuge Schottky, ist leidlich egal - die muß 
nur ein mehrfaches des Sicherungswertes für einige Sekunden tragen 
können. MBR745 im TO-220 hatte ich gerade greifbar, weil Pollin die mal 
günstig verhökert hat.

von Manfred (Gast)


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Manfred schrieb:
> ich male das mal auf

Warum ist mein .png kaputt - ich erzeuge das nochmal auf anderem Wege.

von Drago S. (mratix)


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Ach, die simple Ausführung mit Diode+Sicherung würde schon ausreichen? 
Das wäre noch genialer.

Ich guck mal wie es am besten ins Gerüst passt. Direkt am Modul oder 
doch neben/hinter dem 1S-Fach. Verbaut habe ich überall XH-2 
Stecker/Buchsen. Irgendwo muss ich auftrennen.

Überlegt habe ich auch schon, die Module zu sockeln. Die kosten ja nix. 
Da ist das auslöten aufwendiger :)

Dieter schrieb:
> Das IC taktet und je nach Punkt im Zyklus falsch angeschlossen wurde,
> knallt es unterschiedlich.
Aah, das macht Sinn.

von nurmalso (Gast)


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> Ach, die simple Ausführung mit Diode+Sicherung würde schon ausreichen?
> Das wäre noch genialer.

Man braucht nur einen einzigen MOSFET.

Mister A. schrieb:
> Eine simple Schaltung gibts z.B. hier:
> 
http://praktische-elektronik.dr-k.de/Projekte/Elektronische-Sicherung/Elektronische-Sicherung.html
> Ich dachte an die erste, im Bild 1.

Genau!
PMOS mit Drain an B+ wie im Bild 1
oder alternativ
NMOS mit Drain an B-

Der verwendete MOSFET muss einen kleinen RdsON haben (< 50mOhm).

von Manfred (Gast)


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Mister A. schrieb:
> Ach, die simple Ausführung mit Diode+Sicherung würde schon ausreichen?
> Das wäre noch genialer.

Das habe ich mehrfach so aufgebaut und es funktioniert. Am Rande ergibt 
sich noch ein Erziehungseffekt: Wenn ich wieder zu doof war, muß ich 
eine Sicherung wechslen :-)

nurmalso schrieb:
> 
http://praktische-elektronik.dr-k.de/Projekte/Elektronische-Sicherung/Elektronische-Sicherung.html
>> Ich dachte an die erste, im Bild 1.
> Genau!

Mit der Schaltung habe ich ein Problem: Der IRML6402 hat eine Diode, so 
wie im Schaltplan, geht da immer Strom durch, auch falsch gepolt 
rückwärts.

von nurmalso (Gast)


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Manfred schrieb:
> Mit der Schaltung habe ich ein Problem: Der IRML6402 hat eine Diode, so
> wie im Schaltplan, geht da immer Strom durch, auch falsch gepolt
> rückwärts.

Stimmt, Du hast recht!
Ein MOSFET wird in diesem Fall ja immer vom Ladegerät aufgesteuert.
Diese Schaltung kann man hier also nicht verwenden.

Was man machen könnte:
Ein Relaiskontakt zwischen Lader+ und Akku+.
In Reihe zur Spule des Relais eine Diode.
Das Relais wird vom eingelegten Akku aktiviert, und zwar nur dann,
wenn dieser richtig gepolt eingelegt wurde.
Freilaufdiode nicht vergessen (antiparallel zur Spule).

Man braucht also 1 3V-Relais und 2 Dioden.
Der Strom, den das Relais braucht, subtrahiert sich vom Ladestrom.

von nurmalso (Gast)


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nurmalso schrieb:
> Das Relais wird vom eingelegten Akku aktiviert, und zwar nur dann,
> wenn dieser richtig gepolt eingelegt wurde.

Merke gerade, daß das Relais ja angezogen bleibt, wenn der Akku 
entnommen wird.
Geht also auch nicht.

Also doch die Ausführung mit Diode + (flinke!) Sicherung.

von Drago S. (mratix)


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Guten morgen,

ich schreibe Stichpunktartig schnell was zusamnen , bevor ich weg 
muss...

- Habe gestern abend provisorisch die reverse polarity protection 
eingebaut.
- Diode (glaube eine MBR120) + Sicherung 1.1A an ein 
Batterie-Steckplatz, de facto parallel zum Akku gesteckt.
- Ins Bett gegangen bei ca. 3.5V Restspannung
- Heute früh der große Schreck, mini-Voltmeter zeigt 2.62V. = 
Tiefentladung! Wo war die Undervoltageprotection des TP4056?
- vorab: Nein, die Diode wurde NICHT falsch eingebaut.
- etwas hat über Nacht alle Akkus 1S9P gesamt ~4500mAh leer gesaugt
- Direktversorgung angeschlossen, nach ca. 10-15min stieg die 
Akkuspannung langsam wieder bis auf 3V. Puuuh Glück gehabt.
- Bei 2.84V wachte die Wetterstation wieder auf
- bei 3.15V begann der Ladeprozess, schlug auf 3.23V um und zieht wieder 
konstant 0.96A...

Was könnte da schief gelaufen sein?
Nochmal: Diode wurde nicht in Durchlassrichtung eingebaut.

von Drago S. (mratix)


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Aaargh, Hirn wach auf!
>Parallel statt dazwischen.
Aber trotzdem, wie konnte im Batteriekreis allein durch 
Sicherung+Diode eine direkte Tiefentladung stattfinden?

von Malte (Gast)


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Mister A. schrieb:
> Guten morgen,
>
> ich schreibe Stichpunktartig schnell was zusamnen , bevor ich weg
> muss...
>
> - Habe gestern abend provisorisch die reverse polarity protection
> eingebaut.
> - Diode (glaube eine MBR120) + Sicherung 1.1A an ein
> Batterie-Steckplatz, de facto parallel zum Akku gesteckt.

Günstige Diode direkt aus China? Eventuell ein Ausschussexemplar mit 
sehr hohem Leakage Current.

> - Ins Bett gegangen bei ca. 3.5V Restspannung

Bei 3.5V Restspannung ist ein Li-Ion Akku praktisch leer, da sind dann 
nie und nimmer 4500mAh drin (siehe 
https://lygte-info.dk/info/BatteryChargePercent%20UK.html)

> - Heute früh der große Schreck, mini-Voltmeter zeigt 2.62V. =
> Tiefentladung! Wo war die Undervoltageprotection des TP4056?
> - vorab: Nein, die Diode wurde NICHT falsch eingebaut.
> - etwas hat über Nacht alle Akkus 1S9P gesamt ~4500mAh leer gesaugt

Der TP4056 Chip hat keine Undervoltageprotection, manche der TP4056 
Module eventuell schon, aber nur wenn zusätzlich ein Battery Protection 
IC (z.B. DW01) vorhanden ist. Beim DW01-P liegt die Overdischarge 
Protection Voltage Schwelle zwischen 2.3V und 2.5V, da wären deine 2.62V 
noch darüber.

> Was könnte da schief gelaufen sein?

Nicht raten, Akku vollladen und dann den Strom durch deine 
Parallelschaltung messen.

von HildeK (Gast)


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Manfred schrieb:
> Mit der Schaltung habe ich ein Problem: Der IRML6402 hat eine Diode, so
> wie im Schaltplan, geht da immer Strom durch, auch falsch gepolt
> rückwärts.

So auf Anhieb müsste die trotzdem funktionieren.
Voraussetzung ist aber, dass das Ladegerät links immer korrekt 
angeschlossen und auch in Betrieb ist. Ich hatte dich so verstanden, 
dass du gelegentlich die Akkus verkehrt herum einsetzt ...
Diese Schaltung war dafür gedacht, dass die Last bei Verpolung des 
Eingangs geschützt ist, daher auch die rote LED.
Ohne Spannung von links lutscht dir dann die LED den Akku auf Dauer leer 
und ev. nimmt auch das Ladegerät selber dann Strom auf.
Wenn du dann den Akku verkehrt herum einsetzt (auf der Uout-Seite), dann 
wird das Gate positiver als die Source und der FET sperrt.

von Dieter (Gast)


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Wenn der TP nur auf 500mA eingestellt wurde und der Vorwiderstand so 
bemessen wurde, dass mehr auch nicht ginge, dann wuerde die 
Mosfet-Variante bei falscher Polung des Akkus die Platine nicht sofort 
wegknallen. Eine enstellige Anzahl von Sekunden bliebe noch zu 
reagieren.

von Manfred (Gast)


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Malte schrieb:
> Der TP4056 Chip hat keine Undervoltageprotection,

Wir wissen nicht, welchen Typ Lademodul Mister A einsetzt. Sicher ist 
aber, dass der TP4056 bei fehlender Eingangsspannung keinen 
nennenswerten Strom zieht:
Beitrag "Re: Wie Li-Ion Tiefentladung verhindern?"

Bei dem reinen Ladeboard ohne Schutzschaltung ist es sogar noch weniger.

HildeK schrieb:
> Ich hatte dich so verstanden,
> dass du gelegentlich die Akkus verkehrt herum einsetzt ...

Die Frage stammt von Mister A., aber auch mir passiert das gelegentlich 
mal.

> Wenn du dann den Akku verkehrt herum einsetzt (auf der Uout-Seite), dann
> wird das Gate positiver als die Source und der FET sperrt.

Das Gate ist egal, weil die Diode zwischen D-S in Durchlassrichtung ist.

Wenn ich den Akku an Uin klemme und die Ladeschaltung an Uout, wäre die 
Diode im FET passend herum. Dann stellt sich mir aber die Frage, wer von 
Beiden am Gate gewinnt.

Ich bleibe bei meiner Simpellösung Sicherung-Diode, die ist seit Jahren 
bewährt und so oft passiert das ja nicht.

von Drago S. (mratix)


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Malte schrieb:
> Günstige Diode direkt aus China? Eventuell ein Ausschussexemplar mit
> sehr hohem Leakage Current.
Ja, anscheinend. Mit gleicher Charge hatte ich schon Probleme, als 
Bypassdiode, an den Solarzellen. Nach einem Tausch gegen dual SB1640R 
war alles gut.
Ich habe die Konstellation vorhin gemessen, tatsächlich fließen da 
rückwärts und anfangs ca. 2-4mA, sobald etwas Betriebstemperatur 
erreicht ist schwankt es bis auf stolze 17mA.
Die werden sofort entsorgt.

> da sind dann
> nie und nimmer 4500mAh drin
ja, ich habe es grob über den Daumen gepeilt. Bei diesem Testaufbau 
hängen seit ca. 2 Wochen 9 Nokia-Akkus 6x550+750+800+1800mAh. Jedenfalls 
war das Pack nie über Nacht so tief ins Minus gesunken.

> Beim DW01-P liegt die Overdischarge
> Protection Voltage Schwelle zwischen 2.3V und 2.5V, da wären deine 2.62V
> noch darüber.
Wenn der Verbraucher direkt und parallel an der Zelle sitz, kann die 
Overdischarge auch nicht greifen :) Die Parallelschaltung geht natürlich 
auf mein Dummheitskonto.
Aber gut zu wissen, wo die Schaltpunkte liegen.

Ich fahre heute Nacht einen 2. Test mit 1N5822 und 1S6P. Gerade baue ich 
noch noch einen Aufbau mit PMOS und den restlichen Zellen.

Manfred schrieb:
> Die Frage stammt von Mister A., aber auch mir passiert das gelegentlich
> mal.
Jaaa, mit zunehmenden Alter steigt die Fehlerquote :)

>> Der TP4056 Chip hat keine Undervoltageprotection,
> Wir wissen nicht, welchen Typ Lademodul Mister A einsetzt. Sicher ist
> aber, dass der TP4056 bei fehlender Eingangsspannung keinen
> nennenswerten Strom zieht
Dort wo ich eine Last/Verbraucher habe, setzte ich immer die protected 
Module, mit zusätzlichen Out, ein. Da gibt es nur die eine Version. 
Früher mit grüner, heute mit blauer LED.

Die 2. ältere Variante, mit miniUSB, sind pure Charger. Die sind ohne 
Protection und haben auch keinen Out.

Ist euch schon aufgefallen, dass beim TP4056 der positive Strang B+ und 
Out+ zusammenliegen? Geschaltet wird der negative B-/Out-.
Das gibt mir zu überlegen, warum eigentlich mit PMOS herangehen. Wäre da 
NMOS nicht sinnvoller?

@Carlo from Thread 
[Beitrag "Reverse Polarity Protection für Lipo"]
Hier ist noch eine schöne Seite mit verschiedenen polarity protection 
Vergleichen und Tests:
http://blog.deconinck.info/post/2017/12/22/18650-Battery-charger-reverse-polarity-protection

von Dieter (Gast)


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Es gibt noch eine wichtige Grenze beim Schutz mit Diode und Sicherung. 
Wenn der TP mit einem hohen Ladestrom betrieben wird, bei dem das Teil 
bereits schon bei einem Kurzschluss am Ausgang sofort abraucht, hilft 
das natürlich nicht mehr.

von Manfred (Gast)


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Dieter schrieb:
> Wenn der TP mit einem hohen Ladestrom betrieben wird, bei dem das Teil
> bereits schon bei einem Kurzschluss am Ausgang sofort abraucht,
Unsinn

Du kennst den TP4056?
Du hast gemessen, was passiert?
Du hast das Datenblatt angeschaut: "BAT Short-Circuit Duration: 
Continuous"?

In einfachen Worten: Bei Kurzschluß am Ladeadapter geht nichts kaputt. 
Macht auch Sinn, weil bei einer Klemmenspannung unter 3..2,8 Volt mit 
einem Zehntel Strom vorgeladen wird, hier messe ich knapp 100mA.

von Dieter (Gast)


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Wenn der TP mit der passenden Kombinatination mit Vorwiderstand, 
Einstellung des Stromes usw. aufgebaut wurde, dann so wie Manfred das 
schrieb ist das unsinnig. Er testete  sein TP Modul und machte um 
hundertprozentig sicher zu gehen einen Kurzschlusstest.

Vor wenigen Monaten gab es einen Thread, da stimmte mit den gekauften TP 
Modulen allerdings etwas nicht und gingen über den elektrischen Jordan.

Also um hundertprozentig sicher zu gehen, teste man den Kurzschlussfall. 
Für Jemanden der auf den Thread stoße mit anderen als diesen TP Modulen 
prüfe ob das Datenblatt auch die von Manfred geschriebenen Funktionen 
habe und testet das Verhalten beim Kurzschluss.

von Drago S. (mratix)


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Eine kurze Rückmeldung.

Der Test verlief erfolgreich. Keine Wunder und keine überraschende 
Entladung über Nacht. Die Sicherung löst im Fehlerfall auch aus. Das 
kann in Serie gehen.

Vielen Dank an Manfred, Dieter und alle Beteiligte.

Beim N/PMOS muss ich noch etwas experimentieren damit es (mit den 
vorrätigen Bauteilen) sauber hinhaut. Meine kleine MOFETs öffnen nicht 
komplett. Aber das ist nur Feinschliff.

Bin ich in der Annahme richtig, dass die MOSFETs so gewählt werden 
müssen dass Ic = 1A hat? Der TP4056 pumpt ja mit max. 1A rein.

Leider entfallen vielen kleinere Typen. Eine Möglichkeit das zu umgehen 
und sie trotzdem verwenden zu können wäre z.B. den Ladestrom-Widerstand 
am TP4056 zu ändern. Was auch den kleineren Li-Ion/LiPo gut tun würde.

von Dieter (Gast)


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Mosfets lassen sich mit weniger Aufwand als Transistoren parallel 
schalten, als Behellfslösung.

von Drago S. (mratix)


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Dieter schrieb:
> Mosfets lassen sich mit weniger Aufwand als Transistoren parallel
> schalten, als Behellfslösung.
Das wusste ich nicht.
So oder so?
Würde sich dabei etwas am RDSon ändern (theoretisch halbieren)?

von Dieter (Gast)


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Zweite Schaltung ist Reihenschaltung und ist daher ungeeignet.

Auf Grund der Streuung wird das die Parallelschaltung beider R_ds_on. 
Bei guter Selektion könnte 1/1,9, real wird eher 1/1,5...1/1,6 erreicht.

von Manfred (Gast)


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Dieter schrieb:
> Vor wenigen Monaten gab es einen Thread,
> da stimmte mit den gekauften TP Modulen allerdings etwas nicht
> und gingen über den elektrischen Jordan.

Es gibt mindestens zwei Chinesen, die den TP4056 fertigen. Ist ja 
erstmal nichts Besonderes, schließlich gibt es jede Menge Halbleiter von 
mehreren Herstellern. Die hier vorhandenen 4056 sind nicht von 
TopPower, egal, die fuktionieren.

Ob die reklamierten Steine wirklich schlecht waren oder vom Bastler 
mißhandelt wurden, lassen wir besser mal offen.

Mister A. schrieb:
> Der Test verlief erfolgreich. Keine Wunder und keine überraschende
> Entladung über Nacht. Die Sicherung löst im Fehlerfall auch aus. Das
> kann in Serie gehen.

Das darf so nicht gebaut werden, das ist zu einfach :-) Was mir nicht in 
de Kopf geht, dass es dermaßen schlechte Dioden gibt.

> Bin ich in der Annahme richtig, dass die MOSFETs so gewählt werden
> müssen dass Ic = 1A hat? Der TP4056 pumpt ja mit max. 1A rein.

Beim MOS-Fet gibt es keinen Collector, da heißt das Drain.

Die Angabe des Stroms ist beim FET ein Maximalwert, dar darf (und 
sollte) gerne größer sein als der, den Du tatsächlich nutzt. Ich nutze 
hier einen 24A-PMOS, um knapp 1mA zu schalten - weil ich von den Dingern 
ein paar Dutzend da habe.

Deine Aufgabe wird, den Widerstand des FET 'RDSon' mal den Strom in 
Leistung umzurechnen.

Der IRLML6402 garantiert bei -2,5V VGS max. 135 Milliohm RDSon, das gibt 
bei 1 Ampere 135 Milliwatt, die kann er ertragen.

Wenn man ernsthaft sucht, findet sich vermutlich ein FET mit geringerem 
Restwiderstand oder in einem größeren Gehäuse.

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