Der TP4056 ist ein kompakter Lade-IC, der für einzellige Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien entwickelt wurde. Er steuert den Ladevorgang durch Konstantstrom und konstante Spannung, mit automatischer Beendigung bei 4,2 V. Die Module verfügen häufig über einen USB-Eingang, LED-Anzeigen und optionale Schutzschaltungen. Dieser Artikel enthält detaillierte Informationen zu Spezifikationen, Ladevorgang, Verkabelung, Sicherheit und Anwendungen.
Abbildung 1. TP4056 Modul
Übersicht über das TP4056-Modul
Der TP4056 ist ein linearer Lade-IC, der für einzellige Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien entwickelt wurde. Es regelt Spannung und Strom, um ein sicheres Laden zu gewährleisten, und stoppt automatisch, sobald die Zelle 4,2 V erreicht. Es ist üblicherweise in vorgefertigte Lademodule integriert und vereinfacht das Batteriemanagement, indem es einen USB-Eingang (Micro-USB oder Typ-C), durchsichtige Anschlusspads für 5-V-Eingangs- und Batterieklemmen sowie LED-Anzeigen für den Ladestatus bietet. Einige Modulversionen verfügen auch über integrierte Schutzschaltungen zum Schutz vor Überladung, Tiefentladung und Kurzschlüssen.
TP4056 Elektrische Spezifikationen
| Parameter | Typischer Wert / Bereich |
|---|---|
| Eingangsspannungsbereich | 4,0 V – 8,0 V (maximal 8 V) |
| Ladungsabschlussspannung | 4,2 V ± 1,5 % |
| Maximaler Ladestrom | Bis zu 1 A (über Widerstand einstellbar) |
| Erhaltungsspannung (Pte-Ladung) | Über 2,9 V |
| Abschlussstrom | Etwa 0,1 × I\_CHG (C/10) |
| Thermische Abschaltung | \~145 °C (automatische Regelung) |
Komponenten des TP4056 Moduls
Jeder Teil des Moduls spielt eine bestimmte Rolle bei der Steuerung der Spannung, der Stromverwaltung und dem Schutz der Batterie.
TP4056 IC
Der TP4056 IC ist das Herzstück des Moduls und für die Steuerung des gesamten Ladevorgangs verantwortlich. Der Chip regelt automatisch Spannung und Strom, stoppt den Ladevorgang, wenn der Akku voll ist, und startet neu, wenn die Spannung abfällt.
Schutzschaltung (DW01A + 8205A MOSFETs)
Die meisten TP4056-Module enthalten einen DW01A-IC und zwei 8205A-MOSFETs, die ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS) bilden. Dieser Abschnitt schützt die Batterie vor Überladung, Tiefentladung, Kurzschlüssen und übermäßigem Strom. Er schaltet die Last automatisch ab, wenn die Spannung zu niedrig ist, und schaltet sich wieder ein, sobald die Batterie wieder sicher verwendet werden kann. Dies gewährleistet sowohl die Sicherheit des Benutzers als auch die Lebensdauer des Akkus.
Micro-USB- oder Typ-C-Eingang
Der Eingangsanschluss liefert den für den Ladevorgang erforderlichen 5 V Gleichstrom. Es kann an ein USB-Ladegerät, eine Powerbank oder einen Computer angeschlossen werden. Die meisten Module verwenden einen Micro-USB-Anschluss, während neuere Versionen einen Typ-C-Anschluss für moderne Kompatibilität enthalten. Der Anschluss wird mit den Pins IN+ (VCC) und IN– (GND) verbunden und versorgt den Ladekreis stabil mit Strom.
Anzeige-LEDs
Das Modul verfügt über zwei LEDs, die den Ladezustand anzeigen. Die rote LED leuchtet auf, wenn der Akku geladen wird, während die grüne oder blaue LED aufleuchtet, sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist oder kein Akku erkannt wird. Diese Anzeigen, die von den internen Stiften des TP4056 gesteuert werden, erleichtern die Überwachung des Prozesses ohne externe Werkzeuge.
PROG Pin-Widerstand
Ein kleiner Widerstand am PROG-Pin bestimmt den Ladestrom. Ein 1,2-kΩ-Widerstand stellt beispielsweise den Strom auf etwa 1 A ein, während 2 kΩ etwa 580 mA liefert. Durch Einstellen dieses Widerstands können Sie die Ladegeschwindigkeit basierend auf der Batteriegröße und den Sicherheitsanforderungen steuern.
Kondensatoren
Zwei Entkopplungskondensatoren - einer über dem Eingang und einer über den Batterieanschlüssen - helfen, Spannungsrauschen zu filtern und den Stromfluss zu stabilisieren. Diese Kondensatoren, die typischerweise zwischen 1 μF und 10 μF liegen, sorgen für eine reibungslose Ladung und schützen die Schaltung vor plötzlichen Leistungsschwankungen.
PCB- und Kupfer-Leiterbahnen
Alle Komponenten sind auf einer Leiterplatte (PCB) mit Kupferleiterbahnen montiert, die den Widerstand minimieren und zur Wärmeverteilung beitragen. Einige Versionen verfügen über thermische Durchkontaktierungen für eine bessere Wärmeableitung während des Hochstromladens, um einen stabilen und langfristigen Betrieb zu gewährleisten.
TP4056 Ladevorgang
Erhaltungsladung (~2,9 V oder niedriger)
Wenn eine Batterie sehr schwach ist, beginnt der TP4056 mit einem kleinen Strom. Dieses Stadium wird als Erhaltungsladung bezeichnet. Er hebt die Batteriespannung langsam auf ein sicheres Niveau an, bevor der normale Ladevorgang beginnt. Dadurch wird eine Beschädigung von tiefentladenen Batterien vermieden.
Konstantstrom (CC-Modus)
Sobald der Akku wiederhergestellt ist, liefert der TP4056 einen konstanten Ladestrom. Der genaue Wert wird durch den externen PROG-Widerstand eingestellt, oft 500 mA oder 1 A. Diese Phase ist der schnellste Teil des Ladevorgangs und stellt den größten Teil der Batteriekapazität wieder her.
Konstante Spannung (CV-Modus)
Wenn die Batterie fast voll ist, schaltet der TP4056 in den Konstantspannungsmodus. Die Spannung wird bei 4,2 V gehalten, während der Ladestrom langsam abnimmt. Auf diese Weise kann der Akku sicher geladen werden, ohne die Spannungsgrenze zu überschreiten.
Kündigung
Der Ladevorgang endet automatisch, wenn der Strom auf etwa ein Zehntel des programmierten Wertes abfällt. Das Anhalten an dieser Stelle trägt dazu bei, die Batteriebelastung zu reduzieren, Überhitzung zu vermeiden und die Gesamtlebensdauer der Batterie zu verbessern.
TP4056 Modulvarianten
TP4056 ohne Schutz
| Funktion | Einzelheiten |
|---|---|
| Steuerung des Ladevorgangs | Verarbeitet nur das Aufladen, keine Sicherheitsfunktionen außer dem TP4056 IC selbst. |
| Schutzschaltungen | Nicht im Lieferumfang enthalten (keine Überladung, Tiefentladung oder Kurzschlusssicherheit). |
| Gestaltung | Kleiner, einfacher und in der Regel kostengünstiger. |
| Bester Anwendungsfall | Geeignet, wenn die Batterie bereits über ein eigenes BMS (Battery Management System) verfügt oder wenn ein externer Schutz hinzugefügt wird. |
TP4056 mit Schutz
| Funktion | Einzelheiten |
|---|---|
| Steuerung des Ladevorgangs | Gleiche Ladefunktion wie beim Basis-TP4056. |
| Schutzschaltungen | Enthält DW01A-Controller und FS8205A MOSFETs. Bietet Schutz vor Überladung, Tiefentladung und Kurzschluss. |
| Gestaltung | Etwas größeres Board, sicherer für den allgemeinen Gebrauch. |
| Bester Anwendungsfall | Ideal für Anfänger, DIY-Projekte und Standalone-Zellen (z. B. 18650-Batterien ohne eingebauten Schutz). |
TP4056 Schaltpläne und Verkabelung
Dieses Bild zeigt eine TP4056-Lademodulschaltung, die auf einem Steckbrett verdrahtet ist und an das eine Lithium-Ionen-Batterie angeschlossen ist. Der USB-5-V-Eingang stellt die Ladequelle bereit, die über die IN+- und IN-Pins des Moduls eingeschaltet wird. Die Batterie wird an die Klemmen OUT+ und OUT– angeschlossen, wobei der Ladevorgang über den TP4056 IC erfolgt. Das Modul verfügt außerdem über LED-Anzeigen (STAT1/STAT2), die den Ladestatus anzeigen, rot für den Ladezustand und blau/grün für vollständig aufgeladen.
Zur Temperaturüberwachung ist ein NTC-Thermistor enthalten, der ein sicheres Laden gewährleistet, indem der Vorgang unterbrochen wird, wenn die Batterie überhitzt. Die Ausgangsklemmen laden nicht nur die Zelle, sondern können auch eine externe Last mit Strom versorgen, wie bei der im Setup angeschlossenen LED zu sehen ist. Dies demonstriert die Fähigkeit des Moduls, sowohl die Batterie zu laden als auch gleichzeitig Strom zu liefern.
TP4056 Häufige Probleme und Fehlerbehebungen
| Ausgabe | Beschreibung & Lösung |
|---|---|
| LED-Anzeige funktioniert nicht | Überprüfen Sie, ob das TP4056-Modul, die Batterie und die Stromquelle richtig und mit der richtigen Polarität angeschlossen sind. Eine lose Verkabelung oder eine beschädigte LED/ein beschädigter Widerstand führt häufig zum Ausfall. Tauschen Sie defekte Komponenten aus und bestätigen Sie feste Lötstellen. |
| Langsames Aufladen | Langsames Laden resultiert in der Regel aus einem niedrigen Eingangsstrom oder Spannungsabfällen. Verwenden Sie eine stabile Stromquelle mit 5 V / 1 A (oder höher), ein kurzes USB-Kabel und stellen Sie sicher, dass der PROG-Widerstand den richtigen Strom einstellt. Vermeiden Sie dünne oder korrodierte Stecker. |
| Überhitzung | Der TP4056 erwärmt sich zwar leicht, aber übermäßige Wärme signalisiert einen schlechten Luftstrom oder einen hohen Strom. Halten Sie die Platine belüftet und reduzieren Sie den Strom, indem Sie den Wert des PROG-Widerstands erhöhen. Anhaltende Überhitzung kann die Lebensdauer der Komponenten verkürzen. |
| Unterbrechungen des Ladevorgangs | Eine instabile Stromversorgung oder lose Anschlüsse stoppen oft unerwartet den Ladevorgang. Verwenden Sie ein zuverlässiges Gleichstromnetzteil anstelle der USB-Stromversorgung des Computers und stellen Sie sicher, dass alle Kabel und Anschlüsse fest verschlossen sind. |
| Akku hält keine Ladung | Batterien, die sich schnell entladen, können gealtert oder von geringer Qualität sein. Verwenden Sie immer Original-Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Zellen und vermeiden Sie Tiefentladungen unter 3 V. Ersetzen Sie abgenutzte Batterien, um eine zuverlässige Kapazität zu gewährleisten. |
| Modul startet nicht | Wenn der Ladevorgang nicht startet, vergewissern Sie sich, dass die Eingangsspannung 4,5 V bis 5,5 V beträgt. Beschädigte USB-Anschlüsse, schlechte Lötung oder ein fehlerhafter TP4056-IC können dafür verantwortlich sein. Überprüfen Sie die Anschlüsse und tauschen Sie das Modul bei Bedarf aus. |
| Überladung der Batterie | Eine Batterie, die 4,2 V überschreitet, deutet auf einen defekten IC oder eine falsche Spannungsreferenz hin. Beenden Sie den Ladevorgang sofort und tauschen Sie das Modul aus. Überprüfen Sie die Ausgangsspannung vor der Wiederverwendung immer mit einem Multimeter. |
| Beide LEDs AN oder flackern | Wenn sowohl die "Lade"- als auch die "volle" LED aufleuchten oder flackern, liegt das Problem an einem instabilen Eingang oder schlechten Lötstellen. Löten Sie schwache Verbindungen neu und verwenden Sie eine stabile 5-V-Stromquelle für einen gleichmäßigen Betrieb. |
| Modul erkennt Batterie nicht | Tiefentladene Zellen unter 2,5 V werden möglicherweise nicht erkannt. Laden Sie den Akku vorsichtig bei 4,2 V / < 100 mA vor, bis die Spannung 3 V überschreitet, und schließen Sie ihn dann zum normalen Laden wieder an. |
| Kurzschluss oder Rauch | Rauch oder Erwärmung deuten auf Verpolung oder Verdrahtungsfehler hin. Überprüfen Sie vor dem Einschalten alle Verbindungen. Verwenden Sie Module mit DW01A- und 8205A-MOSFETs für den integrierten Schutz vor Kurzschlüssen und Überstrom. |
TP4056 Anwendungen
• Tragbare Elektronik: Versorgt wiederaufladbare Geräte wie Kameras, MP3-Player und Handheld-Tools mit Strom.
• DIY-Batteriepacks: Ideal für kundenspezifische Batteriebaugruppen in kleinen Geräten und in der Robotik.
• Batteriemanagementsysteme: Übernimmt die Ladesteuerung in lithiumbasierten Batteriekonfigurationen.
• Powerbanks: Wird in tragbaren Ladegeräten zum Aufladen von Telefonen und kleinen Geräten verwendet.
• Solarladegeräte: Funktioniert mit Sonnenkollektoren für erneuerbare, tragbare Stromversorgungssysteme.
• Arduino- und IoT-Projekte: Bietet reguliertes Laden für Mikrocontroller-basierte Tracker, Sensoren und Datenlogger.
• Notstromversorgung: Hält wichtige Geräte bei Stromausfällen am Laufen.
• Audio- und Beleuchtungsgeräte: Versorgt wiederaufladbare Lautsprecher, Verstärker, Taschenlampen und Lampen mit Strom.
• Tragbare und intelligente Geräte: Werden in Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Fitnessbändern und intelligenten Schlössern verwendet.
• Educational Kits: Üblich in Lernprojekten für Anfänger aufgrund der einfachen USB-Aufladung und der LED-Anzeigen.
Fazit
Das TP4056-Modul bietet ein sicheres und effizientes Laden von Lithiumbatterien. Mit Funktionen wie einstellbarem Ladestrom, Statusanzeigen und optionalem Schutz eignet er sich gut für viele batteriebetriebene Projekte. Die ordnungsgemäße Verwendung von Widerständen, Verkabelung und Temperaturüberwachung gewährleistet eine zuverlässige Leistung und eine längere Batterielebensdauer, was den TP4056 zu einer vertrauenswürdigen Wahl für kompakte Ladelösungen macht.
Häufig gestellte Fragen
Frage 1. Kann das TP4056 mehrere Akkus laden?
Nein. Es lädt nur eine Zelle auf. Verwenden Sie ein BMS für Multi-Cell-Packs.
Frage 2. Wie hoch ist der Standby-Strom des TP4056?
Sehr niedrig, in der Regel ein paar Mikroampere.
Frage 3. Unterstützt der TP4056 Schnellladungen wie QC oder PD?
Nein. Es funktioniert nur mit einer festen 5 V Versorgung.
Frage 4. Erzeugt der TP4056 während des Ladevorgangs Wärme?
Ja. Es leitet zusätzliche Spannung als Wärme ab, was sich bei hohen Strömen stärker bemerkbar macht.
Frage 5. Kann der TP4056 direkt mit Solarmodulen betrieben werden?
Nicht zuverlässig. Verwenden Sie einen Regler für einen stabilen 5-V-Eingang.
Frage 6. Welche Akkugröße kann das TP4056 aufladen?
Beliebige Kapazität, solange der Ladestrom mit dem PROG-Widerstand korrekt eingestellt ist.