Caricatore per batterie LiIon.

Esistono da tempo diversi integrati dedicati alla carica di celle LiIon; i cinesi hanno prontamente realizzato alcune schedine a basso costo con ingresso da porta USB.

Interessanti si sono rivelate le scheda basate sul controller TP4056 e disponibili ad un costo anche inferiore ad un dollaro sui soliti siti (Aliexpress, Banggood, Taobao, Amazon, ecc).

Ad una estremità si trova un connettore USB micro-B di cui sono impegnati solo i pin di alimentazione l'alimentazione, che può essere comunque portata (o prelevata) anche attraverso due piazzole IN+ e IN-. Da notare che lo stampato prevede anche la possibilità di saldare un mini-B (ma tutte le schede viste in rete hanno comunque il micro-B). All'altra estremità ci sono due piazzole per il collegamento con la batteria. Due LED, uno rosso e uno blu indicano rispettivamente lo stato di carica e quello di fine carica.

Il controller TP4506 ha questo schema applicativo tipico:

Il controller può fornire fino a 1A di corrente di carica, programmabile con la resistenza Rprog e può anche tenere in considerazione la temperatura della batteria, misurata con la 'NTC che si trova integrata in molte batterie. Questa opzione non è presente nella scheda considerata: il pin TEMP non è usato e mancano le R1 e R2. C'è, invece, la resistenza di protezione in serie alla tensione di ingresso, del valore di 0.4ohm. L'alimentazione è prevista a 5V e la carica è conclusa a 4.2V misurati sulla batteria.

Questa scheda permette di disporre di un sistema di ricarica efficiente, miniaturizzato ed economicissimo, che può essere usato per nuovi progetti, ma anche validamente integrato di oggetti esistenti, permettendo la carica della batteria on-board da una comune presa USB.

Variando la R3 si potrà programmare una diversa corrente di carica. Si tratta di un elemento SMD formato 0805; volendola sostituire, occorrerà una certa cura e strumenti adeguati per non danneggiare il circuito stampato. Da tenere presente che, come solito, i dati forniti dai "cinesi" sono sempre molto ottimistici: in pratica per 1000mA il controller scalda abbastanza. TP4056 dissipa il calore attraverso il circuito stampato, che, però, essendo la scheda molto piccola, non ha una grande superficie. Per sicurezza occorrerebbe aggiungere un mini dissipatore o meglio, un transistor di buffer, entrambe soluzioni poco apprezzabili perchè modificare queste schede ultra economiche non è il massimo. Quindi, usando la scheda così come è, la corrente reale trattabile in massima sicurezza deve essere minore di 800mA. Da osservare che la corrente richiesta nella carica della batteria deve essere disponibile sul collegamento USB; la maggior parte delle comuni porte USB di un PC può trattare 250-500mA.   Se occorrono correnti maggiori sarà necessario utilizzare un alimentatore USB da rete.

Anche più interessante è la scheda indicata come SKU128289, sempre basata sullo stesso controller, ma che comprende anche un sistema di protezione della batteria.

Si tratta di un circuito stampato a doppia faccia analogo al precedente, ma sul quale è aggiunto il sistema di protezione realizzato con l'integrato DW01AN. ed un doppio MOSFET S8205A  Si tratta di componenti SMD di piccole dimensioni che consentono di contenere tutto il circuito su una superficie di circa 26 x 17mm. Sono sempre presenti i due LED di segnalazione. La batteria andrà collegata sulle piazzole B+ e B-, mentre il carico sarà collegato a OUT+ e OUT-.

Lo schema elettrico è più complesso.

L'alimentazione avviene attraverso un connettore USB micro-B ( ne esiste anche una versione con USB-C) oppure due piazzole IN+/IN-.
Manca la resistenza in serie all'alimentazione: probabilmente il progettista ritiene che la resistenza del cavo di collegamento con l'alimentatore sia sufficiente.

Il LED rosso LED2 indica la carica della batteria in corso. 
Il LED blu LED1 segnala la fine della carica.

R5 C2 è il filtro di alimentazione del DW01A, attraverso cui viene misurata la tensione sulla batteria. 
R6 protegge dall' inversione di polarità. La scheda può resistere all'inversione di polarità della batteria solo per un breve periodo, a causa del surriscaldamento del doppio MOSFET.

La protezione da sovraccarico di corrente è a due stadi ed entra in funziona per due parametri nominali: 
- la corrente di carico supera 27A per 3 µs 
- la corrente di carico supera 3A entro 10ms 
La protezione da sovraccarico della batteria entra in azione ad una tensione di 2,39V (da notare che ben poche batterie batterie possono essere scaricate in modo sicuro a una tensione così bassa). 

L'applicazione tipica è caricare la batteria senza interrompere l'alimentazione del carico

Un eventuale interruttore per spegnere il carico andrà inserito tra il modulo e il carico stesso. Da osservare che la corrente che richiesta deve essere disponibile sul collegamento USB.

Il circuito, provato con diverse batterie, dalle classiche 18650 a quelle piatte da 800/1050mAh, funziona piuttosto bene.

I problemi rilevati riguardano aspetti meccanici, ovvero il passo delle forature delle piazzole di acceso, per pochi decimi, non corrisponde allo standard 2.54 (tipico disegnatore insensato, dato che non c'è alcuna ragione per fare questo), per cui non è possibile inserire pin per utilizzare il circuito su una breadboard, se non deformandoli in modo da adattarsi alla situazione.
Un altro punto poco gradito è l'uso del micro-B, connettore che richiede una certa cura nelle inserzioni/disinserzioni; dato che lo spazio occupato sarebbe solo di poco maggiore, un mini-B sarebbe stata una scelta migliore (e, in effetti, ci sono versioni di questo circuito dove sullo stampato è previsto il mini, ma è montato comunque il micro...).  Inoltre, la sporgenza del connettore USB rispetto al bordo dello stampato è minima e crea problemi di accessibilità se la scheda è posta dietro un pannello di spessore superiore a 1mm.
Un ultimo problema dipende dal fatto che il disegnatore dello stampato, come è tipico di troppe di queste piccole schede, non ha previsto alcun punto di fissaggio, il che può rendere problematica l'installazione in un contenitore, cosa possibile solo usando biadesivo o collanti o fissando la schedina su un altro pcb.

Il circuito è venduto singolarmente o in strisce da più pezzi separabili, solitamente più convenienti come costo.

Può essere inserito così come è in ogni nuovo progetto dotato di batteria ricaricabile o aggiunto in oggetti che contengono queste batterie, ma non un circuito di carica.

Volendo sostituire la resistenza di limitazione della corrente di carica per adattare meglio la scheda a piccole batterie, si dovrà dissaldate  la R3, che è in una posizione abbastanza comoda, e sostituirla con quella del valore voluto secondo la tabella vista prima. Date le dimensioni del componente (0805) e del circuito stampato è opportuno effettuare questa operazione solo se si hanno le attrezzature e l'abilità necessarie.