Branchement TP4056 : module de charge 18650, protection et ESP32

Le branchement du TP4056 est le moyen le moins cher de charger en toute sécurité par USB un accu 18650 ou LiPo à une cellule et d'alimenter avec ce même accu un projet Arduino, ESP32 ou Raspberry Pi Pico : le câble USB va à l'entrée du module, l'accu aux bornes B+ et B- et, sur les modules protégés, ton circuit aux bornes OUT+ et OUT-. Le module charge l'accu jusqu'à 4,2 V selon la méthode courant constant puis tension constante, coupe la charge tout seul quand l'accu est plein et indique son état avec deux LED. Cette carte grande comme un ongle est le cœur des projets qui fonctionnent loin d'une prise, comme les stations météo portables, les robots, les lampes rechargeables et les capteurs sans fil.

Mais ce module bon marché cache quelques pièges : les versions protégée et non protégée ne se branchent pas de la même façon, le courant de charge de 1 A réglé d'usine est trop fort pour les petits accus, alimenter le circuit pendant la charge peut empêcher la charge de se terminer, et deux cellules en série ne peuvent jamais être chargées avec ce module. Dans ce guide, tu vas découvrir pas à pas le rôle de chaque borne, la signification des LED, le réglage du courant de charge avec la résistance Rprog, l'ajout d'un module élévateur MT3608 pour les cartes qui demandent du 5 V et la mesure de la tension de l'accu avec un ESP32 pour la convertir en pourcentage.

Qu'est-ce que le TP4056 et comment fonctionne-t-il ?

Le TP4056 est un circuit de charge linéaire conçu pour les accus lithium-ion (Li-ion) et lithium-polymère (LiPo) à une seule cellule. Un accu au lithium ne se recharge pas avec n'importe quel adaptateur ; il lui faut un profil de charge précis, et le TP4056 l'applique tout seul. Si l'accu est sous 2,9 V, il commence par le charger doucement en phase de précharge (trickle) avec environ un dixième du courant réglé, soit à peu près 130 mA avec le réglage à 1 A. Une fois les 2,9 V dépassés, il passe en phase de courant constant (CC) et fournit tout le courant réglé. Quand l'accu atteint 4,2 V, la phase de tension constante (CV) commence : la tension est maintenue à 4,2 V et le courant diminue lentement. La charge s'arrête quand le courant tombe à un dixième de la valeur réglée (100 mA avec le réglage à 1 A). Si l'accu redescend ensuite vers 4,05 V, le module relance la charge automatiquement. Si la puce chauffe trop, elle réduit d'elle-même le courant de charge ; il est donc normal que le module soit chaud pendant la charge.

TP4056 protégé (DW01) ou non protégé : la différence

Deux cartes différentes sont vendues sous le même nom. Le module non protégé ne porte que la puce TP4056 et offre quatre points de connexion : IN+/IN- et BAT+/BAT-. Il charge l'accu, mais ne surveille rien pendant la décharge. Le module protégé ajoute le circuit de protection DW01A et le double MOSFET 8205A, avec six pastilles : IN+/IN-, B+/B- et OUT+/OUT-. Le circuit de protection se place comme un interrupteur entre le pôle négatif de l'accu et le négatif de ton circuit (OUT-). En cas de décharge profonde, de surcharge, de courant trop élevé ou de court-circuit en sortie, il ouvre cet interrupteur et déconnecte l'accu du circuit.

Accu 18650 : les tensions à connaître

Le nom 18650 vient de ses dimensions : 18 mm de diamètre et 65 mm de long. Sa tension nominale est de 3,6–3,7 V, mais c'est une moyenne ; un accu plein est à 4,2 V et un accu vide autour de 3,0 V. Les capacités réelles vont de 2000 à 3500 mAh ; les cellules marquées 6800 ou 9900 mAh sont des contrefaçons et ne fournissent souvent même pas 1000 mAh. Les 18650 protégés, dotés de leur propre circuit de protection, sont plus longs de quelques millimètres et n'entrent pas dans tous les supports. Tu peux calculer l'autonomie de ton projet avec un accu grâce à l'outil autonomie batterie et lire ce que signifient les unités de capacité dans mAh et Wh expliqués.

Branchement du TP4056 : les bornes IN, B+/B- et OUT+/OUT-

1. Soude le fil rouge du support d'accu sur B+ et le fil noir sur B-. Ne mets pas encore l'accu.
2. Soude le fil positif de ton circuit sur OUT+ et le fil négatif (GND) sur OUT-. Si tu alimentes une carte qui demande du 5 V, un module élévateur MT3608 vient s'intercaler entre les deux.
3. Vérifie les soudures et assure-toi au multimètre qu'il n'y a pas de court-circuit entre B+ et B-.
4. Mets l'accu dans le support en respectant la polarité. Sur certains modules protégés, la sortie peut être coupée au départ ; brancher une fois l'USB réarme la protection et rétablit la sortie.
5. Branche le câble USB : si la LED rouge s'allume, la charge a commencé. Quand l'accu est plein, la rouge s'éteint et la bleue ou la verte s'allume.
6. Dès que le multimètre affiche la tension de l'accu (3,0–4,2 V) entre OUT+ et OUT-, tu peux mettre ton circuit en marche.

Que signifient les LED du TP4056 ?

Sans accu, il est normal que la LED bleue soit allumée et que la rouge clignote : le module charge et décharge sans cesse le condensateur de la borne d'accu vide. Tu peux estimer grossièrement le temps de charge avec capacité / courant × 1,2. Un accu de 2600 mAh se recharge en 3 heures environ à 1 A ; comme le courant diminue dans la dernière phase, cela prend un peu plus longtemps que la simple division.

Régler le courant de charge : la résistance Rprog

Le courant de charge est fixé par une seule résistance entre la broche PROG (broche 2) du TP4056 et GND. Sur la plupart des modules, elle est repérée R3 et porte le code 122, soit 1,2 kΩ, ce qui donne 1 A. Pour décoder ces marquages, tu peux utiliser l'outil code CMS. La formule est à peu près I (mA) = 1200 / Rprog (kΩ). Pour changer le courant, dessoude la résistance CMS et soude la valeur voulue ; si tu ne trouves pas de résistance CMS de la bonne taille, tu peux aussi souder une petite résistance traversante sur les deux pastilles.

La règle générale consiste à garder le courant de charge autour de la moitié de la capacité (0,5C) : 250 mA conviennent à un LiPo de 500 mAh et 1 A à un 18650 de 2600 mAh. Pense aussi à la chaleur : comme le TP4056 est linéaire, l'écart de tension entre l'entrée et l'accu se transforme en chaleur. En chargeant un accu de 3,6 V à 1 A sous 5 V, la puce dissipe (5 − 3,6) × 1 = 1,4 W ; c'est pourquoi le module chauffe beaucoup et peut réduire lui-même le courant. Tu peux aussi faire ce genre de calcul de puissance avec l'outil loi d'Ohm. Le port USB 2.0 d'un ordinateur ne fournit que 500 mA ; si tu charges souvent sur l'ordinateur, mieux vaut descendre le courant vers 500 mA.

Alimenter le circuit pendant la charge (load sharing)

Si tu veux que ton projet continue à tourner quand l'USB est branché, le plus simple est de laisser le circuit relié à OUT+ et OUT- ; le TP4056 charge alors l'accu et alimente le circuit en même temps. Mais la puce ne sait pas distinguer le courant qui va dans l'accu de celui qui va dans le circuit. Si ton circuit consomme en permanence plus de 100 mA, le courant total ne descend jamais sous le seuil de fin de charge, la charge ne s'arrête jamais et l'accu reste des heures à 4,2 V, ce qui réduit sa durée de vie. Si ton circuit consomme près de 1 A, l'accu ne se remplit même pas. Avec un ESP32 en sommeil profond ou de petits circuits de quelques mA, le branchement direct ne pose pas de problème en pratique ; pour les projets Wi-Fi allumés en permanence, les moteurs et les rubans LED, monte un circuit de partage de charge (load sharing).

Besoin de 5 V ? Ajouter un module élévateur MT3608

La tension d'un 18650 varie entre 3,0 et 4,2 V ; ce n'est pas assez pour un Arduino Uno, des modules relais, des servomoteurs ou des LED WS2812B qui veulent du 5 V. La solution est un convertisseur élévateur (step-up ou boost). Le plus courant est le module MT3608 : il fournit une sortie réglable jusqu'à 28 V à partir d'une entrée de 2 à 24 V, découpe à 1,2 MHz et son interrupteur interne est limité à 4 A. En pratique, tu peux tirer sans risque environ 0,5 à 1 A sous 5 V d'un seul 18650 ; au-delà, le module chauffe et le rendement baisse. Si tu dois au contraire abaisser une tension, tu utilises le module abaisseur LM2596, qui fait exactement l'inverse.

1. Relie les entrées VIN+ et VIN- du MT3608 aux bornes OUT+ et OUT- du TP4056.
2. Sans rien brancher encore en sortie, place le multimètre entre VOUT+ et VOUT-.
3. Tourne le trimmer bleu avec un petit tournevis pour régler la sortie sur 5,0–5,1 V. C'est un trimmer multitour : la tension peut ne commencer à bouger qu'après plusieurs tours, sois patient.
4. Une fois le réglage fait, relie la broche 5V de ta carte à VOUT+ et sa broche GND à VOUT-.
5. Mesure à nouveau la tension pendant que le circuit tourne ; si elle tombe sous 4,8 V en charge, raccourcis les fils ou réduis la consommation.

Si tu branches la carte en USB pour téléverser du code alors que la sortie de l'élévateur est encore reliée, tu mets deux sources d'alimentation en contact. Le plus sûr est de débrancher la sortie de l'élévateur pendant le téléversement. Tu trouveras en détail par quelle broche et comment alimenter un Arduino dans comment alimenter un Arduino.

Les accus en série ne se chargent pas avec un TP4056

Le TP4056 ne charge qu'une seule cellule (1S) jusqu'à 4,2 V. Un pack de deux 18650 en série (2S), courant dans les voitures robots, fait 7,4 V nominaux et 8,4 V une fois plein ; branché sur un seul TP4056, il ne se charge pas, et le module comme les cellules peuvent être endommagés. Mettre un TP4056 sur chaque cellule ne marche pas non plus : les entrées négatives des modules se rejoignent sur la même source USB et, comme le moins du module du haut est relié au plus de la cellule du bas, cette cellule se retrouve en court-circuit. Et comme sa tension de fin de charge est fixée à 4,2 V, le TP4056 ne convient pas non plus aux accus LiFePO4, dont la charge doit s'arrêter à 3,6 V.

• Mettre en parallèle (1S2P) : avec deux cellules en parallèle, la tension reste à 3,7 V, la capacité double et tu peux les charger avec un TP4056. Vérifie qu'elles sont à la même tension avant de les relier.
• Élever avec un boost : s'il te faut 7–12 V, élève la sortie des cellules en parallèle avec un MT3608.
• Utiliser un circuit de charge 2S : un pack en série a besoin d'un chargeur CC/CV de 8,4 V et d'une carte BMS 2S avec équilibrage.
• Sortir les cellules pour les charger : tu peux retirer les cellules d'un pack en série de leur support et les recharger une par une dans un chargeur 18650 séparé.

Mesurer la tension de l'accu : branchement du pont diviseur

Pour savoir à quel point l'accu est chargé, il suffit de mesurer sa tension. Mais un accu de 4,2 V ne peut pas aller directement sur une broche analogique de l'ESP32 ou de la Pico, car leurs entrées ADC supportent au maximum 3,3 V. La solution est un pont diviseur de tension fait de deux résistances égales : 100 kΩ + 100 kΩ ramènent 4,2 V à 2,1 V et ne consomment que 21 µA sur l'accu. Tu peux calculer les valeurs avec l'outil pont diviseur et lire le principe du montage dans le pont diviseur de tension. Ajouter un condensateur de 100 nF entre le point de mesure et GND stabilise nettement les lectures faites avec des résistances de forte valeur.

L'ADC de l'Arduino Uno utilise une référence de 5 V ; grâce au pont diviseur, un accu de 4,2 V apparaît comme 2,1 V sur A0 et la lecture sur 10 bits donne une valeur entre 0 et 1023. Quand la carte est alimentée par l'USB ou par un élévateur, la broche 5V n'est pas forcément à 5,00 V pile ; mesure-la au multimètre et inscris-la comme VREF dans le code, la précision s'en trouve nettement améliorée.

1// Arduino Uno: 18650 pil voltajı, A0'da 100k + 100k bölücü / battery voltage, 100k + 100k divider on A0
2const float VREF = 5.0;      // 5V pinini multimetreyle ölçüp yaz / measure the 5V pin and enter it
3const float DIVIDER = 2.0;   // bölücü oranı / divider ratio
4
5void setup() {
6  Serial.begin(9600);
7}
8
9void loop() {
10  long sum = 0;
11  for (int i = 0; i < 16; i++) {      // 16 ölçümün ortalaması / average of 16 readings
12    sum += analogRead(A0);            // 0-1023
13    delay(2);
14  }
15  float v = (sum / 16.0) * VREF / 1024.0 * DIVIDER;
16  Serial.print(F("Pil / Battery: "));
17  Serial.print(v, 2);
18  Serial.println(F(" V"));
19  if (v < 3.3) Serial.println(F("Pil zayif / Battery low"));
20  delay(1000);
21}

Mesurer la tension de l'accu et afficher le pourcentage avec l'ESP32

L'ADC de l'ESP32 n'est pas parfaitement linéaire et varie d'une carte à l'autre. C'est pourquoi, au lieu d'un analogRead brut, il est plus précis d'utiliser analogReadMilliVolts, qui applique l'étalonnage d'usine de la puce et renvoie directement des millivolts. Le code ci-dessous fait la moyenne de 16 lectures, multiplie par le rapport du pont diviseur pour obtenir la tension de l'accu, la convertit en pourcentage à l'aide d'un tableau et, si l'accu passe sous 3,3 V, met l'ESP32 en sommeil profond pendant 10 minutes.

1// TP4056 + 18650: ESP32 ile pil voltajı ve yüzdesi / battery voltage and percentage with ESP32
2const int BAT_PIN = 34;          // ADC1 pini, Wi-Fi açıkken de çalışır / ADC1 pin, works with Wi-Fi on
3const float DIVIDER = 2.0;       // 100k + 100k bölücü: pil / 2 / 100k + 100k divider: battery / 2
4const float LOW_BAT = 3.30;      // bu değerin altında uykuya geç / go to sleep below this voltage
5
6// Yaklaşık gerilim-yüzde tablosu (dinlenen pil) / approximate voltage-percent table (resting cell)
7const float volts[]   = {3.30, 3.60, 3.70, 3.80, 3.85, 3.90, 4.00, 4.10, 4.20};
8const int   percent[] = {   0,    5,   12,   40,   55,   63,   78,   89,  100};
9const int POINTS = 9;
10
11float readBattery() {
12  uint32_t sum = 0;
13  for (int i = 0; i < 16; i++) {           // 16 ölçümün ortalaması / average of 16 readings
14    sum += analogReadMilliVolts(BAT_PIN);  // kalibre edilmiş mV / calibrated millivolts
15    delay(2);
16  }
17  return (sum / 16.0) * DIVIDER / 1000.0;  // pil gerilimi (V) / battery voltage (V)
18}
19
20int toPercent(float v) {
21  if (v <= volts[0]) return 0;
22  if (v >= volts[POINTS - 1]) return 100;
23  for (int i = 1; i < POINTS; i++) {
24    if (v < volts[i]) {                    // iki nokta arasında doğrusal / linear between two points
25      float k = (v - volts[i - 1]) / (volts[i] - volts[i - 1]);
26      return (int)(percent[i - 1] + k * (percent[i] - percent[i - 1]));
27    }
28  }
29  return 100;
30}
31
32void setup() {
33  Serial.begin(115200);
34  analogReadResolution(12);                // 0-4095 aralığı / 0-4095 range
35}
36
37void loop() {
38  float v = readBattery();
39  Serial.printf("Pil / Battery: %.2f V  %%%d\n", v, toPercent(v));
40
41  if (v < LOW_BAT) {                       // yazılımla derin deşarj koruması / software deep-discharge guard
42    Serial.println("Pil zayif, uyku / Battery low, sleeping");
43    esp_sleep_enable_timer_wakeup(10ULL * 60 * 1000000);  // 10 dakika sonra tekrar bak / check again in 10 min
44    esp_deep_sleep_start();
45  }
46  delay(5000);
47}

Ces valeurs valent pour un accu au repos. Quand l'ESP32 tire des pointes de courant en émettant en Wi-Fi, la tension de l'accu baisse un peu, et pendant la charge le TP4056 la fait monter artificiellement ; la mesure la plus juste se fait donc avant d'activer le Wi-Fi et chargeur débranché. Pour une longue autonomie, mesure toutes les quelques minutes et utilise entre-temps le sommeil profond de l'ESP32. Garde aussi en tête que les cartes DevKit avec puce USB-série et LED d'alimentation consomment plusieurs mA même en veille ; pour les projets qui doivent tenir des mois sur accu, mieux vaut choisir des cartes basse consommation.

Mesurer l'accu avec la Raspberry Pi Pico (MicroPython)

La Pico a de la chance : sa broche VSYS alimente un régulateur buck-boost intégré qui accepte 1,8–5,5 V ; elle fonctionne donc avec un seul 18650 sans élévateur. Relie OUT+ du TP4056 à VSYS (broche 39) à travers une diode Schottky (1N5817) et OUT- à GND (broche 38) ; la diode empêche le 5 V de la Pico de refluer vers l'accu quand l'USB est branché. Tu peux mesurer la tension de l'accu avec un pont diviseur 100k + 100k sur GP26. Sur une Pico classique, la broche GP29 mesure déjà un tiers de VSYS, mais cette valeur est plus basse de la chute de tension de la diode ; sur la Pico W, cette broche est partagée avec la puce Wi-Fi, donc un pont diviseur externe est la solution la plus sûre.

1from machine import ADC
2import time
3
4adc = ADC(26)                  # GP26 = ADC0, 100k + 100k bölücü / divider
5CONV = 3.3 / 65535             # read_u16 değerini volta çevirir / converts read_u16 to volts
6DIVIDER = 2                    # bölücü oranı / divider ratio
7
8while True:
9    total = 0
10    for _ in range(16):        # 16 ölçümün ortalaması / average of 16 readings
11        total += adc.read_u16()
12        time.sleep_ms(2)
13    v = total / 16 * CONV * DIVIDER
14    print("Pil / Battery: {:.2f} V".format(v))
15    if v < 3.3:
16        print("Pil zayif / Battery low")   # projeyi durdur / stop the project
17    time.sleep(2)

read_u16 renvoie une valeur de 0 à 65535 ; en la multipliant par 3,3 / 65535 tu obtiens la tension sur la broche, puis en la multipliant par le rapport du pont, 2, la tension de l'accu. Si tu débutes avec la Pico, qu'est-ce que la Raspberry Pi Pico ? t'explique pas à pas comment installer MicroPython.

Idées de projets avec le TP4056 et un 18650

• Station météo portable : fais tourner un ESP32, un capteur de température et un écran OLED sur un seul 18650, et affiche le pourcentage de l'accu dans un coin de l'écran.
• Capteur solaire : branche sur IN+/IN- un petit panneau solaire de 6 V dont la tension à vide reste sous 8 V, et fais tourner un ESP32 pendant des jours grâce au sommeil profond.
• Boîtier d'alarme par SMS : le SIM800L demande 3,4–4,4 V ; il s'alimente donc directement sur un 18650 et envoie un SMS dès qu'il détecte un mouvement.
• Veilleuse rechargeable : fabrique une lampe qui s'allume dans le noir grâce à une LDR et se recharge en USB-C.
• Voiture robot : charge deux 18650 en parallèle avec un TP4056 et élève la tension des moteurs avec un module boost ; détails dans fabriquer une voiture robot Arduino.
• Alerte batterie sur ton téléphone : quand l'accu passe sous 20 %, l'ESP32 t'envoie un message via un bot Telegram.

Erreurs fréquentes et solutions

Bien branché, le TP4056 est un composant fiable et bon marché qui libère tes projets du câble : l'accu sur B+ et B-, le circuit sur OUT+ et OUT-, un courant adapté à l'accu, un élévateur pour le 5 V et la tension de l'accu surveillée par logiciel. Dans l'application BlueGrays, tu peux suivre pas à pas, avec schémas et code prêt à l'emploi, des projets adaptés au fonctionnement sur accu, comme l'économie d'énergie avec le sommeil profond de l'ESP32, un voltmètre numérique à écran LCD et un enregistreur de température.