TP4056 Bağlantısı: 18650 Pil Şarj Modülü Kullanımı ve ESP32

TP4056 bağlantısı, tek hücreli bir 18650 ya da Li-Po pili USB'den güvenle şarj edip aynı pille Arduino, ESP32 veya Raspberry Pi Pico projesini beslemenin en ucuz yoludur: USB kablosu modülün girişine, pil B+ ve B- uçlarına, devren ise korumalı modüllerde OUT+ ve OUT- uçlarına bağlanır. Modül pili 4,2 V'a kadar sabit akım ve sabit gerilim yöntemiyle doldurur, pil dolunca şarjı kendisi keser ve durumu iki LED ile gösterir. Tırnak büyüklüğündeki bu kart; taşınabilir hava istasyonları, robotlar, şarjlı lambalar ve kablosuz sensörler gibi prizden bağımsız çalışan projelerin kalbidir.

Ama bu ucuz modülün birkaç tuzağı var: korumalı ve korumasız sürümler farklı bağlanır, varsayılan 1 A şarj akımı küçük piller için fazladır, şarj olurken devreyi beslemek şarjın bitmesini engelleyebilir ve seri bağlı iki pil bu modülle asla şarj edilmez. Bu yazıda pinleri tek tek, LED'lerin anlamını, şarj akımını Rprog direnciyle ayarlamayı, 5 V isteyen kartlar için MT3608 boost modülü eklemeyi ve ESP32 ile pil voltajını ölçüp yüzdeye çevirmeyi adım adım öğreneceksin.

TP4056 nedir, nasıl çalışır?

TP4056, tek hücreli lityum iyon (Li-ion) ve lityum polimer (Li-Po) piller için yapılmış doğrusal (lineer) bir şarj entegresidir. Lityum piller rastgele bir adaptörle doldurulamaz; belirli bir şarj profili ister ve TP4056 bu profili tek başına uygular. Pil 2,9 V'un altındaysa önce ön şarj (trickle) evresinde ayarlı akımın yaklaşık onda biriyle, yani 1 A ayarında 130 mA civarında nazikçe doldurur. Gerilim 2,9 V'u geçince sabit akım (CC) evresine geçer ve ayarlı akımın tamamını verir. Pil 4,2 V'a ulaşınca sabit gerilim (CV) evresi başlar: gerilim 4,2 V'ta tutulur, akım yavaş yavaş azalır. Akım ayarlı değerin onda birine (1 A ayarında 100 mA) inince şarj biter. Pil sonradan yaklaşık 4,05 V'a düşerse modül şarjı kendiliğinden yeniden başlatır. Yonga çok ısınırsa şarj akımını kendi kendine kısar; bu yüzden şarj sırasında modülün sıcak olması normaldir.

Korumalı (DW01) ve korumasız TP4056 modül farkı

Piyasada aynı adla iki farklı kart satılır. Korumasız modülde yalnızca TP4056 yongası vardır ve dört bağlantı noktası bulunur: IN+/IN- ve BAT+/BAT-. Bu kart pili doldurur ama pil boşalırken hiçbir şeyi denetlemez. Korumalı modülde ise ek olarak DW01A koruma entegresi ile 8205A çift MOSFET bulunur ve altı ped vardır: IN+/IN-, B+/B- ve OUT+/OUT-. Koruma devresi, pilin eksi ucu ile devrenin eksi ucu (OUT-) arasına bir anahtar gibi girer. Pil aşırı boşalınca, aşırı dolunca, devre çok fazla akım çekince ya da çıkış kısa devre olunca bu anahtarı açar ve pili devreden ayırır.

18650 pil: bilmen gereken gerilim değerleri

18650 adı pilin ölçüsünden gelir: 18 mm çap, 65 mm uzunluk. Anma gerilimi 3,6–3,7 V'tur, ama bu bir ortalamadır; dolu pil 4,2 V, boşalmış pil ise 3,0 V civarındadır. Gerçek kapasiteler 2000–3500 mAh arasındadır; üzerinde 6800 ya da 9900 mAh yazan piller sahtedir ve çoğu zaman 1000 mAh bile vermez. Kendi koruma devresi olan (korumalı) 18650'ler birkaç milimetre daha uzundur ve her pil yuvasına sığmayabilir. Projenin bir pille ne kadar çalışacağını Pil Ömrü Hesaplama aracıyla bulabilir, kapasite birimlerini mAh ve Wh yazısında okuyabilirsin.

TP4056 bağlantısı: IN, B+/B- ve OUT+/OUT- pinleri

1. Pil yuvasının kırmızı kablosunu B+, siyah kablosunu B- pedine lehimle. Pili henüz yuvaya takma.
2. Devrenin artı besleme kablosunu OUT+, eksi (GND) kablosunu OUT- pedine lehimle. 5 V isteyen bir kart besleyeceksen araya MT3608 boost modülü gelecek.
3. Lehimleri kontrol et ve multimetreyle B+ ile B- arasında kısa devre olmadığından emin ol.
4. Pili kutuplarına dikkat ederek yuvaya tak. Bazı korumalı modüllerde çıkış ilk anda kapalı olabilir; USB'yi bir kez takmak korumayı sıfırlar ve çıkışı açar.
5. USB kablosunu tak: kırmızı LED yanıyorsa şarj başlamıştır. Pil dolunca kırmızı söner, mavi ya da yeşil LED yanar.
6. Multimetreyle OUT+ ile OUT- arasında pil gerilimini (3,0–4,2 V) gördüğünde devreni çalıştırabilirsin.

TP4056 LED'leri ne anlatır?

Pil takılı değilken mavi LED'in yanması ve kırmızının titremesi normaldir: modül boş kalan pil ucundaki kondansatörü sürekli doldurup boşaltır. Şarj süresini kabaca kapasite / akım × 1,2 ile tahmin edebilirsin. 2600 mAh bir pil 1 A ile yaklaşık 3 saatte dolar; son bölümde akım giderek azaldığı için süre, basit bölmenin verdiğinden biraz uzundur.

Şarj akımını ayarlamak: Rprog direnci

Şarj akımını, TP4056'nın 2 numaralı PROG pini ile GND arasına bağlı tek bir direnç belirler. Modüllerin çoğunda bu direnç R3 olarak işaretlidir ve üzerinde 1,2 kΩ anlamına gelen 122 kodu yazar; bu da 1 A demektir. Kodları çözmek için SMD Kod Çözücü aracını kullanabilirsin. Formül yaklaşık olarak I (mA) = 1200 / Rprog (kΩ) şeklindedir. Akımı değiştirmek için SMD direnci havyayla söküp yerine istediğin değeri lehimlersin; uygun boyda SMD direnç bulamazsan küçük bir bacaklı direnci de iki pede lehimleyebilirsin.

Genel kural, şarj akımını pil kapasitesinin yarısı (0,5C) civarında tutmaktır: 500 mAh bir Li-Po için 250 mA, 2600 mAh bir 18650 için 1 A uygundur. Isıyı da hesaba kat: TP4056 doğrusal çalıştığı için giriş ile pil arasındaki gerilim farkı ısıya dönüşür. 5 V girişte 3,6 V'luk bir pili 1 A ile doldururken yonga (5 − 3,6) × 1 = 1,4 W ısı üretir; bu yüzden modül çok ısınır ve akımı kendisi kısabilir. Bu tür güç hesaplarını Ohm Kanunu aracıyla da yapabilirsin. Bilgisayarın USB 2.0 portu yalnızca 500 mA verdiği için pili sık sık bilgisayardan şarj edeceksen akımı 500 mA civarına düşürmek mantıklıdır.

Şarj olurken devreyi beslemek (yük paylaşımı)

USB takılıyken projenin çalışmaya devam etmesini istiyorsan en basit yol devreyi OUT+ ve OUT- uçlarına bağlı bırakmaktır; TP4056 bu durumda hem pili doldurur hem de devreyi besler. Ama yonga, pile giden akımla devreye giden akımı birbirinden ayıramaz. Devren sürekli 100 mA'den fazla çekiyorsa toplam akım hiçbir zaman bitiş eşiğinin altına inmez, şarj hiç bitmez ve pil saatlerce 4,2 V'ta bekletilir; bu da pilin ömrünü kısaltır. Devren 1 A'e yakın çekiyorsa pil hiç dolmaz bile. Derin uykudaki bir ESP32 ya da birkaç mA çeken küçük devrelerde doğrudan bağlantı pratikte sorun çıkarmaz; sürekli çalışan Wi-Fi projeleri, motorlar ve LED şeritler için ise bir yük paylaşımı (load sharing) devresi kur.

5 V gerekiyorsa: MT3608 boost modülü eklemek

18650 pilin gerilimi 3,0 ile 4,2 V arasında gezer; 5 V isteyen Arduino Uno, röle modülleri, servo motorlar ya da WS2812B LED'ler için bu yetmez. Çözüm, gerilimi yükselten bir boost (step-up) dönüştürücüdür. En yaygını MT3608 modülüdür: 2–24 V girişten 28 V'a kadar ayarlanabilir çıkış verir, 1,2 MHz'de çalışır ve içindeki anahtarın akım sınırı 4 A'dir. Tek bir 18650'den 5 V'ta pratikte 0,5–1 A civarı güvenle çekebilirsin; daha fazlasında modül ısınır ve verim düşer. Gerilimi düşürmen gereken durumlarda ise tam tersini yapan LM2596 buck modülünü kullanırsın.

1. MT3608'in VIN+ ve VIN- girişlerini TP4056'nın OUT+ ve OUT- uçlarına bağla.
2. Çıkışa henüz hiçbir şey bağlamadan multimetreyi VOUT+ ile VOUT- arasına bağla.
3. Mavi trimpotu küçük bir tornavidayla çevirerek çıkışı 5,0–5,1 V'a ayarla. Trimpot çok turlu olduğu için gerilim ancak birkaç tur sonra değişmeye başlayabilir; sabırla çevir.
4. Ayar bitince kartının 5V pinini VOUT+ ucuna, GND pinini VOUT- ucuna bağla.
5. Devre çalışırken gerilimi bir kez daha ölç; yük altında 4,8 V'un altına düşüyorsa kabloları kısalt ya da çekilen akımı azalt.

Kartı kod yüklemek için USB'ye takarken boost çıkışı da bağlıysa iki besleme kaynağı birbirine bağlanmış olur. En güvenli yol, kod yüklerken boost çıkışını ayırmaktır. Arduino'nun hangi pinden nasıl beslendiğini Arduino Nasıl Beslenir? yazısında ayrıntılı olarak bulabilirsin.

Seri bağlı piller TP4056 ile şarj edilmez

TP4056 yalnızca tek hücreyi (1S) 4,2 V'a kadar doldurur. Robot arabalarda sık kullanılan iki seri 18650'lik paket (2S) 7,4 V anma ve 8,4 V dolu gerilimdedir; bu paketi tek bir TP4056'ya bağlarsan şarj olmaz, üstelik modül ve piller zarar görebilir. Her pile ayrı bir TP4056 takmak da işe yaramaz: modüllerin eksi girişleri aynı USB kaynağında birleşir; üstteki modülün eksisi alttaki pilin artısına bağlı olduğu için alttaki pil kısa devre olur. Bitiş gerilimi 4,2 V'a sabit olduğu için TP4056, şarjı 3,6 V'ta bitmesi gereken LiFePO4 pillerle de kullanılmaz.

• Paralel bağla (1S2P): İki pili paralel bağlarsan gerilim 3,7 V kalır, kapasite iki katına çıkar ve TP4056 ile şarj edebilirsin. Birleştirmeden önce pillerin gerilimlerinin eşit olduğundan emin ol.
• Boost ile yükselt: 7–12 V gerekiyorsa paralel pillerin çıkışını MT3608 ile yükselt.
• 2S şarj devresi kullan: Seri paket için 8,4 V'luk CC/CV şarj cihazı ve hücreleri dengeleyen (balanslı) bir 2S BMS kartı gerekir.
• Pilleri çıkarıp şarj et: Seri paketteki hücreleri yuvasından çıkarıp ayrı bir 18650 şarj cihazında tek tek doldurabilirsin.

Pil voltajını ölçmek: gerilim bölücü bağlantısı

Pilin ne kadar dolu olduğunu bilmek için gerilimini ölçmen yeterlidir. Ancak 4,2 V'luk pil doğrudan ESP32'nin ya da Pico'nun analog pinine bağlanamaz, çünkü bu kartların ADC girişi en fazla 3,3 V kaldırır. Çözüm, iki eşit dirençten oluşan bir gerilim bölücüdür: 100 kΩ + 100 kΩ, 4,2 V'u 2,1 V'a indirir ve pilden yalnızca 21 µA çeker. Değerleri Gerilim Bölücü aracıyla hesaplayabilir, devrenin mantığını Gerilim Bölücü Devresi yazısında okuyabilirsin. Ölçüm noktası ile GND arasına 100 nF bir kondansatör eklemek, yüksek değerli dirençlerle yapılan okumayı belirgin şekilde sakinleştirir.

Arduino Uno'nun ADC'si 5 V referansla çalışır; bölücü sayesinde 4,2 V'luk pil A0'da 2,1 V olarak görünür ve 10 bitlik okuma 0–1023 arasında bir değer verir. Kart USB'den ya da boost modülünden beslendiğinde 5V pini tam 5,00 V olmayabilir; bu gerilimi multimetreyle ölçüp koddaki VREF değerine yazarsan doğruluk belirgin şekilde artar.

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}

ESP32 ile pil voltajı ölçme ve yüzde gösterme

ESP32'nin ADC'si tam doğrusal değildir ve kartlar arasında farklılık gösterir. Bu yüzden ham analogRead yerine, yongadaki fabrika kalibrasyonunu kullanıp doğrudan milivolt döndüren analogReadMilliVolts fonksiyonunu kullanmak daha doğrudur. Aşağıdaki kod 16 ölçümün ortalamasını alır, bölücü oranıyla çarpıp pil gerilimini bulur, tablodan yüzdeye çevirir ve pil 3,3 V'un altına düşerse ESP32'yi 10 dakikalığına derin uykuya gönderir.

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}

Bu değerler dinlenen pil için geçerlidir. Wi-Fi yayını sırasında ESP32 anlık olarak yüksek akım çektiğinde pil gerilimi bir miktar düşer, şarj sırasında ise TP4056 onu yapay olarak yükseltir; bu yüzden en doğru ölçümü Wi-Fi'yi açmadan önce ve şarj takılı değilken alırsın. Uzun pil ömrü için okumayı birkaç dakikada bir yapıp arada ESP32 derin uyku modunu kullan. Şunu da unutma: USB-seri yongası ve güç LED'i bulunan DevKit kartları uykuda bile birkaç mA harcar; aylarca pille çalışacak projelerde düşük tüketimli kartlar tercih edilir.

Raspberry Pi Pico ile pil ölçümü (MicroPython)

Pico bu konuda şanslıdır: VSYS pini 1,8–5,5 V kabul eden dahili bir buck-boost regülatöre bağlıdır, yani tek bir 18650 ile boost modülü olmadan çalışır. TP4056'nın OUT+ ucunu bir Schottky diyot (1N5817) üzerinden VSYS'e (pin 39), OUT- ucunu GND'ye (pin 38) bağla; diyot, USB takılıyken Pico'nun 5 V'unun pile geri akmasını engeller. Pil gerilimini GP26'ya bağlı 100k + 100k bölücüyle ölçebilirsin. Normal Pico'da GP29 pini VSYS'in üçte birini zaten ölçer, ama bu değer diyot düşümü kadar düşük çıkar; Pico W'de ise bu pin Wi-Fi yongasıyla paylaşıldığı için harici bölücü daha güvenli bir yoldur.

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 değeri 0–65535 aralığındadır; 3,3 / 65535 ile çarpınca pindeki gerilimi, bölücü oranı olan 2 ile çarpınca da pil gerilimini bulursun. Pico'yu ilk kez kullanıyorsan Raspberry Pi Pico Nedir? yazısı MicroPython kurulumunu adım adım anlatır.

TP4056 ve 18650 ile proje fikirleri

• Taşınabilir hava istasyonu: ESP32, sıcaklık sensörü ve OLED ekranı tek 18650 ile çalıştır, pil yüzdesini ekranın köşesinde göster.
• Güneş enerjili sensör: Açık devre gerilimi 8 V'u geçmeyen küçük bir 6 V güneş panelini IN+/IN- uçlarına bağla, ESP32'yi derin uykuyla günlerce çalıştır.
• SMS alarm kutusu: SIM800L 3,4–4,4 V istediği için doğrudan 18650 ile beslenir; hareket algılayınca SMS gönderir.
• Şarjlı gece lambası: LDR ile karanlıkta yanan ve USB-C'den şarj olan bir lamba yap.
• Robot araba: Paralel bağlı iki 18650'yi TP4056 ile şarj et, motorlar için gerilimi boost modülüyle yükselt; ayrıntılar Arduino Robot Araba Yapımı yazısında.
• Telefona pil uyarısı: Pil %20'nin altına inince ESP32 bir Telegram botu üzerinden sana mesaj göndersin.

Sık yapılan hatalar ve çözümleri

TP4056, doğru bağlandığında projelerini kablodan kurtaran güvenilir ve ucuz bir parçadır: pili B+ ve B- uçlarına, devreyi OUT+ ve OUT- uçlarına bağla, akımı pile göre ayarla, 5 V için boost ekle ve pil voltajını yazılımla izle. BlueGrays uygulamasında ESP32 derin uyku ile pil tasarrufu, LCD'li dijital voltmetre ve sıcaklık kaydedici gibi pille çalışmaya uygun projeleri devre şemaları ve hazır kodlarıyla adım adım inceleyebilirsin.