Вам постоянно приходится заряжать телефон на ходу? Не можете найти розетку для зарядки вашего iPod? Всякий раз, когда я нахожусь вдали от дома в течение длительного периода времени, я заряжаю свой телефон и mp3-плеер от ноутбука. Таким образом, я получаю около 3 или 4 полных зарядов от батареи ноутбука и могу оставить зарядники от телефона и mp3-плеера дома. Но носить ноутбук только для зарядки телефона и mp3-плеера показалось мне немного странным.


В один из дней я обнаружил Minty Boost, маленькое устройство с питанием от батареи для зарядки USB-устройств. Однако, сделав свою собственную версию, я обнаружил, что двум батарейкам АА, используемым в Minty Boost, просто не хватило ёмкости для того, что заряжать девайсы в том объеме, который мне необходим (пара батарей АА емкостью 2000 мАч дала мне около половины заряда на моем телефоне, прежде чем выдохнуться).

Поэтому я решил совместить емкость аккумулятора ноутбука с портативностью зарядного устройства Minty Boost. Устройство основано на схеме повышения напряжения постоянного тока, микроконтроллере (я использовал PIC) и нескольких литий-ионных элементах типа 18650. Аккумуляторы для ноутбуков обычно содержат 8 таких элементов (хотя я заметил, что мой нетбук использует только 3, что объясняет скудное время автономной работы).

Я собрал батареи для этого устройства из старой батареи ноутбука Dell, но вы можете купить недорогие элементы 18650 на ebay.

Примечание: для портативного зарядного устройства для телефона вам потребуется опыт построения схем, программирования и использования микроконтроллеров. Я включил свой исходный код для PIC12F683, но такая же схема применяется к Atmel или другим микропроцессорам.

Примечание 2: Несмотря на то, что я спроектировал простую схему с нуля, общие принципы, лежащие в основе таких схем, хорошо известны, я уверен, что многие люди, создавшие такие устройства, пришли к очень похожим схемам.

На фото изображено последнее собранное устройство, заряжающее мой телефон и работающее одновременно с USB-вентилятором. Переносной зарядник для телефона содержит 4 батарейки 18650, имеет два USB-разъема и встроен в 8-см чехол для компакт-дисков, который, как я обнаружил, был идеального размера.

Шаг 1: Сравнение с устройствами Minty Boost


Те из вас, кто знаком с Minty Boost или подобными устройствами, могут сказать, что преимущества батарей AA заключаются в том, что они распространены повсеместно, и если у вас кончится заряд батареи, то вы можете просто пойти и купить еще; и что это, к сожалению, не так с батарейками типа 18650.

Мой аргумент в пользу использования батарей 18650: во-первых, собрав и использовав какое-то время устройство типа Minty Boost, я могу утверждать, что лучше подождать, пока я вернусь в отель и зарядить девайс там, чем пойти и потратить деньги, покупая больше батареек (что в любом случае дало бы мне лишь половину заряда). Во-вторых, плотность энергии литий-ионных батарей примерно в 3 раза выше, чем у элементов NiMH.

Таким образом, и 18650, и AA имеют свои преимущества, вот сравнение между устройством типа Minty Boost и мощным зарядным устройством:

Minty Boost

  • Тип батареи: 2 * АА
  • Приблизительная энергетическая мощность *: 20 кДж

Плюсы:

  • Маленькое устройство
  • Использует легкодоступные батарейки АА

Мощное зарядное устройство 18650

  • Тип батареи: 4 * 18650 литий-ионных
  • Приблизительная энергетическая мощность *: 128 кДж

Плюсы:

  • более чем в 6 раз превышает энергоемкость
  • более высокий токовый выход **

* энергоемкость рассчитывается по формуле: количество батарей * напряжение батареи * емкость батей Ач * 3600 = емкость батареи

** Я никогда не проверял максимальный выходной ток устройства, есть некоторые проблемы с рассеиванием тепла при более высоких выходных мощностях, которые ограничивают эффективный выходной ток.

На рисунке показана разница в масштабе между двумя устройствами, а также их батареями. Слева моя собственная версия устройства типа Minty Boost, встроенного в чехол, который использовался для моих запонок, работает от 2 батареек АА и чипа DC / DC LT1303 (который, я считаю, выдает немного меньший ток, чем MAX756 для Minty Boost).

Шаг 2: Обзор схемы


Сердцем всех подобных устройств является скромная схема усиления постоянного тока. По сути, это трансформатор для источников питания постоянного тока, он будет повышать напряжение постоянного тока (скажем, 2,4 В от двух батареек АА) до более высокого напряжения постоянного тока (скажем, 5 В для USB зарядка).

Одним из недостатков устройств типа Minty Boot является использование микросхемы повышения постоянного тока. Эти микросхемы, состоящие из транзистора, датчиков и генераторов, необходимых для цепи постоянного тока, упакованы в аккуратный 8-контактный корпус, с помощью которого можно быстро построить схему. К сожалению, поскольку они являются «микропроцессорами», они не предназначены для вывода более высокой мощности, но, к счастью, их обычно достаточно для вывода 100–200 мА, требуемым для USB.

Чтобы обойти это узкое место, я решил сам создать схему повышения постоянного тока. Недостатком неиспользования предварительно упакованной микросхемы является то, что мне приходится создавать собственную схему для управления контуром повышения напряжения постоянного тока. Плюс в том, что теперь я могу выбирать компоненты с более высокой номинальной мощностью, чтобы получить больший выходной ток.

Мне пришлось разделить схему на две половины, чтобы они отображались в удобном виде и чтобы был виден текст, в следующих нескольких разделах будет объяснен выбор компонентов.

Шаг 3: Компоненты, часть 1


Список компонентов и схема выглядит следующим образом, слева направо.

Батареи 18650 (и батарейные зажимы):

Я использую параллельно 4 батареи 18650. Вообще говоря, вам, вероятно, следует избегать этого, так как существует некоторый риск перегрева, поскольку элементы пытаются разрядиться друг через друга. Если вы хотите обеспечить безопасность, вы можете добавить диод после каждой ячейки, чтобы всё оставалось в безопасной зоне.

Эти литий-ионные элементы имеют напряжение на клеммах 4,2 В при полной зарядке, падая до минимума 3 В. Любое количество ячеек в параллели работает одинаково хорошо. Вы также можете использовать батарейки АА, но, вероятно, захотите, чтобы они были соединены по две, чтобы создать напряжение 2,4-3В.

Примечание: как бы вы ни решили расположить батареи, не превышайте 5 В, цепь повышения постоянного тока может только повышать напряжение, но не уменьшать его. Чтобы уменьшить напряжение, вам понадобится совсем другая схема.
Для аккумуляторных зажимов я обрезал и согнул несколько скрепок.

  • Переключатель (SW): это выключатель питания, он не обязателен, так как вы можете оставить девайс включенным все время. Цепь не потребляет много энергии, если она остается включенной, когда ничего не подключено к ней.
  • Сглаживающий электролитический конденсатор (C1): я использую конденсаторы 220 мкФ для сглаживания, поэтому все в пределах сотни мкФ подойдет, Minty Boost использует 100 мкФ.
  • Диод опорного напряжения (D2) + резистор (R1): вам нужно что-то вроде маломощного стабилитрона 2.7V, чтобы получить правильный источник опорного напряжения для микроконтроллера. Если у вас нет стабилитронов, вы можете использовать обычный диод, как это сделал я (если вы используете обычный диод, вам нужно подключить его наоборот вокруг стабилитрона на схеме). Я (а также прилагаемый код) фактически используют универсальный диод 1N4001 и резистор 10 кОм. Вы также можете использовать опорное напряжение IC
  • Светодиод (D3) + резистор (R2): любой светодиод и подходящий резистор подойдут
  • Микроконтроллер: я использовал PIC12F683, это отличные маленькие микросхемы для простых цепей, они могут работать при любом напряжении от 2 до 5,5 В.

Шаг 4: Компоненты, часть 2


  • индуктор (L): требуется для цепи повышения напряжения, чем выше значение индуктивности, тем меньше пульсация тока. Я использую индуктор, который намотал сам, его индуктивность в диапазоне мГн, и я знаю, что он сильно увеличен. Вот полезный онлайн калькулятор, который подойдёт для расчета индуктивности. Я бы порекомендовал минимум 200 мкФ
  • NPN-транзистор и базовый резистор (R3): это основное коммутирующее устройство в цепи плюс базовый резистор (или резистор затвора), убедитесь, что ваш транзистор рассчитан на работу больших токов (предпочтительно более 1 А) при высоких скоростях переключения ( 20 кГц или более), а hFE — не менее 50. Я успешно использовал универсальный BC337, но будьте осторожны с перегревом. МОП-транзистор также подойдёт (и, вероятно, даст вам более высокую эффективность). Я использую D2012, потому что он был под рукой
  • диод (D1): требуется для цепи усиления, предпочтительнее диод с быстрым переключением, поэтому я использую диод Шоттки (1N5817), хотя диод общего назначения, такой как 1N4001, тоже подойдёт
  • два резистора (R4, R5): выход 5V выше, чем напряжение питания (АЦП опорного напряжение) микроконтроллера, поэтому этот выход должен быть понижен, два резистора равного значение (я использую резисторы 22kOhm) сформируют делитель, позволяющий уменьшить выход 5В вдвое.
  • другой сглаживающий электролитический конденсатор (C2): опять же, я использую конденсаторы 220 мкФ
  • USB-разъемы: я использовал 2 разъема

Шаг 5: Компоненты, шаг 3


Для карманного зарядника вам также понадобится:

  • какой-то провод
  • какая-нибудь макетная плата: полоска или макет, или что-нибудь еще, на чем вы хотите построить свою схему.
  • Зарядное устройство: вам нужно что-то для зарядки ваших батарей! Зарядное устройство 18650 можно дешево купить на eBay
  • какой-то корпус: что-то, чтобы вместить вашу схему. Minty Boost вкладывают в банки Altoids, вам понадобится что-то большее … Я использовал чехол для компакт-дисков 8 см (для мини-компакт-дисков)
  • компьютер и программатор для вашего микроконтроллера: очевидно, вам нужен компьютерный программатор, чтобы загрузить код на микроконтроллер.

На фото ниже: дешевое зарядное устройство 18650 с eBay, около батарей 18650. Я получил свои батареи 18650 из старых аккумуляторов от ноутбуков, но вы можете купить новые. Между ними нет заметной разницы, за исключением того, что старые батареи для ноутбуков будут иметь меньшую емкость из-за старения.

Шаг 6: Сборка


К сожалению, я не делал много снимков во время процесса сборки подзарядника для телефона, и я собираюсь предположить, что у вас достаточно опыта в создании схем, чтобы иметь возможность читать схемы и собирать их самостоятельно. Если у вас нет опыта, то есть несколько отличных инструкций по созданию цепей, так что изучайте!

В шаге приведена фотография почти готовой платы.

Шаг 7: Код

Код, который нужно загрузить на микроконтроллер, должен сделать несколько вещей:

  1. Обнаруживать опорное напряжение: это делается с использованием опорного напряжения диода, (надеюсь) он должен производить фиксированное напряжение независимо от входного напряжения батареи. Если вы использовали стабилитрон 2,7 В, то выходное напряжение должно составлять 2,7 В. Если, как и я, вы использовали диод общего назначения 1N4001 и резистор 10 кОм, напряжение должно быть около 0,5 В. — 0,525 В
  2. Установить выходное напряжение: микроконтроллер выводит сигнал ШИМ для управления транзистором и цепью постоянного тока, чем выше коэффициент заполнения, тем выше коэффициент усиления. Чтобы обеспечить выходное напряжение 5 В, микроконтроллер должен настроить этот сигнал ШИМ таким образом, чтобы на выходе оставалось целевое напряжение.
  3. Это делается с помощью восприятия и обратной связи; измеряется выходное напряжение (через делитель потенциала), и сигнал ШИМ корректируется, если это измеренное напряжение отличается от целевого напряжения. Целевое напряжение рассчитывается как кратное эталонному. В моем случае, в сравнении с 0.5V — 0.525V, PIC пытается сохранить измеренное напряжение с коэффициентом 4,85 к опорному напряжению.
  4. Проверить напряжение аккумулятора: это также делается с использованием опорного напряжения, если напряжение батареи падает ниже 3V, то индикатор будет мигать. (Разряженная литий-ионная батарея может привести к плохим последствиям, я бы посоветовал добавить дополнительный транзистор для отключения выхода, если напряжение падает слишком низко)
  5. Прикрепленный код на языке C, будет компилироваться для PIC с использованием MPLAB и компилятора PIC C от HI-TECH. Надеюсь, эти слова вам понятны. Я использовал некоторые рудиментарные процедуры усреднения, которые, вероятно, не нужны.

Файлы

Шаг 8: Готовый девайс




И если все идет хорошо, у вас должно быть работающее автономное зарядное устройство для мобильного телефона.

Дополнительная информация: Некоторые устройства, в частности, такие как iPhone или телефоны Motorola, требуют, чтобы для зарядки некоторые резисторы были подключены к линиям передачи данных USB (их нет в нашей цепи). На сайте Minty Boost есть информация о том, как заставить iPhone 3G заряжаться.

Отказ от ответственности: литий-ионные аккумуляторы могут взорваться при неправильном обращении, пожалуйста, не пытайтесь выполнить эту инструкцию, если вы не знакомы со сборкой схем или используете литий-ионные аккумуляторы.

Автор не несет ответственности за какие-либо травмы или ущерб себе или имуществу, которые вы получите, пытаясь воссоздать описанные в этой инструкции сборки зарядного устройства для телефона в дорогу. Информация, содержащаяся в инструкции является лишь руководством и должна сопровождаться необходимыми знаниями о создании электрических цепей и электробезопасности.