Делаем портативное зарядное устройство. Зарядное устройство для портативных аккумуляторов Как сделать портативный зарядник из мобильных аккумуляторов

Прислал:

Описана конструкция самодельного накопителя (PowerBank"а) типа "Вампирчика". Дана схема и описание ее изготовления. Вообще, приятно читать подобные материалы, где автор серьезно подходит к делу.

Пролог

На идею постройки этой конструкции меня натолкнул полёт в самолёте Airbus A380, в котором под подлокотником каждого кресла имеется разъём USB, предназначенный для питания USB-совместимых устройств.

Но, такая роскошь есть не во всех самолётах, а уж тем более её не найти в поездах и автобусах. А я уже давно мечтаю пересмотреть от начала до конца сериал «Друзья». Так почему бы не убить сразу двух зайцев – посмотреть сериал и скрасить время в пути. Дополнительным стимулом к постройке данного девайса стало открытие залежей мощных литий-ионными аккумуляторов.

Портативое Зарядное Устройство (ЗУ) должно обеспечить следующие возможности.

1. Время работы в автономном режиме под номинальной нагрузкой, не менее – 10 часов. Литий-ионные аккумуляторы большой ёмкости, как нельзя лучше подходят для этого.

2. Автоматическое включение и отключение ЗУ в зависимости от наличия нагрузки.

3. Автоматическое отключение ЗУ при критическом разряде аккумулятора.

4. Возможность принудительного включения ЗУ при критическом разряде аккумулятора, в случае необходимости. Я полагаю, что в дороге может сложиться такая ситуация, когда аккумулятор портативного ЗУ уже разряжен до критического уровня, но необходимо подзарядить телефон для экстренного звонка. В этом случае, нужно предусмотреть кнопку «Экстренного включения», чтобы использовать всё ещё имеющуюся в аккумуляторе энергию.

5. Возможность заряда аккумуляторов портативного ЗУ от сетевого зарядного устройства с интерфейсом Mini USB. Так как зарядное устройство от телефона всё равно всегда берут с собой в дорогу, то можно его использовать и для заряда аккумуляторов портативного БП перед обратной дорогой.

6. Одновременный заряд аккумуляторов ЗУ и подзарядка мобильного телефона от одного и того же сетевого зарядного устройства. Так как сетевое зарядное устройство от мобильного телефона не может обеспечить достаточный ток для быстрого заряда аккумулятора портативного ЗУ, то заряд может растянуться на сутки и более. Поэтому, должна быть возможность подключить телефон на заряд прямо во время заряда батареи портативного БП.

Исходя из этого технического задания, было построено портативное ЗУ на литий-ионных аккумуляторах.

Блок схема

Портативное ЗУ состоит из следующих узлов.

1. Преобразователь 5 > 14 Вольт.
2. Компаратор, отключающий преобразователь заряда при достижении напряжения на батарее литий-ионных аккумуляторов 12,8 Вольт.
3. Индикатор заряда – светодиод.
4. Преобразователь 12,6 > 5 Вольт.
5. Компаратор 7,5 Вольт, отключающий ЗУ при глубоком разряде батареи.
6. Таймер, определяющий время работы преобразователя при критическом разряде батареи.
7. Индикатор работы преобразователя 12,6 > 5 Вольт – светодиод.

Импульсный преобразователь напряжения MC34063

Долго выбирать драйвер для преобразователя напряжения не пришлось, так как выбирать то было особенно не из чего. На местном радиорынке по разумной цене (0,4$) я нашёл только популярную микросхему MC34063. Сразу купил парочку, чтобы выяснить, возможно ли как-либо принудительно отключить преобразователь, так как в даташите на данный чип такая функция не предусмотрена. Оказалось, что сделать это возможно, если подать на вывод 3, предназначенный для подключения частотозадающей цепи, напряжение питания.

На картинке типовая схема понижающего импульсного преобразователя. Красным отмечена цепь принудительного отключения, которая может понадобиться для автоматизации.

В принципе, собрав такую схему, уже можно запитать телефон или плеер, если, например, питание будет осуществляться от обычных элементов питания (батареек).

Я не буду подробно описывать работу этой микросхемы, но из «Дополнительных материалов» вы можете скачать и подробное описание на русском языке, и небольшую портативную программу для быстрого расчёта элементов повышающего или понижающего преобразователя, собранного на этой микросхеме.

Узлы управления зарядом и разрядом литий-ионной батареи

При использовании литий-ионных батарей, желательно ограничивать их разряд и заряд. Я для этой целей использовал компараторы на основе копеечных микросхем КМОП. Микросхемы эти крайне экономичны, так как работают на микротоках. На входе у них стоят полевые транзисторы с изолированным затвором, что даёт возможность применить микротоковый же Источник Опорного Напряжения (ИОН). Где взять такой источник я не знаю (Можно попобовать применить LM385 на 1.2В или 2.5В. Прим.ред. ), поэтому воспользовался тем обстоятельством, что в режиме микротоков, напряжение стабилизации обычных стабилитронов снижается. Это позволяет управлять напряжением стабилизации в некоторых пределах. Так как это не задокументированное включение стабилитрона, то, возможно, для обеспечения определённого тока стабилизации, стабилитрон придётся подобрать.

Чтобы обеспечить ток стабилизации, скажем, 10-20 мкА, сопротивление балласта должно быть в районе 1-2 МОм. Но, при подгонке напряжения стабилизации, сопротивления балластного резистора может оказаться, либо слишком маленьким (несколько килоом), либо слишком большим (десятки мегаом). Вот тогда придётся подобрать не только сопротивление балластного резистора, но и экземпляр стабилитрона.

Переключение цифровой КМОП микросхемы происходит тогда, когда уровень входного сигнала достигает половины напряжения питания. Поэтому, если запитать ИОН и микросхему от источника, напряжение которого требуется измерить, то на выходе схемы можно получить сигнал управления. Ну, а этот самый сигнал управления и можно подать на третий вывод микросхемы MC34063.

На чертеже изображена схема компаратора на двух элементах микросхемы К561ЛА7.

Резистор R1 определяет величину опорного напряжения, а резисторы R2 и R3 гистерезис компаратора.

Узел включения и идентификации зарядного устройства

Чтобы телефон или плеер начал заряжаться от разъёма USB, ему нужно дать понять, что это разъём USB, а не какой-то суррогат. Для этого можно подать на контакт «-D» положительный потенциал. Во всяком случае, для Blackberry и iPod-а этого достаточно. Но, моё фирменное зарядное устройство подаёт положительный потенциал ещё и на контакт «+D», поэтому я поступил точно так же.


Другое назначение этого узла – управление включением и выключением преобразователя 12,6 > 5 Вольт при подключении нагрузки. Эту функцию выполняют транзисторы VT2 и VT3.

В конструкции портативного ЗУ предусмотрен и механический выключатель питания, но его назначение скорее соответствует "выключателю массы" АКБ в автомобиле.

На рисунке представлена схема мобильного блока питания.

C1, C3 = 1000мкФ

C2, C6, C10, C11, C13 = 0,1мкФ

C4, C5 = 680пФ

C14 = 20мкФ (танталовый)

IC1, IC2 – MC34063
DD1 = К176ЛА7

DD2 = К561ЛЕ5

R28 = 3k

R5 = 30k

VD1, VD2 = 1N5819

HL1 = Green

VD3, VD6 = КД510А

R8, R15, R23, R29 = 100k

VT1, VT2, VT3 = КТ3107

L1 = 50mkH

R10, R11, R13, R26 = 1m

VT4 = КТ3102
L2 = 100mkH

Подбираются

R17, R19, R25 = 15k

R14* = 2m
R1 = 180

R22* = 510k

VD4*,VD5* = КС168А

IC1 – повышающий преобразователь напряжения 5 > 14 Вольт, который служит для заряда встроенной аккумуляторной батареи. Преобразователь ограничивает входной ток на уровне 0,7 Ампера.

DD1.1, DD1.2 – компаратор заряда батареи. Прерывает заряд по достижению 12,8 Вольт на батарее.

DD1.3, DD1.4 – генератор индикации. Заставляет мигать светодиод во время заряда. Индикация сделана по аналогии с зарядными устройствами Nikon. Пока идёт заряд, светодиод мигает. Заряд окончен – светодиод горит постоянно.

IC2 – понижающий преобразователь 12,6 > 5 Вольт. Ограничивает выходной ток на уровне 0,7 Ампера.

DD2.1, DD2.2 – компаратор разряда батареи. Прерывает разряд батареи при снижении напряжения до 7,5 Вольт.

DD2.3, DD2.4 – таймер экстренного включения преобразователя. Включает преобразователь на 12 минут, даже если напряжение на батарее упало до 7,5 Вольт.

Тут может возникнуть вопрос, почему выбрано такое низкое пороговое напряжение, если некоторые производители не рекомендуют допускать его снижение ниже 3,0 и даже 3,2 Вольта на банке?

Я рассуждал так. Путешествия случаются не так часто, как этого бы хотелось, поэтому батарее вряд ли придётся пережить много циклов заряда-разряда. Между тем, в некоторых источниках, описывающих работу литий-ионных батарей, напряжение 2,5 Вольта как раз называют критическим.

Но, Вы можете ограничить предельный разряд более высоким уровнем напряжения, если предполагается часто использовать подобное зарядное устройство.

Конструкция и детали

Печатные платы (ПП) изготовлены из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1мм. Размеры ПП выбраны исходя из размеров приобретённого корпуса.

Все элементы схемы, кроме аккумуляторной батареи, размещены на двух печатных платах. Причём на меньшей расположен только разъём Mini USB для подключения внешнего зарядного устройства.

Узлы БП были помещены в стандартный полистироловый корпус Z-34. Это самая дорогая деталь конструкции, за которую пришлось выложить 2,5$.

Выключатель питания поз.2 и кнопка принудительного включения поз.3 спрятаны заподлицо с внешней поверхностью корпуса, во избежание случайного нажатия.

Разъём Mini USB выведен на заднюю стенку корпуса, а разъём USB поз. 4 вместе с индикаторами поз. 5 и поз.6 на переднюю.

Размер печатных плат рассчитан так, чтобы зафиксировать аккумуляторы в корпусе портативного БП. Между аккумуляторами и другими элементами конструкции вставлена прокладка из электрокартона толщиной 0,5мм, согнутая в виде коробки.

А это портативный БП в собранном виде.

Настройка

Настройка портативного зарядного устройства свелась к подбору экземпляров стабилитронов и сопротивлений балластных резисторов для каждого из двух компараторов.

Как подогнать резисторы с высокой точностью описано .

Этот мастер-класс покажет вам, как можно получить 5 В для USB из батареи 9 В, и с помощью этого зарядить мобильный телефон.
На фотографии собранная схема в работе, но это не конечный вариант, так как я сделаю для него ещё и корпус в конце.
Итак, давайте приступим к изготовлению.

Материалы

• Старая батарейка для корпуса.
• Порт USB.
• Микросхема регулятор 7805.
• Один зеленый светодиод.
• Резисторы 220R - 3 шт.
• Припой.
• Провода.

Схема

Сборка зарядника по схеме

На одном из радиолюбительских сайтов увидел схему для зарядки портативных Ni-Mn и Ni-Cd аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2-1,4 В от USB-порта. С помощью этого устройства можно заряжать портативные аккумуляторные батарейки током примерно 100 мА. Схема несложная. Собрать её не составит труда даже начинающему радиолюбителю.

Конечно, можно купить готовое ЗУ. В продаже их сейчас великое множество и на любой вкус. Но их цена вряд ли удовлетворит начинающего радиолюбителя или того, кто способен сделать зарядное устройство своими руками.
Решил повторить эту схему, но сделать зарядное устройство для зарядки сразу двух аккумуляторов. Выдаваемый ток USB 2.0 составляет 500 mA. Так что можно смело подключить два аккумулятора. Доработанная схема выглядела так.

Так же хотелось, чтобы была возможность подключение внешнего источника питания напряжением 5 В.
Схема содержит всего восемь радиодеталей.

Из инструмента потребуется минимальный набор радиолюбителя: паяльник, припой, флюс, тестер, пинцет, отвёртки, нож. Перед пайкой радиодеталей их необходимо проверить на исправность. Для этого нам потребуется тестер. Резисторы проверить очень просто. Измеряем их сопротивление и сравниваем с номиналом. О том, как проверить диод и светодиод есть много статей в интернете.
Для корпуса использовал пластмассовый футляр размером 65*45*20 мм. Батарейный отсек вырезал из детской игрушки «Тетрис».

О переделке батарейного отсека расскажу подробней. Дело в том, что изначально
плюсы и минусы клемм питания батареек установлены противоположно. Но мне нужно было, что бы в верхней части отсека располагались две изолирование плюсовые клеммы, а внизу одна общая минусовая. Для этого я нижнюю плюсовую клемму перенёс наверх, а общую минусовую вырезал из жести, припаяв оставшиеся пружины.

В качестве флюса при паянии пружин применял паяльную кислоту с соблюдением всех правил техники безопасности. Место пайки обязательно промыть в проточной воде до полного удаления следов кислоты. Провода от клемм подпаял и пропустил внутрь корпуса через просверленные отверстия.

Батарейный отсек закрепил на крышке футляра тремя маленькими шурупами.
Плату выпилил из старого модулятора игровой приставки «Денди». Удалил все ненужные детали и дорожки печатного монтажа. Оставил только гнездо питания. В качестве новых дорожек использовал толстый медный провод. В нижней крышке просверлил отверстия для вентиляции.

Готовая плата плотно села в корпус, поэтому я её закреплять не стал.

После установки всех радиодеталей на свои места проверяем правильность монтажа и очищаем плату от флюса.
Теперь займёмся распайкой шнура питания и установкой тока зарядки для каждого аккумулятора.
В качестве шнура питания использовал USB шнур от старой компьютерной мышки и кусок питающего провода со штекером от «Денди».

Шнуру питания нужно уделить особое внимание. Ни в коем случае нельзя перепутать «+» и «-». У меня на штекере «+» питания подключен к центральному контакту чёрным проводом с белой полосой. А «-» питания идёт по чёрному (без полосы) проводу на наружный контакт штекера. На USB шнуре «+» идёт на красный провод а «-» на чёрный. Спаиваем плюс с плюсом и минус с минусом. Места пайки тщательно изолируем. Далее проверяем шнур на короткое замыкание, подключив тестер в режиме измерения сопротивления к клеммам штекера. Тестер должен показать бесконечное сопротивление. Все надо тщательно перепроверить, что бы ни спалить USB-порт. Если всё нормально, подключаем наш шнур к USB-порту и проверяем напряжение на штекере. Тестер должен показать 5 вольт.

Последний этап настройки это установка зарядного тока. Для этого разрываем цепь диода VD1 и «+» аккумулятора. В разрыв подключаем тестер в режиме измерения тока включенного на предел 200 mA. Плюс тестера на диод, а минус к аккумулятору.

Вставляем аккумулятор на место, соблюдая полярность, и подаём питание. При этом должен загореться светодиод. Он сигнализирует о том, что аккумулятор подключен. Далее, изменяя сопротивление R1, устанавливаем требуемый ток заряда. В нашем случае он равен примерно 100 mA . При уменьшении сопротивления резистора R1 зарядный ток увеличивается, а при увеличении уменьшается.

То же самое делаем для второго аккумулятора. После этого скручиваем наш корпус и
зарядное устройство готово к использованию.
Поскольку различные пальчиковые аккумуляторы имеют разную
емкость, потребуется разное время для зарядки этих аккумуляторов. Аккумуляторы
емкостью 1400 мА/ч с напряжением 1,2 В потребуется заряжать с помощью данной
схемы примерно 14 часов, а аккумуляторы 700 мА/ч потребуется всего 7 часов.
У меня имеются аккумуляторы емкостью 2700 мА/ч. Но заряжать их 27 часов от USB-порта не хотелось. Поэтому я и сделал гнездо питания для внешнего источника питания 5 вольт 1А, который у меня лежал без дела.

Вот ещё несколько фото готового устройства.

Наклейки рисовал программой FrontDesigner 3.0. Затем распечатал на лазерном принтере. Вырезал ножницами, наклеил лицевой стороной на тонкий скотч шириной 20 мм. Лишний скотч обрезал. В качестве клея использовал клей-карандаш, предварительно смазав им и наклейку и место, куда она клеится. Насколько это надёжно, пока не знаю.
Теперь плюсы и минусы данной схемы.
Плюс в том, что схема не содержит дефицитных и дорогостоящих деталей и собирается буквально на коленке. Так же есть возможность запитать от USB-порта, что не мало важно для начинающих радиолюбителей. Не надо ломать голову, откуда запитать схему. Не смотря на то, что схема очень простая, данный способ зарядки используется во многих промышленных зарядных устройствах.
Так же можно немного усложнив схему реализовать переключение зарядного тока.

Подбором R1,R3 и R4 можно выставить зарядный ток для разных по ёмкости аккумуляторов, тем самым обеспечив рекомендуемый зарядный ток для данного аккумулятора, который обычно равен 0,1C (C-ёмкость аккумулятора).
Теперь минусы. Самый большой, это отсутствие стабилизации зарядного тока. То есть
При изменении входного напряжения будет изменятся зарядный ток. Так же при ошибке в монтаже или коротком замыкании схемы есть большая вероятность спалить USB-порт.

Иногда зарядки, используемые гаджетами, выходят из строя. Встречаются люди, которым интересно все испробовать самим. В результате на свет появляются самодельные зарядки для телефона.

Причины создания зарядного устройства своими руками

Как сделать зарядку для телефона? Этот вопрос не волнует многих людей, но только до тех пор, пока они не столкнутся с проблемами, которые могут подстерегать каждого.

Итак, для чего нам может понадобиться создать телефонную зарядку?

• Выход телефонного аккумулятора из строя - до момента приобретения нового.
• Возможность подзарядить телефон там, где нет сети.
• Возможность создания запасного зарядного устройства.

Наиболее просто разрешается вопрос о том, как сделать портативную зарядку для телефона от батареек.

Делаем портативную зарядку

Как сделать зарядку для телефона, если имеются аккумуляторы, отсек для них, для них или старого мобильника и USB-удлинитель?

Аккумуляторы должны быть типа АА. Помимо этого, в наличии должны находиться паяльник и тестер.

Берем 4 аккумулятора (желательно большой емкости) и вставляем их в отсек для них. Тестером измеряем напряжение, должно быть не менее 5 вольт. Это обусловлено тем, что современные телефоны можно зарядить от USB-разъема, в котором напряжение составляет 5 В.

От USB-удлинителя, который не жалко использовать, отрезаем штекер, подсоединяющийся к компьютеру. Изучаем распиновку контактов, вызваниваем тестером. Находим + и -, остальные провода убираем кусачками и изолируем.

Надеваем на провода термокембрик и для обеспечения плотного входа обрабатываем зажигалкой. Делаем примерку на месте крепления штекера.

Нам понадобится припаять провода к металлическим заклепкам. С этой целью используют паяльную кислоту, которую можно нанести оловянной палочкой, после чего залуживаем заклепки.

Припаиваем провода в соответствии с их зарядом.

Разъем нужно приклеить к корпусу, предварительно обезжирив или соскоблив ножом разъем и пластмассу.

Наносим подогретый клей на корпус и прижимаем. Обмазываем клеем вокруг, закрывая открытые контакты. Оставшиеся ненужные провода откусываются и замазываются клеем. При необходимости его можно замаскировать с помощью маркера.

Вставляем аккумуляторы. Они должны быть одной и той же емкости. При этом их суммарная емкость должна превышать таковую у телефонного аккумулятора.

Делаем кабель для зарядки

После изготовления самой зарядки вопрос "Как сделать зарядку для телефона?" не снимается, поскольку нужно еще изготовить кабель.

Отрезаем маленький разъем USB-кабеля, длина кабеля при этом должна составлять полметра.

Аналогично разделываем провода. + и - уже выявлен, можно не повторять. Остальные провода откусываем, после чего помещаем в термокембрик, зачищаем, залуживаем.

Аккумуляторы могут заряжаться в разных предназначенных для них. В большинстве случаев можно использовать и зарядники от мобильников.

Можно не усложнять себе жизнь, а заряжать аккумуляторы в соответствующих зарядных устройствах.

Проверяем зарядку

Заряженные аккумуляторы вставляем в бустер, к которому подключаем USB-кабель с одной стороны, а другой стороной его подключаем к телефону и проверяем зарядку.

Через некоторое время напряжение на бустере может упасть, поэтому лучше использовать аккумуляторы большей емкости.

Таким образом, мы разобрались, как сделать зарядку для телефона своими руками.

Беспроводная зарядка

Удлинители могут перестать заряжать телефон, они могут перетереться, гнездо для зарядки в телефоне может расшататься. Все это обуславливает необходимость беспроводной зарядки. Как сделать беспроводную зарядку для телефона, рассмотрим ниже.

Принцип беспроводной зарядки основывается на том, что в зарядку встраивается катушка, которая создает магнитное поле, под крышкой телефона находится другая катушка, служащая приемником. Когда приемник находится в зоне действия проводника, активируются электромагнитные импульсы. Через выпрямители и конденсаторы идет воздействие на батарею телефона.

Но перед тем, как сделать свой выбор в пользу беспроводной зарядки, необходимо учесть, что у нее есть ряд отрицательных качеств:

• нет достоверных данных о воздействии на организм человека;
• транслирование энергии низкоэффективно;
• полный заряд батареи восстанавливаются за больший промежуток времени по сравнению с проводной зарядкой;
• рабочая емкость аккумулятора может быть уменьшена;
• в случае неправильной комплектации аккумулятор может перегреться, что приведет к его преждевременному износу.

Давайте разберемся, как сделать беспроводную зарядку для телефона.

Для этого необходимо несколько метров тонкой медной проволоки. Проводник сматываем в катушку с числом витков, равным 15. Спираль для сохранения формы закрепляем двухсторонним скотчем или клеем. Несколько сантиметров проволоки оставляем для пайки. Соединение с гнездом зарядки осуществляется при помощи конденсатора и импульсного диода, которые крепятся к противоположным концам.

Размер одного витка на проводнике должен составлять 1,5 см. После скручивания диаметр получившейся катушки - 10 см.

Для формирования передатчика используется еще более тонкий медный провод в количестве 30 витков. Контур замыкается конденсатором и транзистором. Помещаем данное устройство в зону передающего кольца вверх дисплеем.

В заключение

Таким образом, вопрос о том, как сделать зарядку для телефона, имеет несколько вариантов ответа. Зарядка может быть портативной от аккумуляторов, а может быть и беспроводной. В любом случае, делать ее должен человек, разбирающийся в электричестве, иначе можно нарваться на проблемы.