Зарядные устройства для телефонов схема своими руками

Строим универсальную, машинную USB зарядку (попытка номер раз)

Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.

ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).

Автор, нафига все это?

Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.

Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.

Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: » Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины.»

Что нам понадобится

1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.

2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.

Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.

3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.

4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.

5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.

6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.

Собираем зарядку

1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:

*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.

Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.

2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.

3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).

Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате

4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:

Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:

У меня получилось так:

Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.

Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.

Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»

5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.

6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!

7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.

Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:

В Машине это выглядит так:

Тесты

Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.

Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).

Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.

К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).

Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.

Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.

Процесс зарядки и выводы

Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:

График усреднен и может варьироваться для разных устройств .

Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.

Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А

Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.

В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.

В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!

Источник

Основные схемы импульсных сетевых адаптеров для зарядки телефонов

Основные схемы импульсных сетевых адаптеров для зарядки телефонов

Большинство современных сетевых зарядных устройств собрано по простейшей импульсной схеме, на одном высоковольтном транзисторе (рис. 1.18) по схеме блокинг-генератора.

В отличие от более простых схем на понижающем 50-герцевом трансформаторе, трансформатор у импульсных преобразователей той же мощности гораздо меньше по размерам, а значит, меньше размеры, вес и цена всего преобразователя. Кроме того, импульсные преобразователи более безопасны – если у обычного преобразователя при выходе из строя силовых элементов в нагрузку попадает высокое нестабилизированное (а иногда и вообще переменное) напряжение со вторичной обмотки трансформатора, то при любой неисправности импульсника (кроме выхода из строя оптрона обратной связи – но его обычно очень хорошо защищают) на выходе вообще не будет никакого напряжения.

Простая импульсная схема блокинг-генератора

Описание принципа действия и расчета элементов схемы высоковольтного импульсного преобразователя (трансформатор, конденсаторы и прочее) можно прочитать по ссылке https://www.nxp.com/ acrobat/applicationnotes/AN00055.pdf (1 Мб).

Принцип работы устройства

Переменное сетевое напряжение выпрямляется диодом VD1 (хотя иногда щедрые китайцы ставят целых 4 диода, по мостовой схеме), импульс тока при включении ограничивается резистором R1. Здесь желательно поставить резистор мощностью 0,25 Вт – тогда при перегрузке он сгорит, выполнив функцию предохранителя.

Преобразователь собран на транзисторе VT1 по классической обратноходовой схеме. Резистор R2 нужен для запуска генерации при подаче питания, в этой схеме он необязателен, но с ним преобразователь работает чуть стабильнее. Генерация поддерживается благодаря конденсатору С1, включенному в цепь ПОС на обмотке И, частота генерации зависит от его емкости и параметров трансформатора. При отпирании транзистора напряжение на нижних по схеме выводах обмоток I и II отрицательное, на верхних – положительное, положительная полуволна через конденсатор С1 еще сильнее открывает транзистор, амплитуда напряжения в обмотках возрастает.

Транзистор лавинообразно открывается. Через некоторое время, по мере заряда конденсатора С1, базовый ток начинает уменьшаться, транзистор начинает закрываться, напряжение на верхнем по схеме выводе обмотки II начинает уменьшаться, через конденсатор С1 базовый ток еще сильнее уменьшается, и транзистор лавинообразно закрывается. Резистор R3 необходим для ограничения базового тока при перегрузках схемы и выбросах в сети переменного тока.

В это же время амплитудой ЭДС самоиндукции через диод VD4 подзаряжается конденсатор СЗ – поэтому преобразователь и называется обратноходовым. Если поменять местами выводы обмотки III и подзаряжать конденсатор СЗ во время прямого хода, то резко возрастет нагрузка на транзистор VT1 во время прямого хода (он может даже сгореть из-за слишком большого тока), а во время обратного хода ЭДС самоиндукции окажется нерастраченной и выделится на коллекторном переходе транзистора – то есть он может сгореть от перенапряжения.

Поэтому при изготовлении устройства нужно строго соблюдать фазировку всех обмоток (если перепутать выводы обмотки II – генератор просто не запустится, так как конденсатор С1 будет, наоборот, срывать генерацию и стабилизировать схему).

Выходное напряжение устройства зависит от количества витков в обмотках II и III и от напряжения стабилизации стабилитрона VD3. Выходное напряжение равно напряжению стабилизации только в том случае, если количество витков в обмотках II и III одинаковое, в противном случае оно будет другое. Во время обратного хода конденсатор С2 подзаряжается через диод VD2, как только он зарядится до примерно -5 В, стабилитрон начнет пропускать ток, отрицательное напряжение на базе транзистора VT1 чуть уменьшит амплитуду импульсов на коллекторе, и выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне. Точность стабилизации у этой схемы не очень высока – выходное напряжение гуляет в пределах 15…25% в зависимости от тока нагрузки и качества стабилитрона VD3.

Альтернативный вариант устройства

Схема более качественного (и более сложного) преобразователя показана на рис. 1.19.

Для выпрямления входного напряжения используются диодный мостик VD1 и конденсатор С1, резистор R1 должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, иначе в момент включения, при зарядке конденсатора С1, он может сгореть. Емкость конденсатора С1, в микрофарадах, должна равняться мощности устройства, в ваттах.

Сам преобразователь собран по уже знакомой схеме на транзисторе VT1. В цепь эмиттера включен датчик тока на резисторе R4 –

Электрическая схема более сложного преобразователя

как только протекающий через транзистор ток станет столь большим, что падение напряжения на резисторе превысит 1,5 В (при указанном на схеме сопротивлении – 75 мА), через диод VD3 приоткроется транзистор VT2 и ограничит базовый ток транзистора VT1 так, чтобы его коллекторный ток не превышал указанные выше 75 мА. Несмотря на свою простоту, такая схема защиты довольно эффективна, и преобразователь получается практически вечный даже при коротких замыканиях в нагрузке.

Для защиты транзистора VT1 от выбросов ЭДС самоиндукции в. схему добавлена сглаживающая цепочка VD4-C5-R6. Диод VD4 обязательно должен быть высокочастотным – идеально BYV26C, чуть хуже – UF4004…UF4007 или 1N4936, 1N4937. Если нет таких диодов – цепочку вообще лучше не ставить!

Конденсатор С5 может быть любым, однако он должен выдерживать напряжение 250…350 В. Такую цепочку можно ставить во все аналогичные схемы (если ее там нет), в том числе и в схему по рис. 1.18 – она заметно уменьшит нагрев корпуса ключевого транзистора и значительно «продлит жизнь» всему преобразователю.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью стабилитрона DA1, стоящего на выходе устройства, гальваническая развязка обеспечивается оптроном VOl. Микросхему TL431 можно заменить любым маломощным стабилитроном, выходное напряжение равно его напряжению стабилизации плюс 1,5 В (падение напряжения на светодиоде оптрона VOl); для защиты светодиода от перегрузок добавлен резистор R8 небольшого сопротивления. Как только выходное напряжение станет чуть выше положенного, через стабилитрон потечет ток, светодиод оптрона VOl начнет светиться, его фототранзистор приоткроется, положительное напряжение с конденсатора С4 приоткроет транзистор VT2, который уменьшит амплитуду коллекторного тока транзистора VT1. Нестабильность выходного напряжения у этой схемы меньше, чем у предыдущей, и не превышает 10…20%, также благодаря конденсатору С1 на выходе преобразователя практически отсутствует фон 50 Гц.

Рекомендации по деталям

Трансформатор в этих схемах лучше использовать промышленный, от любого аналогичного устройства. Но его можно намотать и самому – для выходной мощности 5 Вт (1 А, 5 В) первичная обмотка должна содержать примерно 300 витков проводом диаметром 0,15 мм, обмотка II – 30 витков тем же проводом, обмотка III – 20 витков проводом диаметром 0,65 мм. Обмотку III нужно очень хорошо изолировать от двух первых, желательно намотать ее в отдельной секции (если есть). Сердечник – стандартный для таких трансформаторов, с диэлектрическим зазором 0,1 мм. В крайнем случае можно использовать кольцо внешним диаметром примерно 20 мм.

• Предыдущая запись: ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА
• Следующая запись: Низковольтный преобразователь напряжения 2в в 5В

Похожие посты:

Основные неисправности зарядных устройств

Зарядное устройство считается наиболее слабым звеном, которым укомплектованы мобильные телефоны. Они часто выходят из строя из-за некачественных деталей, нестабильного сетевого напряжения или в результате обычных механических повреждений.

Наиболее простым и оптимальным вариантом считается приобретение нового прибора. Несмотря на различие производителей, общие схемы очень похожи друг на друга. По своей сути, это стандартный блокинг-генератор, выпрямляющий ток с помощью трансформатора. Зарядники могут отличаться конфигурацией разъема, у них могут быть разные схемы входных сетевых выпрямителей, выполненные в мостовом или однополупериодном варианте. Существуют различия в мелочах, не имеющих решающего значения.

Как показывает практика, основными неисправностями ЗУ являются следующие:

• Пробой конденсатора, установленного за сетевым выпрямителем. В результате пробоя повреждается не только сам выпрямитель, но и постоянный резистор с низким сопротивлением, который просто сгорает. В подобных ситуациях резистор практически выполняет функции предохранителя.
• Выход из строя транзистора. Как правило, многие схемы используют высоковольтные элементы повышенной мощности с маркировкой 13001 или 13003. Для ремонта можно воспользоваться изделием КТ940А отечественного производства.
• Не запускается генерация из-за пробоя конденсатора. Выходное напряжение становится нестабильным, когда поврежденным оказывается стабилитрон.

Процесс сборки и схема

В корпусе вырезаем отверстия под включатель, и USB вход.

Спаиваем аккумуляторы по схеме, в две батареи по 4 штуки, и устанавливаем в корпус.

Дальше припаиваем батареи к включателю, а от включателя, припаиваем к плате, как на схеме, а от платы припаиваем к USB входу. Фото готового устройства смотрите далее.

Способ 1. Старый аккум — новые возможности

Как сделать Повер банк (Power bank) из устаревших телефонных батареек? — просто. Пошаговое описание метода поможет вам не допустить ошибок.

• Батарейка из старого телефона
• Провода
• Контроллер
• USB-вход
• Изолента, скотч, термоклей.

1. Берём старый мобильник, достаём из него аккумулятор. Таких батарей нам понадобится 3, 6 или 9. Чем больше, тем на дольше хватит устройства.
2. Складываем 3 накопителя друг к другу, вдоль фиксируем скотчем, а поперёк обматываем изолентой. При этом клеммы остаются открытыми.
3. Находим подходящий корпус. Эту роль может выполнить даже простая мыльница, всё зависит от размеров.
4. С помощью 2 проводков объединяем 3 штуки вместе: один провод — «+», второй провод — «-». Центральные клеммы АКБ не соединяем. Они служат температурным датчиком и вся их суть в демонстрации остатка заряда для конкретного устройства.
5. Размечаем местоположение контроллера и делаем отверстие, чтобы вставить вход.
6. Крепим все детали на термоклей и готово!

Читать также: Фрезерный станок по дереву изделия

Повер банк из устаревших телефонных батареек

Вот так, всего в 6 шагов мы получили портативный аккумулятор.

В принципе манипуляции несложные. Единственное, что может вас остановить — не у всех есть такое количество устаревших аккумов.

Способ 4. Внешний энергонакопитель с солнечной батареей

Ещё один интересный вариант. Поскольку световой день начинает увеличиваться, актуально обсудить преимущества энергонакопителей солнечной энергии. Вы увидите, как изготовить переносное зарядное приспособление с возможностью заряда от панелей-накопителей солнечной энергии.

• Литий-ионный энергонакопитель формата 18650,
• Футляр от этих же накопителей
• Модуль повышения напряжения 5 В 1 А.
• Плата заряда для аккумулятора.
• Солнечная панелька 5,5 V 160 mA (любого размера)
• Проводки для соединения
• 2 диода 1N4007 (можно и другие)
• Липучка или двусторонний скотч для фиксации
• Термоклей
• Резистор 47 Ом
• Контакты для энергонакопителя (пластинки тонкой стали)
• Пара тумблеров

Читать также: Чем растворить резиновый клей

Базисная схема внешнего аккумулятора

1. Изучим базисную схему внешнего аккума.

На схеме видно 2 соединительных проводка разных цветов. Красный подсоединяется к «+», чёрный к «-».

1. Контакты к литий-ионной батарее паять не рекомендуется, поэтому поставим в корпусе клеммы и зафиксируем их с помощью термоклея.
2. Следующая задача — разместить модуль увеличения напряжения и плату зарядки для аккумулятора. Для этого делаем отверстия для USB-входа и USB-выхода 5 В 1 А, тумблера и проводков к солнечной панели.
3. Резистор (сопротивление 47 Ом) впаиваем к USB-выходу, с оборотной стороны модуля, увеличивающего напряжения. Это имеет смысл для зарядки IPhone. Резистор решит проблему с тем самым управляющим сигналом, который запускает процесс зарядки.
4. Чтобы панели было удобно переносить, можно осуществить прикрепление контактов панели с помощью 2 маленьких контактов типа «мама-папа». Как вариант, можно соединить основной корпус и панельки с помощью липучек.
5. Ставим диод между 1 контактом панели и платой заряда энергонакопителя. Диод стоит ставить стрелкой в сторону платы заряда. Это предотвратит разряжение накопительной батареи через солнечную панель.

На сколько зарядов хватит такого Повер банка? Всё зависит от ёмкости вашего аккумулятора и ёмкости гаджета. Помните, что разряжать литиевые накопителей ниже 2,7 В крайне нежелательно.

Что касается заряда самого устройства. В нашем случае мы использовали солнечные панели с общей ёмкостью в 160 mAh, а ёмкость аккумулятора — 2600 mAh. Следовательно, при условии прямых лучей батарея зарядится за 16,3 часа. При обычных условиях — около 20–25 часов. Но пусть эти числа вас не пугают. Через миниUSB зарядится за 2–3 часа. Скорей всего, солнечной панелью вы будете пользоваться в условиях путешествий, походов, дальних поездок.

Источник