Преобразователь напряжения для зарядных устройств сотовых телефонов. Портативное зарядное устройство своими руками Зарядка для телефона от батарейки - своими руками, от типа AA
Издавна имелся солнечный модуль от китайского зарядного устройство и было решено сделать зарядное устройство для мобильного телефона, который смог бы заряжать любые виды мобильных телефонов и планшетных компьютеров. Времени было в обрез, поскольку собирался в поход. Над схемой особо не думал - блокинг-генератор с применением мощного силового ключа серии IRF3205 (изначально использовал IRFZ24, но с первым клювом ток на выходе намного больше). Ограничитель на затворе может отклоняться в ту или иную сторону на 20%, в моем случае 470Ом - все компоненты схемы не критичны, от резистора до трансформатора.
В качестве трансформатора взял готовый дроссель, который стоит в в фильтре входного напряжения некоторых компьютерных БП. В качестве сердечника можно использовать ферритовые кольца (пробовал даже на кольцах из порошкового железа, потерь в сердечнике много, но как вариант - вполне рабочий) удобных размеров, можно чашки или Ш-образный сердечник - форма сердечника не особо влияет на КПД устройства, который колеблется в районе 60-65%. С используемым полевым ключом выходной ток доходит до 100 мА, в целях увеличения этого параметра можно использовать более толстые провода для намотки обмоток.
Первичная обмотка намотана проводом 0,7 мм, состоит из 5х15 Витков. Вторичная обмотка состоит из 10 Витков, намотана проводом 0,5-0,7мм.
Инвертор может отдавать максимальный ток до 220мА при входном напряжении 3,7 Вольт, при этом транзистор (даже если инвертор максимально нагрузить) не греется, но при желании его можно установить на маленький теплоотвод. Выходное напряжение выпрямляется и фильтруется электролитическим конденсатором, дальше подается на вход линейного стабилизатора выполненный на микросхеме 7805, таки образом, на выходе получаем напряжение в пределах 5 Вольт.
Номинальный ток заряда (в случае, когда заряжается мобильный телефон с аккумулятором 750-1000мА/ч) 100-190мА, при этом потребление преобразователя будет в районе 350-600мА.
Устройство было сделано на скорую руку, не идеальный вариант, но вполне рабочий - смело собирайте.
Преобразователь напряжения, для зарядки сотовых телефонов от обычной батарейки позволит выручить в ситуации, когда нет возможности произвести заряд мобильного от сети 220В.
Конструкция устройства отличается простотой и минимумом необходимых деталей.
Для реализации зарядного устройства вам понадобится:
1. Преобразователь напряжения L78M05CV
2. USB разъем (розетка)
3. Провода и термоусадочная трубка
4. Канифоль и припой
5. Паяльник, пинцет и бокорезы
6. Батарея типа «Крона» (а еще лучше перезаряжаемый аккумулятор на напряжение 9В) и ответная часть для подключения батареи, которую можно получить из использованной батарейки
7. Выключатель, любой малогабаритный
Схема устройства показана ниже.
Произведя монтажные работы в соответствии со схемой у вас должно получиться устройство, внешний вид которого показан ниже.
С помощью данного преобразователя напряжения можно заряжать практически любые мобильные телефоны и смартфоны, за исключением IOS устройств. Также оно подойдет для зарядки плееров и планшетных компьютеров, которые требуют для подзарядки напряжение 5В.
В принципе, устройство можно запитать не только от батареи 9В, но и от любого источника постоянного тока напряжением от 7В до 35В.
От себя добавим, что в конструкцию зарядного необходимо внести радиатор, который будет рассеивать лишнее тепло, выделяемое на микросхеме преобразователя напряжения. Радиатор можно выполнить из винта и гайки, но лучше всего использовать готовый алюминиевый, например, радиаторы из старых блоков питания или материнских плат. Их можно опилить, чтобы получить минимальные габариты зарядного устройства.
Еще один вариант этого устройства представлен ниже. Здесь используется разъем microUSB, что позволило еще дополнительно уменьшить габариты зарядного устройства.
Для того, чтобы не повредить монтаж элементов, зарядное устройство лучше всего разместить в каком-нибудь корпусе подходящих размеров. От переключателя можно отказаться. Это даст дополнительную экономию по размерам и массе, но тогда, если устройство не используется для подзарядки сотового телефона, батарею необходимо отсоединять от преобразователя напряжения.
После cтатьи у многих может возникнуть вопрос - зачем так извращаться, если есть зарядники для мобильных устройств от сети 12 Вольт? Наше устройство отличается от промышленных зарядников тем, что промышленные являются понижающими, т.е. - понижают напряжение 12 Вольт до 5, а в нашем случае напряжение 12 Вольт повышается до 220, мощность такого инвертора 10 ватт, что позволяет подключить к аппарату обычные (сетевые) зарядники для мобильных телефонов.
Таким образом, конструкция из себя представляет преобразователь напряжения 12-220 Вольт с выходной мощностью в 10 ватт, выходное напряжение - постоянное, но ничего страшного - любой импульсный блок питания (в том числе и сетевое зарядное устройство от мобильного телефона) будет работать от такого преобразователя.
Схема до боли проста и содержит всего несколько компонентов. Небольшая схема блокинг-генератора на основе мощного биполярного транзистора КТ819, который при желании можно заменить на другой, к примеру - кт805 или из ряда импортных MJE13005-13009.
Параметры намотки показаны на фото. В качестве трансформатора можно использовать любой удобный по размерам ферритовый сердечник (чашка или Ш-образ) марки 1500-3000НМ. Можно применить также и импортные сердечники, к примеру - от компьютерного блока питания.
Схема:
Применение описанного в статье преобразователя позволяет проводить зарядку аккумуляторов сотовых телефонов от источника постоянного тока напряжением 12 В, например, от бортовой сети автомобиля.
При длительной поездке на автомобиле или загородном семейном отдыхе на природе часто возникает проблема зарядки аккумулятора сотового телефона. Ее, конечно, можно решить приобретением специализированного ЗУ, работающего от бортовой сети автомобиля. Но в большинстве случаев у членов семьи сотовые телефоны различных типов, поэтому как разъемы для подключения ЗУ, так и сами ЗУ разные. Найти переходники для различных типов разъемов затруднительно. Решить эту задачу можно другим путем - изготовить предлагаемый преобразователь постоянного напряжения 12 В в постоянное 300 В, который позволит заряжать аккумуляторы сотовых телефонов от штатных ЗУ. Правда, сами ЗУ должны быть с бестрансформаторным входом, т. е. собраны по схеме импульсного преобразователя напряжения с сетевым выпрямителем. Схема предлагаемого устройства показана на рисунке.
Устройство:
Это - однотактный обратно-ходовый преобразователь напряжения с внешним возбуждением. На таймере DA1 собран управляемый генератор прямоугольных импульсов, которые поступают на затвор мощного переключательного полевого транзистора VT1. Импульсы напряжения на вторичной обмотке трансформатора выпрямляет диод VD1, конденсатор С5 - сглаживающий. Стабилизация выходного напряжения осуществляется узлом, состоящим из стабилитронов VD2, VD3 и транзистора VT2.
После подачи питающего напряжения начинает работать генератор прямоугольных импульсов. Частота генерации определяется параметрами цепи R1C2 и составляет около 30 кГц. Когда транзистор VT1 открывается, через первичную обмотку повышающего трансформатора Т1 протекает ток и энергия накапливается в его магнитном поле. После закрытия транзистора VT1 энергия из вторичной обмотки через диод VD1 передается в конденсатор С5. Когда выходное напряжение превысит напряжение пробоя стабилитронов VD2 и VD3, через резистор R5 потечет ток и напряжение на нем возрастет. Это ведет к открыванию транзистора VT2, он соединяет вход Е таймера DA1 с общим проводом, что приводит к срыву генерации и снижению выходного напряжения.
После этого транзистор VT2 закрывается, генерация возобновляется и все процессы циклически повторяются. Поэтому выходное напряжение определяется в основном суммарным напряжением стабилизации стабилитронов VD2, VD3.
Детали:
В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы - импортные, остальные - К10-17. Трансформатор намотан на феррито-вом магнитопроводе Ш12х14 от трансформатора блока строчной развертки телевизора УПИМЦТ, первичная содержит 12 витков провода ПЭВ-2, ПЭЛ диаметром 1 мм, вторичная - 310 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,31 мм. Полевой транзистор IRFZ44N можно заменить на полевые транзисторы IRFZ24N, IRFZ48N, IRFZ34N или на биполярный КТ825 с любым буквенным индексом, в последнем случае сопротивление резистора R4 следует увеличить до 1 кОм. Взамен двух стабилитронов 1N5383B можно применить три соединенных последовательно стабилитрона 1N5378B или 1N4764.
Возможна также замена группы стабилитронов выпрямительным диодом КД212А. Необходимо подобрать экземпляр с напряжением пробоя 300...320 В. Для этого стабилитроны VD2, VD3 заменяют на один диод КД212А. Временно на место конденсатора С5 устанавливают два соединенных последовательно конденсатора К73-17 емкостью 0,47 мкФ на напряжение 630 В, а последовательно с диодом VD1 включают еще один, такой же. Меняя диоды КД212А, устанавливают требуемое выходное напряжение. По экспериментам автора, напряжение пробоя у этих диодов находится в интервале 280...380 В. После подборки диода временно установленные элементы удаляют и монтируют штатные. На этом налаживание можно считать законченным.
Детали преобразователя смонтированы на макетной печатной плате из стеклотекстолита с применением проводного монтажа. Плата размещена в пластмассовом корпусе размерами 85x50x45 мм, на стенке которого установлена розетка для подключения ЗУ. Преобразователь подключают к бортсети автомобиля в прикуриватель с помощью специальной вилки, в которой установлена плавкая вставка FU1. При эксплуатации преобразователя следует иметь в виду, что в некоторых ЗУ сетевой выпрямитель выполнен по однополупериодной схеме. Поэтому если после подключения ЗУ зарядка не производится, необходимо перевернуть его вилку на 180°, изменив тем самым полярность подаваемого на него напряжения. Двухлетняя эксплуатация устройства показала его высокую надежность и востребованность.
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.
Техническое заданиеПортативое 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.
Электрическая схема портативного блока питания
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 .
