Зарядка юсб 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.

Ebay цена 1,59 USD
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.»
Я смелый!
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 .
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!
P.S.:
1. Текст может содержать пунктуационные, грамматические и смысловые ошибки, об оных прошу сообщать в личку.

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.

Вам нужно:

  • 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!

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 2. Фонарь путь осветит, телефон «накормит»

У вас есть фонарик? Сейчас вы узнаете, как преобразовать фонарь, чтобы он не только путь-дорогу освещал, а ещё помогал оставаться на связи.

Зарядное устройство из фонаря

Нам необходимо:

  • Фонарь с накопителем на 3,7 В
  • Преобразователь напряжения со встроенным USB-выходом
  • Контроллер энергозаряда.
  1. Разбираем фонарик.
  2. Резистор с подпаянным светодиодом необходимо убрать. Это даёт возможность сменить один из режимов свечения на другой режим — зарядку.
  3. На то место, где ранее находилась вилочка с целью зарядки фонарика, ставим преобразователь с выходом.
  4. К контроллеру заряда батареи припаиваем «+» и «-» от батареи. Уже после этого к контактам OUT+/OUT- предоставленного контроллера подпаиваем преобразователь 5 V.

ВАЖНО. Перед этим необходимо высвободить один контакт переключателя и подпаять к нему преобразователь.

  1. Проверяем работоспособность. Если нужно — перепаиваем.
  2. Крепим преобразователь и контроллер. Готово!

Вот такой модерн фонаря даст двойное преимущество в походе. И свет есть, и не страшно остаться без связи в любой момент.

Тут главное, всё сделать правильно, фонарик у вас точно найдётся, а дальше — дело техники.

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.

Нам необходимо:

  • 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

ВАЖНО. Рекомендуется применять электронакопитель вместе с платой защиты, чтобы избежать повреждений.

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.

ВАЖНО. Диод ставится в направлении ОТ солнечной панели ДО платы заряда.

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.