Схема power bank 18650

Схема power bank 18650

Итак. Все началось с того, что друг заказал на ebay.com устройство под названием Power Bank. Девайс, сам по себе, довольно полезный, когда не совсем китайский ну и стоит раза в 2 дороже. Этот же был заказан как раз для экспериментов и доработок. Примерно через месяц прибор приполз на местное отделение почты, а затем попал к нам в руки:

Такой вот ничем ни примечательный черный глянцевый корпус. Сверху находится какая-то кнопка и то, что должно быть индикатором уровня. На одном торце корпуса находится miniUSB разъем для зарядки устройства, а на другом — два USB разъема для подключения мобильной техники. Китайцы обещают на них 5В с токами 1А и 2.1А.

Через несколько дней он был подвергнут безжалостной разборке, для этого, в принципе и был заказан. Разобрать это чудо техники оказалось совсем на просто, китайцы намертво заклеили корпус по периметру. И вот, после полу часа мучений нашему взору предстала следующая картина:

Внутри оказалось 4 аккумулятора формата 18650, такие же как в батареях ноутбуков (как раз такие аккумуляторы были подготовлены перед заказом девайса), при этом подключенными оказались только два из них. Как позже выяснилось, неподключенные аккумуляторы не подавали никаких признаков жизни и уже начали покрываться ржавчиной под полиэтиленовой оберткой. В связи с чем были незамедлительно отправлены на помойку.

Между аккумуляторами уютно пристроилась плата управления, которая содержала:

  • повышающий STEP-UP преобразователь на какой-то неизвестной микросхеме с номиналом 8628 (даташит на нее найти так и не удалось);
  • схему контроля уровня напряжения для предотвращения переразряда аккумуляторов и по совместительству зарядное устройство на двух микросхемах DW01 (микросхема контроля) и 8205А (два MOSFET транзистора);
  • пару транзисторов для включения "индикатора уровня заряда";
  • "индикатор уровня заряда", который на самом деле оказался четырьмя светодиодами, включенными параллельно.

Схему преобразователя мы трогать не стали, т.к. для зарядки телефона его вполне хватает. Кроме этого присутствует защита от перегрузки по току. Да, USB разъемы, помеченные 5В 1А и 5В 2.1А, включены параллельно. А вот схемой контроля / зарядки занялись вплотную. Она оказалась стандартной, такие ставят на обычные литиевые аккумуляторы. Выглядит она вот так:

MOSFET транзисторы М1 и М2 как раз и являются микросхемой 8205А. От дальнейшего использования ее в качестве зарядного устройства пришлось отказаться. Во-первых при подключении 4-х аккумуляторов она достаточно сильно грелась, а во вторых на сами аккумуляторы подавалось около 5В. Да и заряжать 4 аккумулятора включенных параллельно да еще и без контроля температуры, не самая лучшая идея. Поэтому начался поиск альтернативного решения. Выбор пал на микросхемы TP4056. Характеристики у нее такие:

  • напряжение питания от 4 до 8В. (типовое 5В.);
  • настраиваемый ток заряда. максимальный ток 1А;
  • уровень напряжения зарядки аккумуляторов 4.2В;
  • контроль температуры при помощи терморезистора с отрицательным ТКС;
  • минимум внешних компонентов.

Схема включения в от такая (взята из даташита):

Получается очень удобная штука, требуется только задать уровень тока зарядки резистором Rprog и подать питание, а об остальном микросхема позаботится сама. Китайцы, кстати, выпускают готовые модули для зарядки литиевых аккумуляторов, но подключения терморезистора там не предусмотрено, что является огромным минусом.

Сами микросхемы были заказаны с того же ebay, в количестве 5шт. Сначала предполагалось сделать отдельный канал на каждый аккумулятор, но из-за ограничения в свободном пространстве, пришлось ограничиться двумя каналами и соединить аккумуляторы парами (тем более в батарее для ноутбука сделано точно так же). В итоге родилась вот такая схема:

Как видно, кроме схемы зарядного устройства в устройство добавились два индикаторных светодиода. HL1 загорается при окончании процесса зарядки обеими микросхемами, т.е. пока одна из них продолжает зарядку и сигнал об окончании не выдается, гореть светодиод не будет. Светодиод HL2 загорается в том случае, если одна из микросхем перестанет выдавать сигнал о нормальной работе (т.е. произошел перегрев, обрыв, сдох аккумулятор и т.п.). А пока обе микросхемы говорят, что все хорошо, светодиод погашен. Пары аккумуляторов соединены через диоды, чтобы исключить влияние микросхем друг на друга в процессе работы. Диод следует выбирать с наименьшим сопротивлением перехода, иначе напряжение на выходе будет заметно ниже напряжения на аккумуляторах и схема контроля будет отключать преобразователь слишком рано. Я взял диодную сборку S30SC4M из компьютерного блока питания, падение напряжения составило 0.25В. Достаточно неплохой результат, хотя и не идеал. Ток заряда настраиваем исходя из параметров зарядного устройства. Как оказалось, ни одно из имеющихся у нас не дает ток больше 1А. Поэтому зарядный ток на каждую пару аккумуляторов ограничен на уровне 0.5А. Микросхемам как раз комфортно работать, а вот при большем токе придется продумать охлаждение микросхем. Терморезисторы были выпаяны из батареи для ноутбука. При комнатной температуре имели сопротивление в районе 8К. Микросхема считает ситуацию аварийной, если напряжение на первом выводе станет меньше 45% от питающего (2.25В) или выше 80% от питающего (4В.). Исходя из этого были подобраны номиналы резистивного делителя на выводе 1 микросхем. В итоге при комнатной температуре на вывод TEMP приходит около 3В. при комнатной температуре.

Читайте также:  Как узнать по треку что в посылке

Все это дело было собрано вот на такой плате:

Шедевром ее не назвать, но переделывать было, честно говоря, лень. Тем более, что эта плата работает нормально, ни обрывов ни КЗ на ней нет, а пара расплывшихся дорожек еще никому не мешали. "Лопухи" по обеим сторонам платы являются терморезисторами и как раз удобно ложатся под аккумуляторы. Да, резисторы на 0.5 Ом найти не удалось, поэтому впаял два резистора на 1 Ом. параллельно "бутербродом".

Теперь настал самый интересный момент, соединение двух плат — китайской и нашей. Перед началом процедуры объединения надо провести некоторые доработки того, что было установлено в устройстве изначально. Во-первых — по какой-то непонятной причине китайцы сделали так, что при подаче внешнего питания на плату запускался преобразователь и молотил в пустую. Во-вторых начинали светиться светодиоды "индикатора уровня", что ночью довольно сильно мешает. Итак, берем плату и начинаем выпаивать из нее лишние элементы:

А именно диод (чтобы не было лишнего падения напряжения, да и грелся он не слабо, позже был удален и резистор с номиналом R470), и резистор на 100К. (как раз через него и контролировался факт подачи питающего напряжения). Заодно меняем резисторы в обвязке DW01 в соответствии с даташитом — 470 Ом на 100 Ом, и 2К на 1К. (на фото они еще не поменяны). На обратной стороне платы так же делаем некоторые изменения:

Разделяем входную и выходную земли. Теперь на управление подачей напряжения на преобразователь полностью зависит от микросхемы DW01. и подпаиваем провода:

Левый провод +, правый -. Соответственно позже, после исключения резистора R470, плюсовой провод паяется на площадку возле miniUSB разъема. Сам же резистор выполнял чисто защитную функцию, но т.к. у нас на каждой микросхеме стоит отдельный резистор на 0.5 Ом, этот является лишним.

Позднее оказалось, что надо произвести еще одну доработку платы:

Пришлось подключить кнопку напрямую к минусу аккумуляторов. Это связано с тем, что в схеме присутствует защита от перегрузки по току (как уже говорилось выше). Встроена она все в ту же микросхему DW01 и с двумя убитыми аккумуляторами она работала нормально (при повышении нагрузки просто проседал ток на аккумуляторах), а вот с четырьмя начались чудеса. Оказалось, если подключить на зарядку сразу два телефона, схема контроля сразу же отключает аккумуляторы от преобразователя. А вот включать обратно ни в какую не хочет. Помогало либо переподключение аккумуляторов, либо кратковременная подача минуса питания в обход схемы контроля. Естественно, второй способ гораздо проще и удобнее. Поэтому кнопка была подключена напрямую к минусу аккумуляторов, с обратной стороны был убран транзистор 1А (подключен как раз параллельно кнопке, запускал "индикатор уровня" при подключении внешнего питания), который можно увидеть чуть ниже дросселя, а на его место впаяны последовательно соединенный диод и резистор на 470 Ом. Катод диода паяем на площадку коллектора (нижний на фото), а резистор на площадку эмиттера (левый на фото). Место соединения резистор и диода очень удобно пришлось на площадку базы, которая после удаления резистора на 100К осталась абсолютно свободной. Резистор и диод нужны для защиты схемы (может у нас на выходе КЗ, а мы минус напрямую подаем). Теперь после срабатывания защиты, достаточно отключить нагрузку и нажать на кнопку.

Вот теперь все готово к воссоединению. В нашей плате контактные площадки выведены точно напротив контактных площадок на китайской плате. К этим площадкам раньше были подключены аккумуляторы. Я же просто взял и просверлил в них отверстия. Затем впаял в свою плату два толстых вывода, оставшихся после пайки диодного моста, а затем впаял их в основную плату, припаял светодиоды, провода от аккумуляторов и питания (минус аккумуляторов подключается туда же, где был изначально, возле USB разъемов и минус питания с miniUSB разъема идет туда же). Думаю, что в графическом виде будет понятнее, ведь лучше один раз увидеть чем.

А на деле это все выглядит вот так:

Читайте также:  Создать djvu из jpg

В таком виде все это дело проверялось в течении двух суток, а затем было упаковано обратно в корпус:

Для светодиодов были просверлены отверстия возле miniUSB разъема. Левый светодиод сигнализирует об окончании зарядки, а правый о наличии аварии. Дополнительная плата стала идеально, как будто китайцы именно для нее и оставили место

Подключаем зарядное устройство, но только не то, что шло в комплекте, а нормальное, честно выдающее 1А. 5В. на выходе. Ждем некоторое время и.

Зарядка окончена, можно пользоваться. Полного заряда хватает на 3-4 полные зарядки телефона. При том что в это время этим самым телефоном пользуются и аккумуляторы были установлены не новые. Цель достигнута, на выходе получилось полноценное портативное зарядное устройство.

В очередной раз тема статьи посвящена PowerBank’ам. Сегодня вы сможете увидеть простую хорошую схему без каких-либо микросхем, только на одних транзисторах.

Схема представляет собой простой стабилизированный повышающий DC-DC преобразователь , который способен увеличивать напряжение от источника питания, к примеру, от литиевого аккумулятора, до уровня 5 В. Такое напряжение уже позволит заряжать планшеты и смартфоны.

Схема

Безусловно, такой модуль повышающего преобразователя можно приобрести в Китае примерно за 1 $, но работа устройства, собранного своими руками, приносит значительно больше удовольствия. К тому же эта схема практически не требует никаких финансовых затрат, и не придется ждать месяц, как в случае заказа товара из Китая.

Несколько слов о схеме и принципе ее работы.

принцип работы

Имеется мультивибратор в качестве генератора импульсов. В представленном варианте он настроен на частоту около 30 кГц.

мультивибратор

Принцип работы схемы не отличается от ее сородичей. Начальный импульс от мультивибратора, поступая на базу составного транзистора, открывает его. В момент закрытия транзистора возникают импульсы ЭДС самоиндукции от дросселя, которые выпрямляются быстрым диодом D1 и сглаживаются конденсатором C1. Выходное напряжение стабилизировано, а задается оно путем подбора стабилитрона VD1.

Транзистор VT2 открывается, когда выходное напряжение с конвертера превышает заданное напряжение стабилизации. База транзистора VT1 через его открытый переход закорачивается на массу. Вследствие этого последний закрывается.

Коэффициент полезного действия этого конвертера может доходить до 70—75%. И это очень даже хорошо. Но чтобы добиться такого КПД, придется потратить не один час, перематывая дроссель, ведь очень многое зависит именно от него.

Максимальное значение тока, которое удалось получить на выходе, составило около 1 А. Стабилизация работает так, как положено. Устройство пригодно для реального применения.

На создание платы также было потрачено немало времени. Она компактная, да и выглядит очень красиво.

Скачать плату можно в конце статьи.

Настало время поговорить об элементной базе и настройке схемы. Транзистор VT1 рекомендуется брать составной. Опыты проводились с разными транзисторами, но в итоге самыми подходящими оказались КТ829, КТ972 или что-нибудь из импортных, например, BD677 и т. д.

Дроссель намотан на ферритовом сердечнике типа «гантелька». Он был изъят из платы блока питания компьютера. Также можно применить кольца из порошкового железа или стержневой сердечник. Количество витков и диаметр провода были подобраны путем проведения опытов. В конечном счёте, дроссель был намотан проводом диаметром 8 мм (возможно отклонение до 20%). Количество витков составило 25.

Наладка преобразователя сводится к получению нужного выходного напряжения и минимального тока потребления на холостом ходу. В описываемом примере минимальный ток холостого хода составляет 40 мА и зависит от дросселя. Это много, если сравнивать с готовыми китайскими модулями. Но ничего не поделаешь – от банального мультивибратора не стоит ожидать большего.

Стабилитрон тоже подлежит подбору. Напряжение стабилизации выбирается в пределах 4,7-6,2 В. В примере используется стабилитрон в 5,1 В.

Составной транзистор все-таки биполярный, и возможен его нагрев во время работы, поэтому небольшой теплоотвод в виде алюминиевого листа будет очень кстати.

Не следует забывать о проверке устройства на работоспособность. Ваттметр на китайском USB-тестере немного «глючит» — реальное напряжение составляет приблизительно 5 В и может «гулять» в небольшом пределе, что полностью нормально. Также будет меняться и ток заряда.

проверка устройства

Теперь взгляните на конструкцию PowerBank’а в целом. Питается конвертер от двух аккумуляторов стандарта 18650 (Li-ion), соединенных параллельно. Они были изъяты из аккумулятора ноутбука. Рабочие емкости обоих должны быть максимально близки друг другу.

Также аккумуляторы были дополнены платой защиты, которая отключает их, когда напряжение опускается ниже 3,2 В. Заряжать аккумуляторы можно от любого USB-порта .

Для этого в устройстве задействована вот такая плата заряда:

Такие платы бывают уже со схемой защиты аккумулятора. Такие платы проще купить, чем сделать, ведь их цена всего 30-50 центов.

Читайте также:  Программа для установки софта

Теперь сборка. Первым делом нужно подготовить аккумуляторы. Паять их нежелательно, но можно. Главное – не перегреть.

Количество аккумуляторов может быть любым. В примере их 2 штуки. Чем больше их емкость, тем больше время работы PowerBank’а. Все аккумуляторы соединяются параллельно.

Корпус для PowerBank’а подошел от старого адаптера питания ноутбука.

Осталось поместить все детали в корпус, добавить выключатель питания, вывести разъем USB для зарядки телефонов, miniUSB для заряда самого PowerBank’а, а также вывести пару светодиодов, которые имеются на плате контроллера. Один из них горит, когда идет зарядка, а второй загорается по ее завершении.

Это очень полезное устройство, особенно если вы часто путешествуете, которое можно очень быстро и дешево сделать своими руками . Есть очень много готовых устройств и кейсов для батарей формата 18650, но все они по разным причинам нам не подошли и мы решили сделать свой.

Особенности Power Bank’а

Идея нашего зарядного устройства очень простая. Это в некотором роде кейс для LiIon-аккумуляторов типоразмера 18650 с возможностью быстрой замены этого аккумулятора. Устройство может как заряжать сам аккумулятор, так и заряжать внешние устройства. И все это, в соответствии с первоначальным планом, должно было иметь минимальный размер, низкую стоимость и предельную простоту устройства вплоть до того, чтобы каждый смог собрать его самостоятельно. И в итоге мы получили достаточно удачный дизайн:

Во-первых, такой подход спасает вас от принятия решения о необходимой вам емкости батареи. Наш PowerBank позволяет взять с собой столько запасных аккумуляторов, сколько может потребоваться в конкретной ситуации.
Во-вторых, аккумуляторы такого формата широко распространены и доступны. Мы не рекомендуем подобные действия, но их даже можно условно бесплатно найти в старой технике.
В-третьих, таких универсальных решений просто не существует, либо они стоят очень дорого. И основная претензия в первую очередь к размерам готовых решений.

Комплектующие для сборки

Комплектующие для сборки PowerBank’а

Полный перечень всего что потребуется:

  1. Держатель для батареи типоразмера 18650, предназначенный для установки на печатную плату
  2. Контроллер заряда аккумулятора. Имеет встроенную защиту и может заряжать аккумулятор током до 1А
  3. StepUp-преобразователь для зарядки внешних устройств током до 0,5А
  4. Клавишный переключатель (фото с размерами)
  5. Винт М3х6 с потайной головкой в потай — 2шт
  6. Гайка М3 квадратная — 2шт
  7. Монтажный провод и термоусадочная трубка
  8. Напечатанный корпус (ссылка для скачивания будет в конце статьи)

То есть стоимость (с учетом доставки!) составляет приблизительно $4.

Схема подключения

Соединяется все очень просто, пятью проводами:

Подключение элементов PowerBank’а

Сначала необходимо припаять провода и переключатель к плате заряда. Важно, что провода от контактов "B+" и "B-" должны быть длинные, а провода от контактов "OUT+" и "OUT-" нужно сделать короткими.

Затем плата устанавливается в пазы внутри корпуса. Он специально сделан очень тугим, чтобы в будущем плата в нем не болталась.

Установка платы заряда

Далее припаяйте ко второму контакту выключателя короткий отрезок провода, наденьте на него термоусадочную трубку и установите выключатель на свое место.

Теперь можно установить в свои пазы плату повышающего преобразователя и затем припаять к ней короткие провода от контроллера заряда аккумулятора, которые идут через выключатель от контактов "OUT+" и "OUT-". Важно нигде при этом не перепутать полярность, но там все достаточно удачно и интуитивно понятно расположено.

Установка повышающего преобразователя

После этого можно укоротить провода, идущие к аккумулятору, припаять их к держателю батареи и установить гайки в пазы. При этом соблюдайте полярность подключения проводов с полярностью на держателе аккумулятора и на торцах корпуса!

Установка держателя аккумулятора

На этом этапе уже можно установить аккумулятор и проверить, что устройство функционирует нормально. Если все работает нормально, то можно дополнительно закрепить платы в корпусе при помощи тремоклея, но и без этого они держатся очень плотно.
Остается только прикрутить винтами держатель к корпусу:

PowerBank в сборе

Видео

Итоги

Все устройство имеет размеры 79х26х31мм, при том, что диаметр аккумулятора 18мм и длина 65мм. Весит зарядник 25г без аккумулятора и 75г с аккумулятором.
Комплектующие которые мы использовали применяются очень широко и некоторым образом уже зарекомендовали себя. Мы только объединили все это в один законченный продукт, который может каждый сделать себе сам. И на наш взгляд, у нас вполне получилось сделать его минималистичным и вполне пригодным для повседневного использования как для заряда самих батарей, так и для использования в роли PowerBank’а.

Ссылки для скачивания

Файл для печати корпуса на 3D-принтере можно скачать здесь.

Ссылка на основную публикацию
Стиральная машина самсунг горит красный замок
Любая стиральная машина в независимости от марки производителя иногда выходит из строя. Довольно частым признаком неисправности, является мигание индикатора замка....
Справка по форматированию steam
С помощью этих тегов разметки можно форматировать текст ваших сообщений, примерно как в HTML. Маркированный список Маркированный список Маркированный список...
Справочные материалы база данных
АРМ предназначено для комплексной автоматизации операций, связанных с первичным размещением и вторичным обращением ценных бумаг. Оно рассчитано на работу с...
Стиральная машинка lg не выжимает
Покупка стиральной машинки – знаменательное событие для любой хозяйки. Незаменимая помощница позволяет женщинам экономить личное время, не тратя его на...
Adblock detector