В магазинах можно найти достаточно много зарядных устройств, работающих от сети 220В или от бортовой сети автомобиля (12В). В тоже время, иногда бывают ситуации, когда под рукой нет ни розетки, ни автомобиля, например, где-нибудь в походе. В этом случае для подзарядки различных устройств, таких как КПК или сотовые телефоны можно использовать обычные батарейки.
Представленная ниже схема разрабатывалась как зарядное устройство для КПК (5В; 0,5А), работающее как от аккумулятора автомобиля, так и от батареек, но может быть легко переделана на другое выходное напряжение и использоваться для зарядки от батареек или аккумуляторов любых других устройств.
Данная схема позволяет при входном напряжении +4..+14В получить на выходе стабильное напряжение +5В и ток нагрузки до 0,5А.
В качестве топологии преобразователя была выбрана топология SEPIC, поскольку она позволяет как повышать, так и понижать входное напряжение и, кроме того, обеспечивает сравнительно небольшие пульсации входного тока, что особенно важно в случае батарейного питания.
За основу преобразователя была взята хорошо известная микросхема MC34063.
В качестве силового ключа используется n-канальный MOSFET как наиболее экономичное с точки зрения КПД решение. У этих транзисторов минимальное сопротивление в открытом состоянии и как следствие — минимальный нагрев (минимальная рассеиваемая мощность).
Схема :
Для управления полевым транзистором используется узел на элементах T2, R3, D2. Он работает следующим образом: при включении MOSFET затвор заряжается через диод, биполярный транзистор при этом закрыт, а при отключении MOSFET биполярный транзистор открывается и затвор разряжается через него. Этот узел предназначен для обеспечения максимальной крутизны фронтов открытия и закрытия полевого транзистора.
L1, L2 — катушки индуктивности по 80 мкГн (56 витков провода ПЭТВ2, диаметром 0,315 мм, намотанных на гантельке (рис. справа), диаметром 6 мм и высотой 8 мм).
С1 — входной фильтр, электролит 100 мкФ/16В
С2 — керамика на 10 мкФ (можно взять с плат сломанных винчестеров, там обычно стоят толстые керамические кондёры на 10 мкФ и на 22 мкФ)
С3 — выходной фильтр, электролит 470 мкФ/16В
С4 — времязадающий конденсатор, керамика 270 пФ
D1, D2 — диоды Шоттки1N5817 (с материнки)
R1, R2 — делитель напряжения. Для выхода 5В резисторы имеют номиналы 3 кОм и 1 кОм, соответственно.
R3 — резистор 4,7 кОм
T1 — силовой транзистор MOSFET, 60N03S (с материнки). Можно взять любой MOSFET с логическим уровнем управления затвором.
T2 — pnp транзистор. Подойдут, например, наш КТ361, буржуйский 2PA733 или подобные.
Готовый девайс .
Понижающий преобразователь на MC34063 для мобильного телефона
Подзаряжать аккумулятор мобильного телефона приходится в среднем один раз в неделю. Если Вы читаете наши обзоры мобильных телефонов , то, возможно, уже выбрали для себя экономичную модель , которая держит заряд по нескольку недель.
Со временем свойства аккумулятора мобильного телефона ухудшаются, и заряжать его приходится всё чаще. Особенно это ощущается на старых телефонах, которые жалко выбросить, но покупать новый аккумулятор нецелесообразно. Кроме того, у старых телефонов часто выходит из строя контроллер заряда и заряжать их приходится только при помощи лягушки .
Одно из решений для подобных телефонов - питание от ёмкого свинцового гелевого аккумулятора (например, восстановленного от UPS). Разумеется, телефон с таким аккумулятором уже не является мобильным. Он может лежать на полочке и использоваться по мере надобности.
Задача преобразователя - понизить напряжение аккумулятора (11-12 вольт) до напряжения, необходимого для питания телефона - 3.6 вольт. Преобразователь должен обладать высоким КПД, чтобы эффективно использовать энергию, запасённую в аккумуляторе. Линейные стабилизаторы здесь нежелательны по той причине, что часть энергии переводят в тепло.
Вашему вниманию предлагается импульсный преобразователь, который имеет миниатюрные размеры (плата - 3x3 см, а при использовании smd-компонентов - ещё меньше) и не нагреватся совсем.
В преобразователе используется известная микросхема MC34063. Параметры стабилизатора можно легко рассчитать на требуемые значения выходного напряжения и тока. Поэтому на основе этого преобразователя легко построить, например, автомобильную зарядку для телефона или КПК.
Схема стабилизатора - стандартная step-down (понижающая) из даташита на MC34063:
Для удобства приводим онлайн-калькулятор параметров для данной схемы. Задав нужные значения напряжений и тока, Вы легко посчитаете номиналы деталей.
| Онлайн-калькулятор MC34063 | |
| Здесь будет результат вычисления | |
Обратите внимание, что чем больше частота преобразования, тем меньшие значения индуктивности дросселя и ёмкости конденсатора потребуются. Параметр I L - значение тока, на который должен быть рассчитан дроссель, а L - минимальное значение его индуктивности (т.е меньше нельзя, можно больше).
Печатная плата может быть, например, такой, как на рисунке. В ней возможна как установка рассчитанных резисторов для получения конкретного напряжения, так и установка подстроечного резистора для регулировки. Конденсатор на входе преобразователя - в SMD исполнении, устанавливается со стороны печатных дорожек. Конденсатор на выходе может быть как SMD, так и в выводном исполнении. Необходимо, чтобы он был Low ESR, т.к. частота преобразователя высокая. Обратите внимание, что у электролитических конденсаторов в SMD исполнении полоса на корпусе означает плюсовой вывод, а не минусовой.
Собранный преобразователь подключается выходом непосредственно к клеммам аккумулятора мобильного телефона, а входом - к гелевому аккумулятору. Зарядки такого аккумулятора хватит на длительный срок работы телефона.
Данную схему также можно использовать и для иных целей, например, для питания светодиодов и т.п.
Необходимость наличия зарядного устройства вне доступа к розеткам трудно переоценить.
Взять те же международные поезда, поездка на которых может продлиться около суток-двух. Лидерство в сфере развлекательных устройств в дороге по-прежнему держат мобильники (aka. смартфоны, кому как угодно), а так же планшеты, ноутбуки и электронные книжки.
Так вот что касается ноутбуков - то количество поглощаемой энергии практически невосполнимо в дороге с помощью пальчиковых аккумуляторов либо батареек форм-фактора АА (пальчики) либо ААА (мизинцы). Что касается электронных книг - то их запаса энергии вполне хватает на месяц работы; разумеется, речь идёт об электронных книгах с технологией E-Ink (электронные чернила).
А вот мобильные устройства просто созданы для зарядки в дороге от батареек:)
Сразу скажу, чтобы не заморачиваться - можно купить дёшево крутое портативное зарядное устройство на свой вкус прямо в интернете!
Итак, небольшое отступление в теорию о ёмкости и живучести батареек.
Ёмкость среднестатистического смартфона составляет ~1500mAh при напряжении 3,7V; итого ~5,5W. Ссылаясь на википедию, приведу некоторые данные по типоразмеру "АА":
Угольно-цинковая (солевая) батарейка: 550-1100 мАч.
Щелочная, так называемая алкалиновая батарейка: 1700-3000 мАч.
Литиевая батарейка: 2500-3000 мАч.
Никель-кадмиевый аккумулятор: 600-1000 мАч.
Никель-металл-гидридный аккумулятор: 1400-3000 мАч.
Указанные значения ёмкости солевых и щелочных элементов справедливы при разряде малыми токами, не превышающими десятки мА. При разряде токами в сотни мА, ёмкость этих элементов снижается в несколько раз.
А при зарядке телефонов как раз потребляются сотни mA, из чего следует, что при зарядке аккумулятора мобильного телефона ёмкость батарейки АА упадёт приблизительно до 150-300mAh, что при напряжении 1,5V даст мощность ~0,45W.
Дальше, КПД импульсных преобразователей в среднем составляет 80%, поэтому до телефона дойдёт только ~0.35W. Теперь можно рассчитать, сколько приблизительно нужно таких батареек для одной полноценной зарядки смартфона: 5,5/0,35?16! Шеснадцать штук! Возьмём более конкретный пример: ёмкость аккумулятора моего уже не самого современного смартфона равна 2150mAh. Сколько батареек необходимо для стопроцентной зарядки? Правильно, 23. Поэтому батарейки - это, безусловно, широко доступно, но они отпадают.
Гораздо лучше дела обстоят у аккумуляторных батарей, похожих на "пальчики", но чуть больших по размерам - элементов 18650, средняя ёмкость которых варьируется в пределах 2700mAh при напряжении 3,7V. Средняя мощность таких аккумуляторов соответственно равна около 10W на штуку. Кстати, именно из таких элементов состоят батареи ноутбуков. Получается, что для одной полной зарядки практически любого смартфона хватит одного такого элемента.
Плюсы использования аккумуляторов типоразмера 18650 очевидны:
Достаточно одной - двух штук на две - шесть зарядок;
Перезаряжаемы, т.е. многоразовые;
Не занимают много места.
Минусы не столь очевидны, но всё же они есть:
Дорого;
Для зарядки нужно специальное зарядное устройство.
Итак, с типом источника энергии мы определились, осталось определиться с устройством, которое будет подавать энергию для телефона в удобном ему виде. Всем смартфонам для зарядки нужно 5V. А напряжение нашего источника меньше, поэтому нам необходим повышающий преобразователь. В качестве такового в этот раз выступает Step-Up Inverting Switching Regulator MC34063A.
Ничего страшного в этой микросхеме нет. Для расчётов можно, конечно, воспользоваться даташитом, кучей формул, которые там даны; а можно воспользоваться вот этой формой , введя данные в которую, вы получите список всех необходимых номиналов плюс схему, которая будет меняться на повышающую либо понижающую в зависимости от того, будет ли входное напряжение больше выходного или нет.
Vin - входное напряжение;
Vout - выходное напряжение;
Iout - выходной ток;
Vripple - это напряжение пульсаций;
Fmin - минимальная частота преобразователя.
Я по этой форме и рассчитывал номиналы. Оставалось только купить детальки, вытравить плату и спаять.
Плата получилась такая:
Безусловно, на моих фотографиях надписи с адресом сайта на печатной плате нет:) Но мне будет весьма приятно, если вы её оставите:). Эту плату зарядки для мобильных телефонов на MC34063A можно скачать по этой ссылке. Как видите, на ней присутствует светодиод для индикации наличия выходного напряжения.
По традиции процесс травления:
По завершению которого мы получаем на блюдечке вилочке практически готовую плату:)
Стираем тонер, сверлим, любуемся голой платой с дырками в последний раз...
И аккуратно припаиваем все компоненты на места. В результате получилось вот так:
Да, можно было бы конденсаторы и дроссель положить, но это бессмысленно, так как элемент 18650 будет даже немного выше, так что в один корпус войдёт хорошо:)
Я рассчитывал на входное напряжение три Вольта. Свои пять на выходе получил, и заявленный ток в 200mA устройство выдаёт замечательно.
И вот, наступило время теста. Включаю преобразователь, подключаю телефон через USB и наслаждаюсь радостным свечением индикатора зарядки на телефоне! А помните, я писал, что добавил к схеме светодиод для индикации? Так вот, он заставил меня усомниться в правдивости процесса зарядки.
В отсутствие подключения телефона он просто горит, показывая тем самым, что выходное напряжение присутствует, а когда ставлю телефон на зарядку - светодиод на преобразователе начинает мерцать, что говорит о непостоянстве выходного напряжения.
Оказалось, что батарейки типоразмера ААА, которые я использовал для тестирования очень быстро подсели, так как смартфон требует ток зарядки 500mA.
Поэтому было принято решение отложить испытания до приобретения парочки новых элементов 18650, а так же схема и плата будут модифицироваться добавлением туда полевого транзистора, который примет на себя основную работу по перекачке энергии, да и теплоотвод сделать будет проще.
Могие из нас, вероятно, сталкивались с проблемой питания 9-вольтовых мультиметров, когда символ «батарейки» в левом верхнем углу экрана появляется в самый неподходящий момент и прибор начинает нагло «врать». Вот и я после того как надоело менять «Кроны», да и в продаже не всегда были раньше, стал запитывать мультиметр от стационарного блока питания и однажды отправил к праотцам свой мультиметр, подав на него по ошибке питание 27 вольт. Вот тогда и стал задумываться об «альтернативном источнике энергии». Методом проб и ошибок была найдена схема. Её мне подсказал друг по форуму «radiomaster.com.ua» Сергей Гуреев, за что ему респект и «уважуха».
В данной статье предлагаю вниманию радиолюбителей схему преобразователя напряжения для питания мультиметра на довольно распространённой ИМС МС34063А. Схему взял из «даташита» микросхемы. Микросхема работает как на повышение напряжения так и на понижение. Входное напряжение от 3 до 40 вольт. Выходной ток до 1.5 ампер. Ещё существует так называемый калькулятор
для расчёта номиналов радиоэлементов «обвязки» и типа включения её от назначения. Следует отметить, что данный преобразователь выгодно отличается от иных устройств, работающих на ту же задачу. В нём нет взаимодействия с сетью 220 вольт, следовательно, исключается риск поражения пользователя электрическим током. Налицо явная простота – в данной схеме присутствует всего девять деталей. Наличие внутреннего генератора, частота преобразования которого, задаётся внешними элементами, гарантирует стабильное напряжение на выходе устройства. Приведенные параметры, относительная дешевизна микросхемы, а также простота включения и минимум деталей делают её привлекательной для повторения. Для сравнения, цена на элемент питания «Крона» у нас в Донецке около 2$, цена на ИМС МС34063А 0.5$. Это при том, что «Кроны» вы периодически меняете, а они, как правило не дешевеют.
Конструктивно преобразователь оформлен навесным монтажом, но эстеты могут выполнить в виде печатной платы в SMD формате. Микросхему я применил в корпусе DIP8 – для неё есть панелька и удобно вокруг вести монтаж остальных элементов. Входное питание беру с литиевого аккумулятора от мобильного телефона. В торце корпуса мультиметра выполнен разъём для подключения зарядного устройства, в моём случае от того же мобильного телефона. Какой либо настройки схема не требует – всё работает сразу при включении питания. Подключать преобразователь следует в разрыв дорожки, идущей от кнопки включения питания к остальной части схемы.
Дорабатывался мультиметр DT – 9502, у него подача питания организована кнопкой, если будут дорабатываться приборы с «галетником», то там уже по ситуации. Ток потребления составляет 20 мА, а в режиме измерения ёмкости на пределе «200 мкФ» – 60 мА. Мультиметры этого класса имеют таймер на отключение по времени работы, поэтому при питании в 3.8 – 4.2 вольта время работы будет сокращаться вдвое. Чтобы этого не произошло надо подпаять параллельно конденсатору таймера конденсатор ёмкостью 100 мкФ со стороны дорожек. Также можно встроить боковую подсветку экрана – очень удобная штука, не раз меня выручала. Но это уже совсем другая тема.
С уважением, Танго.
