You might also like
Уже давно известно, что банки питания имеют функцию автоматического отключения, если нагрузка слишком мала или вообще не подключена. Как правило, предел автоматического отключения выходного тока пауэрбанка составляет 40-80 мА.
Функция автоотключения VDP в большинстве случаев полезна для экономии заряда батареи во время простоя, но может оказать негативное влияние, если сама нагрузка слабая или прерывистая.
В этой статье описано, как собрать собственный power bank без функции автовыключения, т.е. постоянно включенный power bank.
Ключевым компонентом устройства является плата для зарядки аккумуляторов в сочетании с DC-DC преобразователем.
Это необходимая, но не достаточная часть.
О том, чего не хватает и почему — в статье ниже.
Содержание.
Сборка AlwaysOnPowershield и компоненты, необходимые для сборки
Чтобы все функционировало должным образом, устройство должно содержать следующие компоненты
1.1. контроллер заряда батареи. Это важно, поскольку неконтролируемая зарядка литиевой батареи подобна неконтролируемой термоядерной реакции. Последствия могут быть очень разрушительными.
2.2. DC-DC преобразователь, который преобразует напряжение батареи (номинальное напряжение 3,7 В для литий-ионных батарей) в более полезное для потребителя напряжение. Обычно это 5 В, но может варьироваться. Инвертор должен иметь стандартную защиту от перегрева и короткого замыкания.
3.3. панель защиты батареи. Поскольку DC-DC преобразователь в этом устройстве работает постоянно, рано или поздно, даже без нагрузки, аккумулятор может привести к глубокому разряду, что очень вредно. Защитные панели должны предотвращать такие инциденты.
4.4. литий-ионный аккумулятор (вкусовая емкость).
5.5. гипотетический (в зависимости от вкуса).
Анализ наличия компонентов на печально известном сайте показал сочетание компонентов 1 и 2 на одной плате (диагональные изображения показаны в начале статьи).
Теперь давайте более подробно рассмотрим компоненты платы.
На левой стороне платы находится DC-DC преобразователь, а на правой — контроллер заряда батареи.
DC-DC (постоянный-постоянный ток) преобразователь основан на микросхеме SDB628 (маркировка B628). Он является точным клоном очень популярного MT3608 (и не только этого клона).
Основным преимуществом этой микросхемы является очень низкий ток холостого хода — до 200 мкА, при типичном значении 100 мкА. Это означает, что DC-DC преобразователь не нужно физически отключать во время работы — его потребление пренебрежимо мало.
Выходное напряжение DC-DC преобразователя регулируется. К сожалению, вместо многооборотного триммера используется обычный триммер. Это делает довольно сложным точную установку желаемого выходного напряжения. Потребовалось около пяти попыток, чтобы установить 5 вольт. Тем не менее, "миссия выполнена".
Микросхема SDB628 (MT3608) обеспечивает рабочий ток до 2 А. Учитывая, что эффективность инвертора не 100% и что напряжение батареи может упасть до 3,2 В в конце разряда, можно ожидать максимальную выходную мощность около 5 Вт при стандартном напряжении 5 В. До 1 А.
В этом случае плата должна работать с небольшим потребителем, и для этого достаточно выходного тока 1 А.
В любом случае, возможность регулировать напряжение рассматривается как несомненное преимущество платы, поскольку не всегда потребителю требуется именно 5 В.
Контроллер заряда литий-ионной батареи на этой плате основан на микросхеме TP4056 (маркировка 4056). Этот чип также очень популярен, но только для устройств без поддержки "быстрой зарядки" (QC).
Этот чип абсолютно совершенен, но экран примитивен. Он может показывать только индикацию "непрерывная зарядка" и "зарядка завершена". Поэтому эти две светодиодные SMD-лампы размещаются на плате. Светодиод "непрерывная зарядка" горит красным, а светодиод "зарядка завершена" — зеленым. Чтобы устройство было видно, оно должно иметь прозрачный или оконный корпус. Эта задача решена ярко. 🙂
Микросхема позволяет регулировать пороговый ток заряда с помощью резистора от клеммы 2 до земли. На плате установлен резистор 1 кОм, что соответствует максимально допустимому току микросхемы 1,2 А.
Для зарядки аккумулятора подключите источник питания к плате через USB-кабель (разъем micro USB имеется на плате) или сварите отдельный кабель для источника питания (также предусмотрены контактные отверстия вместе с разъемом micro USB).
Следующий компонент — плата защиты аккумулятора.
Защитные платы очень маленькие и дешевые.
Они выполняют ряд функций, таких как защита от перегрузки и короткого замыкания со стороны батареи или снаружи, перегрузки или разряда.
Однако в наших устройствах требуется только одна из этих функций. Защита от перегрузки. За остальные функции отвечают преобразователь и DC-DC в преобразователе.
Следующий компонент — литий-ионный аккумулятор.
Батарея 14500 была выбрана из-за ее небольших размеров. Он должен без проблем поместиться в проекционный корпус устройства.
На аккумуляторе приварены клеммы NITAPE, поэтому его можно легко приварить к другим аксессуарам.
Выбор именно этой батареи был ошибочным, но более подробно об этом будет рассказано позже.
Для подачи напряжения на вход и подключения нагрузки к выходу разработанного PWB использовался USB-удлинитель, врезанный в центральный удлинительный кабель. Звено ‘DAD’ использовалось для зарядки банка, а звено ‘Mom’ — для отбора полезной энергии.
В результате получилась вот такая функциональная модель устройства.
Плата защиты была приварена непосредственно к клеммам батареи, за ней следовал комбинированный контроллер заряда и DC-DC преобразователь, затем входной и выходной кабели.
После операционного контроля вся конструкция была упакована в кейс, лента за лентой (доламетр!). Он использовался в качестве ящика. Продолжайте.
Главное, из-за чего был выбран этот необычный корпус, — наличие прозрачной крышки, позволяющей видеть состояние светодиодов на аудиторном табло.
Это изображение получившейся конструкции во время зарядки (видны светящиеся красные светодиоды): и батарея, и плата зарядки прозрачны.
Батарея и плата заряда были застрахованы в корпусе жирными каплями прозрачного герметика для надежности, а плата защиты батареи была повешена на клеммы батареи без дополнительного крепления (так как в этом не было необходимости).
Используя размеры патронной коробки, можно увеличить мощность генератора, подключив параллельно 2-4 аккумулятора 14500 вместо одного. Однако не забудьте выровнять напряжения перед одновременным подключением батарей. В противном случае могут возникнуть проблемы из-за сильного тока, протекающего от заряженной батареи к слабозаряженной.
Кроме того, имейте в виду, что существует два размера коробки для картриджей (толщиной 14,5 мм) и два размера коробки для картриджей (толщиной 16,6 мм). Для батарей 14500 (диаметр 14 мм, длина 50 мм) подходит только более толстая коробка.
Перейдем к основной части обзора, то есть к тестированию полученного устройства.
Проверка комплекта батарей в режиме постоянной работы (всегда включен)
Во-первых, давайте обсудим ограничения, связанные с настройкой выходного напряжения.
Для этого необходимо помнить, что DC-DC преобразователь в массиве батарей является подъемным преобразователем и поэтому не может достичь более низкого напряжения на выходе батареи. Напряжение полностью заряженного литий — ионного аккумулятора составляет 4,2 В. Это нижний предел регулировки выходного напряжения.
Верхний предел регулировки был определен экспериментально на уровне 27,6 В.
Предполагая, что выходная мощность PowerMaker не должна превышать 5 Вт, ток при максимальном напряжении 27,6 В не должен превышать 180 МА. Для других тенденций расчет может быть произведен по типу I = w/u где w — допустимая мощность (5 Вт), а u — выходное напряжение.
Ток для всех компонентов комплекса, потребляемый батареей, составил 158.
Теперь несколько импульсов.
Первая — индуктивная тенденция DC-DC инвертора без нагрузки на выходе (выходное напряжение 5 В — напряжение батареи близко к номинальному (3,7 В).
На холостом ходу (без нагрузки на выходе) отдельные импульсы иногда поднимаются к катушке и поддерживают выходное напряжение на определенном уровне.
Теперь осциллограмма 1a в той же точке цепи с выходной нагрузкой:.
При реальной нагрузке импульсы имеют непрерывный характер.
Ниже приведена осциллограмма выходного воска.
Выходной крен не мал, а полное колебание превышает 250 мВ. Это означает, что при питании данного PWB чувствительного к качению оборудования рекомендуется добавить на его выход электролитические конденсаторы емкостью не менее 100 мкФ.
Вот тепловое изображение основной платы устройства в режиме выхода 5 В/1 А:.
Нагрев и восстановление диодов микросхемы DC-DC-преобразователя очень высок — до 100°C. Поэтому выходная мощность 5 Вт, конечно, не должна быть преодолена.
Самая печальная часть программы испытаний: проверка емкости используемой батареи.
Этот тест был проведен с помощью USB-контроллера и показал, что при зарядке с нуля батарея набирает только 314 мАч! Емкость самой батареи составляет 2300 мАч.
Конечно, мне показалось естественным, что поместить 2300 мАч в корпус такого типичного размера невозможно, и я мысленно был готов к тому, что емкость будет в два-три раза меньше. Но оказалось, что он в семь раз меньше! Правильного объяснения нет.
Полностью заряженный бедный может дать 197 MAH грузовой емкости (мощность нагрузки 200 мА). Выход составил около 63%, не много, но приемлемо.
В общем, я уже заказал вместо него еще один аккумулятор емкостью 900 мАч. В отзывах говорится, что мощность в основном справедливая.
Резюме и выводы
Получившийся дизайн далек от стандартного, но он очень функциональный, полезный и позитивный.
Конечно, описанный опыт создания ротационного банка без автоматического отключения не является окончательной и бесповоротной рекомендацией, что и как делать, а лишь общим курсом действий.
Более или менее настоятельная рекомендация — использовать чип MT3608 (или его клон) в качестве DC-DC преобразователя. Поскольку эта микросхема имеет очень низкое потребление без нагрузки, автор такой конструкции избавляет себя от необходимости установки естественного выключателя для предотвращения разряда батареи между полезными задачами производителя электричества.
И, конечно, чтобы выбрать генераторную батарею (-S), нужно быть большим критиком, чем я. 🙂
С помощью такого банка энергии можно полностью заряжать устройства с собственными аккумуляторами (смарт-часы, Bluetooth-наушники) или поддерживать энергию для маломощного потребления (например, микроэнергосберегающие лампы в режиме ожидания).
Комбинированный контроллер заряда литиевой батареи и плата DC-DC преобразователя были приобретены здесь, на Aliexpress. Цена на момент написания обзора составляет чуть более $1, включая доставку (в будущем она может измениться).
Плата защиты аккумулятора была приобретена на том же сайте здесь. Цены аналогичны и немного превышают 1 доллар, включая доставку.
Обзор этой таблицы можно найти здесь.
Импульсы были получены на цифровом осциллографе FNIRSI-1013D (также специальный подход к техническим данным, обзор).
Тепловые изображения были получены с помощью мобильной тепловизионной камеры Uni-T UTI120.
