Будуємо універсальну, машинну USB зарядку (спроба номер разів). Китайські імпульсні адаптери - блоки живлення Схеми промислових зарядок для стільникових

Здрастуйте Хабра-господа і Хабра-Дами!
Думаю деяким із Вас знайома ситуація:
«Автомобіль, пробка, N-та година за кермом. Комунікатор із запущеним навігатором вже третій раз пиляє про закінчення заряду, незважаючи на те, що весь час підключений до зарядки. А Ви, як на зло, абсолютно не орієнтуєтесь у цій частині міста.»
Далі, я розповім про те, як маючи в міру прямі руки, невеликий набір інструментів і трохи грошей спорудити універсальну автомобільну USB зарядку для Ваших гаджетів.

ОБЕРЕЖНО: Під катом багато фото, трохи роботи, ніякого ЛУТ і немає хепі енду (поки що ні).

Автор, нафіга все це?

Трохи про зарядні пристрої.
Більшість зарядних пристроїв, які є на ринку, я б поділив на чотири типи:
1. Яблучні - заточені під Apple-пристрої, з невеликою зарядною хитрістю.
2. Звичайні - орієнтовані більшість гаджетів, яким досить закорочених DATA+ і DATA- для споживання номінального струму заряду (той, що заявлено на зарядному пристрої Вашого гаджета).
3. Безглузді - у яких DATA+ та DATA- висять у повітрі. У зв'язку з цим Ваш пристрій вирішує, що це USB-хаб або комп'ютер і не споживає більше 500 mA, що негативно позначається на швидкості заряду або взагалі без нього під навантаженням.
4. Хитро%!$&е - тому що всередині в них встановлений мікроконтролер, який повідомляє пристрою, що те з розряду того, що відомий герой Кіплінга повідомляв тварин - "Ми з тобою однієї крові, ти і я", перевіряє оригінальність зарядки. Для всіх інших пристроїв вони є ЗУ третього типу.

Останні два варіанти, через зрозумілі причини, вважаю не цікавими і навіть шкідливими, тому зосередимося на перших двох. Оскільки наша зарядка повинна вміти заряджати, як яблучні так і всі інші гаджети ми використовуємо два виходи USB, один буде орієнтований на Apple - пристрої, другий на решту. Зауважу лише, що якщо Ви помилково підключите гаджет до не призначеної для нього USB розетки, нічого страшного не станеться, просто він братиме ті ж горезвісні 500mA.
Отже, мета: "Трохи попрацювавши руками отримати універсальну зарядку для машини."

Що нам знадобиться

2. USB розетка, я використав подвійну, яку випаяв зі старого USB-хаба.

Також можна використовувати звичайні сокети від USB подовжувача.

3. Макетна плата. Для того щоб припаяти до чогось USB розетку і зібрати просту схему зарядки для Apple.

4. Резистори або опору, кому як більше подобається один LED. Усього 5-ть штук, 75 кім, 43 кім, 2 номіналом 50 кім і один на 70 ОМ. На перших 4-х і будується схема зарядки Apple, на 70 Ом я використовував для обмеження струму на світлодіоді.

5. Корпус. Я знайшов у засіках батьківщини футляр від ліхтарика Mag-Lite. Взагалі, ідеально підійшов би футляр від зубної щітки чорного кольору, але я такого не знайшов.

6. Паяльник, каніфоль, припій, кусачки, дриль та година вільного часу.

Збираємо зарядку

1. Насамперед я закоротив між собою висновки DATA+ та DATA- на одному із сокетів:

* Перепрошую за різкість, встав рано і тілу хотілося спати, а мозку продовження експерименту.

Це якраз і буде наша розетка для яблучних гаджетів.

2. Відрізаємо потрібний нам розмір макетної плати і розмічаємо і свердлимо отвори під кріпильні ніжки USB розетки, паралельно перевіряючи, що контактні ніжки у нас збігаються з отворами в платі.

3. Вставляємо сокет, фіксуємо та припаюємо до макетної плати. Контакти +5В першій(1) та другій(5) розетки замикаємо між собою, так само чинимо і з контактами GND(4 та 8).

Фото лише для пояснення, контакти пропаюються вже на макетній платі

4. Розпаюємо на два контакти DATA+ і DATA- наступну схему:

Для дотримання полярності користуємося розпинуванням USB:

У мене вийшло так:

Не забуваємо підлаштувати напругу на виході, за допомогою викрутки та вольтметра задаємо 5 – 5.1В.

Також я вирішив додати індикацію до ланцюга живлення USB, паралельно до +5V і GND припаяв жовтий лід з резистором на 70Ом для обмеження струму.

Переконливе прохання до людей з тонкої душевної організації та інших любителів прекрасного: «Не дивіться наступну картинку, бо пайка крива.»

Я сміливий!

6. Припаюємо виходи конвертера до відповідних входів на USB-сокеті. Дотримуємося полярності!

7. Беремо корпус, розмічаємо та свердлимо отвори під кріплення нашої плати, розмічаємо та вирізаємо місце під USB розетку та додаємо отвори для вентиляції навпроти мікросхеми конвертера.

Кріпимо макетну плату болтами до корпусу і отримуємо таку коробочку:

У Машині це виглядає так:

Тести

Забігаючи наперед скажу, всі пристрої, що є у мене, зарядку визнали.
До USB розетки номер один (яка призначена для різних гаджетів) я підключав:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation та Nexus 7 я перевірив час зарядки, починав з 1% і заряджав до 100%.
Смартфон зарядився за 1 годину 43 хвилини (батарейка Anker на 1900 mAh), повинен помітити, що від стандартної зарядки він заряджається близько 2-х годин.
Планшет зарядився за 3 години 33 хвилини, що на пів години довше зарядки від мережі (одночасно заряджав тільки один пристрій).

Щоб обидва Android пристрої брали із зарядки максимум, мені довелося спаяти невеликий перехідник (який підключав до apple USB), до нього підключений HTC Sensation.

До USB розетки номер два я підключав: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Оскільки Nano заряджати такою штукою смішно – він у мене максимум 200 mA брав, перевіряв Touch 4g та IPad. Ipod заряджався 1 годину 17 хвилин з нуля і до 100% (правда разом з IPAD 2). Ipad 2 заряджався 4 години та 46 хвилин (один).

Як Ви бачите Iphone 4S із задоволенням споживає свій номінальний струм.

До речі, Ipad 2 мене здивував, він абсолютно не цурався схеми із закороченими дата контактами і споживав абсолютно ті ж струми, що й від призначеного для нього сокету.

Процес зарядки та висновки

Графік усереднений і може змінюватись для різних пристроїв.

Як видно з графіка, на початку зарядного циклу контролер дозволяє заряджати максимально допустимим струмом для Вашого пристрою та поступово знижує струм. Рівень заряду визначається за напругою, також контролери моніторять температуру і відключають зарядку при високих значеннях останньої. Контролери заряду можуть знаходитися в самому пристрої, акумуляторі або в зарядному пристрої (дуже рідко).
Докладніше про заряджання літієвих елементів можна почитати.

Власне тут ми і підійшли до моменту, чому цей топік називається: «Спробою номер разів». Справа в тому, що максимум, що мені вдалося вичавити із зарядки це: 1.77А

Ну а причина, на мій погляд, не оптимально підібрана котушка індуктивності, яка, у свою чергу, не дає Buck – конвертору видати свій максимальний струм. Думав її замінити, але інструменту для паяння SMD у мене немає і найближчим часом не передбачається. Це не помилка проектувальників плати з ebay, це просто особливість даної схеми, оскільки вона орієнтована на різні вхідні та вихідні напруги. За таких умов просто неможливо видавати максимальний струм на всьому діапазоні напруги.

У результаті, я отримав пристрій, який здатний заряджати два смартфони одночасно або один планшет в автомобілі за осудний час.

У зв'язку з вищесказаним було вирішено залишити цю зарядку як і зібрати нову, повністю своїми руками, на базі потужнішого конвертора LM2678,
який у перспективі, зможе «нагодувати» два планшети та смартфон одночасно (5А на виході). Але про це вже наступного разу!

PS:
1. Текст може містити пунктуаційні, граматичні та смислові помилки, про які прошу повідомляти в особі.
2. Думки, ідеї, технічні поправки та ЦУ від досвідченіших товаришів – навпаки вітаються у коментарях.
3. Перепрошую за можливі технічні неточності, т.к. електронікою та схемотехнікою донедавна я не займався.
Дякую за увагу, Всім удачі та невичерпного оптимізму!

Представляю черговий пристрій із серії «Не Брати!»
У комплект додається простенький кабель microUSB, який тестуватиму окремо з купою інших шнурків.
Замовив цю зарядку заради цікавості, знаючи, що в такому компактному корпусі вкрай складно зробити надійний та безпечний пристрій живлення 5В 1А. Реальність виявилася суворою.

Прийшло у стандартному пакетику з пухирцем.
Корпус глянсовий, обернутий захисною плівкою.
Габаритні розміри з вилкою 65х34х14мм








Зарядка відразу виявилася неробочою - добрий початок.
Довелося спочатку пристрій розбирати і ремонтувати, щоб мати можливість тестувати.
Розбирається дуже просто - на клямках самої вилки.
Дефект виявився відразу - відвалився один із проводків до виделки, пайка виявилася неякісною.


Друга пайка не краща


Сам монтаж плати виконаний нормально (для китайців), паяння хороша, плата відмита.






Реальна схема пристрою


Які проблеми було виявлено:
- Досить слабке кріплення вилки з корпусом. Не виключена можливість залишитись їй відірваною в розетці.
- Відсутність запобіжника на вході. Мабуть ті ж проводочки до вилки і є захистом.
- Однонапівперіодний вхідний випрямляч – невиправдана економія на діодах.
- Мала ємність вхідного конденсатора (2,2мкФ/400В). Для роботи однополуперіодного випрямляча ємність явно недостатня, що призведе до підвищених пульсацій напруги на ньому на частоті 50Гц і зменшення терміну його служби.
- Відсутність фільтрів по входу та виходу. Невелика втрата для такого маленького та малопотужного пристрою.
- Найпростіша схема перетворювача на одному слабкому транзисторі MJE13001.
- Простий керамічний конденсатор 1нФ/1кВ у перешкододавлюючому ланцюгу (показав окремо на фото). Це грубе порушення безпеки пристрою. Конденсатор має бути класу не менше Y2.
- Відсутній демпферний ланцюг гасіння викидів зворотного ходу первинної обмотки трансформатора. Цей імпульс часто пробиває силовий ключовий елемент за його нагріванні.
- Відсутність захисту від перегріву, від навантаження, від короткого замикання, від підвищення вихідної напруги.
- Габаритна потужність трансформатора явно не тягне на 5Вт, а його мініатюрний розмір ставить під сумнів наявність нормальної ізоляції між обмотками.

Тепер тестування.
Т.к. пристрій спочатку не є безпечним, підключення проводив через додатковий запобіжник мережі. Якщо вже що трапиться - хоча б не обпалить і не залишить без світла.
Перевіряв без корпусу, щоб можна було контролювати температуру елементів.
Вихідна напруга без навантаження 5,25В
Споживана потужність без навантаження менше 0,1Вт
Під навантаженням 0,3А менш зарядка працює цілком адекватно, напруга тримає нормально 5,25В, пульсації на виході незначні, ключовий транзистор гріється в межах норми.
Під навантаженням 0.4А напруга починає трохи гуляти в діапазоні 5,18 - 5,29, пульсації на виході 50Гц 75мВ, ключовий транзистор гріється в межах норми.
Під навантаженням 0,45А напруга починає помітно гуляти в діапазоні 5,08 - 5,29В, пульсації на виході 50Гц 85мВ, ключовий транзистор починає потихеньку перегріватися (палює палець), трансформатор тепленький.
Під навантаженням 0,50А напруга починає сильно гуляти в діапазоні 4,65 - 5,25В, пульсації на виході 50Гц 200мВ, ключовий транзистор перегрітий, трансформатор також досить сильно нагрітий.
Під навантаженням 0,55А напруга дико стрибає в діапазоні 4,20 - 5,20В, пульсації на виході 50Гц 420мВ, ключовий транзистор перегрітий, трансформатор також досить сильно нагрітий.
При ще більшому збільшенні навантаження напруга різко просідає до непристойних величин.

Виходить, що дана зарядка реально може видавати максимум 0,45А замість заявлених 1А.

Далі, зарядку було зібрано в корпус (разом із запобіжником) і залишено в роботі на пару годин.
Як не дивно, зарядка не вийшла з ладу. Але це зовсім не означає, що вона є надійною - маючи таку схемотехніку їй довго не протягнути.
У режимі короткого замикання зарядка тихо померла через 20 секунд після увімкнення - стався обрив ключового транзистора Q1, резистора R2 та оптрона U1. Навіть додатково встановлений запобіжник не встиг згоріти.

Для порівняння, покажу, як виглядає всередині найпростіша китайська зарядка 5В 2А від планшета, виготовлена ​​з дотриманням мінімально-допустимих норм безпеки.

Користуючись нагодою, повідомляю, що драйвер світильника з попереднього огляду успішно доопрацьовано, статтю доповнено.

Сусід звернувся з проханням відремонтувати зарядний пристрій для літієвого акумулятора. Після переполюсування зарядне повністю перестало реагувати на мережу та акумулятор. Оскільки тема використання для мене має останнім часом прикладний характер, вирішив допомогти сусідові.

Зарядний акумулятор 18650

За словами сусіда, алгоритм роботи пристрою такий: при підключеному акумуляторі та поданому мережному напрузі загоряється червоний світлодіод і горить доти, поки акумулятор не зарядиться, після чого загоряється зелений світлодіод. Без встановленого акумулятора та поданої напрузі, світиться зелений світлодіод.

Судячи з етикетки, заряд струмом 450 mA здійснюється в режимі, що щадить, але як виявилося після розтину це варіант економ)). Схема зарядки складається з двох вузлів: перетворювача напруги мережі на одному транзисторі MJE 13001 і контролера рівня заряду.

Розбирання зарядного від Li-Ion 18650

Схема зарядного для АКБ

Перетворювач на одному MJE 13001 часто зустрічається в дешевих зарядках для телефонів, а також у зарядках типу "жаба". Малювати її не став – просто подивився в інтернеті схожу схему. Плюс мінус один резистор/конденсатор великої ролі не відіграють. Схема типова.

Тестером продзвонив діоди, стабілітрон і транзистор, переконався у їхній цілісності. Вирішив перевірити резистори і влучив у крапку! Виявився обірваним резистор R1 - 510 кОм (на наведеній вище схемі це резистор R3), що підтягує напругу живлення до бази транзистора. У наявності такого не знайшлося, натомість його було встановлено резистор на 560 кОм.

Після заміни резистора заряджання завелося.

Цей девайс був задуманий давно і неодноразово випробуваний, все, що представлено нижче, є авторською розробкою. Не зважаючи на дуже просту схему, пристрій працює дуже стабільно. Сам апарат є зарядним пристроєм для мобільного телефону без використання проводів.

Як же працює це все?
На даному сайті було опубліковано цей пристрій. Перша версія виявилася не дуже ефективною, потім були вигадані інші версії. Цей варіант виявився найекономічнішим. Пристрій дозволяє зарядити телефон, якщо останній знаходиться від приймача на відстані не більше 3 - 4 см. Основа першого пристрою - високоефективний ШІМ контролер, який може генерувати прямокутні імпульси з частотою до 1 МГц, але через великі втрати ідея виявилася не дуже гарною, хоча цей пристрій дозволяло зарядити мобільні пристрої на відстані до 50 см від приймача.
Після деяких невдалих спроб створення такого девайсу на допомогу прийшов спрощений блокінг-генератор, який з успіхом використовувався мною в електрошокових пристроях.

Основні переваги девайсу:
1) Мале споживання
2) Високе ККД (порівняно з побратимами)
3) Порівняно великий струм зарядки
4) Можливість працювати від зниженого джерела (перша версія працювало від напруги 9-16вольт)
5) Простота та компактність

Передавальна частина пристрою і двох основних контурів. Кожен із них має діаметр 10 см, намотані дротом 0,8мм. Перший контур (L1) складається з 20 витків, другий з 35 витків того ж дроту. Контури укладаються один на одному і оформлюються скотчем або ізоляційною стрічкою.

Заздалегідь потрібно нумерувати висновки котушок, оскільки їх потрібно фазувати. Фазують так - початок першої котушки з'єднують із кінцем другої чи навпаки, головне отримати одну котушку з відведенням.

Далі, підбираємо опір (якщо планується запустити пристрій зі зниженого джерела, то резистор може бути прибраний).
Бажано використовувати підстроювальний резистор 0...470 Ом, потужність резистора не дуже важлива (0,25-2 Ватт).

Як налаштувати? Просто! збираємо для початку схему приймача. Підключаємо живлення (будь-яке стабілізоване джерело постійної напруги 4,5-9вольт). Налаштовуємо резистор так, щоб струм спокою схеми не перевищував 150мА.
Максимальний струм споживання схеми не більше 600мА, погодьтеся небагато.
Після підбору оптимального опору можна замінити змінник на постійний резистор (0,25-1вт). Опір базового обмежувача залежить від номіналу вхідної напруги.

У моєму варіанті транзистор не перегрівався, але про всяк випадок встановіть його на невеликий тепловідведення.
Пристрій починає працювати від напруги 1 вольт - ще одна особливість даної конструкції, але від такої напруги він не заряджатиме мобільник, замість нього можна використовувати як перетворювач для живлення малопотужних пристроїв.

Транзистор - можна використовувати практично будь-який НЧ транзистор незалежно від структури. У схемі використаний транзистор КТ818, з успіхом можна замінити на 837, 816, 814 або 819, 805, 817, 815, тільки при використанні транзисторів зворотної провідності слід поміняти полярність живлення.

Приймач

Конструкція приймача до неподобства проста - контур, випрямляч, стабілітрон та накопичувальний конденсатор. Діод потрібен імпульсний, бажано в СМД виконанні, оскільки вся схема буде в мобільному телефоні. У моєму випадку застосований досить потужний та поширений діод Шоттки SS14. Такий діод здатний працювати на частотах до 1МГц, струм до 1А!

Конденсатор не критичний, має ємність від 47 до 220 мкФ (більше звичайно краще, але місця може не вистачити). Напруга конденсатора від 10 до 25 Вольт.
Стабілітрон - кожен на напругу 5-6 вольт (часто зустрічаються з напругою 5.6 Вольт, наприклад - BZX84C5V6).

Контур приймача (L3) містить 15 витків дроту 0,3-0,7мм, мотається по спіралі на зовнішній або внутрішній стороні задньої кришки телефону.

Схему можна зібрати на компактній платі або розмістити в зручному місці за допомогою навісного монтажу, але бажано залити монтаж гумовим клеєм або силіконом.

Як піддослідний телефон використовувався соні Sony Ericsson K750, він повністю робітник і був куплений спеціально для цих дослідів (куплений на запчастини за 5$), потім вже був перероблений Nokia N95.
Пристрій може заряджати мобільний телефон досить швидко, все залежить від загальної потужності, акумулятор 1000мА повністю заряджається за 3 години.

Струм у другий контур передається методом електромагнітної індукції, в даному випадку це повністю безпечно, оскільки частота знижена, жодних шкідливих впливів на людину немає.

Щоб встановити приймальний контур, мобільний телефон розбирають. До гнізда зарядки підключають промисловий зарядний пристрій та знаходять полярність на контактах гнізда. Далі висновки приймача підключають до відповідних виводів гнізда.

Контур можна прикріпити до задньої кришки телефону за допомогою епоксидної смоли, силікону (вкрай не бажано), супер клею (використовувати лише тоді, коли контур планується закріпити із зовнішнього боку кришки).

Список радіоелементів

Як правило ремонт такого недорогого девайсу економічно невигідний.
Особливо у небідних країнах. Середня ціна 5 доларів.
Але буває таке, що немає зайвих грошей, але є час та запчастини.
Немає магазину поблизу. Не дозволяють обставини. Тоді не йдеться про ціну.

У моєму випадку все було просто — зламалося одне із двох моїх зарядних Nokia AC-3E, друзі принесли мішок зламаних зарядних. Серед них було з десять фірмових нокіївських зарядок. Гріх було не взятися.

Пошуки схеми нічого не привели, тому взяв схожу і переробив під AC-3E. За подібною схемою зроблено багато зарядних для мобільних телефонів. Як правило, різниця несуттєва. Іноді змінено номінали, трохи більше або трохи менше елементів, іноді додано індикацію заряду. А в основному одне й те саме.
Тому цей опис та схема стануть у нагоді для ремонту не тільки AC-3E.

Інструкція з ремонту проста та написана для нефахівців.
Схема клікабельна та гарної якості.

ТЕОРІЯ.

Пристрій є блокінг-генератором, що працює в автоколивальному режимі. Живить його однополуперіодний випрямляч (D1, C1) напругою приблизно +300 В. Резистор R1, R2 обмежує пусковий струм пристрою і виконує роль запобіжника. Основу блокінг-генератора складають транзистор. MJE13005та імпульсний трансформатор. Необхідним елементом блокінг-генератора є ланцюг позитивний зворотний зв'язок утворена обмоткою 2 трансформатора, елементами R5, R4 C2.

Стабілітрон 5v6 обмежує напругу на базі транзистора MJE13005 в межах п'яти вольт.

Демпферний ланцюжок D3, C4, R6 обмежують викиди напруги на обмотці 1 трансформатора. У момент замикання транзистора ці викиди можуть перевищувати напругу живлення в кілька разів, тому мінімально допустима напруга конденсатора C4 та діода D3 має бути не нижче 1 кВ.

Практика.

1. Розбирання.Самонарізи тримають кришку зарядного в даному пристрої мають вигляд трикутної зірочки. Спеціальної викрутки під рукою зазвичай немає, тому доводиться викручуватися хто як може. Я відкручував викруткою, яка за час експлуатації сама заточилася під усілякі хрестики.

Іноді зарядні зібрані без болтів. У такому разі половинки корпусу склеєні. Це говорить про невисоку вартість та якість пристрою. Розбирати таке ЗП трохи складніше. Потрібно роколоти корпус негострою викруткою, акуратно натискаючи на стик половинок.

2. Зовнішній огляд плати.Понад 50% дефектів можна знайти саме за рахунок зовнішнього огляду. Згорілі резистори, потемніла плата вкаже місце дефекту. Корпус, що лопнув, тріщини на платі будуть говорити про те, що пристрій роняли. p align="justify"> Експлуатуються зарядні в екстримальних умовах, тому падіння звідусіль нерідка причина виходу з ладу.

У п'яти з десятка ЗУ, які довелося робити мені, були банально відігнуті контактичерез які 220 вольт надходять на плату.

Для виправлення, досить трохи відігнути контакти до плати.
Перевірити контакти винні чи ні, можна підпаявши до плати мережевий шнур, і замірявши напругу на виході – червоний та чорний дроти.

3. Обірваний шнур на виході ЗП.Рветься зазвичай у самого штеккера або в основі зарядного. Особливо у любителів поговорити під час заряджання телефону.
Продзвонюється приладом. У центр роз'єму вставляєте виведення тонкої деталі та вимірюєте опір проводів.

4. Транзистор + резистори.Якщо немає видимих ​​пошкоджень, перш за все потрібно випаяти транзистор і продзвонити його. Потрібно при цьому мати на увазі, що у транзистора
MJE13005 база знаходиться праворуч, але буває навпаки. Транзистор може стояти іншого типу, у іншому корпусі. Допустимо MJE13001 виглядом як радянський кт209 з базою зліва.

Замість нього ставив MJE13003. Можна поставити транзистор з будь-якої лампи, що згоріла, — економки.Вони зазвичай згоряє нитку розжарення самої колби, а два високовольтних транзистора залишаються цілими.

5. Наслідки перенапруги.У найпростішому випадку виражаються в пробитих коротко діоді D1 і обірваному резисторі R1. У складніших випадках згоряє транзистор MJE13005 і роздмухує конденсатор C1. Все це просто змінюється на такі ж або подібні деталі.

В останніх двох випадках потрібно буде крім заміни провідників, що згоріли, перевірити резистори навколо транзистора. Зі схемою це нескладно зробити.