Power bank хабр – Разработка power bank для ноутбука. От макета к готовому изделию. Часть первая / Хабр

Разработка power bank для ноутбука. От макета к готовому изделию. Часть первая / Хабр

Сделать себе внешний аккумулятор для ноутбука я хотел уже давно, 3-4 года назад для работы в парке. Хоть и мечта рисовать схемы и трассировать платы в парке Горького или Битцевском лесу так и не реализовались (пока), но внешний аккумулятор (назовем его по-современному — PowerBank) я таки сделал. О том как это устройство проходило путь от макета до конечного изделия и почему я делал то, что уже есть на рынке, под катом.



Изначально я хотел написать небольшую статью про разработку PowerBank, но когда начал — понял, что одной частью не обойтись. Поэтому я разбил ее на 4 части и сейчас предлагаю вашему вниманию первую из них: макет (схемотехника).

Очевидно, что разработка любого электронного устройства начинается с технического задания (ТЗ), поэтому я обозначил для себя ряд параметров, которые мой PowerBank должен обеспечить:

  • входное напряжение 19В (для возможности зарядки от стандартного ЗУ ноутбука)
  • выходное напряжение 19В (как и у стандартного ЗУ)
  • максимальный выходной ток 3,5А (как и у стандартного ЗУ)
  • емкость ячеек не менее 60Вт*ч (+1 внутренняя АКБ)

Помимо основных требований я добавил еще несколько:
  • КПД преобразователя и ЗУ не ниже 94% — чтобы обойтись без радиаторов.
  • Частота преобразователя не ниже 300кГц — чтобы уменьшить размер самого преобразователя.
  • USB порт для просмотра основных сведений о PowerBank таких как уровень заряда, здоровье, количество пройденных циклов, температура, ток и напряжение ячеек АКБ и т.д.
  • Софт на ПК(Windows) для просмотра основных сведений о PowerBank.
  • Возможность менять выходное напряжение, либо присутствие дополнительного выхода 5В для зарядки USB устройств.
  • Светодиодная индикация уровня заряда и состояния PowerBank.
  • Кнопка(Кнопки) для включения PowerBank и просмотра уровня заряда.

Для начала разработки я сделал структурную схему будущего устройства:

Комментируя схему, могу сказать, что управляющий МК я мог бы взять с USB, но побоялся трудностей разработки ПО для USB (в последствие понял, что зря) поэтому поставил преобразователь USART — USB.

Поскольку устройство изначально разрабатывалось для себя, то было решено делать макет преимущественно из тех деталей, которые были у меня в наличии и с которыми я уже работал (чтобы избежать подводных камней). При этом оптимизация по цене на этом этапе не проводилась. Поэтому я выбрал следующие комплектующие для PowerBank:

  1. МК — STM32F051K4U6 с прицелом заменить на STM32F042K4U6.
  2. Преобразователь USART<->USB — CP2102. Стоит не дорого, работает нормально, места занимает мало, обкатанное решение.
  3. Импульсный преобразователь напряжения — LTC3780IG. Далеко не самый дешевый/оптимальный вариант, но повышающе-понижающий, может 400кГц, имеет внешние ключи, обкатанное решение. В перспективе замена на LM5175 от TI или применения синхронного повышающего преобразователя.
  4. Линейный стабилизатор — LP2951ACD-3.3. Он был в наличии, не лучший вариант. Ток собственного потребления до 120мкА с прицелом заменить на MCP1703T-3302E/CB с током собственного потребления до 5мкА.
  5. Светодиоды зеленые и красные размером 0805.
  6. Кнопки обычные тактовые SMD.

Отдельно коснемся выбора зарядного устройства (ЗУ) и системы контроля и управления Li-ion аккумуляторами (Li-ion Battery Management System или BMS). Несколько лет назад я занимался ремонтом ноутбуков и в батареях частенько видел BMS от Texas Instruments. Поэтому в первую очередь я стал искать решение для своего устройства именно от этого производителя. Стоит отметить, что в общем-то альтернативы и нет поскольку производит подобные микросхемы лишь несколько контор (TI, Maxim, немного LT, ST-забросили, Intersil-экзотика для нас, может есть еще, но я не знаю). Так вот бродя по просторам сайта ti.com я наткнулся на очень интересную микросхему BQ40Z60RHBR это ЗУ и BMS в одной микросхеме. Она мне очень понравилась потому как заменяла собой 2 микросхемы. Такое решение явно дешевле, чем если делать отдельно ЗУ и BMS и места меньше занимает. Основные ТТХ микросхемы BQ40Z60:
  • Ток заряда: до 4А
  • Количество ячеек: до 4х
  • Частота преобразования: 1МГц
  • Входное напряжение: до 25В
  • Емкость ячеек: до 65А*ч
  • Функция балансировки
  • Конфигурируемые светодиоды для индикации (заряд, емкость)

Микросхема достаточно новая (выпуск конца 2014 года), поэтому информации по ней мало и я немного переживал из-за этого зная, что BMS от TI достаточно сложны в программировании, а это еще и комбо (ЗУ + BMS). Также немного переживал из-за возможных косяках в кристалле, но зная, что буду использовать лишь базовый функционал надеялся, что никаких проблем не будет. Впрочем забегая вперед скажу, что так и вышло.
Кстати я не зря до этого не говорил практически ничего про ячейки и конфигурацию АКБ, только сейчас настал момент перейти к выбору. Для оптимального выбора конфигурации АКБ есть несколько критериев:
  1. Для уменьшения потерь на проводах нужно минимизировать токи между узлами устройства. С учетом этого батарея из 4х последовательно соединенных ячеек (общепринятое обозначение 4s1p или 4-serial 1-parallel) выгоднее, чем 4 параллельные ячейки (1s4p) см. рисунок.

  2. Поскольку ток заряда ограничен, то для того, чтобы повысить мощность (и скорость) заряда АКБ мы должны увеличивать напряжение. Этот критерий тоже за конфигурацию 4s1p.
  3. КПД преобразователя падает при росте разницы между входным и выходным напряжением. Вот график из документации на преобразователь MP2307DN.


С учетом того, что выходное напряжение устройства 19В опять же наиболее выгодной является конфигурация 4s1p.

Теперь рассчитаем некоторые параметры АКБ при условии емкости 60Вт*ч, конфигурации 4s1p (напряжение 14,8В):

Полученная цифра показалась мне слишком маленькой (ну или аппетит пришел во время еды) и я решил перейти к конфигурации 4s2p на ячейках LP 5558115 3500mAh, которые были в наличие. Итого мы имеем:

Емкость АКБ: 7А*ч (103Вт*ч)
Напряжение: 14,8В

Такой результат меня вполне устроил — это было больше, чем две внутренние батареи моего ноутбука (ASUS S451L, 46Вт*ч). Началась разработка макета…

На этапе макета я хотел заложить несколько дополнительных возможностей:

  • подключил светодиоды BQ40Z60. У них есть функционал индикации уровня заряда с настраиваемыми порогами, а также процесса зарядки.
  • добавил возможность регулировать частоту/режим работы (разрывных или неразрывных токов) преобразователя (с помощью ШИМ МК + RC-фильтр).

Схему обвязки BQ40Z60 срисовал с отладочной платы BQ40Z60EVM-578, обвязка LTC3780IG из ее документации, все остальное делал сам. В итоге получилась следующая схема.

Схема разбита на 3 блока:

  • Блок преобразователя напряжения
  • Блок ЗУ+BMS
  • Блок управления на МК

Комментарии к схеме: блок преобразователя и ЗУ+BMS сделаны по схемам из документации [1],[2], блок управления делался из расчета реализовать спящий режим для минимального тока потребления в выключенном режиме. Забегая вперед скажу, что в паре моментов я таки накосячил, но с помощью ножа и паяльника смог заставить макет работать как надо. Полученная плата показана ниже:

Плата содержит 4 слоя по 18мкм, общая толщина 1мм, заказывал на seeedstudio.com.

Теперь пришло время коснуться главного показателя качества железа — это КПД всей системы в целом. Точнее у нас 2 КПД: при зарядке АКБ и при разряде. Строго говоря КПД при заряде стоит оптимизировать только для уменьшения нагрева устройства(рассчитывая, что энергии для заряда у нас много), в то время как потеря КПД при разряде фактически уменьшает реальную емкость PowerBank. Составим перечень элементов непосредственно влияющих на КПД при заряде:

ACFET — транзистор предотвращающий появление напряжения на разъеме внешнего питания при работе PowerBank от АКБ.

HighSideFET — верхний транзистор понижающего преобразователя ЗУ.
LowSideFET — нижний транзистор понижающего преобразователя ЗУ.
BuckInductor — дроссель понижающего преобразователя ЗУ.
CHGRCS — резистор датчика тока ЗУ.
CHGFET — зарядный транзистор АКБ.
DSGFET — разрядный транзистор АКБ.
CellCS — резистор датчика тока АКБ.

Транзисторы ACFET, CHGFET и DSGFET при работе имеют только статические потери поскольку они постоянно открыты и представляют собой резисторы с сопротивлением равным сопротивлению открытого канала транзистора Rds_on, поэтому эти транзисторы должны иметь как можно меньший Rds_on. Корпуса транзисторов я выбрал pqfn3.3×3.3 как подходящие по мощности и имеющие меньший размер по сравнению с моими любимыми pqfn5x6. С наименьшим сопротивлением канала из легкодоступных были IRFHM830D (Rds_on = 5мОм + диод Шоттки).

Транзисторы HighSideFET и LowSideFET работают в импульсном режиме, их выбор сложен и будет рассмотрен позже.

Попробуем оценить потери при входном напряжении 19В, токе заряда АКБ 4А, конфигурации 4s1p:

CellCS — ток через него равен току заряда, сопротивление 5мОм, потери:

CHGRCS — ток через него равен току заряда, сопротивление 10мОм, потери:

CHGFET и DSGFET — ток через них равен току заряда, сопротивление 5мОм, суммарные потери:

ACFET — ток через него равен входному току(возьмем максимально возможный ток входа 3,5А это максимум того, что может выдать штатное ЗУ ноутбука), сопротивление 5мОм, потери:

Сюда же можно прибавить потери на сопротивлении проводов ячейки-плата, а также дорожек самой платы. Я вычислил их путем измерения падения напряжения при токе в цепи АКБ равном 4А, оно составило 36мВ, что соответствует мощности:

BuckInductor — потери в дросселе можно разделить на 2 составляющие:

  • потери на активном сопротивлении обмотки (DCR — dc winding resistance). Для выбранного дросселя IHLP2525CZER2R2M01 типовое значение DCR = 18мОм, что при среднем токе 4А даст потери:

  • потери в сердечнике достаточно тяжело посчитать имея только данные из документации, поэтому верим заверениям Vishay что их материалы супер крутые, к тому же пульсации тока у нас в районе 20%, поэтому принимаем потери в сердечнике нулевыми.

Итого суммарные потери при заряде на статических компонентах составляют:

Для того, чтобы получить суммарные потери при заряде необходимо оценить потери на транзисторах HighSideFET и LowSideFET. В этом мне помогал апнот AN-6005 от fairchildsemi. Если кратко, то на вкладке ControllerDriver добавляем в базу наш контроллер и вписываем требуемые параметры в таблицу:

Данные берем из документации на BQ40Z60. Далее заполняем таблицу с параметрами транзисторов HighSideFET и LowSideFET на вкладке MOSFETDatabase:

Данные также берем из документации на транзисторы. Я экспериментировал со многими транзисторами(видно по базе) потому как частота преобразования в 1МГц это довольно высоко. Из всех транзисторов, которые я мог быстро достать самыми лучшими оказались CSD17308 от TI. Впрочем это как раз рекомендованные транзисторы с кита BQ40Z60EVM. Самыми лучшими по расчетам оказались eGaN транзисторы от EPC (Efficient Power Conversion), но цена 500р, месяц ожидания и специфический корпус сыграли против него. Еще пара комментариев вкладки MOSFETDatabase:

Правый столбец — Fig.Merit (Figure of merit — показатель качества) это произведение Rds_on на заряд затвора Qgsw. В общем чем ниже Fig.Merit, тем лучше транзистор, но нужно понимать, что это довольно эмпирический показатель.

На вкладке EfficiencySummary выбираем контроллер, используемые транзисторы и их количество, задаем параметры источника и нажимаем кнопку Run.

Для тока заряда 4А и входного напряжения 19В потери составят 1,17Вт. Общие потери:

После сборки макета я измерил схемы заряда при параметрах таких же как при оценочных расчетах:

КПД схемы 97,1%, при этом мощность потерь составила 1,908Вт при расчетных 2,07Вт. Что ж очень близко получилось прикинуть потери. Термограмма работающего устройства показана на рисунке.

Окружающая температура 23 градуса, плата без корпуса. 58 градусов в самой горячей точке (перегрев получается 58-23=35 градусов) при фольге в 18мкм это очень хороший показатель. Дроссель при этом нагрелся до 40 — скорее всего его подогревают транзисторы. Сам контроллер разогрелся до 52 градусов.

Теперь перейдем к оценке КПД системы при разряде. C начала оценим потери в самом преобразователе. Для этого составим перечень элементов непосредственно влияющих на КПД:

A — верхний транзистор понижающего плеча преобразователя LTC3780.
B — нижний транзистор понижающего плеча.
C — нижний транзистор повышающего плеча.
D — верхний транзистор повышающего плеча.
L — дроссель.
RS — резистор датчика тока.

И конечно потребление самого контроллера LTC3780. Подробно не буду останавливаться на работе микросхемы, скажу только, что она фактически представляет собой понижающий преобразователь стоящий после повышающего с общим дросселем. В зависимости от входного и выходного напряжений работает либо одна часть, либо вторая, либо обе(при примерном равенстве входного и выходного напряжений).

Для расчета КПД преобразователя будем использовать следующие параметры:

Условимся, что ноутбук потребляет всегда по максимуму. В реальности это близко к истине, поскольку при подключении внешнего источника он помимо энергии на работу потребляет еще и энергию на заряд внутренней АКБ, да и вообще при наличии внешнего питания в потреблении себе не отказывает. Напряжения соответствуют номинальному напряжению ячеек — 3,7В и пониженному — 3,3В. Важно отметить, что преобразователь в текущем устройстве всегда работает в повышающем режиме (входное напряжение никогда не превосходит выходного), однако это не значит, что транзисторы A и B не переключаются. Для зарядки конденсатора вольтдобавки(bootstrap) необходимо кратковременно выключать транзистор A и включать B(тоже самое будет происходить при работе в понижающем режиме для транзисторов С и D). У LTC3780 это происходит с частотой 40кГц.

Для оценки потерь воспользуемся xls файлом для LTC3780 из пакета LTpowerCAD2. Принцип работы похож на предыдущую работу с xls для BQ40Z60. Вводим все значения выходных напряжения и тока, входного напряжения, желаемую частоту преобразования, параметры ключевых транзисторов(я решил использовать CSD17308 как и в ЗУ). Дроссель был выбран IHLP5050EZER3R3M01 у которого типовое DCR = 7,7мОм. Для 3,5А индуктивность маловата, так случилось потому, что при закупке комплектующих я рассчитывал на выходной ток 4,5А. Для текущей конфигурации идеальным вариантом будет IHLP5050EZER4R7M01 с типовым DCR = 12,8мОм. Датчик тока — резистор типоразмера 2512 сопротивлением 5мОм.

После введения всех данных в полях MOSFETs Power Loss Break Down и Estimated Efficiency будут круговые диаграммы распределения потерь по компонентам и оценка КПД для указанного входного/выходного напряжений и тока нагрузки.

Оценка КПД очень оптимистичная — 98,79% при входном напряжении 14,8В и 98,51% при 13,2В (цифры без учета потерь в сердечнике дросселя). Основные элементы на которых происходят потери это дроссель/датчик тока(23%), транзистор A(25%) и D(38% от общих потерь).

Пришло время измерить реальный КПД.

Измеренный КПД — 96,93% при входном напряжении 14,8В и 96,35% при 13,2В. Проведем анализ полученных данных. Для этого переведем проценты КПД в мощность потерь:

В данном случае расхождения более существенны по сравнению с оценкой потерь в преобразователе ЗУ и составляют до 1,48Вт. Но если учитывать потери в сердечнике дросселя (которыми при не оптимально выбранной индуктивности нельзя пренебречь) картина не будет уже столь удручающей.

Оценим средний(при напряжении 13,2В) КПД PowerBank при разряде. Он складывается из КПД самого преобразователя, а также:

CellCS — ток через него равен входному току преобразователя, сопротивление 5мОм, потери:

CHGFET и DSGFET — ток через них равен входному току преобразователя, сопротивление 5мОм, суммарные потери:

Тогда КПД PowerBank при разряде:

Термограмма преобразователя при входном напряжении 14,4В и выходном токе 3,5А показана ниже:

Самой горячей точкой оказался транзистор С, но его нагрев (при окружающей 21 градус) составил всего 41,1 градус после 30 минут работы. Понятно, что в корпусе эти цифры будут выше, но запас по перегреву огромный.

И в заключение первой части статьи хочется сказать, что работа была проделана очень большая, а во второй части статьи нас ждет разбор аппаратных и программных грабель при запуске макета, конфигурирование BQ40Z60 и ПО для STM32F0. Надеюсь было интересно.

P.S.: Архив с проектом платы и исходники будут выложены в следующих частях статьи.
P.P.S. заметил, что забыл почти самое важное для этой части статьи — фото макета. Исправляю

На плате можно видеть следы исправлений, а также следы ношения в открытом виде в рюкзаке(сгоревшие дорожки в районе подключения АКБ). Макет конечно не самый элегантный, но даже в таком виде его можно использовать.

habr.com

Разработка power bank для ноутбука. От макета к готовому изделию. Часть вторая / Хабр

В прошлой части статьи о разработке PowerBank для ноутбука мы остановились на изготовленном макете, измеренном КПД и пониманием того, что делать дальше. А дальше нужно было оживлять железку. Поэтому представляю вашему вниманию часть вторую: ПО макета.

Перерыв между частями получился довольно большим — все силы были брошены на проект быстрозарядного внешнего аккумулятора, который сейчас собирает поддержку на boomstarter.

Продолжим.
Для того, чтобы понять какие микросхемы нам придется программировать посмотрим на структурную схему макета

Отсюда видно, что придется писать ПО для управляющего МК (STM32F042), а также конфигурировать систему контроля Li-ion аккумуляторов + зарядное устройство (BQ40Z60). Я начал со второго, потому как считал эту часть наиболее сложной.
Для программирования контроллера BQ40Z60 нам понадобится:
— Адаптер EV2400 и EV2300(готовый или самодельный). У меня с прошлых проектов остался EV2300, поэтому я использовал его.
— Программа Battery Management Studio (bqStudio).
Подключается адаптер по шине SMBus, для подключения я оставил точки подпайки на линиях SMBD и SMBC.(Не самое практичное решение — потом понял, что надо было ставить разъем).

После танцев с бубном BQ40Z60 определилась в Battery Management Studio. Причиной тому был спящий режим в который входит контроллер при отсутствии подтяжки на шине SMBus и отсутствии обращения к нему. Просыпается он при подключении ЗУ.
Далее займемся непосредственно настройкой чипа BQ40Z60. Сказать, что у него много регистров — ничего не сказать. Настроек миллион. Поскольку конфигурирование — долгий и сложный процесс(для описания нужна отдельная статья) я опишу его вкратце.

После запуска появляется главное окно Battery Management Studio

Вкладка Data memory содержит большое количество полей в которые мы должны внести параметры батарей и режимы работы контроллера.

На вкладке Chemistry можно попробовать отыскать готовые калибровки для используемых ячеек.

Для моих YOKU LP 5558115 3500mAh готовых калибровок не оказалось (кстати калибровки постоянно обновляются). Нашел похожие YOKU LP 656193 4000mAh. Смекнув, что про имеющиеся пакеты я все равно ничего не знаю, выбрал этот профиль.

Затем во вкладке Data memory я настроил:
Calibration: калибровочные значения для вольтметров(ячейки, батареи и внешнего адаптера), сопротивление датчика тока, калибровочные значения для датчика температуры.
Settings: включение защит, терморезисторов, светодиодов, спящего режима, конфигурации батареи.
Protections: настройка порогов защит(напряжение, время, температура), настройка порогов напряжения внешнего адаптера.
Permanent Fail: настройка порогов срабатывания необратимых ошибок(таких при которых дальнейшая работа батареи невозможна).
Advanced Charge Algorithm: настройка зарядного устройства(токи, напряжения для разных диапазонов температуры, признак окончания заряда, балансировка).
Gas Gauging: настройка блока определения уровня заряда(паспортные емкость/напряжение ячеек, сопротивление проводов, статистика).
Power: настройка режимов работы контроллера.
PF Status: состояние статусных бит Permanent Fail защит.
System Data: поля для данных производителя.
SBS Configuration: настройка порогов срабатывания триггера Alarm, основные данные о батарее(серийный номер, дата производства, производитель, имя, химия).
LED Support: настройка режима свечения индикаторных светодиодов.
Black Box: черный ящик (история изменения статусных бит защит).
Lifetimes: статистика батареи.
Ra Table: таблица внутренних сопротивлений ячеек.

В процессе настройки я изменял далеко не все поля, но для старта этого хватило.

С этой частью схемы был только один аппаратный косяк связанный с выводом 21-AFEFUSE микросхемы. Произошло это вот как:
Схему я драл с отладочной платы за исключением микросхемы вторичной защиты и пережигаемого предохранителя. У BQ40Z60 за пережигание предохранителя отвечает 21 вывод AFEFUSE (так я думал). Поэтому я посмотрел 5 страницу даташита BQ40Z60 увидел в таблице

тип вывода Output и с чистой совестью оставил его болтаться в воздухе. Проблемы пришли после спайки платы: вроде все настройки перебрал (а на тот момент сомнений было очень много), но не работает — не включались зарядный и разрядный транзисторы. После 2х дней сомнений/раздумий/проб и ошибок я заметил, что бит FUSE_EN не установлен и решил «спросить у людей» и когда я запостил вопрос ко мне пришло озарение

Глядя на схему отладочной платы я предположил, что вывод AFEFUSE может быть также входом, что подтвердилось разделом 9.3.2.4 стр.24, где написано, что если вывод не используется, его нужно соединить с землей. Я это сделал пинцетом и все заработало. Через 5 минут мне ответили на e2e.com — ответ четкий и правильный, я высказал свое «фи» по поводу ошибки в таблице выводов — обещали поправить в следующих версиях документации.
Чтобы поставить точку в настройке контроллера я прогнал 2 обучающих цикла полный заряд/разряд + релаксация (заняло в общем 30 часов).

Теперь перейдем к программированию STM32F042. На этапе макета от этого процессора требовалось совсем не много:
— Управлять преобразователем напряжения, обрабатывать кнопки.
— Уходить как можно глубже в сон, чтоб не разряжать батарею.
— Считывать основные параметры АКБ из контроллера(напряжение, ток, уровень заряда, температура, текущее состояние, количество циклов, время до полного заряда/разряда) и выводить их в ПК через USART (поскольку на плате уже стоял преобразователь CP2102). Хоть процессор и содержит USB на борту, в макете я его не использовал, да и делался макет под 051 МК, но я не смог его купить.

Управление преобразователем сводилось к выставлению двух выводов(включение и режим работы), подачи ШИМ (с последующей RC фильтрацией) на вывод задания частоты преобразования микросхемы LTC3780 (в итоге установил частоту на максимум — 400кГц), и вход мониторинга сигнала PowerGood. Но даже тут я умудрился наступить на грабли. Баг был плавающий и возникал когда Power Bank долго полежит выключенным, выражался в том, что он просто не включался. Проблема заключалась в том, что я сначала включал прерывание на сигнал PowerGood от LTC3780, а затем включал саму микросхему(EN). Получалось, что прерывание срабатывало еще до старта преобразователя и выключало его. Переставил события местами и добавил задержку — проблема исчезла. В остальном этот функционал дался легко.

Было решено сделать пользовательский интерфейс с 1 кнопкой и 5 (6) светодиодами (хотя на плате макета было 2 кнопки и 10 светодиодов). Работает он следующим образом:
Устройство выключено -> кратковременное нажатие (<500 мс) — анимация уровня заряда на 4 светодиодах.
Устройство выключено -> долговременное нажатие (>500 мс) — включение устройства (загорается 5ый светодиод).
Устройство выключено -> подключение ЗУ -> анимация уровня заряда на 4 светодиодах до окончания процесса заряда.
Устройство включено -> кратковременное нажатие — анимация уровня заряда на 4 светодиодах.
Устройство включено -> долговременное нажатие — выключение устройства.
Устройство выключено -> ток потребления меньше 50 мА более 3 мин. — выключение устройства.
Это позволило убрать из устройства 27 элементов.

Опыт реализации спящих режимов на STM32F0xx у меня уже был, поэтому на большие грабли я тут не рассчитывал. Для оптимизации потребления я первым делом заменил LDO 3,3В на mcp1703 с малым током собственного потребления (нужно было не драть с отладки, а сразу ставить его). Размер, цена, потребление, обвес — все меньше, чем у LP2951.
Спасибо пользователю Hardegor за правку по поводу LDO для Li-ion 4s нельзя использовать mcp1703 в силу низкого входного напряжения. Я использовал для химии LiFePo4 — там этой проблемы нет. Будьте внимательны!!!
-Когда устройство выключено, МК находится в режиме STANDBY и реагирует только на нажатие кнопки или подключение ЗУ. Потребление в таком режиме составляет 108 мкА (100 из них потребляет BQ40Z60).
-При включенном устройстве процессор большинство времени (кроме моментов индикации и опроса BQ40Z60) находится в режиме STOP с потреблением 1,5 мА (1 мА это светодиод). В моменты опроса и индикации ток потребления колеблется от 4,5 до 9 мА.
-При подключенном USB МК в режиме RUN на 48 Мгц, потребление 15 мА. В будущем сделаю питание МК в этом режиме от USB.

Самой большой потенциальной проблемой был опрос BQ40Z60. С SMBus я не работал и до последнего надеялся, что SMBus это I2C 1в1(частично это так, ведь физический уровень у них одинаков), но оказалось, что канальный уровень сильно разнится и это порождало ряд трудностей. Здесь описывать отличия SMBus от I2C я не буду, а приведу ссылку на довольно грамотную статью. На этапе макета я не стал ввязываться в борьбу с SMBus (к слову как программист я на много слабее, чем как схемотехник) и поскольку команды отправки и приёма байта в SMBus и I2C совпадали полностью, я использовал только их. В итоге из BQ40Z60 я считывал SOC, SOH, Current, CellVolt, TimeToFull, TimeToEmpty. В зависимости от значений регистров изменялся режим работы(выдавались предупреждения, любо происходило выключение).

Ну и на стороне ПК конечно была необходима программа, способная отображать считанные с АКБ данные в удобном виде. Поскольку графические интерфейсы я мог только в Borland C++ Builder и делал это очень давно, то я попросил программиста набросать для меня простенькую отладку. Для макета на скорую руку получилось следующее:

Это все работы, которые были проведены на стадии макета. Далее в планах(а поскольку я описываю уже проведенные операции, то часть работ уже сделана) передача ТЗ конструктору для разработки/изготовления корпуса PowerBank, исправление ошибок/доработка схемы, переделка платы под корпус, доработка ПО. После этого устройство будет похожим на товар и, после доведения, станет товаром в прямом смысле этого слова. В следующих частях статьи мы рассмотрим этапы и основные сложности процесса перехода от макета к готовому изделию, работу по корпусированию, рассмотрим стоимости различных решений и операций, оптимизацию, а также увидим конечный результат.

habr.com

Технический обзор быстрозарядных powerbank / Хабр

Привет GT. Не так давно я со своей командой запустил проект быстрозарядного повербанка Baton на boomstarter.

В этом материале я не буду поднимать вопросы ценообразования, в этом материале я хочу разобрать технические подробности и нюансы каждой батарейки. Кому интересно — под кат
Таблица с быстрозарядными powerbank:

Примечательно, что почти все такие устройства это соседи по краудфандинговым платформам kikstarter, indegogo. Выходит, что этот сегмент только зарождается.
Идем по порядку:

BATON

Страница проекта

Батарея LiFePo4 A123 Systems anr26650m1-b емкостью 2500мач (напряжение 3,3В), а это 8,25Втч.
Вырезка из документации

До 80% за 12 минут током 10А. Именно этот режим и выбран для устройства. В таком случае за 15 минут в батарею влезет не 2500мач, а 2300-2400мач. В данном случае скорость заряда штатна для батареи. Это позволяет получить медленное старение (большое количество циклов).

Конечно заявление, что:
… Этой емкости хватит для полного заряда большинства аккумуляторов современных смартфонов…
не совсем верно(маркетинг). Если посчитать все потери на преобразование и перевести мач батона в мач телефона, то получится что-то в районе 1800мач. Для расчетов принимаю КПД преобразователя внутри BatOn равным 0,95, КПД преобразователя внутри телефона+потери равным 0,85. На 1800мач батон зарядит батарею вашего смартфона какой бы она не была. Для 15 минут вполне нормально — на день пользования хватит.

Батон не так прост, как кажется:

Деталей немного: процессор (STM32), датчик тока(резистор), микросхема — контроллер Li-ion батарей (TI), а на второй плате преобразователь напряжения.

ASAP DASH

Страница проекта

Сразу позабавила сравнительная таблица:

Не важно сливает ASAP или выигрывает его параметры все равно выделены жирным шрифтом.
Обещают 5000мач за 15 минут.

Есть цифры:
Емкость 5000мач, или 16,3Втч.
Входное напряжение 17-21В, 3А.
Получается напряжение батареи 3,26В — это LiFePo. Конфигурация батареи 4s1p, получается емкость каждой банки 1250мач. Я не нашел производителя батареи, поэтому могу лишь поверить, НО если брать за удельную емкость довольно оптимистичную цифру 247Втч/л (Ватт-часов на литр), то в ASAP войдет 12,7Втч, а не 16,3. Скорее всего врут. За 15 минут батарея наберет 80-90% своей емкости и получается уже не 16,3Втч как заявляется, а 11,4 или 3500мач и это при допущении, что ячейки абсолютно идентичны (иначе емкость батареи будет определяться емкостью самой слабой ячейки).
Теперь прикинем, батарею какой емкости зарядит ASAP (по аналогии с BatOn): 2500мач.
И наконец самое интересное — заявляемый ресурс батареи ASAP аж 1200 циклов. Это точно обман, особенно если учитывать конфигурацию батареи 4s1p и высокий зарядный ток. После 300-500 циклов батарея просто разбалансируется и контроллер(если он есть) отключит ее.
P.S. Забавно, что у ребят PCB это Protection Circuit Board, а обычно это Printed Circuit Board.

THE PRONTO 5

Страница проекта

Честно говоря не совсем понимаю, что Pronto 5 делает в конкурентах, поскольку ей нужен целый час на зарядку, но таки рассмотрим его.

Конфигурация батареи 1s3p, ток заряда 4,5А, химия явно Li-Po. На самом деле в Pronto 5 нет ничего необычного, это просто аккумулятор, заряжаемый мощным внешним источником.

И опять же за 5 минут на тех же условиях, что и для других батарей при мощности зарядного устройства 25Вт Pronto 5 накопит энергии на заряд батареи телефона емкостью всего 450мач… простая математика. Через 15 минут он, конечно, сможет зарядить 1350мач АКБ телефона, но при этом придется все 270грамм таскать с собой.

LUMOPACK

Страница проекта

Все внутренности на виду 3s1p из Li-ion размером 18650 емкость каждого 2000мач. И при этом ток заряда (исходя из мощности внешнего зарядного устройства 140Вт) ~11А????? Как так? Для аккумулятора емкостью 2000мач это 5С и зарядка за ~10минут. Ничего не понимаю. Самые крутые Li-ion, что я видел могли 2С (или 4А), LiFePo — 4C. Разработчики, конечно, уповают на новый тип АКБ, который они «изобрели», но я в это не верю.

И тут же приписка, что полностью Lumopack заряжается за 30минут — нестыковка. Больше информации для рассуждения нет.

Petalite Flux

Страница проекта

По факту почти полный функциональный аналог BatOn, за исключением разъема подключения к базе и внутреннему устройству. Как я понял из фото внутренностей

никакого контроллера АКБ в Petalite нет, батарея напрямую подключается к зарядному устройству. Получается, что Petalite знает заряд батареи либо очень приблизительно(через косвенные измерения/вычисления), либо не знает вообще. Ячейка Li-ion, размер 26650, емкость 2600мач, ток заряда 10А. Спасибо пользователю Firz за то, что нашел используемую в Petalite ячейку. При переводе мач Petalite в мач телефона, получается до 2000мач.

ITRON

Страница проекта

Технической информации по устройству почти нет. Все, что мне удалось найти — это рендер плат и цифры токов и напряжений

Судя по рендеру конфигурация батареи 4s1p. Исходя из заявляемой емкости батареи 9000мач получается 4*2250мач. Если брать Li-ion ячейки, которые могут заряжаться большИм током(4А), например LG 18650HE2 2500мач, то ток заряда будет 4500ма
Мощность зарядного устройства 85Вт, время заряда 18-21мин. Пройдемся по цифрам с учетом потерь на преобразование этой мощности хватит, чтобы зарядить аккумулятор емкостью 7000мач за 20 минут, но никак не 9000. При этом ток заряда составит 5300ма, но таких ячеек я не встречал.Даже если предположить, что такие ячейки есть, то на 2000мач они смело врут. Ну и далее переведем мач ITRON в мач батареи телефона по универсальной методике и получим 5650мач при 260грамм — уже не так впечатляет. И опять рассказ про мифическую 1000 циклов, которую батарея 4s конфигурации не проходит и со временем (при разбалансе) емкость батареи будет определяться самой слабой ячейкой. В ITRON есть контроллер АКБ, который разработчики называют DUBI1.0, но скорее всего это BMS микросхема от TI или подобное.

Есть еще «самородки» типа таких. Обещают зарядку за 30 секунд. Естественно никаких технических подробностей нет (да и быть не может), еще может заряжать и ноутбук. Очевидно, что это чушь, но как сказал один мой знакомый: «Леминги чаще на такое ведутся…». О том, что для зарядки эквивалента батареи для ноутбука за 30 секунд нужна мощность зарядника 6,6кВт и ее даже из розетки не вытащить(не говоря уже о размерах такого устройства). Но надо отдать должное — мужик правильно делает, что презентует девайс от имени некой забугорной фирмы («У нас же делать ничего не умеют…») и у людей в голове что-то срабатывает — ТАМ то не обманывают…

Подводя итоги, можно сказать, что у каждого конкурента есть свои сильные стороны, хотя врут все (кто-то больше, кто-то меньше). Когда мы начали работу над BatOn мы проводили анализ конкурентов (не имея их на руках для тестов, ориентировались по открытым данным) и должны были выбрать свою нишу.
BatOn позиционируется как самый легкий и бюджетный, среди своих конкурентов. Его емкость позволяет гарантировать пользователю один день работы телефона, а зачем таскать с собой 10000мач, если за день вам нужно только 2000?

habr.com

Yoobao YB-665 — Power Bank на 15600 mAh / Блог компании Box Overview / Хабр

Сегодня у нас будет обзор устройства китайской фирмы Yoobao, которая известна своими высококачественными аксессуарами для различных девайсов. Компания стала популярна благодаря классу устройств под названием Power Bank.

Для тех, кто не в курсе, Power Bank — это портативный аккумулятор, который позволяет зарядить ваш гаджет, если вы находитесь далеко от розетки. Это своего рода подзаряжаемая заранее батарейка, которая, в свою очередь, отдает свой заряд вашему электронному устройству. При всем этом некоторые портативные зарядные устройства способны зарядить смартфон несколько раз подряд от полного заряда. Конечно количество полных зарядок ваших устройств, напрямую зависит от емкости аккумулятора, а так же от емкости вашего устройства. Нам посчастливилось протестировать новую модель под названием Yoobao YB-665.

Устройство поставляется в презентабельной картонной коробке.

В правом нижнем углу написаны основные характеристики устройства.

А в левом верхнем имеется голограмма, которая позволит вам проверить гаджет на подлинность. Если у вас имеется устройство от данной фирмы, то можете проверить его на официальном сайте, введя 20 значный код.

С обратной стороны изображена информация о портах USB, информация о компании, а также значки сертификации.

Сбоку крупным шрифтом указан тип устройства.

Внутри коробки лежит непосредственно само устройство, обёрнутое в пакетик

Также есть блок питания, microUSB кабель и переходник 30-pin для продукции Apple. К сожалению, переходника на евровилку не обнаружилось.

Блок питания YB-706 обладает хорошими характеристиками — он может выдать до 2 ампер при напряжении 5 вольт.

Я бы не сказал, что комплектация довольно обширная. На мой взгляд не хватает какого-либо чехла, потому что устройство будет всё таки не дома лежать, поэтому оно подвержено царапинам. Всё-таки портить его строгий вид не хочется. Хоть переходников и немного, но неудобств с этим нет — сейчас в большинстве устройств используется разъём MicroUSB.

Yoobao YB-665 похож на кирпич, правда с закругленными краями. Сделан Power Bank из глянцевого пластика и отлично собирает «пальчики».
Размеры устройства составляют 152.5x75x23 мм. Вес — 380 грамм.

Нажатием на клавишу питания активируются 5 светодиодов, которые позволяют узнать текущий уровень заряда. Соответственно 1 светодиод это <20%, 2 светодиода 20-40%, 3 светодиода 40-60%, 4 светодиода 60-80% и 5 светодиодов 80-100%. Индикатор на кнопке питания также имеет светодиод. Если горит красный, значит девайс заряжается, синий — заряжен.

Снизу находится фирменный логотип компании.

На задней стороне по краям расположились заглушки, а чуть ниже ножки от Power Bank’a.

Снизу информация об устройстве и серийный номер, который часто отсутствует у подделок.

На верхнем торце расположены три функциональных отверстия. Два порта USB для зарядки устройств с выходной мощностью 1A и 2A соответственно. Также присутствует мощный светодиод. Фонарик включается долгим нажатием на кнопку, выключается также. Светит нормально, чтобы ориентироваться в темноте — хватит.

По всему корпусу имеется поясок в виде серебристой пластиковой полоски.

Корпус приятен на ощупь и удобно лежит в руке, по ощущению довольно крепкий. К внешнему виду тоже претензий нет, всё выполнено в стандартном кирпичном стиле.

Тестировал я очень просто. Зарядил Power Bank ночью и затем разряжал его одним и тем же девайсом до полной зарядки.
Устройство Ёмкость аккумулятора Время зарядки Количество полных зарядок
LG Nexus 4 2100 mAh 3.5 ч 5
Samsung Galaxy S4 2600 mAh 4.3 ч 5
TcL Idol X 2000 mAh 3.3 ч 6
Результаты конечно же не полностью точные. Потому что устройствами я иногда пользовался для ответа на звонки. Также нужно учитывать потерю энергии, так как обычно на зарядку ставил утром или вечером. Время зарядки указано среднее, ведь выключенном состоянии устройства заряжаются быстрее, а во включенном дольше. Да и такое количество циклов зарядки думаю хватит многим пользователям.
В целом ёмкость реальна и сомнений, что это оригинал — нет. Собран Power Bank очень качественно. Снизу имеется 4 шурупа, которые нужно открутить. Чтобы разобрать устройство, пришлось повредить корпус и применить силу, так как кроме шурупов, верхняя часть ещё и приклеена. Приходится именно отрывать, а не снимать.
Внутренности просто вставлены в корпус и также приклеены. Можно увидеть сборку из шести аккумуляторов типа 18650.

Каждый из шести по 2600 мАч. Еще есть, видимо, наименование производителя, но я такого не нашёл. Ёмкость банка, судя по маркировке, именно такая, как и обещано производителем (2600 mAh * 6 = 15600 mAh).

Купить устройство можно в магазине TinyDeal за 62.27$ с купоном NQ098IKk10, который даёт скидку 10%. Удачи при покупках!Данный тип устройства становится всё более актуальным. Производители смартфонов увеличивают производительность устройств, а вот об их энергопотреблении мало заботятся. Поэтому часто девайс просится на зарядку, а под рукой её нет. А ведь многим нужно быть 24 часа в сутки на связи и требуется подзарядить свой смартфон, планшет или плеер. Особенно Power bank пригодится путешественникам и туристам!
Yoobao YB-665 со своей ёмкостью поможет продлить жизнь вашим прожорливым гаджетам. Высокая реальная ёмкость
Два порта USB
Фонарик
Индикация текущего заряда
Стильный внешний вид

Отсутствует чехол
Нет дополнительных переходников

Если у вас нет аккаунта на Хабрахабре, вы можете читать и комментировать наши статьи на сайте BoxOverview.com

habr.com

быстрый заряд или большая емкость? / Хабр

Приветствую тебя, читатель GT.
У меня сегодня утром случилось так, что я встав утром понял, что выходить мне через 15 минут, телефон заряжен на 5%, а powerbank пуст.

Всем, кому знакома такая ситуация, добро пожаловать под кат.

В этот момент я спросил себя: а зачем мне вся эта емкость(10000мач), если она бесполезна? Конечно читатель может справедливо заметить, что если бы я не забывал зарядить powerbank, то проблемы бы не было, но если бы я не забывал заряжать, то и powerbank мне не нужен был бы. Моя память обладает хорошей избирательностью и не запоминает то, что считает не важным. Зарядка телефона/powerbank, как раз, входит в число не важных. Я понял, что для меня из потребительских свойств самым важным становится скорость заряда, а емкость это уже вторичный фактор(понятно, что есть нижняя граница: например еще одна емкость внутренней батареи смартфона). Промониторив рынок, выделил 4 концепции powerbank:

1) Самые простые и дешевые варианты

Из особенностей можно отметить очень большое время заряда. В большинстве случаев ЗУ основано на микросхеме TP4056, поэтому ток заряда не превышает 1А (заряжается через micro USB) и время заряда составляет С часов(С-емкость АКБ). За 15 минут сможет накопить 250мАч или 0,925Втч.

2) Более емкие и дорогие варианты, чем в 1
Например. Используют ЗУ от телефона/планшета и обеспечивают ток заряда до 2А. За 15 минут сможет накопить 500мАч или 1,85Втч.

3) Powerbank со своим ЗУ

Обычно дополнен возможностью заряжать ноутбук. Мощность заряда порядка 20Вт. При этом за 15 минут накопит 5Втч, что в эквиваленте li-ion АКБ составит 1350мАч. Что ж неплохо — половина емкости внутренней АКБ, но остальную массу придется носить вхолостую.

4) Быстрозаряжаемый powerbank со своим ЗУ
Этот сегмент еще не сильно развит, есть несколько проектов (можно поискать на kickstarter). Кратко идею можно описать следующим образом: есть внешняя АКБ емкостью 8,25Втч (2500мАч, 3,3В), которая за 15 минут набирает 70-80% заряда — 6Втч или в эквиваленте li-ion АКБ 1670мАч. Масса в районе 120-150 грамм. Достоинства налицо. Однако, ЗУ свое — уникальное, подходит только к этому устройству и вероятность найти его вне дома нулевая.

Вот теперь у меня вопрос к вам, уважаемый читатель, что бы вы выбрали в 4 раза более емкую батарею или ту, что в 4 раза быстрее заряжается? При сопоставимой стоимости и габаритах/массе.

habr.com

Power bank АвтостартPRO, teardown / Блог компании Даджет / Хабр

Итак, обзор новой железяки. Сегодня это внешний аккумулятор, он-же powerbank, он-же jump-starter АвтостартPRO. Умеет заряжать USB периферию, ноутбуки, и запускать двигатели с севшим аккумулятором.

Устройство поставляется в жестком тканевом чехле, где помимо самого банка запасены зарядные устройства, переходники на проприетарные разъемы питания ноутбуков, и пачка инструкций.

На уже знакомых с предыдущего обзора силовых проводах для прикуривания авто расположена коробочка, в которой спрятана плата усеянная диодами Шоттки — для защиты от втекающего в банк тока. Предохранителя в данном случае нет, поэтому от переполюсовки спасать будут диоды. Путем самоуничтожения.

Сам банк выполнен из софт-тач пластика, и, на удивление, легко разбирается — достаточно выкрутить два самореза и корпус разделяется на две половинки:

Итак, под крышкой скрывается классический авиамодельный аккумулятор, плата контроллера, выполняющая заряд, преобразование и контроль за батареей, и плата со светодиодом.

Отлично, можно начать тестировать.
Первый тест — емкость батареи. Для этих целей я воспользовался сторонним зарядным устройством, с функциями разряда и мониторинга.

Аккумулятор поставляется предварительно заряженным, но дозарядить его не помешает. После чего можно начать тест на разряд, с записью лога.

По результатам теста с аккумулятора удалось вытянуть чуть менее 4 Ач. Полагаю, по всем спецификациям у китайцев этот аккумулятор проходить как 4, но китайцы перестали закладывать “резервные” мощности, и в результате до пользователя доходит уже чуть меньше заявленного.

По окончанию заряда в аккумулятор оказалось влито чуть больше, чем вылито, но это и не удивительно, КПД не бывает единичным. В целом, с емкостью все ясно.

На упаковке, и во всех документах к банку указана емкость 13600 мАч, и здесь начинаются маркетинговые ухищрения. По моим догадкам приведена емкость, эквивалентная одной ячейке. В банке установлено три ячейки, каждая по 4 Ач, но и даже в сумме получается только 12000 мАч.

А сделано это приведение из расчета “информативности” — условно, банком в 13600 мАч можно зарядить телефон с батареей 2500 мАч пять раз. На практике цифра будет другая, по причине неидеальности преобразователей и отличающейся действительной емкости. В этом плане корректнее писать емкость в Ватт*часах, но видимо цифра 13600 мАч выглядит привлекательнее, чем жалкие ≈50 Вт*ч 🙂 Могу порекомендовать писать целых 50000 мВт*ч, цифра выглядит еще внушительнее.

Более того, с регулируемым выходом на 12/15/19 вольт эти цифры окончательно сбивают с толку. Пользователь ставит на выходе банка 19 вольт для зарядки ноутбука, и какой финальный объем энергии ему ожидать?

Ладно, оставим этот момент на совесть разработчиков устройства, посмотрим на плату контроллера заряда/разряда.

Плата функционально состоит из пяти модулей:

  • Зарядное устройство батареи, ток заряда до 2А (MP26123)
  • DC/DC преобразователь, выход 5 вольт, ток до 3А (TPS54331)
  • DC/DC преобразователь, выход 12/15/19 вольт, ток 4А (FP5139)
  • Драйвер светодиода и светодиод (маркировка DR4NA, корпус SOT23-6)
  • Контроллер (маркировка L41628D, корпус SO16)

Банк включается аппаратным выключателем с очень маленьким ходом. Когда я разобрал банк, у меня закралась мысль, что переключатель коммутирует ток величиной в амперы. Позже, после изучения схемы все встало на свои места — переключатель подает сигнал Enable на вход контроллера, который, в свою очередь разрешает работу всех остальных преобразователей. Тем не менее, переключатель очень нежный, и после нескольких сотен переключений он может подвести. На фото он виден в правом углу.

В том, что в данном случае стоит переключатель есть и плюсы. На банках с кнопкой включения контроллер отслеживает ток потребителей, и если он незначителен — контроллер отключает схему. С выключателем такой багофичи нет, и если банк включен — он выдает питание вне зависимости от нагрузки.

Зарядное устройство батареи
Реализовано на микросхеме MP26123, которая позволяет заряжать 2 или 3 ячеечные батареи, с током зарядки вплоть до 2 А. Но, строгое требование — напряжение питания не менее 15 вольт, поэтому зарядка от 12 вольт не позволит зарядиться до 100% емкости аккумулятора, что несколько неудобно.
Штатное зарядное устройство, к слову, выдает 15 вольт. Зарядка от 5 вольт (USB) невозможна в принципе — в банке нет повышающего преобразователя перед зарядным устройством, соответственно банк оказывается прикованным к родному сетевому зарядному устройству.

Заинтересовала схема балансира, реализованного на отдельной плате, размещенной непосредственно на аккумуляторе: Балансир и защитная схема ячеек батареи выполнены на компактной плате, на микросхеме S8254A и трех сборках транзисторов AF4935P. В случае перезаряда или переразряда отключает батарею или потребителя.

DC/DC преобразователь в 5 вольт
Выполнен на микросхеме TPS54331, с частотой преобразования 570 kHz, что позволяет уменьшить уровень пульсаций на выходе, и использовать компактные компоненты.

При тестировании линии 5 вольт вылез забавный момент. По линии заявлен предельный ток 2.5 А. Такой ток действительно можно снять, но если незначительно превысить его — преобразователь начинает с периодичностью в секунду отключать и включать нагрузку. Выглядит это как ошибка в схеме soft-start, и по факту может предоставить некоторые проблемы потребителю. Есть такой тезис — включение, как и любой другой переходный процесс, оказывает нагрузку в разы большую, чем работа в установившемся режиме. В данном случае потребитель может оказаться изнасилованным повторяющимися переключениями источника питания, что может закончится выходом из строя потребителя. Зарегистрировать этот момент можно по наблюдению за светодиодом под USB разъемом банка. Равномерное свечение — все хорошо. Начал мигать — перегрузка, пора отключать!

DC/DC преобразователь в 12/15/19 вольт
Итак, самая интересная часть банка — повышающий преобразователь. Позволяет заряжать ноутбуки и другие банки напряжениями 12/15/19 вольт. При желании может заряжать даже сам себя ;). Выбор напряжения на выходе преобразователя выполняется кнопкой. В первый момент я был в замешательстве — что будет, если в процессе работы и с подключенной нагрузкой на 12 вольт случайно нажать кнопку переключения. В процессе тестов опасения развеялись — датчик тока по линии программно блокирует переключение напряжения, и испортить что-либо не получится. Остается вариант выбрать 19 вольт вручную до подключения нагрузки, и только потом подключить потребителя, рассчитанного на 12 вольт. Тут защита от дурака невозможна.

По схемотехнике все вполне гладко: boost-контроллер повышающего преобразователя FP5139 работает на частоте 1 МГц, соответственно это обеспечивает низкий уровень пульсаций, компактный дроссель, минимальное количество сглаживающих емкостей. Управляет он транзистором NTD4906N, который в импульсном режиме может обеспечить ток до 223А. Невообразимая цифра, таких токов там, разумеется, не бывает. Снятием повышенного напряжения с дросселя занимается сборка диодов Шоттки MBRB2060CT. 20А, для данной схемы это в самый раз. Ну и собственно защита от перегрузок реализована на двух низкоомных шунтовых резисторах.

При тестировании на максимальный ток с преобразователя удалось снять внушительные 4А, причем вне зависимости от напряжения (а ведь на 19 вольтах это 76 Вт!)
По поводу 4 ампер все ясно — вычисление тока производится по падению напряжения на шунте. А вот по защите — не совсем: в большинстве случаев контроллер отключал преобразователь по показаниям с шунта, но в некоторых случаях преобразователь с неприятным угасающим писком уходил в защиту сам.

По защите от перегрева — на токе 4А преобразователь не проработал и 5 минут. При этом на линии во всех случаях удерживаются честные 12/15/19 вольт.
В какой-то момент, при коммутации нагрузки отключился не только преобразователь, но и индикация уровня заряда, пропали все напряжения. Банк перестал подавать признаки жизни, и я уже было расстроился. По результатам вскрытия стало ясно что… все хорошо — на клеммах аккумулятора законные 12 вольт, и после отключения-подключения платки преобразователей она заработала как прежде. Но запомнить этот момент следует.

Драйвер светодиода, светодиод

В банке установлен светодиод, с линзой-рефлектором и на плате-теплоотводе. Порадовал индивидуальный драйвер для этого светодиода, выглядит законченным решением. Включается продолжительным нажатием на кнопку, имеет три режима работы — продолжительное свечение, SOS, и продолжительное мигание. Объективная оценка мощности невозможна, поэтому все что могу сказать — светит ярче светодиодных вспышек телефонов.

Контроллер
Определить истинную сущность этого китайца (маркировка L41628D, корпус SO16) не удалось. По функциям — умеет отображать заряд батареи на четырех светодиодах, в четырех градациях (хотя можно было в восьми), следит за током по линии 12/15/19 вольт, управляет фонариком, и ест питание из аккумулятора 24/7. Отображает процесс заряда. В нужные моменты включает преобразователи. Ничего фантастического.

Тест старта двигателя
Можно предположить, что продолжительный разрядный ток этого аккумулятора 40С. Как уже измерено ранее, емкость аккумулятора 4Ач, соответственно ток составит 160А. Что-ж, подогреть автомобильный аккумулятор за 5 минут можно. Погода пока-что не самая суровая, поэтому был найден убитый аккумулятор, и запуск двигателя, фактически, производился от банка. Вот что получилось:

Старт двигателя без штатного аккумулятора, с моей точки зрения, может быть опасен — в плюсом проводе банка впаяны диоды, защищающие банк от втекающего тока, соответственно, когда двигатель будет заведен, генератор начнет работать вхолостую, и какое напряжение установится в бортовой сети автомобиля неизвестно. Лучше не рисковать.

Заключение
По сравнению с предыдущей версией авто-стартера все выглядит привлекательнее — заглушки на разъемах, прочный корпус, неплохой фонарик, достаточная емкость, возможность питания ноутбуков, кейс для хранения всего сопутствующего железа.

В целом, банк является суровым мужским инструментом, с расчетом на небрежное обращение руками в солидоле, открывание банок пива острыми углами, подсвечиванием темных переулков мощным фонариком, и использованием в качестве оружия — отмахаться банком весом в пол-кило не составит большого труда. Острые углы, прочный пластик и ребристая поверхность только доставят удовольствия им орудовать.

Читатели GeekTimes имеют возможность приобрести новый Автостарт PRO с 10%-й скидкой, использовав код GEEKT-AVSTPRO, который действует 14 дней со дня публикации обзора.

habr.com

DIY PowerBank на 17000 честных миллиампер-часов / Хабр

Наступила зима, если вдруг кто не заметил, а это означает, что через час использования телефона на улице он превращается в тыкву. Для предотвращения оного события издревле используются внешние аккумуляторы, ака PowerBank, ака «банки».

Но с нынешним курсом доллара купить хорошую банку стало несколько, эм, рискованно из-за угрозы амфибиотропной асфиксии, ибо только один хороший аккумулятор типа 18650 стоит больше 8 долларов. А для действительно ёмкой банки их надо 6. Плюс кейс — ещё прибавить долларов 8-12. Итого ~60 долларов.

Да, есть китайские магазины, которые торгуют типа оригинальными Xiaomi долларов за 25. Но вся проблема в том что они именно что «типа оригинальные», а что на самом деле приедет — не известно никому.


задача дешёвых китайских банок заключается в том чтобы показать вот-такенные цифры, а засада в том что они набиты отвратительного качества аккумуляторами.

Lithium-Ion батареи, как ни странно, весьма и весьма высокотехнологичны. А поэтому требуют совершенно определённых условий производства и ещё более строгого соблюдения состава электролита и компонент для сборки. Поэтому, здесь точно так же, как в любом общепите: «Быстро, вкусно, недорого — выбирайте любые два». По отношению к батареям это можно перефразировать как «Ёмко, надёжно, недорого». Китайские банки в 19% случаев идут как «ёмко+недорого», а ещё в 70% — только «недорого» поэтому они и либо значительно теряют ёмкость, либо изначально её не имеют, и практически все мрут через пару десятков циклов заряда.


Классический образец китайского фуфла с одним реальным 1А USB-портом, распараллеленным на два разъёма. А сзади надпись про 30000mAh

Что же делать обычному человеку, чтобы не оказаться гордым владельцем зарядного устройства, которое через месяц можно будет выкинуть в помойку?

Вариантов два: купить банку у проверенного продавца за адекватные деньги, либо собрать банку самому из заведомо хороших компонентов, благо, DIY-наборы продаются во многих местах.

Но «проверенных» продавцов у меня знакомых нет, а отзывам на китайских сайтах я доверяю только если денег не очень жалко. Так что я пошёл по второму пути.

После долгих поисков и нескольких купленных некачественных корпусов был найден подходящий по всем параметрам корпус для банки с приличной электронной начинкой, которая действительно даёт заявленные характеристики. В подобные корпуса ещё очень любят паковаться некоторые отечественные бренды сравнительно неплохих банок.

Осталось придумать, чем же её набить. Абсолютным чемпионом по соотношению цена-качество на рынке «пальцев» типа 18650 являются батареи Panasonic NCR18650B. Аккумулятор на 2600mAh отличного качества. Тем, кто сейчас собирается сказать мне, что есть классные аккумуляторы большей ёмкости и дешевле я снова напомню — «выбирайте любые два». А палят эти аккумуляторы со страшной силой — как Smirnoff и Finlandia в перестроечные времена — поэтому покупать их довольно рискованное предприятие, если не знать где, а я не знаю.

После поиска в сети данных аккумуляторов я загрустил, потому что жаба моя спит чутко и мгновенно просыпается от ощущения необоснованных трат или высоких рисков. Поэтому поиски продолжились и, внезапно, они завершились обнаружением вот такой штуки:

Да, это ноутбучная батарея от MacbookAir. Если аккуратно выковырять из неё батарейные блоки, то пять штук, уложенные в стопку идеально ложатся в коробку. А уж в качестве батарей от Apple сомневаться не приходится. И, главное, у меня обнаружился доступ к таким сравнительно дешёвым батареям!

Итого, в банке 5 батарей по 14Wh каждая. Это больше, чем можно набить «пальцами», потому что нет пустот, обусловленных цилиндрами. В результате тестирования был получен практически максимально-достижимый для данного объёма результат: почти 17000mAh.

Достижения этого устройства простые, но понятные:

  • неделя автономки с телефоном LG G3 в глухих лесах в зоне неуверенного приёма
  • несколько всеночных, часов по 10, забегов по нерезиновой, играя в Ingress
  • множество раз, когда вся компания в баре заряжает от этой банки телефоны и планшеты

У вас почти наверняка нет доступа к недорогим аккумуляторам от Apple. Но в 100% хороших брендовых РС-ноутов батарея набрана из хороших 18650 аккумуляторов. Можно добыть такую батарею, разобрать, и, если напряжение аккумуляторов не ниже 2В, то можно попробовать их зарядить и собрать почти такую же банку.

habr.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о