Сделать зарядку для смартфона своими руками

Строим универсальную, машинную USB зарядку (попытка номер раз)

Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.

ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).

Автор, нафига все это?

Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.

Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.

Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: » Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины.»

Что нам понадобится

1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.

2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.

Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.

3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.

4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.

5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.

6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.

Собираем зарядку

1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:

*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.

Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.

2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.

3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).

Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате

4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:

Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:

У меня получилось так:

Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.

Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.

Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»

5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.

6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!

7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.

Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:

В Машине это выглядит так:

Тесты

Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.

Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).

Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.

К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).

Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.

Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.

Процесс зарядки и выводы

Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:

График усреднен и может варьироваться для разных устройств .

Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.

Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А

Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.

В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.

В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!

Источник

Беспроводная зарядка своими руками

С повышением количества мобильных устройств на руках жителей планеты, как никогда встает вопрос обеспечения приборов питанием. Конечно, самый простой способ – зарядка аккумуляторных батарей, с последующим использованием накопленного тока. Вот только, бесконечное подключение или отсоединение зарядного кабеля к устройству приводит со временем к разбалтыванию и выходу разъемов из строя. Вариантом решения служит беспроводная зарядка, сделанная своими руками или приобретенная в магазине.

Принцип работы беспроводной зарядки для телефона

К сожалению, современные модели представленных устройств передачи тока по эфиру имеют некоторые недостатки. Но удобство применения такого оборудования позволяет закрыть глаза на его минусы. Собственно, весь процесс зарядки заключается в помещении мобильного устройства рядом или на специальную платформу – передатчик. Конечно же, телефон, планшет, смарт–часы, ноутбук или иное конечное перемещаемое устройство должны быть оборудованы соответствующим клиентским получателем тока по воздуху. Зарядка телефона по воздуху: один из вариантов исполнения

Топовый ценовой сегмент устройств уже, скорее всего, содержит в своей конструкции встроенный приемник индукционных сигналов одного из распространенных стандартов – Qi, PMA и AirFuel, а соответствующий передатчик можно приобрести уже в сборе, или отдельно, а также он, бывает, что поставляется вместе с мобильным оборудованием. Есть и проприетарные, закрытые стандарты беспроводной зарядки, которые используются, к примеру, фирмой Samsung для своих продуктов.

Но основная разница состоит не в принципе передачи – используется всегда физический эффект электромагнитной индукции, – а в частоте переменного тока на выходе передатчика. Стандарт Qi, который разрабатывается концерном компаний по использованию беспроводной энергии WPC, характерен этим параметром излучателей в пределах 100-205 кГц. PMA, производимый одноименной компанией, применяет для передачи тока диапазон 277-357 кГц.

Хоть он и проиграл конкурентную борьбу с QI, многие производители оставляют возможность его использования в своих устройствах беспроводной зарядки, или гибридным образом оба стандарта, или конкретно одного PMA. Гибридное беспроводное зарядное устройство

После падения технологии PMA фирма, его ранее производящая, объединила свои усилия с более чем 200 компаниями, входящими в концерн WPC. Результатом стала разработка нового стандарта AirFuel, который подразумевает подключение передающих катушек, выполняющих роль антенн, на резонансных частотах, что позволило увеличить расстояние приема и общий КПД системы зарядки. Передача тока по воздуху

Вопросом, как сделать беспроводную зарядку или передачу питания различным устройствам по воздуху, задавались люди еще более 200 лет назад. Конечно, тогда не было аккумуляторов, но существовали их прообразы – лейденские банки. Поэтому и вопрос их подзарядки или непосредственного снабжения энергией устройств-потребителей без использования проводов и поднимался.

Еще в XIX веке, родоначальник всей электрической физики – Андре Ампер, от имени которого и получала название единица измерения силы тока, открыл физическое явление электромагнитной индукции.

Основные его труды в этом направлении связаны с наблюдением за опытами. Им было замечено, что есть взаимосвязь, при возникновении электромагнитного поля в двух рядом расположенных проволочных катушках. Если подать ток в одну, то и во второй будет наблюдаться возникновение тока на концах ее проводников и общего магнитного эффекта. Было установлено, путем проведенных экспериментов, что мощность электромагнитной индукции сильно падает при увеличении расстояния между обмотками. Тот самый Андре-Мари Ампер

Спустя почти 100 лет, работы Ампера были продолжены гением своего времени – Николой Тесла, который изучал передачу высокочастотных токов по воздуху и проектировал различные устройства их приема, с использованием такой технологии.

Постепенно физические принципы, лежащие в основе приборов обмена питанием через эфир, были подзабыты и не использовались. Слишком высоки затраты мощности передаваемого тока, малы расстояния, сложно производство принимающего и передающего оборудования на большие дистанции.

Второе дыхание технология получила с развитием носимых гаджетов и необходимостью их постоянной подзарядки. Аккумуляторы мобильных устройств имеют конечную емкость, весьма невеликую из-за своего размера, в то же время, внутренняя начинка сотовых телефонов, планшетов, «умных» часов и прочих мобильных устройств становится все более «жадной» к потреблению, что и приводит к необходимости постоянного подключения источника тока.

Состав беспроводной зарядки для телефона

Прежде чем изготавливать индукционную беспроводную зарядку для телефона своими руками, необходимо разобраться, какие компоненты относятся к приемнику, а что входит в состав передатчика. Индукционная токовая связь подразумевает генератор частоты сигнала. Можно использовать как самый простой – на одном транзисторе, так и более сложный – применяя сборку на микросхемах.

Минус первого способа – его относительно низкие частоты работы. А от этого параметра прибора как раз зависит дальность расстояния передачи, возникновение вихревых, паразитных токов в рядом расположенных металлических предметах, общая сложность монтажа антенны, – она должна состоять из двух взаимосвязанных обмоток. Схемы второго типа лишены этих недостатков.

В сущности, излучатель в системах индукционной связи и состоит из самого блока питания, выдающего напряжение, генератора, превращающего постоянный ток в последовательность импульсов, и передающей антенны – в роли которой используется намотанная проволокой своеобразная катушка.

Схема приемника еще проще. Обмотка-антенна через диод и конденсатор, преобразующий импульсы в постоянный ток, подключены к входам потребителя, в качестве которых может выступать зарядный штекер мобильного устройства или его аккумуляторная батарея напрямую.

В существующих схемах используемые токи малы, происходит передача энергии мощностью не более 5В.

Преимущества и недостатки самодельной беспроводной зарядки

Прежде чем перейти к тому, как сделать беспроводную зарядку для телефона, планшета или иного мобильного устройства, желательно быть уверенным в необходимости ее использования, учитывая все плюсы и минусы существующих систем питания без проводов.

Итак, плюсы, если изготовить схему беспроводной зарядки своими руками:

• стоимость конструкции на порядок ниже, чем у покупных вариантов;
• удобство применения – нет необходимости бесконечно вставлять или вынимать штекер зарядного устройства, достаточно просто положить телефон рядом с передающей частью;
• из предыдущего пункта проистекает уменьшение износа разъемов;
• ну, и конечно же, повышение своего ЧСВ и профессионализма в результате самостоятельного изготовления устройства.

Один из вариантов самодельных беспроводных зарядок

Есть у конструкции и несколько минусов:

• необходимость доставания/покупки деталей;
• умение паять или представление о процедуре монтажа схемы;
• медленная зарядка устройств при передачах энергии по воздуху, которая происходит в несколько раз дольше. Это характерно и для промышленных вариантов исполнения беспроводных зарядок.
• малое расстояние, на котором работает технология.
• относительная сложность сборки без гарантии успеха.
• наличие индукционных токов при работе беспроводной зарядки. Они, конечно, микроскопические, тем не менее, могут вызывать нагрев металлических поверхностей, электронных компонентов, отрицательно сказываться на здоровье. Кроме того, они вносят помехи в работу радиооборудования и оказывают общее негативное влияние на электронику.

Инструкция по созданию беспроводной зарядки своими руками

Описываться будет достаточно простая схема беспроводной зарядки. Передатчик в ней выполнен на микросхеме таймере – формирователе одиночных импульсов и полевом транзисторе, а приемник на диоде и стабилизаторе. Схема беспроводной зарядки

Простота конструкции дает возможность произвести ее даже навесным монтажом. Необходимо только помнить о том, что микросхемы и вообще полупроводниковые элементы не любят перегрева, поэтому сборку нужно выполнять придерживая пинцетом ножки критических компонентов схемы между их корпусом и местом пайки. Это позволит уменьшить температуру чувствительной части – пинцет будет работать, как радиатор.

Лучше использовать специальную панельку, для размещения на ней микросхемы таймера.

Инструменты и материалы для изготовления беспроводной зарядки

Для изготовления схемы беспроводной зарядки понадобятся:

• ножницы или кусачки для работы с проволокой;
• флюс и припой, в простейшем варианте канифоль и олово;
• паяльник 25-40Вт;
• обычное зарядное устройство от мобильного телефона;
• микросхема формирователя импульсов NE555 на 5В;
  
• мощный полевой транзистор IRF-Z44;
  Пример расположения выводов на аналоге транзистора

• стабилизатор напряжения 7805;
  Расположение пинов стабилизатора

• диод M4, для схемы приемника;
• конденсаторы – два по 10n, и по одному 100n и 10µ;
• резисторы – 10 Ом и 1 кОм;
• медная, лакированная проволока для антенны – сечением 1 мм и 0,35-0,4 мм.

Изготовление передатчика

Как уже говорилось, монтаж схемы передатчика можно сделать, как навесной, так и на макетной или самостоятельно травленой плате. Здесь его размеры особого значения не имеют. Единственное замечание – антенна должна быть расположена ближе к подложке, на которую впоследствии помещается приемник.

Сама форма катушки также влияния на представленную схему большого не имеет, но рекомендуется выполнить ее спиральной формой, как на фотографии. Это улучшит характеристики передачи энергии, позволит повысить расстояние между приемником и излучателем. Передатчик на травленной плате и с антенной хорошей формы

Намотку рекомендуется проводить внутри какого-либо корпуса круглой формы – к примеру, в коробке от CD диска – в том месте, где он сам находился. Туда укладывается провод, с оставлением кончика, к которому будет припаян один из контактов самого передатчика, и потом витками, оборачивая вокруг предыдущих, укладывается проволока. Нужно сделать 25 таких оборотов.

После окончания намотки рекомендуется залить всю конструкцию универсальным клеем или эпоксидной смолой, оставив только конечные выходы проволоки. Которые в свою очередь необходимо залудить, а впоследствии и подсоединить к выходам излучателя. Схема излучателя

Изготовление приёмника

Приемник собрать еще проще. В нем минимум элементов. Вот только в его случае лучше всего осуществлять намотку антенны спиральным способом, для уменьшения размера схемы. Хотя самодельное приемное устройство, с высокой вероятностью, все равно не поместится в корпус телефона. А вот для планшетов есть реальный шанс его встроенного использования, так-как обычно в корпусе подобных устройств есть еще много свободного места.

Элементы схемы скрепляются пайкой. В идеале желательно использовать SMD компоненты, но можно обойтись и обычными радиодеталями. Намотка катушки антенны производится проволокой или проводом сечения 0,35-0,4 мм. Для уверенного приема индуцированных токов необходимо сделать 30 витков. Схема приемника

Соединение элементов

Хотелось бы заметить, что, как и для любой передающей и принимающей аппаратуры – в случае индукционной также необходима аккуратность выполнения. Просто смотать в кучу присоединенные элементы не получится – будут возникать паразитные электрические связи, которые сведут на нет весь толк от собранного прибора.

Для исполнения схемы все же рекомендуется вытравить их из заготовок, или же в случае недоступности фольгированного текстолита – использовать макетную плату. Все соединения – пайка, никаких скруток. Слишком ненадежно и мало того, что будет плохой контакт, так еще и в случае его возникновения будет трудно найти источник проблемы.

Особенности процесса сборки и подключения

Тут нужно помнить о том, что приемник будет присоединен к реальному, достаточно дорогому устройству–потребителю. Поэтому, перед присоединением нужно мультиметром проверить полярность на выходах приемника и наличие необходимого напряжения при работе собранной схемы – оно должно быть в пределах 4-5В. Стрелочный мультиметр – удобен для определения полярности

Также нужно определиться, как подключать потребителя. Здесь два варианта – или напрямую к аккумулятору, но в этом случае не будет видно, заряжен он уже или нет при выключенном устройстве, или в штатный разъем питания.

В обоих случаях обязательна проверка полярности и допустимых токов! Цена упущения – последующая функциональность мобильного устройства.

Модели телефонов, поддерживающие беспроводную зарядку

Собственно говоря, весь топовый сегмент мобильного оборудования от известных производителей обладает приемниками индукционных токов. Среди них аппараты Apple, Blackerry, Sony, Yota, Kyosera, Motorola, LG, Samsung, Asus, Google, HTC, Nokia.

Советы по выбору комплектующих

Многие элементы схемы индуктивного передатчика и приемника тока имеют как российские, так и зарубежные аналоги. К примеру, таймер NE555 можно безболезненно заменить на его полные аналоги (для некоторых необходимо будет проверить калибровку ножек и рабочее напряжение) – 1006ВИ1, 1006ВИ2, AN1555(N), GL555, LB8555(D|P), LM555(CN|N), MC1455(P|P1), NJM555D, RC555, TA7555P, UPC1555(C), UPC617C, KP1006ВИ1(А), KФ1006ВИ1, 142EH6, ICM7555(CBA-T|IPA)), LM555(CM|N), MC1455(D|U|G|P1), NE555(D|M|P|N), TA7555(F|S), UA555(TC(-8)|PC), ECG955M, M51841P.

В качестве полевого транзистора подойдут его варианты MTP50N05, КП723А, MTP50N06V, STP45NE06, STP50N06, MTB50N06V, STB45NF06T4, HUF75329(P3|S3(S)), STP45NF06, STP60NF06, STB60NF06(T4|L|LT4) или близкие по характеристикам.

Диод М4 в приемном контуре – заменяется любым с допустимыми токами 1А/400В. Можно чуть менее мощным, так как сила приходящего питания намного меньше.

Стабилизатор напряжения также можно заменить любым с выходным током 5В. Полные аналоги: L7805CV, MC7805CTG, русский КР142ЕН5А.

Источник