Тест мощного накопителя iWalk Дата: 06.03.2011 Раздел: Обзоры и тесты
Протестирован один из кандидатов (летнего сезона 2011г) на роль буфера на Li-Ion аккумуляторах для работы с солнечными батареями. Также данный накопитель может питать ноутбуки и USB устройства. Сняты его выходные характеристики. Показано внутреннее устройство. Даны рекомендации по использованию в "автономе".
Этот накопитель попал в поле нашего зрения как один из возможных кандидатов на роль емкого буфера на Li-Ion аккумуляторах, способный заряжаться от солнечной батареи. Существующие на сегодня модели, например, , от AcmePower, или модели от имеют ряд недостатков, которые ограничивают их широкое использование в походах. (И это еще наиболее удачные модели.)
В частности, UC-5 имеет 6 шт последовательных аккумуляторов и выход хотя бы одного из них приводит к отказу всегоустройства. К тому же, он для своей зарядки нуждается в специальном кабеле-оптимизаторе, который согласует егопотребление и "просадку" напряжения на солнечной батарее.
UC-7 недостаточно эффективно использует энергию солнечной батареи. К тому же начинает заряжаться при напряжениях выше 17В, т.е. не может быть использован с "низковольными" .
XPal дорог. И также начинает заряжаться с 19В.
В общем, нет в жизни совершенства, поэтому поиск удачного буфера-накопителя не закончен. И когда появилась возможность протестировать еще одного представителя буферного семейства, мы не раздумывая это и сделали. Как оказалось, этот накопитель вполне может использоваться с некоторыми из солнечных батарей, хотя и не без замечаний. Но об этом ниже.
Итак. Универсальный аккумулятор. В описании дано:
- Модель iWalk15600. - Ёмкость внутренних аккумуляторов 15600мАч(при 3.7В) или 57.7Втч. - Вход: напряжение 12...19В, зарядный ток 1...3.5А - Выход: напряжение 5.3В (0.6А), 12, 16, 19В (до 3.5А). - Автоматическое отключение выхода, если нет нагрузки. - Защита от перезаряда, переразряда, короткого замыкания на выходе. - Вес около 450г. - Произведено в Китае.
Естественно, в комплекте идут переходники под различные типы ноутбуков и блок питания. Внешний вид устройства показан на фото.
Рис.1. Внешний вид.
Сверху корпуса расположена круглая кнопка включения в работу. Вокруг неё синие светодиоды, которые показывают уровень зарядки внутренних аккумуляторов, а также, (пятый светодиод), что накопитель работает.
Корпус выглядит достаточно прочным.
Рис.2. Входные-выходные разъемы и переключатель выходного напряжения.
Слева направо: - входной разъём для зарядки накопителя. Стандартный разъем питания 5.5х2.1мм. - выходной USB-разъем. - выходной разъём для подключения ноутбуков и других мощных потребителей 5.5х2.5мм. - переключатель выходного напряжения.
Выходные параметры.
Выходной ток USB выхода составляет около 600 мА. Этого достаточно для безопасного питания большинства устройств, работающих от компьютерного USB. Однако этот ток может быть маловат для зарядки некоторых мощных КПК. Т.е. ограничение в 600 мА, это с одной стороны минус, а с другой - плюс, т.к. многие сотовые телефоны нельзя заряжать большим током.
Также, следует отметить, что на ножки данных в USB разъёме подано некоторое напряжение, что позволяет заряжать многие капризные устройства типа iPhone и т.п. Это плюс.
USB выход работает только тогда, когда переключатель напряжения установлен в позицию 5В. Т.е. одновременно питать ноутбук от "мощного" выхода и гаджет от USB не получится, только что-то одно. Это минус.
Далее, протестируем мощный выход. Для начала, проверим стабильность его выходного напряжения, в зависимости от тока нагрузки. Характеристики сняты при 70% зарядке накопителя.
Рис.3. Зависимость выходного напряжения от выходного тока.
Видно, что для напряжений 12В и 16В снижение выходного напряжения составляет не более 0.5В при токе до 3А. При установке напряжения 19В и токе 3А выходное напряжение упадет уже на 1.4В. Т.е. при больших токах некоторые ноутбуки могут уже закапризничать. С другой стороны, на природу мощные ноутбуки обычно не возят - многим достаточно 1...2 А.
Надо заметить, что КПД устройства достаточно высок и нагрев силовых элементов, даже на токах в 2...3А незначителен, наощупь не более 80...100 град.С.
Для дальнейшего понимания работы данного накопителя нам придётся вспомнить схемотехнику классического повышающего стабилизатора, силовая часть которого показана на рисунке ниже.
Рис.4. Типовая импульсная повышающая схема.
Как видно из рисунка, при такой схемотехнике напряжение на выходе никогда не может стать меньше входного напряжения такого преобразователя (с точностью до падения на открытом pn-переходе диода).
Т.е. напряжение на выходе нашего накопителя присутствует всегда, даже при выключенном преобразователе. Более того, выходной ток в такой схеме практически ничем не ограничен. Т.е. устраивать короткое замыкание на выходе нашего буфера противопоказано.
На самом деле, в буфере есть защита от КЗ, но она дискретная и срабатывает при достаточно большом токе, т.е. только в явно аварийной ситуации. При этом выход просто отключается. Пользователь должен сам следить, чтобы не подключить слишком мощную нагрузку.
Однако, присутствие напряжения на выходе без работы встроенного преобразователя нам может быть на руку. Т.к. напряжение на выходном разъеме почти равно напряжению на внутренних аккумуляторах, которое равно от 9 до 12.6В, то от этого напряжения могут питаться большинство устройств, работающих от прикуривателя автомобиля. Т.е. напрямую от аккумулятора без потерь.
Напоследок отмечу, что выходное напряжение отключается при разряде аккумуляторов ниже 3В/элемент. За этим следит схема защиты аккумуляторов, которая просто размыкает провод, идущий к аккумулятору. Т.е. аккумуляторы защищены от глубокого разряда.
Зарядка внутренних аккумуляторов.
Обычно именно зарядка является основным фактором, препятствующим использованию накопителей при питании их от солнечной батареи. Большинство из них рассчитаны на зарядку от мощного источника, а солнечная батарея им не является. Её выходной ток может колебаться в широких пределах, что вызывает неадекватное поведение схем контроля зарядки в накопителях.
Какие же сюрпризы преподнёс нам данный "кандидат в буфера"? Увы, без них не обошлось.
По всей видимости, процессом заряда управляет микроконтроллер, у которого снижение тока зарядки вызывает сбой в работе - он просто отключается. (С этой точки зрения, более "тупые" аналоговые схемы лучше, т.к. возобновляют работу всегда, как только восстановились условия для этого.). Микроконтроллер же просто зависает, однако при этом он даёт команду на прямое соединение входного разъёма и аккумулятора.
При этом он не следит ни за током зарядки, ни за напряжением на заряжаемых аккумуляторах. Например, если после того, как микроконтроллер уйдёт в "отключку" начинать увеличивать ток, то он может подниматься до 4 Ампер, что уже перегреет схему, т.к. на её входе впаян последовательный диод Шоттки, который больше 3А по характеристикам, постоянно пропускать через себя не должен.
Впрочем, отсутствие ограничения тока при зарядке от солнечной батареи не слишком опасное явление, т.к. редко встретишь солнечную батарею, которая способна отдавать ток в несколько ампер.
Самоустранение контроллера зарядки это, конечно, плохо. Однако от перезаряда нас опять спасает схема защиты аккумуляторов, которая работает независимо от контроллера, частично дублируя его функции. Когда напряжение хотя бы на одной из банок достигает примерно 4.27В, срабатывает защита и зарядная цепь просто размыкается, спасая аккумуляторы от порчи. И процесс заряда от солнечной батареи оказывается вполне безопасным.
Моделирование поведения накопителя при зарядке от солнечной батареи выполнялось с помощью регулируемого блока питания у которого дополнительно можно было менять максимальный выходной ток от 250мА до 10А. Т.е. установив напряжение на выходе БП равное напряжению без нагрузки на солнечной батарее (16…20В), я моделировал набегание облаков, плавно уменьшая ток до 250мА и возвращая его обратно до нескольких ампер.
Другой замеченной особенностью зарядки данного накопителя было то, что, несмотря на указанный в характеристиках нижний порог напряжения зарядки 12В, реально она стартует при напряжении питания выше 15.5...16В. После этого напряжение питания уже может падать до 11...14В в зависимости от степени заряженности встроенных аккумуляторов.
Такой "высокий старт" не должен быть препятствием при работе от солнечной батареи, т.к. напряжение без нагрузки даже на гибких солнечных батареях SunCharger'а обычно выше 16В, а на большинстве жестких превышает 20В.
Конструкция.
Вид со снятой верхней крышкой показан на Рис.5.
Рис.5. Вид на внутренности накопителя.
Что же мы видим. Качество исполнения средне-китайское - не самое плохое, но впечатление немного портят остатки флюса, ручная пайка части ЧИП элементов..., в общем, на уровне не слишком "продвинутой" бытовой техники. Но, как говориться, бывает и хуже, так что, сильно бояться этого не будем - работает, и хорошо. Тем более, что конструкция достаточно простая и грамотная.
Плата защиты (узкая, справа) изготовлена более качественно.
Внутри корпуса расположены 6шт Li-Ion аккумуляторов стандартного размера 18650 ёмкостью 2600мАч. Это хорошо - при необходимости, можно будет попытаться самостоятельно заменить их, как это для накопителя UC-5.
Аккумуляторы соединены в конфигурации 3S2P, т.е. последовательно три пары элементов. Суммарное напряжение на этой пачке аккумуляторов составляет от 9 до 12.6В, в зависимости от их заряженности. И именно это напряжение всегда присутствует на выходном разъёме.
Из этого напряжения повышающий преобразователь, собранный по классической схеме (Рис.4.), делает 12, 16 или 19В. Отличие реальной схемы показанной на Рис.4 лишь в том, что вместо биполярного используется полевой транзистор. С правой стороны фотографии Рис.5 расположена схема контроля аккумуляторов (узкая плата). Она следит за напряжением на каждой "банке" и подает команду на отключение аккумуляторов от схемы при их слишком сильном заряде, разряде или большом токе.
С левой стороны находится основная плата, где располагаются все силовые преобразователи. Подробнее она показана на Рис.6.
Рис.6. Основная плата "универсального аккумулятора".
В верхней части платы и справа-вверху расположены элементы понижающего импульсного преобразователя для зарядки встроенных аккумуляторов.
В центре, чуть выше разъема USB виден дроссель и микросхема понижающего (похоже, синхронного) стабилизатора для USB выхода. Она работает на частоте около 330кГц (это для любопытных).
В центре, с двух сторон платы располагаются индикаторы и кнопка начала работы, а на нижней стороне платы - управляющие маломощные микросхемы, в т.ч. и микроконтроллер.
В нижней трети размещен повышающий преобразователь, кстати, весьма компактный. Это здорово. Тем более, что частота работы этой схемы относительно невелика по современным меркам, около 100кГц. При этом нагрев схемы, как уже отмечалось незначительный, т.е. КПД, полагаю, выше 90%.
Немного смущает, что между повышающим преобразователем и аккумуляторами нет ни одного электролитического конденсатора, но провода от аккумуляторов до преобразователя достаточно короткие и заметных пульсаций на входе преобразователя не наблюдается.
Зато их очень хорошо заметно на выходе. При токе 2А и напряжении 19В пульсация в виде прямоугольного колебания (размах) составляет около 0.3В, а импульсная "помеха" составляет около 1В (р-р). Это много - сэкономили китайцы на выходных конденсаторах, стоит всего 2 шт по 470.0 мкФ.
Выводы.
1. Накопитель можно использовать не только по своему прямому назначению - питанию ноутбуков, но и в качестве буфера, т.е. в режиме, когда он постоянно подключен к солнечной батарее, а потребители подключаются к его выходу при необходимости. Правда, "стандартных" напряжений у нас всего два 5В и 12В, остальные для ноутбуков.
При получении 12В, возможно даже не включать накопитель в работу, если требуется питать устройства, работающие от прикуривателя автомобиля, т.к. напряжение с внутренних аккумуляторов и так, всегда поступает на выход. На этом можно сэкономить процентов 10...30 мощности, в зависимости от нагрузки.
2. При работе с накопителем следует быть внимательным, т.к. он не терпит коротких замыканий выхода. Да, защита сработает, но может сгореть пленочный токоизмерительный ЧИП резистор, через которые проходит весь ток КЗ. А его заменить в полевых условиях вряд ли возможно.
3. Особенности зарядки. Несмотря на то, что у контроллера зарядки "едет крыша" и он в процессе зарядки от солнечной батареи не участвует, питать накопитель от солнечной батареи вполне возможно, т.к. от перезаряда его спасает схема защиты аккумуляторов. При этом они заряжаются чуть выше нормы, но не до порчи. Более того, такой повышенный заряд будет только если надолго бросить заряженный буфер на солнце, а это случается редко. В большинстве же случаев реальной работы мы просто не будем попадать в такую ситуацию.
4. Рекомендуется использовать данный накопитель с кристаллическими солнечными батареями, т.к. их выходное напряжение выше, чем у гибких от 'а. В этом случае, получается достаточно дешевый набор, обладающий при этом весьма неплохими характеристиками.
Автор: Носов Николай 05.03.11г
Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас .
