Печать - Вампирчик №7 или немного философии

Вышла упрощенная версия накопителя "Вампирчик-Литий". В статье дано описание ее возможностей и сравнение с предыдущей версией прибора.

Введение.

Если проследить историю развития какой-нибудь модели автомобиля, то обычно можно видеть, что каждое следующее обновление модели делает автомобиль все больше, сложнее, "круче", и, в итоге, он постепенно "переползает" в другой, более высокий класс. Например, маленький простой внедорожник превращается в здоровый паркетник, теряя простоту. Нишу же маленького "джипа" занимает какая-нибудь новая машина, очень похожая на ту, "с чего все начиналось" и, далее, цикл повторяется.

Наверное, это общая тенденция развития техники, не избежал её и накопитель (powerbank) по кличке "Вампирчик". С чего всё начиналось - с идеи устройства, которое могло питаться от любого туристического источника энергии (солнечная батарея, батарейки и т.д.) и выдавать наружу те напряжения и токи, которые нужны потребителю. Постепенно "вампирчик" обрастал новыми функциями и защитами, всё это улучшало прибор, но делало его сложнее. Вплоть до того, что у людей были даже пожелания сделать его попроще, т.к. не технарю разобраться со всеми возможностями бывало сложно.

Предел приемлемой сложности ощутил даже разработчик, когда планирующаяся к сезону 2015 г. шестая версия "вампирчика" никак не желала доводиться до ума чуть ли не полгода, и на момент написания этой статьи всё ещё не завершена. Да и получается она достаточно сложной и дорогой, и далеко не всем нужен такой "крутой паркетник".

Пришлось быстренько, буквально в течение нескольких дней, пока изготавливались очередные платы для прототипа шестой версии, разработать и развести максимально простую модель "вампирчика" в которой оставлены только базовые функции, однако, вполне достаточные для обеспечения энергией до 80% потребителей. (Конечно, несколько дней - это только на выпуск первого образца, затем доводка еще на неделю-другую.)

Т.е. вернулись к исходной идее простого "вампирчика", естественно, с учётом наработок всех предыдущих версий - всё же история движется по спирали, а не по кругу. ;)

Назовём эту модель "вампирчик-литий №7" (ВЛ7) и далее опишем его характеристики и сравним с последней из серийно выпускавшихся моделей "вампирчик-цифра №5, вело" (ВЦ5). Повторюсь, "вампирчик №6" на подходе, но ещё не вышел в серию, поэтому о нём пока помолчим до "рождения".

Встречаем.

Рис.1. Вампирчик-цифра (v.5) и Вампирчик-литий (v.7), сравнение размеров.

Рис.2. Вид сверху и снизу.

Рис.3. Управляющие элементы и разъёмы.

Кратко по Рис.3. Слева направо по краю платы.

1. Круглый разъем 5.5х2.1мм, мини и микро USB - входы зарядки.

2. Четыре белых светодиода - фонарь, индикатор уровня заряда, индикатор тока заряда.

3. Зелёный светодиод наличия напряжения в выходном USB разъёме.

4. Выходной USB разъём.

5. Зелёный и красный светодиоды - индикаторы наличия выходного напряжения и тока.

6. Выходной круглый разъём 5.5х2.1мм.

Сверху этих, на фото, элементов расположены следующие. Слева направо.

1. Джампер настройки на солнечную батарею. (5В, 12В, 17В рабочих)

2. Подстроечный резистор установки напряжения конца заряда внутренних аккумуляторов.

3. Кнопки включения фонаря, индикатора уровня, выходного преобразователя.

4. Джампер настройки USB порта для разных гаджетов.

5. Джампер установки выходного напряжения и выходного тока.

6. За ним подстроечный резистор плавного изменения выходного напряжения.

7. Кнопка включения цифрового индикатора к выходу "Вампирчика".

Рис.4. Краткая инструкция на нижней части платы.

Характеристики:

1. Входное напряжение от 4.8 до 25В постоянного тока.

2. Выходное напряжение от 4х до 15В.

3. Выходной ток при 5В - до 2.3А., при 12В - до 1А.

4. Ёмкость - от 1 до 4х LiIon аккумуляторов размера 18650., т.е. при установке 4х акк. по 3000мАч, емкость получится 12000мАч или 44Ваттчаса.

5. Возможность регулировки выходного напряжения, тока, свойств выходного USB разъема (об этом ниже).

6. Конечно же, возможность одновременной зарядки себя и выдачи напряжения в нагрузку долговременно при полной мощности.

7. Размеры 115х78х25мм

8. Вес без аккумуляторов 80г. (аккумуляторы около 48г каждый)

Далее подробнее рассмотрим ВЛ7 в сравнении с ВЦ5.

Зарядная часть.

Задача зарядной части - бодро "поедать" энергию от возможно большего количества источников.

Частичная защита от перепутки полярности в ВЛ7 выполнена в виде параллельного входу диода. Такая защита спасает при неправильном подключении к солнечной батарее или другому источнику с ограниченным током, закорачивая источник на себя.

По входам зарядки мини и микро USB в ВЛ7 стоит последовательный диод Шоттки.

В отличие от ВЦ5, ВЛ7 не может заряжаться напрямую от динамовтулки с переменным током на выходе, так что, велосипедистам придется ставить либо внешний выпрямитель, либо ждать появления ВЦ6.

Впрочем, защита от перепутки полярности по входу, как и по выходу, в магазинных аналогах тоже обычно отсутствует либо ставится последовательный диод и, ничего, работают. Это, просто, дополнительный элемент живучести устройства.

Рис.4. Входная группа разъёмов.

Все разъёмы в ВЛ7 могут быть подключены одновременно, перетечка тока с круглого в USB отсутствует (правда, энергия все равно будет браться с разъёма, где напряжение выше).

В ВЦ5 ток с круглого 5.5х2.1мм после защиты от перепутки может идти в зарядный мини-USB разъём, поэтому одновременное их подключение нежелательно, чтобы не спалить USB адаптер или компьютер, от которого заряжается ВЦ5.

В ВЛ7 улучшена работа зарядной части при работе от источника питания 5В. Теперь он нормально берёт достаточно большой ток от USB, около 1.2…1.3А. Посему, подключая его к компьютеру для зарядки, желательно быть уверенным, что USB порт компьютера может отдавать такой ток без последствий для себя. Либо, для гарантии, питаться от какого-нибудь мощного USB адаптера.

Конечно же, и ВЦ5, и ВЛ7 могут заряжаться малым током от солнечной батареи.

В ВЛ7 добавлена возможность самим выставлять напряжение заряда внутренних аккумуляторов с помощью переменного резистора, и, вместо стандартного напряжения конца зарядки на уровне 4.2В, можно менять его в пределах от 3.9 до 4.8В. Эта опция может быть полезна, если используются аккумуляторы, у которых конечное напряжение заряда 4.35В, например, LG 3000мАч. Хотя, я бы и не рекомендовал злоупотреблять повышением напряжения заряда - аккумуляторы при этом быстрее изнашиваются.

Рис.5. Джамер настройки на солнечную батарею и подстроечный резистор установки напряжения заряда внутренних аккумуляторов.

Оба накопителя можно настроить на работу с солнечными батареями с рабочими напряжениями 5, 12 и 17В для снятия с неё максимальной мощности. Выбор осуществляется одинаково - джампером.

Выходная часть.

В выходном преобразователе 5 и 7 версий стоит одна и та же проверенная классическая (не синхронная) схема. В ВЛ7, просто, её выходной ток был немного увеличен за счёт изменения настроек ограничителя тока.

Как и в ВЦ5, ток в 7ке ограничивается плавно, что позволяет заряжать от него аккумуляторы, хотя в 7ке эта функция штатно и не предусмотрена, в отличие от ВЦ5.

Правда, внешние аккумуляторы должны иметь напряжение выше внутренних, чтобы плавная регулировка выходного тока через снижение выходного напряжения работала корректно, иначе, при подключении внешнего аккумуляторы выходной ток может стать большим и сработает защита от короткого замыкания (КЗ), которая просто отключит выход.

Защита от КЗ срабатывает при токе, примерно 4А, либо, при КЗ на выходе. Она отключает выход полностью. Для её сброса потребуется вручную выключить/выключить "вампирчик" кнопкой питания.

Выходное напряжение в обеих версиях регулируется переменным резистором от (Uакк - 0.5В), т.е. около 3.5В до 15В.

И, кстати, при отключении ВЛ7, а также, при срабатывании защит выходное напряжение на выход полностью пропадает, что исключает разряд внутренних аккумуляторов ниже допустимых пределов. Такое отключение выхода практически никогда не делается в "магазинных" повербанках, там почти всегда присутствует напряжение внутренних аккумуляторов этого повербанка.

При задании выходного напряжения выше 6В, USB выход будет отключаться, чтобы не повредить подключенные к нему гаджеты. Круглый разъем 5.5мм не отключается, т.е. на нём можно выставить от 4 до 15В.

Рис.6. Резистор задания выходного напряжения.

В ВЛ7 механический "главный выключатель" заменен на электронный, когда питание выходного преобразователя проходит через полевой транзистор, благо, сопротивление канала современных полевиков уже стало меньше, чем сопротивление контактов механических переключателей.

ВЛ7, в отличие от ВЦ5 не предназначен (но, вообще говоря, может) для работы в качестве зарядного устройства для внешних аккумуляторов, поэтому защита выхода от перепутки полярности подключаемого к его выходу аккумулятора отсутствует. Если все-таки надо зарядить, то нужно быть очень внимательными, подключая внешний аккумулятор, чтобы не убить вампирчика, либо заранее сделать простейший переходник, исключающий перепутку.

И, второе, поскольку функция работы зарядным устройством удалена в ВЛ7, то заряжать он будет значительно медленнее, чем ВЦ5, даже при установке одинакового ограничения тока. (Дело в том, что в процессе зарядки напряжение на внешнем заряжаемом аккумуляторе растет и приближается к заданному конечному напряжению, выставленному на выходе "вампирчика", ток при этом уменьшается сам по себе, что влечет затягивание зарядки в разы, по сравнению с зарядкой постоянным по величине током.)

Интересной особенностью ВЛ7 является возможность самим устанавливать напряжения на ножках данных выходного USB порта, чтобы обеспечить его совместимость с гаджетами разных фирм.

Как известно, для разных потребителей нужны разные уровни напряжения на этих ножках, либо даже они должны быть закорочены между собой. В ВЛ7 есть возможность сделать эти настройки с помощью джамперов, установленных рядом с USB выходом.

Варианты такие:

1. оставить обе ножки данных "висеть" в воздухе неподключенными,
2. подать на каждую из ножек напряжение примерно 2.2 или 2.7В в любой комбинации,
3. закоротить ножки между собой,
4. закоротить и подать на них 2.2 или 2.7В.

Пункт 2 актуален для продукции Apple, п.3 и 4 для Samsung'ов.
Подробнее в статье "Зарядка гаджетов через USB".

В ВЦ5 была жесткая настройка на гаджеты продукции Apple, поэтому Самсунги часто заряжались от ВЦ5 слишком медленно, либо отказывались это делать. Впрочем, многое зависело от конкретной модели гаджета.

В общем, с учётом возможностей менять выходные токи и напряжения, плюс возможность менять сигналы на ножках данных USB порта, получаем накопитель, который будет, полагаю, совместим практически с любым нынешним USB потребителем.

Индикация.

Рис.7. Светодиоды индикации выходных/выходных напряжений и токов и фонаря.

В ВЛ7 отсутствует микроконтроллер, поэтому измерить и показать на цифровом индикаторе напряжения, токи и другие параметры не получится.

В ВЛ7 измерение уровня заряда внутренних аккумуляторов выполняется с помощью линейки из 4х светодиодов. Количество горящих пропорционально степени заряженности.

Одновременно, эти же светодиоды могут выполнять роль фонаря, а также индицируют, что зарядка идёт. Они зажигаются либо кнопкой, либо при подаче питания на вход зарядки. После окончания заряда они гаснут, сообщая, что аккумуляторы полные.

Как и в ВЦ5, у ВЛ7 на выходах стоят индикаторные зеленые светодиоды, показывающие наличие напряжения на этих выходах, а также красный светодиод тока, яркость которого пропорциональна выходному току.

Несмотря на то, что в ВЛ7 нет цифрового измерителя напряжения, возможность установки простенького вольтметра присутствует. На плате стоит кнопка, подающая напряжение на контакты, к которым можно припаять 2-х проводной вольтметр для измерения напряжения на выходе "вампирчика".

Рис.8. Подключение внешнего измерителя напряжения.

Штатно измеритель не ставится. Но кнопка стоит. Вместо измерителя напряжения может быть подключена любая маломощная нагрузка.

Аккумуляторы.

В обеих моделях устанавливаются LiIon аккумуляторы размера 18650 (18мм диаметром, 65мм - длинной). Аккумуляторы должны быть без защиты, т.к. с защитой длиннее на 2...3мм и просто не влазят во внутренние батарейные отсеки.

В корпус ВЦ5 штатно ставится два аккумулятора, в ВЛ7 - четыре. Однако, конструкция ВЦ5 позволяет подключать дополнительный внешний аккумулятор любой ёмкости. В ВЛ7 же такой возможности штатно не предусмотрено, но, с другой стороны, к контактам батарейного отсека можно параллельно подключить сколько угодно аккумуляторов.

Рис. 9. Контакты отсека под аккумуляторы.

Контакты в батарейном отсеке используются лепестковые, а не пружинные. У использованных меньше сопротивление и, следовательно, потери. Да и аккумуляторы сидят в таком батарейном отсеке жестко, без попыток выпасть.

Подводя итоги.

Новая 7я версия подходит тем, кому нужен простой, понятный накопитель, без излишних наворотов.

Также, как и более "продвинутые" версии он может питаться от большинства источников постоянного тока.

По некоторым параметрам этот упрощенный накопитель опережает ранее выпускавшийся "вампирчик" 5й версии. Быстрее и лучше заряжается, USB более гибок в настройке под устройства, бОльшая ёмкость внутренних аккумуляторов, бОльшая мощность. Ну и, примерно вдвое дешевле.

Недостаток - отсутствие корпуса - в дальнейшем планируется устранить.

"ЗЫ" или РostScriptum с которого надо было бы начинать.

Описав устройство, мы так и не удосужились, упомянуть, зачем оно вообще нужно, полагая, что читатели "в теме". Но всё же, давайте, хотя бы кратко перечислим.

1. Универсальный powerbank, способный заряжать почти любые USB гаджеты.

2. Блок питания для зарядки всей электронной туристической мелочевки (лишь бы мощности хватило). Это рации, навигаторы, планшеты, этолоты и т.д.

3. Буферный аккумулятор, который одним концом подключен, например, к солнечной батарее, а к его выходу подсоединен, к примеру, зарядник для аккумуляторов, питающийся от прикуривателя автомобиля, и который нельзя было просто подключить к солнечной батарее из-за капризности (частый случай).

4. Весьма быстрое (ток зарядки до 2А) зарядное устройство для LiIon аккумуляторов размера 18650, питающееся от любого источника постоянного тока (5...25В), даже маломощного. Если же вывести провода от контактов батарейного отсека, то будет заряжать любые LiIon аккумуляторы напряжения 3.6...3.7В.

5. Причем, т.к. прибор сделан для туристов, то приняты меры по повышению его надёжности и универсальности ("всеядность" при зарядке, куча настроек, влагозащита лаком электроники, схемные решения и т.д.).

Автор: Николай Носов 30.03.15

Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас www.mobipower.ru.

Реклама: