Создание своими руками солнечной USB зарядки для телефона — один из самых интересных и полезных проектов на ВЕЛОФАНЕ. Сделать самодельное зарядное устройство не слишком сложно — необходимые компоненты не очень дорогие и их легко достать. Солнечные зарядные USB устройства идеально подходят для зарядки небольших устройств, например, телефона.
Слабым местом всех самодельных солнечных зарядок являются аккумуляторы. Большинство зарядных устройств на солнечных батареях собираются на базе стандартных никель-металл-гидридных аккумуляторов — дешёвых, доступных и безопасных в эксплуатации. Но к сожалению у NiMH аккумуляторов слишком низкие напряжение и ёмкость, чтобы их можно было серьёзно рассматривать в качестве зарядных устройств для современных гаджетов, энергопотребление которых с каждым годом только растёт.
Например, аккумулятор iPhone 4 на 2000 мА*ч ещё можно полностью перезарядить от самодельной солнечной зарядки с двумя или четырьмя аккумуляторами АА, но вот iPad 2 оснащён аккумулятором на 6000 мА*ч, который уже не так просто перезарядить с помощью подобного зарядного устройства.
Решением данной проблемы является замена никель-металл-гидридных аккумуляторов на литиевые.
Из этой инструкции вы узнаете, как своими руками сделать солнечную USB зарядку с литиевым аккумулятором. Во-первых, по сравнению с коммерческими зарядными устройствами это самодельное зарядное устройство обойдётся вам очень дёшево. Во-вторых, собрать его очень просто. И самое главное — эта литиевая USB зарядка безопасна при эксплуатации.
Причины создания зарядного устройства своими руками
Как сделать зарядку для телефона? Этот вопрос не волнует многих людей, но только до тех пор, пока они не столкнутся с проблемами, которые могут подстерегать каждого.
Итак, для чего нам может понадобиться создать телефонную зарядку?
Это:
- Выход телефонного аккумулятора из строя — до момента приобретения нового.
- Возможность подзарядить телефон там, где нет сети.
- Возможность создания запасного зарядного устройства.
Наиболее просто разрешается вопрос о том, как сделать портативную зарядку для телефона от батареек.
Импульсный преобразователь напряжения MC34063
Долго выбирать драйвер для преобразователя напряжения не пришлось, так как выбирать то было особенно не из чего. На местном радиорынке по разумной цене (0,4$) я нашёл только популярную микросхему MC34063. Сразу купил парочку, чтобы выяснить, возможно ли как-либо принудительно отключить преобразователь, так как в даташите на данный чип такая функция не предусмотрена. Оказалось, что сделать это возможно, если подать на вывод 3, предназначенный для подключения частотозадающей цепи, напряжение питания.
На картинке типовая схема понижающего импульсного преобразователя. Красным отмечена цепь принудительного отключения, которая может понадобиться для автоматизации.
В принципе, собрав такую схему, уже можно запитать телефон или плеер, если, например, питание будет осуществляться от обычных элементов питания (батареек).
Я не буду подробно описывать работу этой микросхемы, но из «Дополнительных материалов» вы можете скачать и подробное описание на русском языке, и небольшую портативную программу для быстрого расчёта элементов повышающего или понижающего преобразователя, собранного на этой микросхеме.
Немного теории
Думаю, объяснять, что такое беспроводная зарядка для телефона, нет смысла. Ведь это очевидно – это самое обычное зарядное устройство, которое работает без проводов. А вот вопрос, как оно работает, будет очень даже любопытным. Поэтому стоит немного окунуться в теорию и начальный курс физики.
В основе технологии лежит использование индукционных катушек. Они могут работать как передатчик, так и в качестве приемника индуктивной энергии. То есть, если говорить простыми словами, одна катушка подключена к сети электропитания. Она возбуждается и создает около себя магнитное поле. Вторая катушка, попадая в радиус действия этого магнитного поля, также начинает возбуждаться и генерировать электрический заряд.
Все довольно просто и понятно. Из вышесказанного становится понятно, что беспроводное зарядное устройство не позволяет вам разгуливать с телефоном в руках в момент зарядки. То есть ограничения, которые есть в проводных ЗУ, действуют и на беспроводные ЗУ.
Более того, провод может иметь довольно большую длину (до 5 метров) и в этом радиусе вы можете спокойно перемещаться. А вот магнитное поле, образуемое индуктивной катушкой, как правило, не превышает 5 см. Поэтому единственное преимущество такого устройства заключается в том, что вы не будете разбивать сам разъем microUSB.
И здесь довольно спорный вопрос, стоит ли затея того. В принципе, заменить разъем microUSB в телефоне довольно легко и дешево. И если он качественный, то прослужит он довольно долго.
Поэтому покупка или изготовление беспроводного ЗУ лишь с целью экономии не будет рентабельной. Другой вопрос, если все зависит от эстетики или нежелания постоянно иметь дело с проводами: тогда приступаем к действиям. По сути, беспроводная зарядка для Андроида – это просто удобная подставка для телефона, которая имеет привлекательный вид и при этом заряжает батарею.
Мобильная зарядка для телефона
Попробуем собрать чуть более сложное, но более удобное ЗУ. Встроенные в миниатюрные мобильные мультимедийные устройства аккумуляторы обычно имеют небольшую ёмкость, и, как правило, рассчитаны на воспроизведение аудиозаписей в течение не более нескольких десятков часов при выключенном дисплее или на воспроизведение нескольких часов видео или нескольких часов чтения электронных книг. Если сетевая розетка недоступна или из-за непогоды или других причин электроснабжение отключено на длительное время, то различные мобильные аппараты с цветными дисплеями придётся питать от встроенных источников энергии. Учитывая, что такие устройства потребляют немалый ток, их аккумуляторы могут оказаться разряжены до того момента, когда станет доступно электричество из сетевой розетки.
Если вы не желаете погружаться в первобытную тишину и душевное спокойствие, то для питания карманных устройств можно предусмотреть резервный автономный источник энергии, который выручит как во время долгого путешествия в дикую природу, так и при техногенных или природных катастрофах, когда ваш населённый пункт может оказаться на несколько дней или недель без электроснабжения. Схема мобильного зарядного без сети 220В Устройство представляет собой линейный стабилизатор напряжения компенсационного типа с малым напряжением насыщения и очень малым собственным током потребления.
Мобильная зарядка для телефона с разными штекерами.
В качестве источника энергии для этого стабилизатора может быть простая батарейка, аккумуляторная батарея, солнечная или ручной электрогенератор. Потребляемый стабилизатором ток при отключенной нагрузке около 0,2мА при входном напряжении питания 6 В или 0,22мА при напряжении питания 9 В. Минимальная разница между входным и выходным напряжением менее 0,2 В при токе нагрузке 1 А! При изменении входного напряжения питания от 5,5 до 15 В выходное напряжение изменяется не более чем на 10 мВ при токе нагрузки 250 мА. При изменении тока нагрузки от 0 до 1 А выходное напряжение изменяется не более чем на 100 мВ при входном напряжении б В и не более чем на 20 мВ при входном напряжении питания 9 В.
Будет интересно➡ Варианты схем подключения проходных выключателей
Самовосстанавливающийся предохранитель защищает стабилизатор и батарею питания от перегрузки. Обратновключенный диод VD1 защищает устройство от переполюсовки напряжения питания. При увеличении напряжения питания, выходное напряжение также стремится увеличиться. Чтобы поддерживать выходное напряжение стабильным, используется регулирующий узел, собранный на VT1, VT4. В качестве источника опорного напряжения применён сверхъяркий светодиод синего цвета, который одновременно с выполнением функции микромощного стабилитрона, является индикатором наличия выходного напряжения.
Когда выходное напряжение стремится увеличиться, ток через светодиод возрастает, также возрастает ток через эмиттерный переход VT4, и этот транзистор открывается сильнее, также сильнее открывается VT1. который шунтирует затвор-исток мощного полевого транзистора VT3. В результате, сопротивление открытого канала полевого транзистора увеличивается и напряжение на нагрузке понижается.
Подстроечным резистором R5 можно регулировать выходное напряжение. Конденсатор С2 предназначен для подавления самовозбуждения стабилизатора при росте тока нагрузки. Конденсаторы С1 и СЗ — блокировочные по цепям питания. Транзистор VT2 включен как микромощный стабилитрон с напряжением стабилизации 8..9 В. Он предназначен для защиты от пробоя высоким напряжением изоляции затвора VT3. Опасное для VT3 напряжение затвор-исток может появиться в момент включения питания или из-за прикосновения к выводам этого транзистора.
ЗУ своими руками.
Диод КД243А можно заменить любым из серий КД212, КД243. КД243, КД257, 1N4001..1N4007. Вместо транзисторов КТ3102Г подойдут любые аналогичные с малым обратным током коллектора, например, любые из серий КТ3102, КТ6111, SS9014, ВС547, 2SC1845. Вместо транзистора КТ3107Г подойдёт любой из серий КТ3107, КТ6112, SS9015, ВС556, 2SA992. Мощный п-канальный полевой транзистор типа IRLZ44 в корпусе ТО-220, имеет малое пороговое напряжение открывания затвор-исток, максимальное рабочее напряжение 60 В. Максимальный постоянный ток – до 50 А, сопротивление открытого канала 0,028 Ом. В этой конструкции его можно заменить на IRLZ44S, IRFL405, IRLL2705, IRLR120N, IRL530NC, IRL530N. Полевой транзистор устанавливают на теплоотвод с достаточной для конкретного варианта применения площадью охлаждающей поверхности. При монтаже выводы полевого транзистора закорачивают проволочной перемычкой.
Устройство автономного заряда может быть смонтировано на небольшой печатной плате. В качестве автономного источника питания можно использовать, например, четыре штуки последовательно соединенных щелочных гальванических элементов ёмкостью от 4 А/Ч (RL14, RL20). Такой вариант предпочтителен, если вы планируете использовать эту конструкцию относительно редко. Если же вы планируете применять это устройство относительно часто или ваш плеер потребляет значительно больший ток даже при выключенном дисплее, то будет целесообразным использование аккумуляторной 6 В батареи, например, герметичной мотоциклетной или от крупного ручного фонаря.
Можно применить и батарею из 5 или 6 штук последовательно включенных никель-кадмиевых аккумуляторов. В походе, на рыбалке, для подзарядки аккумуляторов и питания карманного устройства может оказаться удобным использование солнечной батареи, способной выдавать ток не менее 0,2 А при выходном напряжении 6 В. При питании плеера от этого стабилизированного источника энергии следует учитывать, что регулирующий транзистор включен в цепь «минус», поэтому, одновременное питание плеера и, например, небольшой активной акустической системы возможно лишь в том случае, если оба устройства подключены к выходу стабилизатора.
Интересно почитать: Как проверить аккумулятор с помощью мультиметра.
Стандарт Qi
Беспроводная передача энергии была интересна многим сферам человеческой жизни, но долгое время не выходила за стены лабораторий. Уже в нынешнем столетии компании, которые занимаются разработкой потребительской электроники (планшеты, смартфоны), стали проявлять инициативы по созданию беспроводных зарядок. Огромный вклад внес Консорциум беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium), разработавший стандарт Qi («Ци») для малых токов.
Спецификация стандарта была бесплатна и доступна, поэтому очень скоро стала применяться в портативной технике. Спустя три года Qi обзавелся спецификацией для средних токов. Есть и другие стандарты, но они сложнее Qi, да и менее распространены. Совсем недавно, в 2015 году, ученые Вашингтонского университета выяснили, что энергия может передаваться посредством сетей Wi—Fi. Ждем, когда смартфон будет заряжаться, подключившись к роутеру.
Блок схема
Портативное ЗУ состоит из следующих узлов.
- Преобразователь 5 → 14 Вольт.
- Компаратор, отключающий преобразователь заряда при достижении напряжения на батарее литий-ионных аккумуляторов 12,8 Вольт.
- Индикатор заряда – светодиод.
- Преобразователь 12,6 → 5 Вольт.
- Компаратор 7,5 Вольт, отключающий ЗУ при глубоком разряде батареи.
- Таймер, определяющий время работы преобразователя при критическом разряде батареи.
- Индикатор работы преобразователя 12,6 → 5 Вольт – светодиод.
Минусы самодельного БЗУ
Главный минус заключается в том, что такое зарядное устройство не позволяет использовать телефон во время зарядки. То есть вы не сможете отодвинуть гаджет дальше, чем на 5 см от БЗУ (беспроводного зарядного устройства).
Еще вам придется самостоятельно разбирать свой смартфон или планшет и добавлять в корпус хоть и небольшую, но все же схему с катушкой. Конечно, само собой разумеется, что после таких действий ни о какой гарантии не может быть и речи. Да и есть риск, что вы просто испортите устройство.
Еще одним недостатком является то, что подобные генераторы и передающие контуры создают довольно сильные магнитные поля (хоть и с небольшим радиусом действия), которые могут создавать помехи в сети электропитания или для акустических систем (если их расположить неподалеку от колонок или усилителя звука).
Кроме того, подобные самодельные устройства имеют довольно низкий уровень КПД (коэффициент полезного действия). То есть скорость зарядки будет довольно низкая, при этом потребление электроэнергии останется прежним (даже немного выше).
Стоит ли делать подобное устройство? Это вопрос личных предпочтений. Если вами руководит любопытство и жажда эксперимента, то вполне можно все выполнить со старым телефоном, который уже не жалко. Если же вам нужна экономия, эстетичность и удобство, то лучше использовать обычное ЗУ или покупать телефоны, которые уже с завода поддерживают БЗУ.
