Повышающий DC преобразователь MT3608 или переделываем питание РУ игрушек на литий

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о переделке питания древненькой радиоуправляемой машины с никеля на литий с помощью повышающего преобразователя MT3608, а также встраивание «народного» зарядного модуля прямо в машинку. Кому интересно, милости прошу под кат…

Преимущества литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd/NiMH):
— высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 5S 6V 700mah запасенная энергия 6*0,7=4,2Wh, а у литиевого аккумулятора 3,7V 3300mah — 3,7*3,3=12,2Wh. Как мы видим и напряжение выше, и емкость больше. И это притом, что в расчет взята сборка никеля, а не один аккумулятор
— отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда (в сравнении с NiCd)
— меньшие габариты при одинаковых параметрах с NiCd/NiMH
— быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация
— низкий саморазряд (в сравнении с NiCd и обычным никелем)

В общем, причины переделки были следующими:
— большая емкость аккумулятора и как следствие более длительное время работы без подзаряда
— встроенный зарядный модуль со сравнительно небольшим временем заряда и понятными сигналами этапов процесса (заряд/заряжено)
— отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать в любой момент, не дожидаясь разряда аккумулятора
— наличие корректной защиты от переразряда
— перевод на встроенное универсальное ЗУ с питанием от адаптера/БП смартфона/планшета (USB/micro USB)

Итак, о переводе зарядки квадрокоптера Bayang под разъем USB я уже писал. Теперь очередь за машинкой. Переделывать будем стандартную ментовскую «линейку», купленную в оффлайне. Вот та самая машинка:

Питание стандартное для такого рода устройств – батарея NiCd аккумуляторов 5S 6V 700mah (пять последовательно соединенных пальчиков по 1,2V 700mah). Обычный никель в данном случае, похоже, такую нагрузку вытянуть не может, поэтому разработчики поставили кадмиевые аккумуляторы, способные отдавать большие токи.
Мне, можно сказать, повезло – батарейный отсек довольно большой, туда с легкостью можно впихнуть два Li-Ion аккумулятора ф/ф 18650:

Аккумулятор крупным планом:

Адаптер самый простой, рассчитанный на 6V 250ma, хотя тут бы не помешал на 500-600ma, ибо стоковым ЗУ аккум заряжается достаточно долго.

При заряде комплектным зарядным устройством нет индикации окончания заряда, да и вкупе с паразитным эффектом памяти использовать стоковые акки и ЗУ очень неудобно, а иногда и опасно, особенно детям. Никакой защиты от перезаряда нет:

Питание пульта ДУ от 9V кроны, т.е. 6S АААА – 6 минибаночек по 1,5V каждая. Возможно, руки дойдут и до пульта, но вроде как кроны пока хватает надолго, особой необходимости в переделке нет:

Итак, с описанием основных элементов и их недостатков разобрались, плавно переходим к доработке.

Два способа реализации перехода под литиевое питание:
1) Два последовательно соединенных защищенных Li-Ion аккумулятора напрямую к плате управления:

+ самый простой способ
+ высокое рабочее напряжение, а также сохранение работоспособности при практически полном разряде аккумуляторов, т.е. вся их емкость будет использоваться, даже при варианте аккумов с низким порогом разряда (2,5V)
+ отсутствие необходимости в повышающем преобразователе

– не все платы управления работают от 8,4V (две свежезаряженные банки), в некоторых случаях придется гасить вольт-полтора
– необходимо не менее двух защищенных аккумуляторов и холдеров, аккумуляторы желательны с одинаковыми параметрами (защищенные дороже незащищенных и нужны две штуки).
– невозможность/проблематичность установки встроенного модуля заряда (нужны две платки или более дорогие платы с балансировкой)
– при отсутствии модуля заряда необходимо вынимать аккумуляторы для зарядки в стороннем ЗУ (для ребенка не вариант)

Как видим, минусы довольно существенные…

2) Один или два параллельно соединенных Li-Ion аккумулятора, повышающий преобразователь MT3608 и «народная» сверхдешевая плата заряда на TP4056

+ возможность работы от одного аккумулятора
+ отсутствие необходимости в защищенных аккумуляторах (при условии использовании платы зарядки с защитой)
+ возможность встраивания платы зарядки в готовое устройство
+ возможность применять несколько разноемкостных аккумуляторов (можно запараллелить все отбраковки, которые есть в наличии)
+ полный разряд аккумулятора до конечного напряжения, т.е. использование всей полезной емкости

– более сложный способ
– дополнительные потери в преобразователе и необходимость небольшого допила повышайки для более надежной работы
– невозможность снятия больших токов с преобразователя (для мощных РУ моделек не годится)

В моем случае мне необходима была простота эксплуатации, без телодвижений с выемкой/установкой аккумуляторов, ибо это литий, поэтому я выбрал второй способ, его и рассмотрим ниже.

Необходимые компоненты для доработки и некоторый «допил»:

1) «народная» плата зарядки лития с защитой от переразряда/КЗ на основе TP4056

Плата зарядки лития с защитой от переразряда/КЗ доработки практически не требует. Объяснять принцип работы не буду, т.к. она уже обозревалась вдоль и поперек. Напомню лишь, что заряжает по стандартному алгоритму CC/CV (сначала постоянным током, затем «добивает» постоянным напряжением) током 1А (реально около 0,93А). Отключается при снижении тока до 1/10 от начального. При заряде горит красный светодиод, по окончании – синий. Зарядка отключается в районе 4,19V. Защита пропускает до 3-4А, срабатывает при снижении напряжения на банке до 2,4V. При необходимости стабильной работы на более высоких токах – необходима допайка еще одного ключа/мосфетной сборки в параллель. При использовании платы зарядки лития с защитой TP4056 мы убиваем сразу двух зайцев, ибо не нужно лезть в батарейный отсек и в отдельном специализированном ЗУ заряжать аккумулятор, а также не нужно контролировать переразряд банки.

2) один или два Li-Ion аккумулятора 3,7V

Cгодятся любые, т.к. потребление данной машинки в среднем около 1,5А, т.е. применение высокотоковых аккумуляторов здесь не обязательно. Желательно использовать аккумуляторы с заниженным порогом разряда в 2,5V – современные высокоемкие банки Sanyo/Panasonic/Samsung/LG. Народные Sanyo/Samsung 2600mah не очень подходят к данной платке, т.к. имеют несколько «завышенный» порог разряда. Я использовал банку Sanyo NCR18650BF 3350mah из ПБ Xiaomi 10000mah, о нетипичном применении которого писал в этой статье. Небольшая трудность – подпайка питающих проводов к контактам платы. Если заморачиваться не хочется, то можно приделать одно/двухслотовый холдер/бокс 1х18650:

Тогда при наличии специализированного ЗУ можно колхозить и без платы заряда, т.к. с легкостью можно достать аккумуляторы. Но если использовать будет ребенок – лучше посмотреть вариант со встроенным модулем заряда.
Если приобретать холдеры нет желания или места для них недостаточно, то придется подпаивать провода к клеммам аккумулятора, это очень просто. Желательно иметь паяльник 60-80Вт и активный флюс – паяльная или ортофосфорная кислота, которая покупается в магазинах электрики. Достаточно немного капнуть флюса на контакты, набрать жалом паяльника припой и прижать к контактам (не перегреваем!). Желательно протереть место пайки спиртиком, чтобы остатки флюса ничего не разъедали в дальнейшем. Далее просто припаиваем провода и все. В итоге получается что-то типа этого:

3) повышающий преобразователь MT3608

Уже достаточно широко расписан и вдоль, и поперек. Отмечу только, что из-за неправильной разводки платы (тонкая длинная дорожка), на выходе присутствуют большие высокочастотные пульсации, хотя со стоковым вариантом машинка работает без проблем. Благодаря уважаемым электронщикам, было найдено очень простое решение проблемы – подпайка на выходе сглаживающих керамических конденсаторов, емкостью 10-22 мкф рассчитанных на напряжение не менее 16V. Т.к. в закромах я нашел только кондеры по 1мкф, то припаял 3 штуки в параллель. Для этого сначала сдираем покрытие дорожек, лудим получившуюся полоску и затем просто подпаиваем кондеры:

По желанию можно подпаять еще электролитический конденсатор 100-220 мкф на напряжение не менее 16V.
Теперь, когда все компоненты в наличии и при желании доработаны, собираем все воедино по следующей схеме:

Получается что-то вроде этого:

Как видим, повышающий преобразователь с легкостью поднимает напряжение с 3,36V до 6,14V. С таким низким входным максимум можно выжать около 20V, хотя при большем входном, на выходе можно получить до 28V:

Отрегулировав нужное среднее выходное напряжение на уровне 7V, можно приступать к сборке. Для начала взглянем на внутренности машинки:

Внутри типичный «Китай» – все провода тонкие и всё держится на соплях. Питающие провода от аккумулятора и преобразователя лучше заменить на более качественные большего сечения – будет меньшая просадка напряжения под нагрузкой (в идеале МГТФ). Плату зарядки пристраиваем так, чтобы к ней был легкий доступ: либо под днищем машинки, либо как я – за боковой дверцей, тем более там в корпусе есть подходящий фигурный вырез для лучшего удержания платки. Не забываем вырезать рядом небольшое отверстие для индикации – прямо напротив светодиодов. Преобразователь ставим рядом:

Более детально:

Для большей надежности обе платы, а также некоторые «сопли» клеим термопистолетом, который покупается в фикспрайсе за полтинник:

Получается довольно аккуратно:

Сам аккумулятор оставляем в батарейном отсеке. Для предотвращения бултыхания аккумулятора кладем рядом пупырку или изолон:

Собираем машинку и проверяем работоспособность. При зарядке красный цвет – заряд, синий заряжен:


Запускаем – все летает. Работы на пару часов, даже появилась «пробуксовка» колес на линолеуме, :-)…

Итого: при небольших телодвижениях мы имеем увеличенное в несколько раз время работы машинки, более простые условия обслуживания и некоторую стандартизацию, ибо стоковый зарядник отправлен на покой, а его заменит универсальный адаптер/БП от смартфона/планшета. Данные комплектующие стоят копейки, особенно если заказывать по 5-10 шт, имеют хорошие ТТХ, поэтому рекомендую!