Специализированная плата SC-0241 или собираем свой однобаночный Power Bank
- Цена: $2,40
- Перейти в магазин
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о замене кишок одного из популярных однобаночных ПБ на более удачные и тестировании получившегося девайса. Кому интересно, прошу под капот кат.
Поначалу, я планировал сделать сравнительное тестирование 3 популярных однобаночных ПБ (за компанию и малютку ПБ на АА элементе) и нескольких специализированных плат, способных отдавать от 1 до 2 ампер. Но в результате, статья получалась очень большая, т.к. было много замеров, поэтому в данной статье ограничусь только небольшой теорией по схемотехнике и работе ПБ, тестированием специализированной платы SC-0241 1.3A DIY и сборкой нового ПБ. Вот те самые испытуемые:
Тестирование электронных начинок различных ПБ, возможно, будет в отдельной статье, если не пропадет желание все это хозяйство тестировать.
Из подручных инструментов все те же бюджетные приспособы: мультиметр DT-832 с хорошими щупами, 2х разрядный амперметр, 3х разрядный вольтметр и самодельный нагрузочный резистор 4.15 Ом.
По традиции, немного теории, куда без нее:
О том, что такое ПБ, как он подключается к устройствам и работает, я уже рассказывал в статье о Миллере ML-102, повторяться не люблю и не буду. Отмечу лишь, что Power Bank («хранилище энергии», «банка питания») – это мобильная зарядка, переносной дополнительный аккумулятор, способный отдавать свою энергию другим устройствам.
Основная масса промышленно выпускаемых ПБ различается по нескольким признакам:
— габариты/внешний вид (в виде цилиндра/параллелепипеда/квадрата/на что хватит фантазии)
— материал (алюминий/пластик) и тип корпуса (разборные/неразборные)
— включение/выключение (включен постоянно в ждущем режиме/вкл-выкл кнопкой/автовыключение)
— наличие аккумуляторов (предустановленные/самостоятельная установка банок)
— тип используемых аккумуляторов (NiMH, Li-Ion, Li-Pol)
— количество аккумуляторов (однобаночные/многобаночные) и их соединение (1, 1S2P, 1S3P, 1S4P, 2S2P, 1S5P, 1S6P, 2S3P, 3S2P и т.д.)
— емкость (от 1Ач до 20Ач)
— преобразователь напряжения (повышающий Step-Up/понижающий Step-Down)
— встроенная защита (от КЗ/перезаряда/переразряда/переполюсовки/перегрева)
— универсальность по банкам (защищенные и/или незащищенные) и возможность просто заряжать
— входные параметры (разъемы DC port, miniUSB или microUSB, заряд током 0,5А, 1А или 2А)
— выходные параметры: фиксированное/регулируемое напряжение (от 5V USB до 13V DC port) и фиксированный/регулируемый ток (0,5А, 1А для смартфонов, 2,1А для планшетов или 3,5А для «прожорливых» устройств)
— количество выходных портов (1,2 или 3 выхода, иногда присутствуют одновременно и USB 5V, и DC port 12V)
— независимость каналов заряд/разряд (одновременно заряд/отдача, либо только заряд или отдача)
— независимость выходных каналов (несколько зависимых/независимых выходов)
— индикация режимов (заряд/заряжено/отдача) и остаточной емкости (экран/светодиод(ы))
— дополнительные «примочки» (экран, фонарь, индикатор заряда, солнечная панель и т.д.)
— дополнительные аксессуары (блок питания/адаптер, зарядный кабель, переходники/разъемы и т.д.)
Большинство девайсов имеет КПД в районе 80-90%. Многобаночные ПБ, как правило, имеют более высокий КПД по сравнению с одно/двухбаночными. Это допускается, в первую очередь, более «навороченной» электронной начинкой (полноценный дроссель, качественный высокочастотный импульсный DC-DC преобразователь, хорошие емкостные кондеры и т.д.), которая в небольшие однобаночные корпуса просто не входит, а также, зачастую, более удачным соединением банок (2S2P, 2S3P, 3S2P). Как говорится, проще понижать, чем повышать.
Общая схемотехника ПБ:
Подавляющее большинство ПБ имеют следующие основные компоненты:
1) аккумулятор
2) DC-DC (Direct Current/постоянный ток) преобразователь
— ШИМ контроллер/генератор импульсов (микросхема)
— накопительный дроссель
— сглаживающие конденсаторы
— диод
— управляющие транзисторы
— резисторы
— индикаторные светодиоды
3) контроллер заряда/разряда
— микросхема
— транзисторная сборка
— резисторы
— конденсаторы
— индикаторные светодиоды
4) входные/выходные разъемы
— DC port, miniUSB, microUSB
— DC port, USB
Как работает повышающий DC-DC преобразователь очень простым языком:
Все это хозяйство, как и большинство современных устройств, работают на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это значит, что ток идет не постоянно, а небольшими интервалами (импульсами) с определенной частотой. Более простым языком, предположим, в первые 5 микросекунд ток идет, в следующие 5 микросекунд тока нет, в следующие 5 микросекунд ток опять идет и так далее все чередуется. На графике это выглядит так (фотка откуда-то с интернета):
От ШИМ контроллера (генератор импульсов) подаются импульсы с некоторой частотой на базу управляющего транзистора. Для простоты, будем считать, что первые 5мкс есть сигнал, следующие 5мкс сигнал отсутствует и так далее. Следовательно, транзистор замыкается и пропускает ток 5мкс, затем закрывается на 5мкс, потом опять открывается и так далее все повторяется. В интервале, когда транзистор замкнут (подан импульс на базу, переход коллектор-эмиттер открывается), ток идет от источника питания (аккумулятор) через дроссель, последний при этом запасает энергию. Но, хоть диод и включен в прямом направлении, напряжение не достаточно для полноценного открытия перехода. Как только импульс на базе транзистора пропадает (следующие 5 мкс), транзистор закрывается. Накопленная в дросселе энергия суммируется с аккумуляторной, открывает полностью P-N переход диода и ток устремляется на конденсатор и нагрузку. Конденсатор при этом заряжается (накапливает энергию). В следующие 5мкс опять транзистор открывается («замыкается» переход коллектор-эмиттер) и ток течет через дроссель, диод при этом практически не пропускает ток в прямом направлении и не дает уйти току с конденсатора обратно (там он включен в обратном направлении). Нагрузка в это время (5мкс) питается с конденсатора (он разряжается). В следующие 5мкс транзистор опять закрывается и ток опять идет через диод на конденсатор и нагрузку. Цикл повторяется. При этом повышенное напряжение получается из суммы напряжений с аккумулятора и дросселя, минус потери, что нам и нужно (аккум и дроссель соединены последовательно, общее напряжение суммируется). Управляя частотой импульсов, добиваются нужных выходных параметров и стабильной работы всей системы. С плохо подобранными компонентами при длительных паузах нагрузке может не хватить накопленной конденсатором энергии (будут броски/провалы выходного напряжения), а при коротких — дроссель может не успеть накопить достаточно энергии (выходное напряжение будет низким). Все должно быть сбалансировано. Именно поэтому небольшие платки преобразователи не держат параметры…
Вот так работает повышающий (Step-Up) конвертер с накопительным дросселем. Есть еще несколько видов, но это уже другая тема.
Итак, хватит теории, вернемся к нашим барашкам…
Собственно, вот этот ПБ меня не устраивал:
Внешний вид, конечно, хорош, но электронная начинка ужасна. Как работает и что он может, в сравнении с другими, а также подробные ТТХ, возможно, будут в другой статье. От себя скажу, что на серьезное применение не годится из-за кучи косяков, к тому же родной аккум плох, даже очень плох…
Как на термоусадке, так и на корпусе аккумулятора, нет никаких опознавательных знаков, емкость мала:
От данного ПБ требуется только стильный надежный корпус. Электронная плата и аккумулятор будут другими.
Итак, специализированная плата для ПБ с FastTech SC-0241 1.3A DIY. Краткие ТТХ из описания и (по результатам теста):
— ток заряда – 0,4-0,52А (0,5А)
— входное напряжение – постоянное 4,5-5,8V, microUSB разъем
— напряжение окончания заряда – 4,2V (4,16V)
— выходной ток – до 1,3А (1,1А максимум при вполне рабочих параметрах)
— выходное напряжение – 5-5,2V, USB разъем (4,2-5,21V, в зависимости от нагрузки 0,5-1,2А)
— напряжение окончания разряда – 2,5V (2,4V)
Общий вид платы:
Немного по устройству и принципу работы данной платы:
Контроллер заряда/разряда собран на микросхеме DW01. Нашел только для DW01-A
Как видим из даташита, защита от перезаряда на 4,3V, а от переразряда на 2,4V. Присутствуют два полевых транзистора для раздельного контроля разряда (М1) и заряда (М2). В данной плате они расположены с другой стороны в едином (сдвоенном) 6-ти выводном корпусе под маркировкой 8205S. Ток покоя 3мка. Я так и не понял, почему в моем случае защита от перезаряда срабатывает на 4,16V, ну да бог с ней. Что-то перепаивать там очень трудно, ибо форм-фактор радиодеталей не самый подходящий для перепайки.
По используемому DC конвертеру информации найти не смог. Я полагаю, что это 6 выводная микросхема AL367, управляющий ключ – 6 выводная микросхема 2DLF.
Я изначально планировал поставить данную плату в цилиндрический ПБ, т.к. ее ТТХ с сайта были весьма хороши. Но здесь меня ждал неприятный сюрприз. Дело в том, что данная плата чуть шире и без допилинга просто не входит в корпус ПБ:
Но выход из данной ситуации есть. Как видим, разводка печатной платы идет не до самых краев, а значит можно срезать бока платы. Для других ПБ данная операция может и не пригодится.
Если решили устанавливать в данный ПБ, то срезать нужно до самых проводников, иначе плата не влезет, но срезать без фанатизма! Плата, похоже, из стеклотекстолита, острым ножом режется легко. К сожалению, фото «обрезания» нет, но если срезать так, как я написал, то все прекрасно входит, даже остается место с боков для термоусадки.
Под данную плату был куплен высокотоковый емкий аккумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah с низким порогом разряда до 2,5V. О нем я уже немного упоминал в статье о кастрации защищенных аккумуляторов.
Вот краткие ТТХ:
— форм-фактор – 18650 (18,5мм*65,3мм)
— номинальная емкость – 2900mah (минимальная 2750mah)
— внутреннее сопротивление – 25мОм
— номинальное напряжение – 3,7V
— максимальный ток разряда – 10А (кратковременно, до 5 секунд — 18А)
— полный заряд – 4,2V
— полный разряд – 2,5V
— рекомендуемый ток заряда – 1,35А
— расчетное время заряда – 4 часа
— метод заряда — CV/CC
— вес – 48 гр
График разряда 3А током c форума ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ (нигде не нашел разряд до 2,5V, везде до 3V):
От себя добавлю, что ничего особенного не представляет, но должен быть получше хваленого NCR18650B 3400mah, т.к. нагрузка на банку в конце разряда большая и последний с ней не справится. Данный аккум кое-как, но все-таки держит нагрузку, да и по цене не слишком дорог, поэтому довольно неплохой выбор. И если учесть низкий порог разряда платы, то подходящих кандидатов можно пересчитать по пальцам.
Подведем итог по ТТХ:
+ идеальные выходные параметры на токах до 1А
+ не слишком сильно нагревается при токах отдачи до 1А (греется терпимо)
± низкий порог разряда (до 2,5V без опаски могут разряжаться только порнослоники NCR)
— цена (почти как целый ПБ)
— не слишком хорошие выходные параметры на большой нагрузке, хотя заявлено до 1,3А (напряжение сильно проседает после 1А)
— зарядка невысоким током (500ма) и продолжительная последняя фаза
— небольшой недозаряд (окончание заряда на 4.16V)
— отсутствие индикатора в режиме «отдачи тока» (только индикация зарядки/окончания заряда)
Теперь окончательная сборка ПБ:
Что будем использовать:
— корпус цилиндрического ПБ
— покупная специализированная плата SC-0241 DIY
— аккумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah
— термоусадочная трубка для 18650 аккумуляторов
Теперь относительные цифры для сравнения. Данный тест, в принципе, ни о чём толковом не говорит, но общую картину представить может. ПБ был заряжен до включения зеленого индикатора, но как выше писал не полностью (до 4,16V, 90-95% емкости акка). К тесту подключался после 20 минут простоя. В качестве зарядного кабеля всегда выступал родной, который шел в комплекте со смартфоном. В качестве нагрузки выступал смартфон Samsung Galaxy S3 с емкостью акка 2100mah. Зарядку ПБ Miller ML102 с аккумулятором Sanyo UR18650ZY 2600mah, разряженным до 3V приведу позднее, лень разряжать. Зарядка смартфона производилась до 70%, чтобы исключить последнюю фазу заряда и до 100%. Если ничего не спутал, то картина такая:
— зарядка родным адаптером смартфона SGS3 с 10% до 70% — 75 минут
— зарядка родным адаптером смартфона SGS3 с 10% до 100% — 120 минут
— зарядка адаптером от смартфона SGS3 данного ПБ – около 6 часов (зарядный ток маловат)
— зарядка 100% заряженным ПБ смартфона SGS3 с 10% уровнем заряда до 100% – 105 минут, плюс остатка в ПБ хватило еще на зарядку «следующего круга» с 10% до 21% (за 15 минут).
— зарядка 100% заряженным ПБ смартфона SGS3 с 10% уровнем заряда до 70% – 65 минут, плюс остатка в ПБ хватило еще на зарядку «следующего круга» с 10% до 56% (за 52 минуты).
Примечание: тут важно понимать, что КПД преобразователей (ПБ/смартфон) не идеален, да и зарядный кабель не так хорош, поэтому 2900 vs 2100, не значит безоговорочная победа первого. Почему так происходит, упоминал выше.
Подводя итог, скажу следующее. Идеальной платы я пока не видел. Т.к. данным девайсом я пользуюсь очень редко, то я закрыл глаза на низкий ток заряда. В самом деле, ежедневно ПБ я не использую, поэтому каждый день его заряжать не нужно. А вот высокий ток отдачи для меня важен. Вообще нужно понимать, что при таких габаритах платы, высоких параметров от нее не дождаться. Поэтому ток отдачи в 0,9А я считаю просто отличным. Меня собранный ПБ устраивает. В первую очередь, мне нужен был стильный вид и высокая токоотдача, остальные параметры не критичны. Собранный ПБ как раз вписывается в условия.
Поначалу, я планировал сделать сравнительное тестирование 3 популярных однобаночных ПБ (за компанию и малютку ПБ на АА элементе) и нескольких специализированных плат, способных отдавать от 1 до 2 ампер. Но в результате, статья получалась очень большая, т.к. было много замеров, поэтому в данной статье ограничусь только небольшой теорией по схемотехнике и работе ПБ, тестированием специализированной платы SC-0241 1.3A DIY и сборкой нового ПБ. Вот те самые испытуемые:
Тестирование электронных начинок различных ПБ, возможно, будет в отдельной статье, если не пропадет желание все это хозяйство тестировать.
Из подручных инструментов все те же бюджетные приспособы: мультиметр DT-832 с хорошими щупами, 2х разрядный амперметр, 3х разрядный вольтметр и самодельный нагрузочный резистор 4.15 Ом.
По традиции, немного теории, куда без нее:
О том, что такое ПБ, как он подключается к устройствам и работает, я уже рассказывал в статье о Миллере ML-102, повторяться не люблю и не буду. Отмечу лишь, что Power Bank («хранилище энергии», «банка питания») – это мобильная зарядка, переносной дополнительный аккумулятор, способный отдавать свою энергию другим устройствам.
Основная масса промышленно выпускаемых ПБ различается по нескольким признакам:
— габариты/внешний вид (в виде цилиндра/параллелепипеда/квадрата/на что хватит фантазии)
— материал (алюминий/пластик) и тип корпуса (разборные/неразборные)
— включение/выключение (включен постоянно в ждущем режиме/вкл-выкл кнопкой/автовыключение)
— наличие аккумуляторов (предустановленные/самостоятельная установка банок)
— тип используемых аккумуляторов (NiMH, Li-Ion, Li-Pol)
— количество аккумуляторов (однобаночные/многобаночные) и их соединение (1, 1S2P, 1S3P, 1S4P, 2S2P, 1S5P, 1S6P, 2S3P, 3S2P и т.д.)
— емкость (от 1Ач до 20Ач)
— преобразователь напряжения (повышающий Step-Up/понижающий Step-Down)
— встроенная защита (от КЗ/перезаряда/переразряда/переполюсовки/перегрева)
— универсальность по банкам (защищенные и/или незащищенные) и возможность просто заряжать
— входные параметры (разъемы DC port, miniUSB или microUSB, заряд током 0,5А, 1А или 2А)
— выходные параметры: фиксированное/регулируемое напряжение (от 5V USB до 13V DC port) и фиксированный/регулируемый ток (0,5А, 1А для смартфонов, 2,1А для планшетов или 3,5А для «прожорливых» устройств)
— количество выходных портов (1,2 или 3 выхода, иногда присутствуют одновременно и USB 5V, и DC port 12V)
— независимость каналов заряд/разряд (одновременно заряд/отдача, либо только заряд или отдача)
— независимость выходных каналов (несколько зависимых/независимых выходов)
— индикация режимов (заряд/заряжено/отдача) и остаточной емкости (экран/светодиод(ы))
— дополнительные «примочки» (экран, фонарь, индикатор заряда, солнечная панель и т.д.)
— дополнительные аксессуары (блок питания/адаптер, зарядный кабель, переходники/разъемы и т.д.)
Большинство девайсов имеет КПД в районе 80-90%. Многобаночные ПБ, как правило, имеют более высокий КПД по сравнению с одно/двухбаночными. Это допускается, в первую очередь, более «навороченной» электронной начинкой (полноценный дроссель, качественный высокочастотный импульсный DC-DC преобразователь, хорошие емкостные кондеры и т.д.), которая в небольшие однобаночные корпуса просто не входит, а также, зачастую, более удачным соединением банок (2S2P, 2S3P, 3S2P). Как говорится, проще понижать, чем повышать.
Кому не понятно, что такое, к примеру, 2S2P, то заходим под спойлер:
*S*P – это аккумуляторная сборка, способ соединения аккумуляторов между собой.
S (Serial) – количество последовательно соединенных контуров, P (Parallel) – количество элементов в параллели. Первой всегда указывается S, затем уже P.
При параллельном соединении банок итоговое выходное напряжение не меняется, а общая емкость складывается. При последовательном соединении напряжение складывается, а емкость равна емкости одного элемента. Главное условие при таких манипуляциях – аккумуляторы должны иметь одинаковые параметры (быть, по крайней мере, из одной партии).
Большой плюс параллельного соединения – емкость банок, а также их внутренне сопротивление может немного отличаться, другие параметры должны соответствовать остальным элементам (напряжение). Такому соединению не нужен балансир, все банки в соединении зарядятся/разрядятся до одного уровня напряжения, от разброса параметров влияет только ток отдачи конкретных банок (с одной банки чуть больше, с другой — чуть меньше). В режиме параллельного соединения общий отдаваемый ток в нагрузку может быть в разы выше, теоретически максимальный ток равен сумме максимальных токов каждого элемента. При параллельном соединении нагрузка на банки меньше, т.е. если нагрузка 4А и всего одна банка, ей придется не сладко. Но уже при двух банках, соединенных параллельно и имеющих одинаковые параметры, ток с каждой банки будет всего 2А. При этом просадка напряжения на банках будет значительно меньше. Один минус – напряжение мало.
При последовательном соединении предъявляются жесткие требования к банкам, емкость и внутренне сопротивление должны быть одинаковы (строго одна партия). Плюс только один – общее напряжение становится выше, но для такой сборки нужен еще и балансир. Это довольно большой минус.
Эти комбинации очень облегчают жизнь конструкторам. Типичный пример – фонарь типа SkyRay на 3-х или 5-ти мощных светодиодах Cree XM-L, каждый диод может кушать до 3А, а суммарный ток потребления может быть 9А. У обычных Li-Ion аккумуляторов (не высокотоковых), ток с банки не должен превышать 5А. В этом случае и соединяют банки в параллель, чтобы аккумулятор от чрезмерной нагрузки не взорвался и напряжение не так сильно проседало на нем. В идеале, от четырех запараллеленных банок будет идти 9А на 3 диода, по 2,25А на банку. Не вздумайте включать оригинальный SkyRay от одного аккумулятора, аккум может взорваться! Как говорится, примеров уйма, все зависит от конкретного устройства…
Пример для Li-Ion акков, номинальное напряжение банки – 3,7V, емкость банки – 2600мач (2,6Ач):
1S2P (два запараллеленных аккумулятора) – сборка имеет 2 банки, напряжение на выходе 3,7V и емкость 5200mah, применяется в бюджетных ПБ
1S4P (четыре запараллеленных аккумулятора) – сборка имеет 4 банки, напряжение на выходе 3,7V и емкость 10400mah (14,4Ah) применяется в бюджетных ПБ.
2S2P (две пары запараллеленных аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 4 банки, напряжение на выходе 7,4V и емкость 5200mah, применяется в более дорогих, брендовых ПБ
2S3P (две сборки по три запараллеленных между собой аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 6 банок, напряжение на выходе 7,2V и емкость 7800mah применяется в более дорогих, брендовых ПБ
3S2P (три сборки по два запараллеленных между собой аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 6 банок, напряжение на выходе 11,1V и емкость 5200mah применяется, в основном, в ноутбуках.
S (Serial) – количество последовательно соединенных контуров, P (Parallel) – количество элементов в параллели. Первой всегда указывается S, затем уже P.
При параллельном соединении банок итоговое выходное напряжение не меняется, а общая емкость складывается. При последовательном соединении напряжение складывается, а емкость равна емкости одного элемента. Главное условие при таких манипуляциях – аккумуляторы должны иметь одинаковые параметры (быть, по крайней мере, из одной партии).
Большой плюс параллельного соединения – емкость банок, а также их внутренне сопротивление может немного отличаться, другие параметры должны соответствовать остальным элементам (напряжение). Такому соединению не нужен балансир, все банки в соединении зарядятся/разрядятся до одного уровня напряжения, от разброса параметров влияет только ток отдачи конкретных банок (с одной банки чуть больше, с другой — чуть меньше). В режиме параллельного соединения общий отдаваемый ток в нагрузку может быть в разы выше, теоретически максимальный ток равен сумме максимальных токов каждого элемента. При параллельном соединении нагрузка на банки меньше, т.е. если нагрузка 4А и всего одна банка, ей придется не сладко. Но уже при двух банках, соединенных параллельно и имеющих одинаковые параметры, ток с каждой банки будет всего 2А. При этом просадка напряжения на банках будет значительно меньше. Один минус – напряжение мало.
При последовательном соединении предъявляются жесткие требования к банкам, емкость и внутренне сопротивление должны быть одинаковы (строго одна партия). Плюс только один – общее напряжение становится выше, но для такой сборки нужен еще и балансир. Это довольно большой минус.
Эти комбинации очень облегчают жизнь конструкторам. Типичный пример – фонарь типа SkyRay на 3-х или 5-ти мощных светодиодах Cree XM-L, каждый диод может кушать до 3А, а суммарный ток потребления может быть 9А. У обычных Li-Ion аккумуляторов (не высокотоковых), ток с банки не должен превышать 5А. В этом случае и соединяют банки в параллель, чтобы аккумулятор от чрезмерной нагрузки не взорвался и напряжение не так сильно проседало на нем. В идеале, от четырех запараллеленных банок будет идти 9А на 3 диода, по 2,25А на банку. Не вздумайте включать оригинальный SkyRay от одного аккумулятора, аккум может взорваться! Как говорится, примеров уйма, все зависит от конкретного устройства…
Пример для Li-Ion акков, номинальное напряжение банки – 3,7V, емкость банки – 2600мач (2,6Ач):
1S2P (два запараллеленных аккумулятора) – сборка имеет 2 банки, напряжение на выходе 3,7V и емкость 5200mah, применяется в бюджетных ПБ
1S4P (четыре запараллеленных аккумулятора) – сборка имеет 4 банки, напряжение на выходе 3,7V и емкость 10400mah (14,4Ah) применяется в бюджетных ПБ.
2S2P (две пары запараллеленных аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 4 банки, напряжение на выходе 7,4V и емкость 5200mah, применяется в более дорогих, брендовых ПБ
2S3P (две сборки по три запараллеленных между собой аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 6 банок, напряжение на выходе 7,2V и емкость 7800mah применяется в более дорогих, брендовых ПБ
3S2P (три сборки по два запараллеленных между собой аккумуляторов, соединенные между собой последовательно) – сборка имеет 6 банок, напряжение на выходе 11,1V и емкость 5200mah применяется, в основном, в ноутбуках.
Общая схемотехника ПБ:
Подавляющее большинство ПБ имеют следующие основные компоненты:
1) аккумулятор
2) DC-DC (Direct Current/постоянный ток) преобразователь
— ШИМ контроллер/генератор импульсов (микросхема)
— накопительный дроссель
— сглаживающие конденсаторы
— диод
— управляющие транзисторы
— резисторы
— индикаторные светодиоды
3) контроллер заряда/разряда
— микросхема
— транзисторная сборка
— резисторы
— конденсаторы
— индикаторные светодиоды
4) входные/выходные разъемы
— DC port, miniUSB, microUSB
— DC port, USB
Чтобы было понятнее, вспомним, для чего нужны следующие элементы:
— диод – кристалл полупроводника с различными примесями с разных концов. Получается один P-N переход, который пропускает ток только в одном направлении, имеет два вывода (анод, катод). Хорошо пропускает ток в прямом направлении после определенного порога напряжения. До этого порога, даже в прямом включении, пропускает ток очень плохо. При включении в обратном направлении ток практически не пропускает.
— транзистор – по устройству аналогичен диоду, только имеет два P-N перехода, включенные «друг против друга» в различных комбинациях (P-N-P, N-P-N). Переходы расположены на спец. пластине (базе). Имеет три вывода (база, коллектор, эмиттер). База управляет открытием этих P-N переходов и при открытии ток начинает идти, к примеру, через коллектор к эмиттеру. Более простыми словами на примере водопроводного крана: барашек (вентиль) – это база, напорная труба – коллектор, сам рожок, под которым руки моем, это эмиттер. Открыли барашек чуть-чуть и вода течет еле-еле, открыли на полную — напор пошел мощный. Если совсем просто, то небольшим усилием мы регулируем мощный напор за доли секунд. Если напор в трубе огромный, а сам кран небольшой, то даже при полном открытии он не сможет пропустить весь необходимый напор, поэтому ставят соседний кран, работающий одновременно с первым, для увеличения пропускной способности. Другим словом, это как реле. Подавая сигнал на базу в несколько mV, можно управлять силовой нагрузкой в несколько ампер. Почти как релюшки в автомобиле, только тут намного больше возможностей. Главная особенность транзистора – он может открывать-закрывать P-N переход с очень большой скоростью и в широких пределах. В логических схемах у него два состояния закрыт/открыт — нули/единицы. Процессоры компьютеров состоят из миллионов напыленных на подложку транзисторов, а информация передается в виде нулей и единиц (двоичная система счисления) со скоростью в тысячу-две мегагерц.
— конденсатор – две пластины, между ними диэлектрик. При подаче на кондер напряжения, пластины накапливют заряд, в провалах между импульсами конденсатор отдает накопленный заряд в нагрузку (фильтрует/сглаживает пульсации). В усилительных схемах применяется, в некотором смысле, как диод, т.е. не дает току от источника постоянного питания пробраться к источнику небольшого переменного напряжения, которое нужно усилить (ставится неполярный кондер на выход переменки). Характеризуется емкостью (Ф) и рабочим напряжением (V).
— дроссель (катушка) – несколько витков на сердечнике. Важная особенность – очень инерционна, т.е. при включении она накапливает в себе энергию в виде магнитного поля, а при отключении, явление эдс самоиндукции выплескивает накопленную энергии в нагрузку. Бытовой пример – две лампы, одна из которых включена последовательно с катушкой, а другая напрямую к источнику. При включении, та лампа, которая соединена с катушкой, загорается позднее другой (катушка постепенно накапливает энергию), а при выключении ярко вспыхивает, тогда, как другая лампа уже погасла. Это явление незаменимо в преобразователях. Характеризуется индуктивностью (Гн).
— резистор (сопротивление) – это либо нагрузка (устройство), либо органичитель тока/напряжения (делитель). Питание схемы обычно всегда одно, предположим 5V. Для работы вышеперечисленных компонентов нужны разные токи и напряжения. Вот подбором резисторов и ограничивают заданный параметр на определенном участке (нужный номинал высчитывается по закону Ома). Характеризуется сопротивлением (Ом) и рассеиваемой мощностью (Вт).
— транзистор – по устройству аналогичен диоду, только имеет два P-N перехода, включенные «друг против друга» в различных комбинациях (P-N-P, N-P-N). Переходы расположены на спец. пластине (базе). Имеет три вывода (база, коллектор, эмиттер). База управляет открытием этих P-N переходов и при открытии ток начинает идти, к примеру, через коллектор к эмиттеру. Более простыми словами на примере водопроводного крана: барашек (вентиль) – это база, напорная труба – коллектор, сам рожок, под которым руки моем, это эмиттер. Открыли барашек чуть-чуть и вода течет еле-еле, открыли на полную — напор пошел мощный. Если совсем просто, то небольшим усилием мы регулируем мощный напор за доли секунд. Если напор в трубе огромный, а сам кран небольшой, то даже при полном открытии он не сможет пропустить весь необходимый напор, поэтому ставят соседний кран, работающий одновременно с первым, для увеличения пропускной способности. Другим словом, это как реле. Подавая сигнал на базу в несколько mV, можно управлять силовой нагрузкой в несколько ампер. Почти как релюшки в автомобиле, только тут намного больше возможностей. Главная особенность транзистора – он может открывать-закрывать P-N переход с очень большой скоростью и в широких пределах. В логических схемах у него два состояния закрыт/открыт — нули/единицы. Процессоры компьютеров состоят из миллионов напыленных на подложку транзисторов, а информация передается в виде нулей и единиц (двоичная система счисления) со скоростью в тысячу-две мегагерц.
— конденсатор – две пластины, между ними диэлектрик. При подаче на кондер напряжения, пластины накапливют заряд, в провалах между импульсами конденсатор отдает накопленный заряд в нагрузку (фильтрует/сглаживает пульсации). В усилительных схемах применяется, в некотором смысле, как диод, т.е. не дает току от источника постоянного питания пробраться к источнику небольшого переменного напряжения, которое нужно усилить (ставится неполярный кондер на выход переменки). Характеризуется емкостью (Ф) и рабочим напряжением (V).
— дроссель (катушка) – несколько витков на сердечнике. Важная особенность – очень инерционна, т.е. при включении она накапливает в себе энергию в виде магнитного поля, а при отключении, явление эдс самоиндукции выплескивает накопленную энергии в нагрузку. Бытовой пример – две лампы, одна из которых включена последовательно с катушкой, а другая напрямую к источнику. При включении, та лампа, которая соединена с катушкой, загорается позднее другой (катушка постепенно накапливает энергию), а при выключении ярко вспыхивает, тогда, как другая лампа уже погасла. Это явление незаменимо в преобразователях. Характеризуется индуктивностью (Гн).
— резистор (сопротивление) – это либо нагрузка (устройство), либо органичитель тока/напряжения (делитель). Питание схемы обычно всегда одно, предположим 5V. Для работы вышеперечисленных компонентов нужны разные токи и напряжения. Вот подбором резисторов и ограничивают заданный параметр на определенном участке (нужный номинал высчитывается по закону Ома). Характеризуется сопротивлением (Ом) и рассеиваемой мощностью (Вт).
Как работает повышающий DC-DC преобразователь очень простым языком:
Все это хозяйство, как и большинство современных устройств, работают на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это значит, что ток идет не постоянно, а небольшими интервалами (импульсами) с определенной частотой. Более простым языком, предположим, в первые 5 микросекунд ток идет, в следующие 5 микросекунд тока нет, в следующие 5 микросекунд ток опять идет и так далее все чередуется. На графике это выглядит так (фотка откуда-то с интернета):
От ШИМ контроллера (генератор импульсов) подаются импульсы с некоторой частотой на базу управляющего транзистора. Для простоты, будем считать, что первые 5мкс есть сигнал, следующие 5мкс сигнал отсутствует и так далее. Следовательно, транзистор замыкается и пропускает ток 5мкс, затем закрывается на 5мкс, потом опять открывается и так далее все повторяется. В интервале, когда транзистор замкнут (подан импульс на базу, переход коллектор-эмиттер открывается), ток идет от источника питания (аккумулятор) через дроссель, последний при этом запасает энергию. Но, хоть диод и включен в прямом направлении, напряжение не достаточно для полноценного открытия перехода. Как только импульс на базе транзистора пропадает (следующие 5 мкс), транзистор закрывается. Накопленная в дросселе энергия суммируется с аккумуляторной, открывает полностью P-N переход диода и ток устремляется на конденсатор и нагрузку. Конденсатор при этом заряжается (накапливает энергию). В следующие 5мкс опять транзистор открывается («замыкается» переход коллектор-эмиттер) и ток течет через дроссель, диод при этом практически не пропускает ток в прямом направлении и не дает уйти току с конденсатора обратно (там он включен в обратном направлении). Нагрузка в это время (5мкс) питается с конденсатора (он разряжается). В следующие 5мкс транзистор опять закрывается и ток опять идет через диод на конденсатор и нагрузку. Цикл повторяется. При этом повышенное напряжение получается из суммы напряжений с аккумулятора и дросселя, минус потери, что нам и нужно (аккум и дроссель соединены последовательно, общее напряжение суммируется). Управляя частотой импульсов, добиваются нужных выходных параметров и стабильной работы всей системы. С плохо подобранными компонентами при длительных паузах нагрузке может не хватить накопленной конденсатором энергии (будут броски/провалы выходного напряжения), а при коротких — дроссель может не успеть накопить достаточно энергии (выходное напряжение будет низким). Все должно быть сбалансировано. Именно поэтому небольшие платки преобразователи не держат параметры…
Вот так работает повышающий (Step-Up) конвертер с накопительным дросселем. Есть еще несколько видов, но это уже другая тема.
Немного о преобразовании энергии (мысли вслух):
Из курса физики все знают о законе сохранения энергии, что она во всех процессах не создается и не исчезает (не разрушается), а только переходит из одной формы в другую. Другими словами, сколько имели до некоторого процесса, столько в итоге и получим, только в разной форме (эквивалентная сумма всех видов). Как-то так, если совсем простым языком…
При этом есть одна закономерность. Чем выше рабочее напряжение прибора (устройства), при одинаковой мощности, тем выше его КПД, меньше потери. Грубо говоря, формула мощности P=U*I, т.е. при неизменной мощности устройства (электронная начинка прибора), чем выше рабочее напряжение, тем ниже ток. При общей мощности спроектированного устройства 1кВт и напряжении питания 200V, ток будет 5А. А уже при сниженном напряжении, к примеру, 100V, ток уже будет 10А, т.е. обратно-пропорциональная зависимость – напряжение упало в два раза, а ток повысился в два раза. Это касается рабочего напряжения, а не входного! Если устройство работает при высоком токе, то значительные потери энергии выделяются (переходят) в тепло. Типичный бытовой пример: есть две лампы накаливания на 60Вт, но одна на 12V, другая на 220V. В первом случае ток в цепи будет 5А, при этом цоколь с электропроводкой прилично нагреются, а во втором – 0,27А и практически никакого нагрева. Именно поэтому передают электричество с электростанций (ТЭЦ, ГЭС, АЭС) к потребителям (города, заводы) под высоким напряжением. Это условно, но схема выглядит так: электростанция->повышающая подстанция->километры расстояния до города->понижающая подстанция->потребители (есть еще распределительные подстанции, защитные устройства и т.д.). Даже несмотря на потери в понижающих/повышающих трансформаторах, радиоизлучении и т.д., разница в потерях существенна. Еще один пример (грамотная экономия?), в США используется 120V, для мощных устройств задействована вторая линия. Сетевые вилки/розетки имеют номиналы 15-20А на 125V (сетевые провода хорошо греются), а у нас и во многих других странах 2,5-5А на 250V. Можете сами убедиться в этом, взяв какой-нибудь удлинитель/тройник и подключив через него сначала светильник 100Вт, а потом утюг/чайник 2,2кВт. Оба прибора рассчитаны на 220V, но различаются потребляемой мощностью, а следовательно и ток будет разный. В первом случае ток будет 0,45А, во втором – 10А. При этом, во втором случает удлинитель будет теплым/горячим, а это бесполезные потери в тепло. Как говорится, америкосы впустую расходуют энергию на нагрев окружающей среды. Как говорил М. Задорнов, ну ту… е…
Куда тратится энергия в ПБ?
В режиме отдачи нам необходимо повысить напряжение с 3,7V до 5V, это все делает повышающий DC (Direct Current/постоянный ток) преобразователь. Входной ток (ток со встроенного аккумулятора) в повышающих преобразователях всегда выше выходного, плюс всевозможные потери в преобразователе, в тепло (проводники печатной платы, электронные компоненты). Наш пример (см. ниже тестирование), до входа преобразователя идет 6Вт (1,56А и 3,9V), выйти должно также 6Вт. На деле же, полезной энергии получаем всего 5Вт (0,96А и 5,15V), опустим пока потери в кабеле, на измерительных приборах. Куда делся наш 1Вт? Дело в том, как уже писал выше, часть энергии после преобразования переходит в другие виды (тепло, неэффективная схемотехника), так и в нашем случае. Плата преобразователя нагрелась, плюс DC конвертер далеко не идеальный, в итоге получается тот самый 1Вт. Как пример, при КПД ПБ 80%, получается, что пятая часть полезной энергии как бы теряется.
Стоит учесть один факт, что разряжая аккумулятор большим током, всей его емкости не получить, она будет меньше. Чем выше ток, тем меньше емкость, поэтому заряжая девайсы от ПБ пониженным током, можно отдать им чуть больше. Простыми словами, от ПБ с емкостью батареи 2Ач можно зарядить устройство, потребляющее большой ток, на 50%, но при тех же условиях, при зарядке небольшим током (ограничением тока), уже на 75%. Вот такая математика…
При этом есть одна закономерность. Чем выше рабочее напряжение прибора (устройства), при одинаковой мощности, тем выше его КПД, меньше потери. Грубо говоря, формула мощности P=U*I, т.е. при неизменной мощности устройства (электронная начинка прибора), чем выше рабочее напряжение, тем ниже ток. При общей мощности спроектированного устройства 1кВт и напряжении питания 200V, ток будет 5А. А уже при сниженном напряжении, к примеру, 100V, ток уже будет 10А, т.е. обратно-пропорциональная зависимость – напряжение упало в два раза, а ток повысился в два раза. Это касается рабочего напряжения, а не входного! Если устройство работает при высоком токе, то значительные потери энергии выделяются (переходят) в тепло. Типичный бытовой пример: есть две лампы накаливания на 60Вт, но одна на 12V, другая на 220V. В первом случае ток в цепи будет 5А, при этом цоколь с электропроводкой прилично нагреются, а во втором – 0,27А и практически никакого нагрева. Именно поэтому передают электричество с электростанций (ТЭЦ, ГЭС, АЭС) к потребителям (города, заводы) под высоким напряжением. Это условно, но схема выглядит так: электростанция->повышающая подстанция->километры расстояния до города->понижающая подстанция->потребители (есть еще распределительные подстанции, защитные устройства и т.д.). Даже несмотря на потери в понижающих/повышающих трансформаторах, радиоизлучении и т.д., разница в потерях существенна. Еще один пример (грамотная экономия?), в США используется 120V, для мощных устройств задействована вторая линия. Сетевые вилки/розетки имеют номиналы 15-20А на 125V (сетевые провода хорошо греются), а у нас и во многих других странах 2,5-5А на 250V. Можете сами убедиться в этом, взяв какой-нибудь удлинитель/тройник и подключив через него сначала светильник 100Вт, а потом утюг/чайник 2,2кВт. Оба прибора рассчитаны на 220V, но различаются потребляемой мощностью, а следовательно и ток будет разный. В первом случае ток будет 0,45А, во втором – 10А. При этом, во втором случает удлинитель будет теплым/горячим, а это бесполезные потери в тепло. Как говорится, америкосы впустую расходуют энергию на нагрев окружающей среды. Как говорил М. Задорнов, ну ту… е…
Куда тратится энергия в ПБ?
В режиме отдачи нам необходимо повысить напряжение с 3,7V до 5V, это все делает повышающий DC (Direct Current/постоянный ток) преобразователь. Входной ток (ток со встроенного аккумулятора) в повышающих преобразователях всегда выше выходного, плюс всевозможные потери в преобразователе, в тепло (проводники печатной платы, электронные компоненты). Наш пример (см. ниже тестирование), до входа преобразователя идет 6Вт (1,56А и 3,9V), выйти должно также 6Вт. На деле же, полезной энергии получаем всего 5Вт (0,96А и 5,15V), опустим пока потери в кабеле, на измерительных приборах. Куда делся наш 1Вт? Дело в том, как уже писал выше, часть энергии после преобразования переходит в другие виды (тепло, неэффективная схемотехника), так и в нашем случае. Плата преобразователя нагрелась, плюс DC конвертер далеко не идеальный, в итоге получается тот самый 1Вт. Как пример, при КПД ПБ 80%, получается, что пятая часть полезной энергии как бы теряется.
Стоит учесть один факт, что разряжая аккумулятор большим током, всей его емкости не получить, она будет меньше. Чем выше ток, тем меньше емкость, поэтому заряжая девайсы от ПБ пониженным током, можно отдать им чуть больше. Простыми словами, от ПБ с емкостью батареи 2Ач можно зарядить устройство, потребляющее большой ток, на 50%, но при тех же условиях, при зарядке небольшим током (ограничением тока), уже на 75%. Вот такая математика…
Итак, хватит теории, вернемся к нашим барашкам…
Собственно, вот этот ПБ меня не устраивал:
Внешний вид, конечно, хорош, но электронная начинка ужасна. Как работает и что он может, в сравнении с другими, а также подробные ТТХ, возможно, будут в другой статье. От себя скажу, что на серьезное применение не годится из-за кучи косяков, к тому же родной аккум плох, даже очень плох…
Потроха:
Как на термоусадке, так и на корпусе аккумулятора, нет никаких опознавательных знаков, емкость мала:
От данного ПБ требуется только стильный надежный корпус. Электронная плата и аккумулятор будут другими.
Итак, специализированная плата для ПБ с FastTech SC-0241 1.3A DIY. Краткие ТТХ из описания и (по результатам теста):
— ток заряда – 0,4-0,52А (0,5А)
— входное напряжение – постоянное 4,5-5,8V, microUSB разъем
— напряжение окончания заряда – 4,2V (4,16V)
— выходной ток – до 1,3А (1,1А максимум при вполне рабочих параметрах)
— выходное напряжение – 5-5,2V, USB разъем (4,2-5,21V, в зависимости от нагрузки 0,5-1,2А)
— напряжение окончания разряда – 2,5V (2,4V)
Общий вид платы:
Немного по устройству и принципу работы данной платы:
Контроллер заряда/разряда собран на микросхеме DW01. Нашел только для DW01-A
Фото параметров и схема включения:
Как видим из даташита, защита от перезаряда на 4,3V, а от переразряда на 2,4V. Присутствуют два полевых транзистора для раздельного контроля разряда (М1) и заряда (М2). В данной плате они расположены с другой стороны в едином (сдвоенном) 6-ти выводном корпусе под маркировкой 8205S. Ток покоя 3мка. Я так и не понял, почему в моем случае защита от перезаряда срабатывает на 4,16V, ну да бог с ней. Что-то перепаивать там очень трудно, ибо форм-фактор радиодеталей не самый подходящий для перепайки.
По используемому DC конвертеру информации найти не смог. Я полагаю, что это 6 выводная микросхема AL367, управляющий ключ – 6 выводная микросхема 2DLF.
Я изначально планировал поставить данную плату в цилиндрический ПБ, т.к. ее ТТХ с сайта были весьма хороши. Но здесь меня ждал неприятный сюрприз. Дело в том, что данная плата чуть шире и без допилинга просто не входит в корпус ПБ:
Но выход из данной ситуации есть. Как видим, разводка печатной платы идет не до самых краев, а значит можно срезать бока платы. Для других ПБ данная операция может и не пригодится.
Если решили устанавливать в данный ПБ, то срезать нужно до самых проводников, иначе плата не влезет, но срезать без фанатизма! Плата, похоже, из стеклотекстолита, острым ножом режется легко. К сожалению, фото «обрезания» нет, но если срезать так, как я написал, то все прекрасно входит, даже остается место с боков для термоусадки.
Под данную плату был куплен высокотоковый емкий аккумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah с низким порогом разряда до 2,5V. О нем я уже немного упоминал в статье о кастрации защищенных аккумуляторов.
Вот краткие ТТХ:
— форм-фактор – 18650 (18,5мм*65,3мм)
— номинальная емкость – 2900mah (минимальная 2750mah)
— внутреннее сопротивление – 25мОм
— номинальное напряжение – 3,7V
— максимальный ток разряда – 10А (кратковременно, до 5 секунд — 18А)
— полный заряд – 4,2V
— полный разряд – 2,5V
— рекомендуемый ток заряда – 1,35А
— расчетное время заряда – 4 часа
— метод заряда — CV/CC
— вес – 48 гр
График разряда 3А током c форума ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ (нигде не нашел разряд до 2,5V, везде до 3V):
От себя добавлю, что ничего особенного не представляет, но должен быть получше хваленого NCR18650B 3400mah, т.к. нагрузка на банку в конце разряда большая и последний с ней не справится. Данный аккум кое-как, но все-таки держит нагрузку, да и по цене не слишком дорог, поэтому довольно неплохой выбор. И если учесть низкий порог разряда платы, то подходящих кандидатов можно пересчитать по пальцам.
Теперь, непосредственное тестирование платы в реальных задачах (много фото):
В холостом режиме со свежезаряженным порнослоником NCR18650PF 2900mah плата выдает 5,18-5.21V. Под нагрузкой 4.15 Ома, сильно, но не критично, проседает напряжение, некоторые требовательные к питанию девайсы могут не «завестись» (1,1А и 4,66V):
Со средней нагрузкой плата справляется отлично (хорошо держит выходное напряжение):
На подсевшем аккумуляторе и большой нагрузке параметры еще больше проседают (выход 1,08А и 4,56-4,6V), на средней нагрузке – все «пучком»:
С дальнейшим разрядом встроенного аккумулятора выходные параметры также снижаются:
На просевшем аккумуляторе выходные параметры совсем не айс. Напряжение проседает до 4.17-4,2V. Многие устройства просто не запустятся. Как говорится, за высокий ток приходится расплачиваться низким напряжением. Слишком проста схема преобразователя, токи выше 1А не «вытягивает», хотя до 1А параметры все еще хороши:
С дальнейшим разрядом батареи выходное напряжение проседает и на небольшой нагрузке:
На совсем просевшем аккумуляторе при большой нагрузке выходные параметры очень плохие. Дальше тестировать большой нагрузкой не имеет смысла:
И на совсем просевшем аккумуляторе небольшую нагрузку плата держит отлично (нагрузка 0,6А):
Отключение нагрузки происходит в районе 2,4V. Чуток занижено, конечно, но ничего страшного. Как говорится, хоть данный панос и является высокотоковым, но нагрузку в самом конце держит плохо. Более простыми словами, при неизменной нагрузке напряжение на аккумуляторе очень быстро проседает с 2,7V до 2,4V. Напряжение ниже положенных 2.5V держится около 15-20 секунд:
Самое хорошее, в отличие от 3 тестируемых мною ПБ, при полном разряде встроенной батареи, даже если повторно переподключить нагрузку, отдавать энергию данный ПБ уже не будет. Он как бы «заблокируется». Для повторной активации ему нужен «толчок» зарядки. Она как бы его «разблокирует». Это очень хорошая защита, которая не даст разрядить встроенный в ПБ аккумулятор.
Пример зарядки от 4х баночного ПБ:
Пример окончания заряда. На уровне 4,174V заряд заканчивается, напряжение на банке получается 4,16V:
Как говорится, та же беда, что и в Миллере ML-102 v7.1. А вот так должно быть в идеале:
Со средней нагрузкой плата справляется отлично (хорошо держит выходное напряжение):
На подсевшем аккумуляторе и большой нагрузке параметры еще больше проседают (выход 1,08А и 4,56-4,6V), на средней нагрузке – все «пучком»:
С дальнейшим разрядом встроенного аккумулятора выходные параметры также снижаются:
На просевшем аккумуляторе выходные параметры совсем не айс. Напряжение проседает до 4.17-4,2V. Многие устройства просто не запустятся. Как говорится, за высокий ток приходится расплачиваться низким напряжением. Слишком проста схема преобразователя, токи выше 1А не «вытягивает», хотя до 1А параметры все еще хороши:
С дальнейшим разрядом батареи выходное напряжение проседает и на небольшой нагрузке:
На совсем просевшем аккумуляторе при большой нагрузке выходные параметры очень плохие. Дальше тестировать большой нагрузкой не имеет смысла:
И на совсем просевшем аккумуляторе небольшую нагрузку плата держит отлично (нагрузка 0,6А):
Отключение нагрузки происходит в районе 2,4V. Чуток занижено, конечно, но ничего страшного. Как говорится, хоть данный панос и является высокотоковым, но нагрузку в самом конце держит плохо. Более простыми словами, при неизменной нагрузке напряжение на аккумуляторе очень быстро проседает с 2,7V до 2,4V. Напряжение ниже положенных 2.5V держится около 15-20 секунд:
Самое хорошее, в отличие от 3 тестируемых мною ПБ, при полном разряде встроенной батареи, даже если повторно переподключить нагрузку, отдавать энергию данный ПБ уже не будет. Он как бы «заблокируется». Для повторной активации ему нужен «толчок» зарядки. Она как бы его «разблокирует». Это очень хорошая защита, которая не даст разрядить встроенный в ПБ аккумулятор.
Пример зарядки от 4х баночного ПБ:
Пример окончания заряда. На уровне 4,174V заряд заканчивается, напряжение на банке получается 4,16V:
Как говорится, та же беда, что и в Миллере ML-102 v7.1. А вот так должно быть в идеале:
Тестирование платы с применением стабилизированного источника питания (синтетика):
Источником питания будет служить импульсный БП ROBITON от сгоревшей зарядки для никеля, способный выдавать 12в-2,5А и стабилизатор напряжения на XL4015E 5A 4-38V DC-DC Module. В этом тесте исключается недостаточная мощность «входного» источника питания (аккумулятора). Вот, что получается:
Теже яица, только в профиль. От источника питания выходные параметры зависят не так сильно. Не может плата «вытянуть» приличную нагрузку, даже с повышенным входным напряжением:
При нагрузке до ампера, все пучком:
Далее все стандартно, для силовой нагрузки — чем ниже входное напряжение, тем ниже выходное напряжение (линейная зависимость). При нагрузке до ампера, параметры в норме:
Теже яица, только в профиль. От источника питания выходные параметры зависят не так сильно. Не может плата «вытянуть» приличную нагрузку, даже с повышенным входным напряжением:
При нагрузке до ампера, все пучком:
Далее все стандартно, для силовой нагрузки — чем ниже входное напряжение, тем ниже выходное напряжение (линейная зависимость). При нагрузке до ампера, параметры в норме:
Приблизительный КПД в режиме ПБ без учета потерь на кабеле и измерительных приборах:
1) На свежезаряженной батарее с 1,1А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 3,96V
— ток с банки – 1,59А
— напряжение на выходе – 4,66V
— ток на выходе – 1,11А
Мощность P1=3,96*1,59=6,3Вт
Мощность P2=4,66*1,11=5,17Вт
КПД= P2/ P1=0,82, то бишь 82% при амперной нагрузке, неплохо. За вычетом потерь получим КПД 85%
2) На свежезаряженной батарее с 0,7А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 3,96V
— ток с банки – 1,12А
— напряжение на выходе – 5,13V
— ток на выходе – 0,72А
Мощность P1=3,96*1,12=4,43Вт
Мощность P2=5,13*0,72=3,7Вт
КПД= P2/ P1=0,84, то бишь 84% при амперной нагрузке, неплохо. За вычетом потерь получим КПД 87%
3) На разряженной батарее с 1А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 3,3V
— ток с банки – 1,6А
— напряжение на выходе – 4,17V
— ток на выходе – 1А
Мощность P1=3,3*1,6=5,3Вт
Мощность P2=4,17*1=4,17Вт
КПД= P2/ P1=0,78, то бишь 78% при амперной нагрузке, как обычно КПД меньше. За вычетом потерь получим КПД 80%
4) На разряженной батарее с 0,7А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 2,93V
— ток с банки – 1,47А
— напряжение на выходе – 4,97V
— ток на выходе – 0,63А
Мощность P1=2,93*1,47=4,3Вт
Мощность P2=4,97*0,63=3,13Вт
КПД= P2/ P1=0,73, то бишь 73% при амперной нагрузке, при этом банка почти «выжата». За вычетом потерь получим КПД 76%. Другие ПБ уже отключились бы…
— напряжение на входе (банке) – 3,96V
— ток с банки – 1,59А
— напряжение на выходе – 4,66V
— ток на выходе – 1,11А
Мощность P1=3,96*1,59=6,3Вт
Мощность P2=4,66*1,11=5,17Вт
КПД= P2/ P1=0,82, то бишь 82% при амперной нагрузке, неплохо. За вычетом потерь получим КПД 85%
2) На свежезаряженной батарее с 0,7А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 3,96V
— ток с банки – 1,12А
— напряжение на выходе – 5,13V
— ток на выходе – 0,72А
Мощность P1=3,96*1,12=4,43Вт
Мощность P2=5,13*0,72=3,7Вт
КПД= P2/ P1=0,84, то бишь 84% при амперной нагрузке, неплохо. За вычетом потерь получим КПД 87%
3) На разряженной батарее с 1А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 3,3V
— ток с банки – 1,6А
— напряжение на выходе – 4,17V
— ток на выходе – 1А
Мощность P1=3,3*1,6=5,3Вт
Мощность P2=4,17*1=4,17Вт
КПД= P2/ P1=0,78, то бишь 78% при амперной нагрузке, как обычно КПД меньше. За вычетом потерь получим КПД 80%
4) На разряженной батарее с 0,7А нагрузкой:
— напряжение на входе (банке) – 2,93V
— ток с банки – 1,47А
— напряжение на выходе – 4,97V
— ток на выходе – 0,63А
Мощность P1=2,93*1,47=4,3Вт
Мощность P2=4,97*0,63=3,13Вт
КПД= P2/ P1=0,73, то бишь 73% при амперной нагрузке, при этом банка почти «выжата». За вычетом потерь получим КПД 76%. Другие ПБ уже отключились бы…
Подведем итог по ТТХ:
+ идеальные выходные параметры на токах до 1А
+ не слишком сильно нагревается при токах отдачи до 1А (греется терпимо)
± низкий порог разряда (до 2,5V без опаски могут разряжаться только порнослоники NCR)
— цена (почти как целый ПБ)
— не слишком хорошие выходные параметры на большой нагрузке, хотя заявлено до 1,3А (напряжение сильно проседает после 1А)
— зарядка невысоким током (500ма) и продолжительная последняя фаза
— небольшой недозаряд (окончание заряда на 4.16V)
— отсутствие индикатора в режиме «отдачи тока» (только индикация зарядки/окончания заряда)
Теперь окончательная сборка ПБ:
Что будем использовать:
— корпус цилиндрического ПБ
— покупная специализированная плата SC-0241 DIY
— аккумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah
— термоусадочная трубка для 18650 аккумуляторов
Этапы сборки:
1) определяем, какой из девайсов Повербанк будет наиболее часто заряжать.
2) определяем по этой статье О зарядке гаджетов через USB распайку «перемычек»
3) в моем случае самым частым случаем подзарядки будет смартфон Samsung Galaxy S3, поэтому соединяем средние контакты между собой и разрываем проводники с минусом (корпусом). Нужно острым ножом/часовой отверткой прорезать дорожки:
Ранее, при зарядке смартфона, данная плата ограничивала выходной ток в районе 400ма. После подпаивания перемычки, ток стал в районе 800-900ма — максимум, что допускает контроллер самсунговского аккумулятора, независимо от мощности источника питания.
При окончательной пайке токосъемов, расстояние между платой и аккумулятором должно быть минимальным. При этом, если планируется все это хозяйство упаковывать в термоусадку, беспокоиться о том, что плюсовой контакт аккумулятора может «закоротить» плату при «втыкании» разъема, не стоит. В термоусадке все будет зафиксировано конкретно. При этом используем толстые медные провода (для соединения плюсового контакта) и двойную шинку для уменьшения потерь «входного напряжения». У меня одна шинка от родной платы ПБ, другая от встроенной в аккумулятор защиты порнослоника (об этом я писал в статье о кастрации акков).
Надеваем термоусадочную трубку на все собранное хозяйство. Запас термоусадки на минусовом контакте аккумулятора следует сделать по-больше, излишки отрежутся. Если с торцов видны оголенные медные дорожки печатной платы, то их следует покрыть изолирующим составом, например цапонлаком и термоусадку сдвинуть влево «с запасом»:
Равномерно нагреваем термоусадку феном для волос/строительным феном/паяльной станцией. Тут необходимо пальцами придерживать плату, ибо под нагреванием термоусадка стягивается и сдвигает плату в бока (плату уводит в стороны).
Излишки срезаем канцелярским ножом:
На самый низ ставим изолирующую изолоновую прокладку со старых кишок и собираем наш ПБ:
При полностью заряженном аккумуляторе:
На треть разряженном:
Ну и зарядка данным ПБ смартфона SGS3 (как уже писал, до 1А параметры держит отлично):
Зарядный ток ПБ, как и положено, 0,5А:
Всего два индикатора (заряжается – красный, заряжен — зеленый):
Оставшийся аккумулятор окутаем термоусадкой и оставим для чего-нибудь нетребовательного. Сам процесс я уже описывал в статье о кастрации, повторяться не буду, приведу только фото:
2) определяем по этой статье О зарядке гаджетов через USB распайку «перемычек»
3) в моем случае самым частым случаем подзарядки будет смартфон Samsung Galaxy S3, поэтому соединяем средние контакты между собой и разрываем проводники с минусом (корпусом). Нужно острым ножом/часовой отверткой прорезать дорожки:
Ранее, при зарядке смартфона, данная плата ограничивала выходной ток в районе 400ма. После подпаивания перемычки, ток стал в районе 800-900ма — максимум, что допускает контроллер самсунговского аккумулятора, независимо от мощности источника питания.
При окончательной пайке токосъемов, расстояние между платой и аккумулятором должно быть минимальным. При этом, если планируется все это хозяйство упаковывать в термоусадку, беспокоиться о том, что плюсовой контакт аккумулятора может «закоротить» плату при «втыкании» разъема, не стоит. В термоусадке все будет зафиксировано конкретно. При этом используем толстые медные провода (для соединения плюсового контакта) и двойную шинку для уменьшения потерь «входного напряжения». У меня одна шинка от родной платы ПБ, другая от встроенной в аккумулятор защиты порнослоника (об этом я писал в статье о кастрации акков).
Надеваем термоусадочную трубку на все собранное хозяйство. Запас термоусадки на минусовом контакте аккумулятора следует сделать по-больше, излишки отрежутся. Если с торцов видны оголенные медные дорожки печатной платы, то их следует покрыть изолирующим составом, например цапонлаком и термоусадку сдвинуть влево «с запасом»:
Равномерно нагреваем термоусадку феном для волос/строительным феном/паяльной станцией. Тут необходимо пальцами придерживать плату, ибо под нагреванием термоусадка стягивается и сдвигает плату в бока (плату уводит в стороны).
Излишки срезаем канцелярским ножом:
На самый низ ставим изолирующую изолоновую прокладку со старых кишок и собираем наш ПБ:
При полностью заряженном аккумуляторе:
На треть разряженном:
Ну и зарядка данным ПБ смартфона SGS3 (как уже писал, до 1А параметры держит отлично):
Зарядный ток ПБ, как и положено, 0,5А:
Всего два индикатора (заряжается – красный, заряжен — зеленый):
Оставшийся аккумулятор окутаем термоусадкой и оставим для чего-нибудь нетребовательного. Сам процесс я уже описывал в статье о кастрации, повторяться не буду, приведу только фото:
Теперь относительные цифры для сравнения. Данный тест, в принципе, ни о чём толковом не говорит, но общую картину представить может. ПБ был заряжен до включения зеленого индикатора, но как выше писал не полностью (до 4,16V, 90-95% емкости акка). К тесту подключался после 20 минут простоя. В качестве зарядного кабеля всегда выступал родной, который шел в комплекте со смартфоном. В качестве нагрузки выступал смартфон Samsung Galaxy S3 с емкостью акка 2100mah. Зарядку ПБ Miller ML102 с аккумулятором Sanyo UR18650ZY 2600mah, разряженным до 3V приведу позднее, лень разряжать. Зарядка смартфона производилась до 70%, чтобы исключить последнюю фазу заряда и до 100%. Если ничего не спутал, то картина такая:
— зарядка родным адаптером смартфона SGS3 с 10% до 70% — 75 минут
— зарядка родным адаптером смартфона SGS3 с 10% до 100% — 120 минут
— зарядка адаптером от смартфона SGS3 данного ПБ – около 6 часов (зарядный ток маловат)
— зарядка 100% заряженным ПБ смартфона SGS3 с 10% уровнем заряда до 100% – 105 минут, плюс остатка в ПБ хватило еще на зарядку «следующего круга» с 10% до 21% (за 15 минут).
— зарядка 100% заряженным ПБ смартфона SGS3 с 10% уровнем заряда до 70% – 65 минут, плюс остатка в ПБ хватило еще на зарядку «следующего круга» с 10% до 56% (за 52 минуты).
Примечание: тут важно понимать, что КПД преобразователей (ПБ/смартфон) не идеален, да и зарядный кабель не так хорош, поэтому 2900 vs 2100, не значит безоговорочная победа первого. Почему так происходит, упоминал выше.
Подводя итог, скажу следующее. Идеальной платы я пока не видел. Т.к. данным девайсом я пользуюсь очень редко, то я закрыл глаза на низкий ток заряда. В самом деле, ежедневно ПБ я не использую, поэтому каждый день его заряжать не нужно. А вот высокий ток отдачи для меня важен. Вообще нужно понимать, что при таких габаритах платы, высоких параметров от нее не дождаться. Поэтому ток отдачи в 0,9А я считаю просто отличным. Меня собранный ПБ устраивает. В первую очередь, мне нужен был стильный вид и высокая токоотдача, остальные параметры не критичны. Собранный ПБ как раз вписывается в условия.
Кисуля:
Кому интересно, еще обзоры:
Зарядное устройство/повербанк Miller ML-102 v7.1 и его доработка
Кастрация защищенных аккумуляторов Sanyo и Panasonic и небольшой ликбез по Li-ion
Отличная microSDXC UHS-I карта Toshiba 64gb
Специализированная плата SC-0241 или собираем свой однобаночный Power Bank
Выбираем зарядку для дома, часть первая. Зарядное устройство Xtar SP1.
Выбираем зарядку для дома, часть вторая. Зарядное устройство Opus BT-3100 V2.2 и его доработка
Почти «народные» аккумуляторы Sanyo/Panasonic NCR18650GA 3500mah
Фонарь Convoy BD03 со встроенной зарядкой и его доработка, часть первая. Описание и разборка
Инфракрасный бесконтактный пирометр GM320
Компактный «народный» ПБ Xiaomi 10000mah и его модификация
Битва тяжеловесов или выбираем высокотоковые литиевые аккумуляторы
Отличный полутяжеловес — аккумулятор Samsung INR18650-30Q
Отличный наключный фонарик Lumintop Tool AAA
Неплохой тактический фонарик Nitecore P12
Мощный четырехглазый монстр — поисковый фонарь-прожектор EagleTac MX25L4C
Бюджетный 150мм электронный штангенциркуль
Опыты дилетанта или знакомимся с бюджетным ТВ боксом MXV
Неплохой фонарик Fenix RC20, полностью лишенный возможности кастома
Бюджетный квадрокоптер Bayang X5 с отличным функционалом, часть первая
Готовый 2х20Вт стереоусилитель Kinter MA-180
Отличное пусковое устройство/ПБ для автомобиля Vinsun V5 21000mah
Брендовый автомобильный пускач/ПБ BlitzWolf K3 12000mah
Отличный плоский повербанк Pineng PN-963
Повышающий DC преобразователь MT3608 или переделываем питание РУ игрушек на литий
Более продвинутый конкурент ПБ Xiaomi — повербанк Pineng PN-988 10000mah
Самодельная резистивная USB нагрузка из мощных 25Вт резисторов
Кастрация защищенных аккумуляторов Sanyo и Panasonic и небольшой ликбез по Li-ion
Отличная microSDXC UHS-I карта Toshiba 64gb
Специализированная плата SC-0241 или собираем свой однобаночный Power Bank
Выбираем зарядку для дома, часть первая. Зарядное устройство Xtar SP1.
Выбираем зарядку для дома, часть вторая. Зарядное устройство Opus BT-3100 V2.2 и его доработка
Почти «народные» аккумуляторы Sanyo/Panasonic NCR18650GA 3500mah
Фонарь Convoy BD03 со встроенной зарядкой и его доработка, часть первая. Описание и разборка
Инфракрасный бесконтактный пирометр GM320
Компактный «народный» ПБ Xiaomi 10000mah и его модификация
Битва тяжеловесов или выбираем высокотоковые литиевые аккумуляторы
Отличный полутяжеловес — аккумулятор Samsung INR18650-30Q
Отличный наключный фонарик Lumintop Tool AAA
Неплохой тактический фонарик Nitecore P12
Мощный четырехглазый монстр — поисковый фонарь-прожектор EagleTac MX25L4C
Бюджетный 150мм электронный штангенциркуль
Опыты дилетанта или знакомимся с бюджетным ТВ боксом MXV
Неплохой фонарик Fenix RC20, полностью лишенный возможности кастома
Бюджетный квадрокоптер Bayang X5 с отличным функционалом, часть первая
Готовый 2х20Вт стереоусилитель Kinter MA-180
Отличное пусковое устройство/ПБ для автомобиля Vinsun V5 21000mah
Брендовый автомобильный пускач/ПБ BlitzWolf K3 12000mah
Отличный плоский повербанк Pineng PN-963
Повышающий DC преобразователь MT3608 или переделываем питание РУ игрушек на литий
Более продвинутый конкурент ПБ Xiaomi — повербанк Pineng PN-988 10000mah
Самодельная резистивная USB нагрузка из мощных 25Вт резисторов
| +154 |
38425
175
|
Самые обсуждаемые обзоры
| +68 |
3152
131
|
| +49 |
3429
64
|
| +28 |
2356
43
|
| +33 |
2601
34
|
| +52 |
1970
37
|
Судя по картинке (слева снизу) при замыкании ключа энергия батареи уходит «вхолостую»
2S2P и 2P2S собраны по разным схемам
Я так полагаю, 2P2S — это соединение одним большим «прямоугольником»?
Браво!
А то 25 Мега Ом как то многовато будет.
1) Получить КПД выше 80% от повышающего с 3.7В до 5В преобразователя даже теоретически не удастся.
2) Если хочется более полно использовать заряд акков, то имеет смысл применить понижающий преобразователь и подключить пару акков по 3.7В последовательно. Тогда нетрудно добиться КПД более 90%, правда расплатой будет более сложная схема зарядки.
3) Ну и самый простой повербанк — 4-е последовательно соединённых акка типа АА Eneloop с напряжением 1.2В дадут емкость примерно 1900мАч без всяких преобразователей :), а схема зарядки может состоять из одного токоограничительного резистора! :)))
Успехов в добывании электроэнергии из USB… Здесь все: Никита, Стас, Гена, Турбо и Дюша Метёлкин… :))))))))))))))))
Тут с Вами не согласны и декларируют до 90%
И это далеко не самая лучшая микруха.
Здесь 93% заявляют.
Диод, кстати, там тоже есть. Паразитный диод полевика.
нижний белый — мусор, ни схемы заряда лития ни нормальной защиты, заряжает айфон 4эс на 20 процентов максимум, солнечная батарея — шлак, hiper серебристые 5000 и 7500мач, имеют внутри 2 либо 3 банки по 2500, но низкий кпд преобразователя и неумение отключать порт уменьшает его привлекательность, но есть индикатор заряда и фонарик на двух 5мм диодах и никому ненужный картридер, большой черный — готовый бокс, тоже достаточно шлаковый уже обозревался, покупался за 10 баков, не используется
Проблема в том, что при установке первого аккумулятора по ошибке поменял полярность и пошел знакомый горелый запашок. Хотя вроде есть защита. После этого банк работает только одну секунду после подключения питаемого девайса. Вобщем, разобрал. Микросхемы затёрты, а на вид обнаружил только один горелый резистор R100 (его заменил на то что было под рукой советский Р30) это не дало результатов. Не шибко я электрик, но паяльник в руках держу и есть тестер, но что мерить хз, ткните пожалуйста.
рядом со светодиодом
у меня некоторые образцы на микросхемах ETA с банками Panasonic постоянно перегорали когда заряд банки приближался к нулю (2,5-2,7 вольт на банке) поскольку преобразователь брал с банки ток который сам не может выдержать, а вот обычные Samsung после трёх вольт почти мгновенно снижали напряжение до 2,4 вольт и отрубались не успев сжечь микросхему
зарядку на 16.8 вольт надо специальную для лития, она выглядит как БП от ноута
Видимо у китайцев они по 1 баксу за мешок, что в подарок не жалко положить.
Владимир, Вам пора на Хабр. Давайте я Вам инвайт дам.
Что-то там все мудрено как-то, я и здесь-то не сразу освоился. За предложение, конечно, огромное спасибо, надо попробовать. Думаю, это последняя статейка здесь…
Появилась мысль переделать фонарик 1x18650 в такой вот пауэрбанк методом удаления рефлектора продвижения всей начинки вперед и установки платы преобразователя вместо кнопки (торцевая). Таким образом решается сразу три юзеркейса, зарядка аккума без разборки корпуса, расширение луча фонарика, и не надо таскать с собой пауэрбанк и фонарик одновременно… Пока думаю над тем куда девать кнопку включения фонарика…
Сама микруха не должна ограничивать. По крайней мере, резюк R2 из даташита не регулирует ток, а служит как бы «индикатором» режима заряд/разряд (управляет мосфетами 8205).
Выходной ток зависит от DC конвертера. Какой тут стоит, хз, я уже кинул коробку с кишками в антрисоль, лень доставать и смотреть. По памяти, если ничего не путаю, при тестах на 1А плата дико грелась, что означает, что на такие токи какие-то элементы не рассчитаны.
PS, надо смотреть на месте, что там и как, по фото трудновато что-либо сказать, к тому же даташит не слишком информативный…
Хочу спросить: на первом фото разобранный белый ПБ. У самого два таких с каким то беспородным акк с емкостью порядка 1000мА. Измерить нечем, так «на глаз» по процентам заряжаемых устройств. Хочу заменить в данных ПБ аккумуляторы. До замены платы руки все равно у меня не дойдут.
Насколько плоха/хороша плата в этом ПБ? Для непритязательного пользователя пойдет? Какие акки лучше купить? Панасоники из обзора пойдут?
PS, для непритязательного пользователя пойдет, только ставте 4,35V банку (Лыжи D1, E1, либо Самсоны 28/30/32, но они значительно дороже) и не кормите сильноточную нагрузку (вроде эта плата жутко грелась, не помню точно)…
Так это ли не самый минус для лития? глубокий разряд и прости прощай батарейка. Или я не о том сейчас?
А если рассмотреть многобаночные корпусы, есть рекомендации? Наковырял 6 штук 18650, начинаю знакомится ближе с повербанкостроением, вот думаю сделать 1-2 однобаночных и на остальное один ёмкий ПБ.
Многобаночные — Xiaomi, Pineng или черный 4-х баночный. Я покупал такой с молотка наебайке за 4,5 бакинских (150 деревянных), сравнительный тест был с обзоре Миллера — неплохой бюджетный ПБ…
www.tinydeal.com/ru/1pcs-2200mah-37v-18650-rechargeable-battery-p-104441.html
Его можно заряжать подобной зарядкой?
Если собираетесь купить на 30 баллов, то не стоит, ничего путного с ней не выйдет. Емкость 500-700мач. Чисто зарядка — это плата на первом общем фото, справа внизу (где 4 ПБ). Паяльник, microUSB разъем, 2 магнита и подстроечный резюк и у вас зарядка с регулируемым током (макс 1А), без всего будет «лить» 1А (для вашей банки это очень много).
Найдена нормальная плата умеющая одновременно заряжать и отдавать?
Подскажите, где можно найти такую же плату, или что-то подобное?
маркировка родной платы «Z1800-603-v1.3»
www.fasttech.com/products/8294801
но не могу найти на ебее или али :(
а региться на других площадках лень…
Посоветуйте приличный аналог на али или ебея плз!!!