Спеціалізована плата SC-0241 або збираємо свій однобанковий Power Bank

За традицією, трохи теорії, куди без неї:

Про те, що таке ПБ, як він підключається до пристроїв і працює, я вже розповідав у статті про Міллера ML-102, повторюватися не люблю і не буду. Відзначу лише, що Power Bank («сховище енергії», «банку живлення») – це мобільна зарядка, переносний додатковий акумулятор, здатний віддавати свою енергію іншим пристроям.

Загальна схемотехніка ПБ:

Переважна більшість ПБ мають такі основні компоненти: 1) акумулятор 2) DC-DC (Direct Current/постійний струм) перетворювач — ШІМ контролер/генератор імпульсів (мікросхема) — накопичувальний дросель >— згладжуючі конденсатори — діод — керуючі транзистори — резистори — індикаторні світлодіоди 3) контролер заряду/розряду — мікросхема — транзисторне складання — резистори — конденсатори — індикаторні світлодіоди 4) вхідні/вихідні роз'єми — DC port, miniUSB, microUSB — DC port, USB

Як працює підвищуючий DC-DC перетворювач дуже простою мовою:

Усе це господарство, як більшість сучасних пристроїв, працюють з урахуванням широтно-импульсной модуляції (ШИМ). Це означає, що струм не завжди, а невеликими інтервалами (імпульсами) з певною частотою. Простішою мовою, припустимо, у перші 5 мікросекунд струм йде, у наступні 5 мікросекунд струму немає, у наступні 5 мікросекунд струм знову йде і так далі все чергується. На графіку це виглядає так (фотка звідкись з інтернету):

Від ШІМ контролера (генератор імпульсів) подаються імпульси з деякою частотою на базу транзистора, що управляє. Для простоти будемо вважати, що перші 5мкс є сигнал, наступні 5мкс сигнал відсутній і так далі. Отже, транзистор замикаєтьсяі пропускає струм 5мкс, потім закривається на 5мкс, потім знову відкривається і так далі повторюється. В інтервалі, коли транзистор замкнутий (подано імпульс на базу, перехід колектор-емітер відкривається), струм йде від джерела живлення (акумулятор) через дросель, останній при цьому запасає енергію. Але, хоч діод і включений у прямому напрямі, напруга мало повноцінного відкриття переходу. Щойно імпульс з урахуванням транзистора зникає (наступні 5 мкс), транзистор закривається. Накопичена в дроселі енергія підсумовується з акумуляторною, повністю відкриває P-N перехід діода і струм спрямовується на конденсатор і навантаження. Конденсатор при цьому заряджається (накопичує енергію). У наступні 5мкс знову транзистор відкривається («замикається» перехід колектор-емітер) і струм тече через дросель, діод при цьому практично не пропускає струм у прямому напрямку і не дає піти струму з конденсатора (там він включений у зворотному напрямку). Навантаження у цей час (5мкс) живиться з конденсатора (він розряджається). У наступні 5мкс транзистор знову закривається і струм знову йде через діод на конденсатор та навантаження. Цикл повторюється. При цьому підвищена напруга виходить із суми напруги з акумулятора і дроселя, мінус втрати, що нам і потрібно (акум і дросель з'єднані послідовно, загальна напруга підсумовується). Керуючи частотою імпульсів, домагаються необхідних вихідних властивостей та стабільної роботи всієї системи. З погано підібраними компонентами при тривалих паузах навантаження може не вистачити накопиченої конденсатором енергії (будуть кидки/провали вихідної напруги), а при коротких - дросель може не встигнути накопичити достатньо енергії (вихідна напруга буде низькою). Все має бути збалансовано. Саме тому невеликі хустки перетворювачі нетримають параметри… Ось так працює конвертер, що підвищує (Step-Up) з накопичувальним дроселем. Є ще кілька видів, але це інша тема.

Отже, вистачить теорії, повернемося до наших баранчиків ...

Власне, ось цей ПБ мене не влаштовував:

Зовнішній вигляд, звичайно, гарний, але електронна начинка жахлива. Як працює і що він може, порівняно з іншими, а також докладні ТТХ, можливо, будуть в іншій статті. Від себе скажу, що на серйозне застосування не годиться через купу косяків, до того ж рідний акум поганий, навіть дуже поганий…

Від цього ПБ потрібно лише стильний надійний корпус. Електронна плата та акумулятор будуть іншими. Отже, спеціалізована плата для ПБ з FastTech SC-0241 1.3A DIY. Короткі ТТХ з опису та (за результатами тесту): — струм заряду – 0,4-0,52А (0,5А) — вхідна напруга – постійна 4,5-5,8V, microUSB роз'єм - напруга закінчення заряду - 4,2V (4,16V) - вихідний струм - до 1,3А (1,1А максимум при цілком робочих параметрах) - вихідна напруга - 5-5,2V, USB роз'єм (4,2-5,21V, залежно від навантаження 0,5-1,2А) - напруга закінчення розряду - 2,5V (2,4V)

Загальний вид плати:

Трохи за пристроєм та принципом роботи даної плати: Контролер заряду/розряду зібраний на мікросхемі DW01. Знайшов лише для DW01-A

Я спочатку планував поставити плату в циліндричний ПБ, т.к. її ТТХ із сайту були дуже хороші. Але тут на мене чекав неприємний сюрприз. Справа в тому, що дана плата трохи ширша і без допілінгу просто не входить до корпусу ПБ:

Але вихід із цієї ситуації є. Як бачимо, розведення друкованої плати йде не до країв, а значить можна зрізати боки плати. Для інших ПБ ця операція може і не стане в нагоді.Якщо вирішиливстановлювати в даний ПБ, то треба зрізати до самих провідників, інакше плата не влізе, але зрізати без фанатизму! Плата, схоже, зі склотекстоліту, гострим ножем ріжеться легко. На жаль, фото «обрізання» немає, але якщо зрізати так, як я написав, то все чудово входить, навіть залишається місце з боків для термоусадки. Під цю плату було куплено високострумовий ємний акумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah з низьким порогом розряду до 2,5V. Про нього я вже трохи згадував у статті про кастрацію захищених акумуляторів.

Графік розряду 3А струмом з форуму ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТ (ніде не знайшов розряд до 2,5V, скрізь до 3V):

Від себе додам, що нічого особливого не уявляє, але повинен бути краще хваленого NCR18650B 3400ma . навантаження на банку в кінці розряду велике і останній з нею не впорається. Цей акумулятор сяк-так, але все-таки тримає навантаження, та й за ціною не дуже дорогий, тому досить непоганий вибір. І якщо врахувати низький поріг розряду плати, то відповідних кандидатів можна перерахувати на пальцях.

У неодруженому режимі зі свіжозрядженим порнослоником NCR18650PF 2900mah плата видає 5,18-5.21V. Під навантаженням 4.15 Ома, сильно, але не критично, просідає напругу, деякі вимогливі до харчування девайси можуть не «завестися» (1,1А і 4,66V):

Зі середнім навантаженням плата справляється відмінно ( добре тримає вихідну напругу):На акумуляторі, що підсів, і великому навантаженні параметри ще більше просідають (вихід 1,08А і 4,56-4,6V), на середньому навантаженні – все «пучком»:З подальшим розрядом вбудованого акумулятора вихідні параметри також знижуються:На акумуляторі, що просів, вихідні параметри зовсім не айс. Напруга просідає до 4.17-4,2V. Багато пристроїв просто незапустяться. Як то кажуть, за високий струм доводиться розплачуватися низькою напругою. Занадто проста схема перетворювача, струми вище 1А не «витягує», хоча до 1А параметри все ще хороші:З подальшим розрядом батареї вихідна напруга просідає і на невеликому навантаженні:На дуже просілом акумуляторі при великому навантаженні вихідні параметри дуже погані. Далі тестувати великим навантаженням не має сенсу:І на акумуляторі, що зовсім просів, невелике навантаження плата тримає відмінно (навантаження 0,6А):Відключення навантаження відбувається в районі 2, 4V. Ледве занижено, звичайно, але нічого страшного. Як кажуть, хоч даний панос і є високострумовим, але навантаження наприкінці тримає погано. Простішими словами, при постійному навантаженні напруга на акумуляторі дуже швидко просідає з 2,7V до 2,4V. Напруга нижче 2.5V тримається близько 15-20 секунд:Найкраще, на відміну від 3 тестованих мною ПБ, при повному розряді вбудованої батареї, навіть якщо повторно перепідключити навантаження, віддавати енергію даний ПБ вже не буде. Він ніби «заблокується». Для повторної активації йому потрібен поштовх зарядки. Вона ніби його «розблокує». Це дуже хороший захист, який не дасть розрядити вбудований акумулятор.

Приклад зарядки від 4х баночного ПБ:

Приклад закінчення заряду. На рівні 4,174V заряд закінчується, напруга на банку виходить 4,16V:Як говориться, те ж лихо, що і в Міллері ML-102 v7.1. А ось так має бути в ідеалі:

Підіб'ємо підсумок за ТТХ: + ідеальні вихідні параметри на струмах до 1А + не надто сильно нагрівається при струмах віддачі до 1А (гріється терпимо) ± низький поріг розряду (до 2,5V без побоювання можуть розряджатисятільки порнослоники NCR) - ціна (майже як цілий ПБ) - не дуже хороші вихідні параметри на великому навантаженні, хоча заявлено до 1,3А (напруга сильно просідає після 1А) - зарядка невисоким струмом (500ма ) і тривала остання фаза - невеликий недозаряд (закінчення заряду на 4.16V) - відсутність індикатора в режимі «віддачі струму» (тільки індикація заряджання/закінчення заряду)

Тепер остаточне складання ПБ:

Що будемо використовувати: — корпус циліндричного ПБ — покупна спеціалізована плата SC-0241 DIY — акумулятор Panasonic NCR18650PF 2900mah — термозбіжна трубка для 18650 акумуляторів

Підсумовуючи, скажу таке. Ідеальної плати я поки що не бачив. Т.к. даним девайсом я користуюся дуже рідко, то я заплющив очі на низький струм заряду. Насправді, щодня ПБ я не використовую, тому щодня його заряджати не потрібно. А ось високий струм віддачі для мене важливий. Загалом треба розуміти, що за таких габаритів плати, високих параметрів від неї не дочекатися. Тому струм віддачі 0,9А я вважаю просто відмінним. Мене зібраний ПБ влаштовує. Насамперед мені потрібен був стильний вигляд і висока струмовіддача, інші параметри не критичні. Зібраний ПБ саме вписується в умови.

---