Как сделать индикацию конца зарядки блока питания
Обновлено: 03.07.2024
Обзор на зарядное устройство от компании SUMPK, которое обладает двумя USB портами для зарядки гаджетов и дисплеем, отображающим текущее напряжение и ток. Данное устройство подойдем тем, кто не хочет закупаться различными тестерами, чтобы проверить качество зарядки гаджетов.
Технические характеристики:
Упаковка и внешний вид
Внешне данный блок питания почти ничем не выделяется среди прочих подобных устройств. Единственное отличие – цифровой индикатор на торце, о котором я расскажу чуть позже. Корпус выполнен из белого глянцевого пластика, изначально запаянного в транспортировочную пленку. Глянец выглядит привлекательно, но ужасно не практичен, т.к при любой транспортировке быстро покрывается царапинами. На одной из сторон нанесено наименование фирмы «SUMPK». На боковой грани расписаны основные технические характеристики. Присутствует предупреждение, гласящее, что данное зарядное устройство можно использовать только в помещении. Это, скорее всего, связано с тем, что здесь отсутствует какая-либо защита от проникновения влаги и пыли. Установлена европейская вилка, типа CEE 7/16, которая используется повсеместно в маломощных потребителях. На переднем торце установлены два USB порта с ярко-зелеными вставками и цифровой индикатор. Светодиоды, которые расположены над индикатором, выполняют роль указателя: горит зеленый — показывает напряжение на выходе зарядки, синий — ток, потребляемый гаджетом. Кстати, есть один нюанс: при зарядке телефона, индикатор показывает напряжение только первые 20 секунд, остальное время отображается потребляемый ток. Для просмотра напряжения, необходимо «перезапустить» зарядку с помощью сброса напряжения на входе, проще говоря, переткнуть вилку. Какие-либо функциональные изменения по сравнению со «старой» трехпортовой отсутствуют. Если отключить потребитель от зарядки, то цифровое табло гаснет по истечении 10 секунд. Для того, чтобы прибор зажегся вновь, необходимо подключить устройство, потребляющее ток более 200 мА. Данное ограничение не влияет на работу самой зарядки.
Разборка
Прогреваем корпус техническим феном, а затем располовиниваем по шву. Плата с одной стороны. За цифровой индикатор отвечает неизвестный контроллер. С другой стороны. На входе установлен мостовой выпрямитель ABS 10. Чип управления питанием FT8393ND1 в корпусе SOP-8. Установлен на первичной стороне трансформатора. Чип FT8370B на вторичной стороне. На каждом порту установлен чип быстрой зарядки UC2635. Он, управляя напряжением на линиях данных, подстраивается под мобильное устройство, обеспечивая ему максимальный зарядный ток. Заявлена поддержка Apple 2.1A / 2.4A, Samsung Galaxy Tab и BC1.2 & YD/T (замыкает контакты линий данных).Тестирование
Сначала я всегда проверяю наличие напряжения на контактах линий данных. Ведь его отсутствие сулит нам проблемы с зарядкой таких устройств, как Apple, Samsung и т.д. В данном случае, когда не подключена нагрузка, то на контактах D+, D- присутствует напряжение 2,7 В. Это означает, что устройства компании Apple беспроблемно смогут заряжаться током до 2,4 А. С остальными гаджетами в моей семье, также проблем не возникло — все берут по максимуму. Напряжение холостого хода (без подключенной нагрузки) — 5,24 В. И это хорошо, повышенное напряжение компенсирует потери в кабеле. При сравнении показаний цифрового индикатора и USB тестера выяснилось, что имеются небольшие расхождения: Uт=5,17 В/Uи=5,24 В; Iт=1,43 А/Iи=1,46 А. (т — тестер, и — индикатор зарядки). Лично я, не вижу ничего сверхъестественного — логично, что USB тестер далек от идеального средства измерения, ровно как и сам индикатор в зарядке + присутствуют потери в самом разъеме. Максимальная токоотдачаЗатем пустил в дело тестер ZKE Ebd usb и определил максимальный ток отсечки. Зарядка отлично держалась при нагрузке вплоть до 2,3 А, но далее напряжение начало сильно проседать. Итоговая кратковременная мощность на выходе составила - 11.9 Вт. Стабильная токоотдача
Для уверенности провел получасовой тест, нагрузкой в 2,2 А (при 2,3 А зарядка спустя пару минут уходила в защиту, снижая напряжение на выходе). Максимальная температура корпуса составила 47 градусов. Итоговая мощность 11,4 Вт.
+ Компактный корпус
+ Качественная сборка
+ Наличие цифрового индикатора напряжения и тока
+ Низкий нагрев при работе
+ Заявленные электротехнические характеристики соответствуют реальным
Управлять зарядом аккумулятора, и различные функции защиты будет выполнять контроллер заряда TP4056 . На нем установлен резистор R3, который отвечает за ток заряда батареи.
Номинал резистора R3 можно подобрать по таблице, представленной на третьей картинке, и получить нужный ток заряда, согласно документации к аккумулятору.
Автор заранее припаял к аккумулятору 18650 провода с разъемом, чтобы было проще подключать его к модулю заряда.
Как только к зарядному модулю подключен блок питания (обычное зарядное устройство для смартфонов), загорается синий светодиодный индикатор — «зарядка завершена».
После присоединения разряженной батареи к модулю — первый индикатор тухнет, и загорается второй — «батарея заряжается».
Проверив работу схемы, и отключив ее от блока и батареи, нужно припаять эмиттер транзистора к плюсовой площадке на модуле. Также припаивается свободная ножка резистора к индикатору завершения зарядки, как показано на фото.
Последней припаивается перемычка между минусом пищалки и отрицательным выводом модуля. Не обращайте внимания на красный цвет провода — это минус.
Все готово, если подключить модуль без батареи — должен сразу включиться звуковой сигнал. Значит схема работает верно.
Теперь можно присоединять батарею, и как только она зарядится — включится пищалка. Если звук от нее слишком громкий — отверстие можно заклеить кусочком скотча.
Благодарю автора за простую схему подключения звукового сигнала к зарядному модулю TP4056 .
Всем хорошего настроения, крепкого здоровья, и интересных идей!
Подписывайтесь на телеграм-канал сайта, чтобы не пропустить новые статьи.
Авторское видео можно посмотреть здесь.
Я поставил цель запилить максимально простой, но в то же время достаточно функциональный индикатор. Для отображения уровня заряда в нем используются 4 светодиода, логика работы проста:
- Горят 4 светодиода — заряд 100% — 75%, напряжение 4.2В — 3.9В
- 3 светодиода — 75% — 50%, напряжение 3.9В — 3.7В
- 2 светодиода — 50% — 25%, напряжение 3.7В — 3.5В
- 1 светодиод — 25% — 0%, напряжение 3.5В — 3.3В
Настройки и режимы работы
На гитхабе в разделе firmware лежат уже готовые «отполированные» мною бинарники прошивок (файлы all_leds.hex и single_led.hex), они рассчитаны на применение резисторов номиналами 18 кОм и 4.7 кОм в делителе напряжений. Но бывает так, что именно таких резисторов может не оказаться, либо может попасться кривой микроконтроллер (по даташиту у Attiny13A заявлена точность измерений ADC в районе 10%), тогда потребуется самостоятельно модифицировать и пересобрать прошивку для себя, сделать это можно в программе Atmel Studio.
Доступные для изменения настройки в прошивке:
UHI здесь задает порог напряжения, выше которого начинает работать индикация перезаряда, остальные (U100, U75, U50, U25) — пороги для зажигания соответствующих светодиодов. При напряжении ниже U25 срабатывает индикация низкого напряжения. Общая формула для вычисления этих пороговых значений в зависимости от номиналов резисторов и напряжения аккумулятора имеет вид:
Где Ubat — напряжение на входе, R1, R2 — значения сопротивлений резисторов делителя. В случае, если МК подключен через диод Шоттки, в формулу добавляется величина падения на диоде Ud:
Но, как я уже говорил, погрешность АЦП у этого типа МК довольно большая, поэтому занесенные мною в прошивку значения слегка отличаются от теоретических. В идеале можно добиться очень высокой точности, но только методом проб и ошибок на конкретном экземпляре микроконтроллера. Для использования индикатора в качестве простого показомера «заряжено» — «разряжено» подойдут и мои значения.
Помимо пороговых значений изменять можно еще 2 параметра: гистерезис UHYS и режим отображения USE_ALL_LEDS. Первый служит для предотвращения мерцания светодиодов при переходе через пороговые напряжения, чем выше значение — тем меньше вероятность мерцаний. Если никаких неожиданных миганий при работе индикатора вы не наблюдаете — то этот параметр трогать нет необходимости. Второй параметр, USE_ALL_LEDS, задает один из двух способов индикации: в случае наличия строки с этим параметром в индикации будут участвовать все «младшие» светодиоды, если же эту строку закомментировать или вовсе удалить — будет гореть только один светодиод, отвечающий за текущий уровень заряда. Как это выглядит — покажу дальше, а пока предлагаю приступить к сборке модуля.
DIY, DIY, DIY
В случае использования МК в исполнении DIP-8 удобнее всего собирать модуль навесным монтажом. В моем случае МК в SOIC-8, поэтому я буду делать плату буквально на коленке и покажу небольшой лайфхак, как можно легко от руки разводить платы для SMD. Первое, что нам для этого нужно — кусок текстолита, размером примерно 20x10мм:
Его даже не обязательно покупать, можно вырезать из ненужной платы какого-либо устройства, покрытые медью площадки такого маленького размера встречаются довольно часто. Далее шкурим и обезжириваем поверхность, затем примеряем наш МК:
Придерживая пинцетом, с помощью тонкого перманентного маркера наносим на будущую плату риски между контактами контроллера:
Так легко и просто мы получаем практически идеальное посадочное место под пайку, и так можно «обрисовать» практически любой SMD компонент:
Далее просто от руки дорисовываем места под резисторы делителя и выводы на светодиоды:
Осталось протравить нарисованную плату, сделать это легко и просто с помощью валяющихся у каждого дома ингредиентов, записываем рецепт:
- Пол рюмки перекиси водорода из аптечки
- Кидаем в нее половину чайной ложки поваренной соли
- Добавляем чайную ложку лимонной кислоты
- Перемешиваем до полного растворения компонентов, если плохо растворяется — смесь можно подогреть
Заливаем прошивку
В случае успеха на экране будет что-то типа такого:
Если ошибка — то проверяем в первую очередь провода и правильность установки софта/драйверов, правильность выбора COM-порта. По опыту скажу, что сломать Attiny при прошивке очень сложно, они практически не убиваемые. Ни внезапно отвалившаяся в процессе прошивки клипса, ни баги с софтом на компе ему не страшны. Единственное, чем можно запороть этот МК — это неправильными фьюзами.
Проверяем работоспособность
После удачной прошивки модуль должен сразу заработать, потому что на него подается питание через программатор. Для большей уверенности необходимо подключить его к регулируемому источнику питания и прогнать диапазон 3В — 5В и проверить, что все светодиоды и режимы индикации работают. За неимением ЛБП выйти из положения можно с помощью наборов различных элементов питания: при работе от одной CR2032 модуль должен мигать красным светодиодом, сигнализируя о слишком низком напряжении; при питании от 3xAA или 2xCR2032 должен напротив мигать белый светодиод, обозначая превышение допустимого для Li-ion напряжения. Если при проверке на ЛБП выясняются расхождения с заявленными пороговыми напряжениями и индикацией, то для повышения точности можно методом проб и ошибок найти более точные значения UHI, U100, U.
Примеры работы в гифках
Изменение напряжения от 4.2В до 3.3В и обратно:
Индикация превышения допустимого напряжения:
Те же примеры с удаленной из прошивки строкой USE_ALL_LEDS:
Индикация низкого напряжения:
Продолжаем DIY
Модуль прошит, проверен и отлажен, теперь осталось разместить его в напечатанном ранее корпусе. Вставляем плату:
Для надежности внутренности я залил эпоксидной смолой:
Как оказалось, сделал я это зря) Эпоксидка при застывании расширилась и немного повела корпус, для целей фиксации все же лучше использовать герметик или термоклей.
Переднюю часть для красоты шкурим и тем самым матируем:
Итоговый вид:
Разница в яркости немного портит впечатление, но при желании это можно легко решить.
Выводы
По функциональности самодельный модуль ни в чем не уступает покупным, и при этом имеет кучу преимуществ:
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, об одной интересной модификации «народного» зарядного модуля TP4056 на ток 3А и небольшом применении в качестве самодельной зарядки для лития. Будет небольшое тестирование и простенький пример изготовления зарядки из дешевых компонентов, поэтому, кому интересно, милости прошу под кат.
Итак, вот та самая модификация «народной» платки:
Применение данной платы:
Поставляется платка в обычном мелком пакете, до меня доехала за две-три недели. Внутри пакета была своеобразная защита – два склеенных листа пенополиэтилена, внутри которых и была платка:
Плата зарядки крупным планом:
По схемотехнике ничего сверхъестественного – просто взяли и запараллелили 4 контроллера TP4056, одновременно уменьшив максимальный зарядный ток для каждого контроллера с 1А до 750ma. Поначалу я не мог понять, почему максимальный зарядный ток всего 3А, ведь контроллеров то четыре, но приглядевшись, увидел не привычный 1,2Ком SMD резистор, а 1,6Ком. Причем во всех плечах стоит резистор 1,6Ком:
Напомню таблицу максимального зарядного тока в зависимости от номинала токозадающего резистора:
В нашем случае стоят резисторы по 1,6Ком для каждого контроллера, по 750ma на плечо. Следовательно, общий максимальный зарядный ток – 3А. Оно и к лучшему, меньше греется платка, да и 4А уже многовато. С другой стороны, если нужен зарядный ток 4А – меняем 4 резистора.
Регулировать общий зарядный ток подпайкой подстроечного/переменного резистора, скорее всего, не получится, ибо нужно задавать для каждого контроллера.
Итого, кому сложно или не хочет сам спаивать народные платки — неплохое решение проблемы.
Размеры платки:
Платка совсем небольшая, всего 65мм*15мм:
Вот сравнение с «народной» платой TP4056 на 1А, 18650 аккумулятором и холдером:
При необходимости можно откусить переднюю часть платы, на которую впаивается DC разъем и припаяться к контактам 5V+ или 5V-, либо напрямую к соответствующим дорожкам:
Так длина платки станет на 1 сантиметр короче. Ранее я уже переделывал народную платку, вот что получилось:
В нашем случае все просто до невозможности, ибо дорожки на печатной плате не страдают. Разумеется, кому необходим DC разъем – оставляем, либо подпаиваем его через провода к контактам 5V+ или 5V-. Разъемы microUSB и miniUSB здесь нежелательны, будут сильно греться, ибо не рассчитаны на такие токи. Да и незачем они, ибо в большинстве адаптерах стоит ограничение на 2,5А. Но с другой стороны, если адаптер не отключается при перегрузке, то мы экономим на дискретном блоке питания, ну и ток будет чуть меньше. Поэтому, решать вам…
Тестирование платки 4*TP4056 3A:
Теперь протестируем платку. Действительно ли она заряжает 3А? Для этого нам поможет ампервольтметр, который частенько мелькает в моих обзорах (замер тока заряда) и привычный мультиметр (замер напряжения на аккумуляторе). В качестве источника питания – импульсный БП S-30-5 на 5V/6A:
Как видим, заряд действительно идет постоянным током 3А (фаза СС), пока напряжение на банке не превысит 3,9V-3,95V, затем начинает плавно снижаться (начинается фаза CV). Как только напряжение на банке равняется 4,2V, цвет светодиода меняется на зеленый, означая, что заряд окончен. Хотя из-за инерционности ток продолжает еще течь:
После этого еще 10-15 минут ток снижается, при этом напряжение на аккуме 4,21V. Как только ток снизится до 150ма, контроллер полностью отключает заряд, напряжение на банке скидывается до 4,2V.
Практически «выжатую» банку Sanyo UR18650ZY 2600mah модуль зарядил за 75-80 минут. Ну что же, просто великолепно!
Небольшой пример сборки своего зарядника на 3А:
В качестве примера приведу пример постройки своего зарядного устройства из проверенных недорогих компонентов. Что нам для этого понадобится:
1)Непосредственно сама обозреваемая плата TP4056*:
Вот такие холдеры ни в коем случае не применяйте, 3А для них много:
Можно попробовать переделать дрянную зарядку, выпаяв все кишки:
Я рекомендую первый вариант, т.к. они с легкостью выдерживают 3А, ибо контакты на порядок лучше, да и имеют паз для провода.
3)Любой подходящий разъем: DC port* (поставляется в комплекте с платой), USB (не очень желательно), Molex* (при питании от компьютера), силовые модельные или автомобильные разъемы (какие найдутся под рукой):
В крайнем случае, можно вывести просто два провода и гонять все хозяйство на скрутке, как в моем случае, :-).
Нужен именно медный, а не омедненный. Определить легко – зачищаем ножом и если жилки начинают блестеть и не лудятся, значит, провод омедненный (алюминий покрытый медью). Рекомендую либо качественный акустический, либо бытовые, типа ШВВП.
5) Блок питания (БП) на 5V на 5-6A (с запасом). Я использовал БП S-30-5 на 5V/6A*:
Можно применить часто встречающийся БП на 12V на 2-3A, которые идут в комплекте к различным устройствам и понижающий DC-DC преобразователь на 5А (3А они стабильно держат). Но здесь есть пара минусов, ибо усложняется схема и повышается себестоимость зарядника. Поэтому, если нет в наличии подходящего БП, то используем БП компьютера. Дополнительная нагрузка в 15Вт ему не страшна, если, конечно, он и так не работает на пределе своих возможностей. Если есть в наличии свободный Molex разъем, то подцепить к нему переходник не составит труда. В таком случае нам нужны красный (+) и черный (-) провода.
Итак, с компонентами разобрались. Теперь непосредственно сборка:
Поскольку платка будет использоваться в другом устройстве и у меня уже есть хорошие высокотоковые зарядники, то самодельная зарядка мне не нужна, поэтому сборка, как говорится, на коленке (подпаивать разъемы я не буду):
Берем холдер для аккумулятора и вырезаем пластик на торцах для провода (на фото нижний паз):
Далее подпаиваемся с правой стороны к плюсовому контакту и укладываем провод в пазу:
Далее припаиваем минусовой выход платы (В-) к другому, минусовому выводу холдера, а проведенный в пазу провод – к плюсовому выходу платы (В+):
Потом припаиваем питающие провода с разъемами или без них, в зависимости от того, какой вариант вы выбрали. Трехногий светодиод изгибаем по своему усмотрению, но чтобы не коротнуть его выводы – натягиваем на них изоляцию от любого провода:
Закрываем плату пластиковой крышкой от кабель-канала или аналогичным кожухом и заматываем всеми известной изолентой, :-). Получается довольно кустарно, но главное работает:
Контрольная проверка, все работает:
Я не стал припаивать разъемы, а подключил напрямую к БП. Я же рекомендую припаять соответствующий разъем, который выдержит длительное протекание тока 3А. На этом у меня все…
- Надежная, проверенная годами элементная база;
- Высокий ток заряда;
- Возможность увеличения зарядного тока до 4А путем замены токозадающих резисторов;
- Небольшой размер;
- Простота монтажа и эксплуатации.
- Цена великовата;
- Платка не предназначена для зарядки последовательных сборок (2S, 3S, 4S и более не умеет);
- Требуется внешнее питание;
- Боится переполюсовки;
- Некоторая заторможенность последней фазы заряда (CV).
Вывод: полезная модификация народной платки TP4056* на большой зарядный ток, брать можно!
Читайте также: