Dc зарядное устройство. Настройка выходного напряжения и зарядного тока

Общая информация

USB-разъёмы подключения гаджетов

В последние годы заметно проявилась тенденция унификации разъёмов «данные/питание» разных гаджетов разных производителей (пожалуй, только Apple продолжает идти «своим путём»).
С целью минимизации размеров используются разъёмы mini-USB или micro-USB, имеющие по пять контактов и одинаковую цоколёвку.

Цоколёвка разъёмов и варианты подключения кабелей приведены в таблице ▼

Основному USB-стандарту соответствуют два кабеля:

• «Data-кабель» - используется для зарядки и информационного подключения к ПК в режиме «Slave»; в этом кабеле pin4 ни к чему не подключен (NC - not connected).

#) Во всех разрешающих зарядку (не OTG) случаях шины данных (D− и D+ ) используются двояко - в течение ~2-х секунд после появления внешнего напряжения питания на pin1 гаджет по потенциалам и свойствам линий данных определяет . «Знать» тип зарядного порта гаджету нужно для определения максимально допустимого тока для данного зарядного устройства (далее - ЗУ). После идентификации порта гаджет позволяет себе потреблять ток для работы/зарядки, а если порт оказался сигнальным (типов SDP или CDP ), то ещё и обмениваться данными в роли USB-периферийного (Slave) устройства.

• «Кабель OTG» - соединение pin4 (вход «Ident») c pin5 (GND) обычно осуществляется непосредственно в кабельной части разъёма и вынуждает гаджет работать в режиме «Host» - питать и обслуживать подключаемую периферию (мышь, флэш-накопитель, внешняя клавиатура и т.д.). Данный кабель не позволяет осуществлять внешнее питание или зарядку гаджета, имеющего режим USB-OTG. Стандарт BCv1.2 допускает возможность зарядки в Host-режиме USB-OTG устройства, опознающего порт типа ACA (уже не этим кабелем), но о существовании в природе таких устройств пока ничего не известно.

Пользуясь нестрогостью соблюдения стандарта многие производители гаджетов позволяют себе некоторые шалости по использованию контактов разъема без оповещения пользователей. Это обстоятельство затрудняет возможность замены штатного ЗУ на универсальное при утере/поломке штатного или при организации дополнительного поста зарядки. Например:

• «ЗУ DVR» - существует множество моделей автомобильных видеорегистраторов, питание которых может осуществляться двумя способами:
  1. При подключении стандартным data-кабелем регистратор «оживает», но не приступает к записи, а предлагает длинные занудные переговоры (через меню, с помощью кнопок) для объяснения регистратору что от него сейчас требуется.
  2. При подключении особенным кабелем «ЗУ DVR» (питание +5 V подается на pin4 ) такой регистратор сразу приступает к съёмке, что позволяет организовать его автоматическое включение в автомобиле при запуске двигателя.
• «Garmin», «ЗУ Motorola» - pin4 подключается к pin5 (GND) через резистор, величина которого задаёт гаджету режим работы/зарядки (см. статью « »).
• «ЗУ Glofish» (и наследники Glofish) - pin4 закорачивается на pin5 (GND) для разрешения потребления более 0.5 A (см. тему на форуме 4PDA).

К сожалению, легкодоступной информации по таким ухищрениям применительно к конкретным моделям гаджетов не существует - производители то ли хитрят, оберегая свой бизнес, то ли стесняются своих извращений. Встречаются только разрозненные и не очень чёткие упоминания на форумах. Остаётся надеяться, что сообщество пользователей отмобилизуется и создаст базу данных.

Пользовательские характеристики зарядных устройств (ЗУ)

Напряжение

ЗУ с USB-разъёмами подключения нагрузки номинируются на U вых =5 V и обычно реально соответствуют USB-спецификации – U вых =4,75÷5,25 V. (Хотя встречаются ).

Типичная схема низковольтной части качественного сетевого ЗУ ▼

Здесь HL – светодиод оптрона обратной связи, DA – параллельный стабилизатор, фактически использующийся в режиме компаратора. Полная схема стремится установить такое выходное напряжение U out , чтобы напряжение на выходе делителя R U /R L было равным внутреннему опорному напряжению U ref стабилизатора DA. Для стабилизаторов семейства TL431 U ref =2.5 V, для семейства TLV 431 – U ref =1.25 V. Величину U ref реально замерить цифровым вольтметром на включённом

#) Осторожно! Первичная сторона под высоким напряжением.

Для подъёма U out на ~10% необходимо изменить параметры делителя R U /R L так, чтобы напряжение на его выходе (точка соединения R U и R L) равнялось U ref не при 5,0 V на выходе ЗУ, а при ~5,5 V. Проще всего это устроить добавлением шунтирующего резистора R L -Ш. Его величина должна быть:

Для U ref =2.5 V: R L-Ш =5*R L ;

Для U ref =1.25 V: R L-Ш =7.5*R L ;

(Величину R L в конкретном ЗУ можно определить по его маркировке или реально замерить цифровым омметром на выключенном ЗУ и отключенной нагрузке).

#) Для ковыряния во внутренностях ЗУ хорошо бы иметь у него разборный (не склеенный) корпус.

Автомобильные ЗУ (АЗУ)

В автомобильных ЗУ обычно используются понижающие (Buck, StepDown) ШИМ-преобразователи. Типичная выходная часть схемы ▼

Здесь:
SW - выход встроенного силового ключа преобразователя;
C BS - ёмкость вольтодобавки, используется только для преобразователей с N-MOS (или NPN) силовым ключом;
VD 1 - клампирующий (фиксирующий) диод, используется только для простых (не синхронных) преобразователей;
C COR – ёмкость коррекции обратной связи (может не использоваться);
R U и R L - исходный делитель обратной связи, задающий величину выходного напряжения;
R L-Ш - корректирующий резистор, добавляемый для повышения выходного напряжения.

Полная схема стремится установить такое выходное напряжение U out , чтобы напряжение на выходе делителя R U /R L было равным внутреннему опорному напряжению U FB стабилизатора.

Величину U FB можно взять из data-sheet используемого преобразователя или реально замерить цифровым вольтметром на включённом и нагруженном ЗУ, через резистор 50÷100 kΩ (для обеспечения устойчивости схемы во время измерения).

Для подъема U out на ~10% необходимо изменить параметры делителя R U /R L так, чтобы напряжение на его выходе (точка соединения R U и R L) равнялось U FB не при 5,0 V на выходе ЗУ, а при ~5,5 V. Проще всего это устроить добавлением шунтирующего резистора R L -Ш. Его величина должна быть:

Для U FB =1.23 V: R L -Ш =7.5*R L - для преобразователей MC34063, LM2576, LM2596, ACT4070;

Для U FB =0.925 V: R L -Ш =8.2*R L - для преобразователей CX8505, RT8272, AP6503, MP2307;

Для U FB =0.80 V: R L -Ш =8.4*R L - для преобразователей AX4102, XL4005.

(Величину R L можно определить по его маркировке или реально замерить цифровым омметром на выключённом ЗУ и отключенной нагрузке).

Для снижения U out проще всего шунтировать R U .

Электроника гаджетов

Контроллеры зарядки

OZ8555/o2micro

(Используется в планшетах на RK3066 – Hyundai Hold X700, Window N101/YUANDAO N101; PIPO M1, PIPO Max-M8 pro, PIPO Smart-S2; CUBE U9GT3)

Содержит в своем составе DC/DC-преобразователь для зарядки аккумулятора и питания гаджета. Требует напряжения внешнего питания 5.5÷5.9 V (не менее 5.4 V на входе в гаджет) и используется в гаджетах с отдельным (не USB) разъемом зарядки.

Data-sheet на OZ8555 не нашел, но, похоже, у него порог срабатывания защиты от недостаточного напряжения питания UVLO (Under Voltage Lock Out) равен 5.1÷5.3 V вместо привычных для 5-вольтовых гаджетов 3.9÷4.5 V. такое свойство вполне бы объяснило некорректность работы от «чужой» зарядки, выдающей менее 5.4 V.

Обсуждение: 33 комментария

Здравствуйте.

У меня в стене от щитка проложен 0.6мм в диаметре кабель, две жилы, длина около 6-8 метров. Решил на стену повесить планшет и использовать этот кабель для зарядки. Но судя по приложению аmpere, во время включенного экрана сила тока заряда скачет от 600 до 200ма, средняч 250-300. При этом планшет не заряжаетмя, даже с выключенным экраном. Перепробовал все зарядки, результат один. Кстати, на конце кабеля у usb разъема со стороны планшета сделал перемычку дата + и -, до этого планшет вообще не определял зарядку. Далее, померял сопротивление замкнув контур со соторны планшета — получилось около 3.5-4 ом это туда и обратно обе жилы если замкнуть и померять с другой стороны. Прилично, видимо из-за этого и просаживается напряжение. Померял напряжение под нагрузкой в щитке (там скрутка) — 4.7В, при этом без нагрузки на конце планшета 5,15В. Под нагрузкой у планшета померять не могу.
А теперь собственно, вопрос — если я правильно понимаю физику, то для повышения тока мне надо поднять напряжение на блоке питания, вольт до 6-6.5, чтобы за вычетом потерь дошло 5.2,-5.4в, как думаете, прокатит такой фокус?

Доброго времени суток. Огромное спасибо за сайт.

А вы не находили информацию по принципу работы/опознаванию QuickCharge 2.0-3.0?

И что, если устройству с поддержкой такой зарядки, тупо дать 9 или 12 волmn на порт USB? Как думаете, какова будет реакция?

Я пробовал подавать на телефон Sony Xperia X от 4,9 до 6 вольт. Ток потребления в амперах при этом не изменяется. Более 6 вольт побаиваюсь подавать.)

Ответить

1. С этим делом на практике не сталкивался и не экспериментировал.

   Ответить

Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.

Вот эти компоненты:

Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в ), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.

Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.

Сборка зарядного устройства

Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора. Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.

Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:

1. Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
2. Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).

Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.

Настройка выходного напряжения и зарядного тока

На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.

Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.

Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.

Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.

Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.

Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.

Как заряжать аккумулятор

Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.

От генератора нельзя. Хороший результат – довести уровень зарядки до 70% от емкости. Однако и этого не удастся сделать, если тяговые батареи установлены на расстоянии дальше пяти метров от двигателя и подключены кабелями сечением 10 мм2.

В первую очередь заряжается поверхность аккумуляторной пластины, для проникновения тока вглубь требуется время, но поскольку пластины в аккумуляторе глубокого разряда толще чем в стартовом, заряд не успевает за время работы генератора распространится по всей толщине

Традиционный генератор автомобильного типа предназначен для зарядки стартовых аккумуляторов. Чтобы не перезарядить аккумулятор регулятор генератора поддерживает напряжение в электрической системе на уровне 14,0-14,4 вольт. Как только напряжение на поверхности аккумуляторных пластин повышается до 13,8-14,1 ток зарядки резко падает.

DC-DC зарядное устройство подключается между стартовым и тяговым аккумуляторами, получает на вход 12 вольт и заряжает 12, 24, 36 или 48-вольтовую аккумуляторную батарею

При отключенном генераторе продолжительность зарядки зависит от скорости проникновения заряда во внутренние области пластин. Но чем сильнее заряжается аккумулятор, тем медленнее выравнивается заряд между поверхностью и центральными слоями, и тем дольше генератор находится в выключенном состоянии, увеличивая время зарядки

Скорость зарядки можно увеличить, если повысить напряжение на выходе с генератора. Однако высокое напряжение перегреет аккумулятор, решетки покоробятся, а активный материал пластин осыплется.

Таким образом с одной стороны для быстрой зарядки тяговых аккумуляторов напряжение генератора должно быть выше, чем при зарядке стартовых батарей, а с другой длительная зарядка при повышенном напряжении вредит аккумулятору.

Если напряжение генератора увеличить на 0,8 вольта, ток «усваиваемый» разряженным до 50% емкости аккумулятором увеличивается в два раза. Это вдвое сокращает время зарядки.

• Даже мощному генератору автомобильного типа требуется не менее семи часов, чтобы зарядить разряженные тяговые аккумуляторы.
• DC-DC сокращает время заряда и восстанавливает аккумулятор до 80% емкости за 1-1.5 часа

Модели DC-DC устройств

Используют для зарядки тяговых аккумуляторов от генератора лодочного мотора или автомобиля. Для генератора устройство выглядит дополнительной нагрузкой, которая заставляет его выдавать максимальный ток в течении всего времени работы двигателя.

Получаемое на вход напряжение микропроцессор преобразует в четырехступенчатую кривую, по которой и происходит зарядка тяговых батарей. Постоянный ток во время первого этапа, сокращает время зарядки на 60% по сравнению с устройствами постоянного напряжения.

Устройства устанавливаются между стартовым и тяговыми аккумуляторами и включаются, когда напряжение на стартовой батарее вырастает до 13.3-13.6 вольт. После выключения двигателя, напряжение на стартовом аккумуляторе понижается и зарядное устройство прекращает работу.

Часть моделей DC-DC устройств работают как конвертеры постоянного напряжения, преобразуя 12-вольтовый выход генератора для зарядки 24, 36 или 48-вольтовых аккумуляторных батарей.

	BBW Pro Charge B	BBW	B2B Ultra	A2B
Установка		Между тяговым и стартовым аккумулятором	Между тяговым и стартовым аккумулятором	На выход генератора
Максимальный ток, А	25 (12 В), 13(24 В)	60, 120 (12 В)	30, 60, 70	12В — 80A / 130A /160A / 210A / 300A / 400A
Ограничение тока	да	да	да	—
Входное напряжение, В	12, 24	12, 24	12, 24	12, 24
Выходное напряжение, В	12, 24, 36, 48	12, 24	12, 24, 36, 48	12 или 24
Напряжение активации	13,3	13,3	13,3	Встроенный зарядный разделитель
Класс защиты	IP68	IP66	IP21
Охлаждение	—	Встроенный вентилятор	Встроенный вентилятор	3 Встроенных вентилятора
Автоматическое включение	Да	Да	Да	Да
Включение от зажигания(вручную)	Да	Да	Да	Да
Количество программ зарядки	4	9	9	9
Собственный профиль зарядки	—	—	Да	—
Десульфатация	—	Да	Да	Да
Температурная компенсация	—	Да	Да	Да
Компенсация напряжения	—	Да	Да	Да
Регулировка тока зарядки	—	С пульта	Да (установка 50%)	Нет
Ночной режим	—	С пульта	Да	Нет
Дистанционное управление	—	Опция	Опция	Опция

Устройства заряжают тяговые аккумуляторы в пять раз быстрее и добавляют им на 50% больше мощности по сравнению с традиционными системами зарядки.