Устройства, работающие от батарей, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Мы постоянно сталкиваемся с проблемами низкого заряда батарей, которые обычно случаются в середине дня. В особенности это касается мобильных телефонов, музыкальных и видео плееров, электронных книг и т.д. Иногда мы не можем оперативно найти источник электропитания, чтобы вставить в него AC адаптер или использовать USB-порт компьютера. В таких случаях вам на помощь придет работающее от батареи походное USB зарядное устройство. Оно получает питание от двух или трех батареек типоразмера AA или AAA, которые легко можно найти и носить везде с собой.

В данной статье подробно указаны все этапы процесса разработки и изготовления самодельного походного USB зарядного устройства. Мы начертим схему и печатную плату с помощью бесплатного инструментального средства SoloPCB. Данное мощное средство обеспечит выполнение всех требуемых этапов. После завершения разработки платы мы закажем ее изготовление с помощью сайта Mass Design, который имеет систему подачи заказов, интегрируемую в SoloPCB. После получения пустых плат мы запаяем компоненты, подадим питание и наконец, проведем тестирование и предоставим результаты производительности работы устройства.

Разработка электрической схемы

На рынке существуют различные типы батареек. Они делятся на две основные категории: первичные (не перезаряжаемые) и вторичные (перезаряжаемые) батарейки. Не перезаряжаемые батарейки также называются "одноразовые”, поскольку их нельзя использовать или перезаряжать после полного разряда. Их главным образом классифицируют как углеродно-цинковые, алкалиновые и литиевые в зависимости от их внутренней химической структуры.  Перезаряжаемые батарейки, как подразумевает их название, можно заряжать для повторного использования. К батарейкам данного типа относятся перезаряжаемые алкалиновые, никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металгидридные (MiMH), литий-ионные и свинцовые. Все эти батарейки имеют различное выходное напряжение в диапазоне от 1.2 В до 1.5 В постоянного тока.

Для питания данного зарядного устройства мы будем использовать NiMH перезаряжаемые батарейки, соединенные последовательно, что в результате обеспечит питание 2.4 В постоянного тока. Поскольку мы делаем USB зарядное устройство, то нам необходимо получить от платы выходное напряжение 5 В и ток 500 мА. Это означает, что необходимо установить DC-DC повышающий преобразователь, который будет преобразовывать 2.4 В в 5 В постоянного тока и способен постоянно обеспечить ток 500 мА. При поиске микросхемы повышающего преобразователя мы остановили свой выбор на LT1302-5 от компании Linear Technologies. Данная микросхема должна полностью удовлетворить всем нашим требованиям. Основные характеристики микросхемы постоянного 5 В DC/DC преобразователя следующие:

• 5 В при 600 мА от 2-батарейного источника питания
• Собственный потребляемый ток 200 мкА
• Логическое регулируемое выключение при 15 мА
• Низкое напряжение насыщения V_CESAT: типичное значение 310 мВ при 2 А
• Работа в режиме высокочастотных пульсаций при небольшой токовой нагрузке
• Линейная и нагрузочная переходная характеристика
• ИС доступна в 8-выводном корпусе SO или PDIP
• Работа от источника питания напряжением минимально 2 В

Судя по характеристикам, ИС LT1302-5 полностью подходит для наших целей. Поэтому основным компонентом нашего зарядного устройства будет микросхема LT1302-5. Даташит LT1302-5 предоставляет эталонную схему для 5В-600мА применения. Мы возьмем эту схему за основу.

Для того, чтобы начертить схему и печатную плату, как будет показано далее, нам понадобится программное обеспечение. Инструментальное средство SoloPCB является идеальным решением для этой цели. 

Рисунок 1 – Схема самодельного USB зарядного устройства

Рисунок 2 – Печатная плата без элементов

Сборка и тестирование

Список компонентов указан ниже. Все компоненты SMD-типа, поэтому вы должны иметь достаточный уровень опыта пайки. Вы можете легко найти и заказать компоненты в компаниях Farnell, Digikey, Mouser и т.д. На сайте AliExpress вы можете найти различные держатели для батареек типоразмера 2xAA, 3xAA, 2xAAA, 3xAAA, с крышкой или без, с выключателем или без него и т.д. Будет лучше, если вы имеете держатель для батарей с выключателем. Если его нет, то это не беда, поскольку собственный ток потребления схемы очень низкий и не превышает 200 микроампер.

Собранная схема показана ниже:

Рисунок 3 – Собранная схема – Вид спереди

Рисунок 4 – Собранная схема – Вид сзади

Пришло время протестировать плату. Нам нужно две батарейки типоразмера AA, поскольку держатель батареек предназначен для 2-х батареек такого типа. На данном шаге мы использовали две разные батарейки. Перезаряжаемую батарейку GP 2700 Series емкостью 2600 мА/ч и не перезаряжаемую алкалиновую батарейку Duracell MN1500.

Рисунок 5 – Перезаряжаемые батарейки Gp-2700 Series емкостью 2600 мА/ч

Полностью заряженные батарейки GP 2700 могут зарядить внутренний аккумулятор телефона iPhone 3GS на 85%. А батарейки Duracell MN1500 могут зарядить этот аккумулятор только на 20%.

Полностью заряженные батарейки GP 2700 могут зарядить аккумулятор телефона LG Optimus E420-II на 90%. А батарейки Duracell могут зарядить этот аккумулятор только на 25%.

Рисунок 6 – Заряд LG Optimus E420-II

Полностью заряженные батарейки GP 2700 могут дважды зарядить аккумулятор электронной книги Amazon Kindle. А батарейки Duracell могут зарядить этот аккумулятор только на 50%.

Рисунок 7 – Заряд Amazon Kindle

Проанализировав полученные результаты становится очевидно, что необходимо использовать перезаряжаемые батарейки, которые способны обеспечить более высокий уровень заряда. Емкость этих перезаражаемых батареек также играет важную роль. С другой стороны, схема допускает входное напряжение менее 5В постоянного тока. Следовательно, можно использовать 3xAA или 3xAAA батарейки, которые обеспечивают номинальное выходное напряжение 1.2 В каждая. В этом случае необходимо использовать держатель для батареек большего размера.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Обсудить статью на форуме