Автомобильный зарядник для телефона своими руками

Собрались мы как то с товарищем DRIVER-6307 пивка попить. А заодно, хотели разобраться почему у него Экшн-камера www.drive2.ru/l/9743390/ (используется в качестве регистратора) находясь на зарядке — разряжается… Питание брали с вот такой «пимпочки» в прикуриватель (типа 2.1А + 1.1А),

покупали вместе, у меня тоже таких 2-е штуки.
Проверяли как работает путем подключения амперметра перед самим прикуривателем, что меня удивило показания амперметра выше 0.5 ампера не поднимались! Также мы выяснили что два литра пива нам мало что при подключении того же самого устройства другим кабелем питания ток выростает на 30%!.. Короче сказал я Боде, кабель у тебя «ГОВНО», а он мне отвечает: «Мы же вместе покупали)))…» И тут я понял, что теперь я угощаю!))))…
Но все равно не давал мне покоя вопрос — почему только до 0.5А и выше не растет? Мы ведь подключал свой телефон, десяти дюймовый планшет на максимальной яркости и все такое…
В общем появилась у меня возможность поехать радио-рынок — попить кофе с моими знакомыми…
И рассказали они мне о том, что в большинстве этих «пимпочках» стоят слабые микрухи, которые можно менять на более мощные… В результате чего мощность оных выростает с 0.5А до 0.7А.
Но я хотел иметь больший запас…
И купил вот эти стабилизаторы напряжения до 3А каждый… + USB мамы и по совету одного «профессора» конденсаторы повышенной емкости для подавления помех. Помогло относительно — помехи на радио остались, но стали меньше чем от «пимпочки»…

Собрал на монтажной плате
По совету драйвовчан на правой паре выходов USB замкнул междусобой D+ и D- (для самсунгов и китайцев), а на левой паре в каждом выходе USB D+ подключил через сопротивление 3.3 кОм к ACC и D- подключил через сопротивление 3.3 кОм на GND (для Iphone) — скорость зарядки выросла.

Подключал по одному сдвоенному USB на каждый стабилизатор в отдельности. Вольтаж выставил на 5.3 и 5 вольт.
Втулил светодиод через сопротивление в 1 кОм (в наличии оказался только переменный)

Подключил от АКБ, через предохранитель и реле, управление рэллюшкой взял с прикуривателя (включается при повороте ключа в положение «ACC».

Фото конечного результата:

ИТОГ: май фай в машине заряжается за полтора часа, причем одновременно с телефоном, а раньше от 4-х до 6-ти, существенного нагревания не заметил.
Я ИСПОЛЬЗОВАЛ ШИМ СТАБЫ, ГОВОРЯТ, ЧТО ОНИ САМИ ПО СЕБЕ ДАЮТ ПОМЕХУ, А ЛИНЕЙНИКИ — НЕТ, МОЖЕТ СТОИЛО ПОИСКАТЬ?
П.с.: С паяльником дружу, но фазу на автомобильном аккумуляторе иногда путаю))) Так что не судите строго.
Всем ровных дорог!

Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.

ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).

Автор, нафига все это?

Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.

Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который

сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я»,

проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.

Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: » Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины.»

Что нам понадобится

1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.

Ebay цена 1,59 USD

2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.

Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.

3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.

4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.

5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.

6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.

Собираем зарядку

1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:

*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.

Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.

2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.

3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).

Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате

4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:

Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:

У меня получилось так:

Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.

Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.

Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»

5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.

6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!

7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.

Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:

В Машине это выглядит так:

Тесты

Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.

Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).

Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.

К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).

Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.

Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.

Процесс зарядки и выводы

Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:

График усреднен и может варьироваться для разных устройств .

Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.

Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А

Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.

В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.

В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!

P.S.:
1. Текст может содержать пунктуационные, грамматические и смысловые ошибки, об оных прошу сообщать в личку.
2. Мысли, идеи, технические поправки и ЦУ от более опытных товарищей — напротив приветствуются в комментариях.
3. Прошу прощения за возможные технические неточности, т.к. электроникой и схемотехникой до недавнего времени я не занимался.
Спасибо за внимание, Всем удачи и неиссякаемого оптимизма!

Надоели в автомобиле вечно болтающиеся зарядки с проводами, да и в  продаже много зарядных, но не все они так хороши, и надежны. Бывает горят, и выходят из строя. А если пробьет управляющий транзистор, то 12 В окажется на выходе вместо 5 В, и прощай гаджет.

И пришла идея — собрать зарядное для телефона своими руками.

Требования:

1. Входное напряжение для 12 В и 24 В бортовой сетью.
2. Стабильный выход 5 В;
3. Выходной ток 2-3 А;
4. USB выходы — 2 шт.;

Посмотрев документацию на микросхему LM2596  со стабилизацией напряжения 5 В, и током до 3 А. Максимальное входное напряжение 40 В, значит это зарядное можно использовать  не только с бортовой сетью 12 В, но и автомобилях, на борту у которых  24 В. Вот с неё мы и будем делать.

Схему взял из даташита на LM2596 .Некоторые телефоны отказываются заряжаться, а потому , что в оригинальных зарядных установлены делители напряжения. Что бы нам сделать тоже так, мы установили резисторы R1-R10. Для разной марки телефона установлены резисторы разных номиналов.

Монтаж выполнил с применением SMD компонентов на двухстороннем текстолите. Размер платы 19*43мм

Верхняя сторона

Нижняя сторона

Детали паял паяльной пастой, очень уж удобно работать с ней. Выдавливал из шприца на контакты, где будут расположены радиодетали, наносить совсем понемногу.  После нанесения пасты установил все компоненты на свои места, самое главное не перепутать. А то в лучшем случае зарядник не заработает, а в худшем будет «БА-БАХ», ну может и не будет, и все таки какая ни будь элемент выйти из строя, и тогда будет долгая пляска с бубном, искать в чем проблема.

Установили компоненты, еще раз правильность расположения деталей, включаем фен, ну не для укладки волос конечно, фен от паяльной станции и прогреваем плату. В процессе поправляем компоненты зарядного, если они съехали с места.

Вместо фена можно воспользоваться утюгом. Закрепляем его подошвой вверх, устанавливаем плату с элементами, включаем утюг, смотрим чтобы не перегреть, когда олово расплавилось — снимаем с утюга. После как плата остыла, впаиваем остальные компоненты. Подаем напряжение на вход 12 вольт — заряд идет, повышаем до 30 вольт, все работает.

Устройство в наладке не нуждается.

Зарядное встроенное в панель на Chevrolet Niva рядом с прикуривателем

Компоненты для устройства

Скачать архив автомобильного зарядного устройство для телефона. В архиве схема, верхний и нижний слой, расположение элементов на плате, и файл Gerber

Возникла идея сделать самому USB зарядное устройство в авто. Но не простое, а такое, чтобы отдавало электроэнергию через некоторое время после отключения-переключения питания.
Если заглох, завел или заглушил машину — подключенное устройство не отключалось и не загружалось заново,

Вариант с литиевым аккумулятором не очень подходил — работать будет долго, мне достаточно небольшое время 30-60 сек. Отрицательные температуры в авто зимой и постоянные зарядки-разрядки не очень способствуют использованию литиевых батареек. Подумал собрать батарею на конденсаторах большой емкости. Но расчеты показали, что для достаточного времени работы придется собрать приличную батарею, много места будет занимать и стоить она будет дорого.

И тут попалась статья по суперконденсаторы, Ёмобиль и прочее. Для экспериментов была заказана парочка указанных суперконденсаторов на 2 фарады и на 5.5 В. Заказывал у другого продавца — у моего закончились. Другого указал в шапке. Много кто на eбее и али их продает.

Про чудо-устройства — суперконденсаторы или ионисторы, их плюсы и минусы можно почитать на википедии — ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

Пришли боченки. Проверил блоком питания лабораторным. Работают. Спаял их параллельно и начал эксперименты. У ионисторов ESR отличный. Internal resistance < 0.1 ohm

Решил для простоты подключить к платке зарядки для литиего аккумулятора. В принципе, работает. Но одно НО. Пока напряжение на конденсаторах не станет 2.5 В плата заряжает конденсаторы очень долго маленьким током. Потом зарядка идет быстро до 4.3 В. Не годиться. Слишком долгий заряд и не полностью емкость используется.

Тогда поступил по-другому.

Взял две платки.
Первая преобразователь с 3V до 5V 1A (по факту работает от 2.5 В) — вот такая

ebay.com/itm/371018112347

Подключил к ней два ионистора параллельно (на вход платы вместо аккумулятора).

Вторая платка — маленький «народный» преобразователь напряжения:

ebay.com/itm/191674570601

К входу этой платки подключил лабораторный блок питания и выставил на блоке питания 14 В (напряжение бортовой сети в автомобиле), а на выходе платки — для начала напряжение 5.5 В.

Потом к выходу этой платки через диод шоттки 1N5817 (чтобы ионистор не отдавал энергию на маленькую платку) подключил первую плату с запаянными ионисторами.

Включил все. Выставил на маленьком зеленом преобразователе напряжение, такое чтобы суперконденсаторы заряжались до 5 В. Получил такие замеры напряжения:

Входное с БП: 14 В
После маленькой зеленой платы: 6.15 В
На ионисторах: 5.2 В
На USB выходе устройства: 5 В

Подключил нагрузку 5В 0.5 А (нагрузка скачет от 0.3 до 0.6 А)
Токи:
на заряженном ионисторе 0.64А
на входе зеленой (выход БП — 14 В) платки 0.5 А

После отключения питания на лабораторном блоке питания устройство-нагрузка нормально работает 26 секунд. потребляет ток около 0.5 A. Потом отключается. На суперконденсаторах осталось 2.2 В.

Включаем питание — устройство-нагрузка успешно работает потребляя ток около 0.5 А (0.3-0.6 А), ионисторы заряжаются 31 секунду и все работает дальше. При этом в момент включения блока питания, сила тока на выходе БП, где выставлено 14 В достигает 2.8 А и очень быстро падает до 1 А. Потом, когда ионисторы зарядятся, падает до 0.5 А.

Если напряжение питания понизить до 12 В, все работает почти так же. Небольшие изменения по току на выходе БП. Остальная схема работает в таком же режиме.

Пробовал убрать зеленую плату, выставил на БП 5.1 В и подал электричество через диод на ионисторы и преобразователь — сила тока на БП в начало зарядки подскакивает до 5А, а устройство работает всего 10 сек. Не вариант. Поэтому остановился на напряжении в 14 В и использовании зеленой платки.

Припаял гнездо «папу» с предохранителем на 3А в прикуриватель, вмонтировал все это в коробочку. Закрепил термоклеем. Обязательно закрепить термоклеем подстроечник на зеленой платке. Хитрая зарядка в авто готова. Испытал в авто — работает.

Спасибо за внимание.

Схема зарядного устройства показана на рисунке 2, это DC-DC преобразователь, дающий стабильное напряжение +5V при токе до 0,5А, и входном напряжении в пределах 7-18V. Посмотрев на схему, может возникнуть вопрос, — зачем такие сложности, когда, казалось бы, можно обойтись одной «кренкой»? Вопрос справедливый.

Действительно, аналогичное зарядное устройство можно сделать, например, по схеме на рисунке 1. И такая схема будет работать. Но, обратите внимание на то, что КР142ЕН5А это обычный линейный стабилизатор, и при входном напряжении 12V и токе нагрузки 0,5А мощность, которая будет рассеиваться на регулировочном транзисторе микросхемы КР142 ЕН5А может быть более 6W.

Микросхема будет нагреваться, потребуется достаточно объемный и тяжелый радиатор. Не говоря уже о низком КПД такой схемы.

Принципиальная схема

Рис. 1. Схема стабилизатора напряжения на +5В.

Рис. 2. Схема DC-DC преобразователя напряжения на микросхеме MC34063A.

Схема, показанная на рисунке 2 работает как импульсный источник, и при нормальном режиме работы рассеивает очень незначительную мощность.

Здесь совершенно нет ничего, чему требуется отвод тепла. Кроме того, что она имеет очень высокий КПД, такая схема позволяет собрать адаптер в виде очень легкой и компактной конструкции.

Конечно, есть и минус, — схема значительно сложнее, содержит много деталей, суммарная стоимость которых существенно больше цены КР142ЕН5А и пары конденсаторов.

Подключается «зарядка» к прикуривателю автомобиля. Диод VD1 на всякий случай защищает схему от неправильной полярности входного напряжения (вдруг прикуриватель меняли, и подключили неправильно). Стабилитрон VD2 — защита от коротких импульсов высокого напряжения, которые могут быть в сети не очень нового автомобиля.

На микросхеме А1 собраны основные узлы преобразователя, — генератор импульсов, регулятор их ширины и измерительный компаратор, сравнивающий выходное напряжениє с опорным, вырабатываемым внутренним стабилизатором микросхемы.

Вход компаратора, — вывод 5. На него подается напряжение с выхода схемы через делитель на резисторах R4-R6. Коэффициент деления зависит от положения движка подстроечного резистора R5. Этим резистором при настройке преобразователя устанавливают требуемое выходное напряжение (в данном случае это 5V).

Детали и печатная плата

Диод VD1 — любой выпрямительный кремниевый диод с допустимым прямым током не ниже 0,7А. VD2 — стабилитрон средней мощности, с напряжением стабилизации 20-30V.

VD3 — диод с барьером Шоттки с допустимым прямым током не ниже 2А. VD4 -стабилитрон средней мощности с напряжением стабилизации 5,0-5,6V. HL1 — любой индикаторный светодиод.

Обратите внимание, — у всех диодов и стабилитронов, типы которых указаны на схеме, пояском на корпусе отмечен КАТОД.

Конденсаторы С1 и С4 любые электролитические малогабаритные, например, К50-35 или JAMICON, с допустимым напряжением С1 — не ниже 20V, С4 — не ниже 6,ЗV.

Резисторы — обычные. Резисторы R1, R2, R3 можно заменить одним резистором мощностью 1W и сопротивлением 0,3 От. Резистор должен быть непроволочным.

Катушка L1 намотана на ферритовом кольце диаметром 16 мм, для намотки используется провод ПЭВ — 0,47. Число витков — 80. Намотка равномерно распределена по всей окружности кольца.

Все детали помещены на печатную плату, монтаж и разводка которой показаны на рисунке 3. Плата помещена в пластмассовый корпус размерами примерно 120x30x20 мм.

Рис. 3. Печатная плата для схемы преобразователя напряжения.

Со сторон торцов выходят два кабеля, один из которых оконечен стандартным разъемом для подключения переносной лампы к автомобильному прикуривателю, а второй -таким штекером, как у зарядного устройства вашего мобильного телефона.

Если все детали исправны и нет ошибок в монтаже, налаживание — это только регулировка выходного напряжения резистором R5.

Такую же схему можно использовать и для зарядки батареи МР-3 плейера, например, сделав выходной кабель с USB-разъемом можно заряжать аккумулятор МР3 плейера iPOD или другого аналогичного.

В принципе, на корпусе зарядного устройства можно установить какой-то разъем в качестве Х2, например, USB (+5V на контакт 1, -5V на контакт 4), и сделать несколько сменных кабелей (для телефона, радиостанции, МР-3 плейера и др ). Если нужно другое напряжение, соответственно, перенастройте делитель R4-R5-R6 и замените стабилитрон VD4.

Кулешов М. РК-02-08.