Okres wakacyjno-urlopowy w pełni, jeździ się na weekendy pod namiot lub inną dzicz gdzie prądu zero, a smartfon dłużej niż 1-2 dni nie pociągnie bez ładowania. Dlatego pomyślałem, że mógłbym wykorzystać akumulatorki AA, których mam w domu sporo, do stworzenia powerbanka.
Generalna zasada jest prosta. Pakujemy akumulatorki w koszyk na baterię, podłączamy do przetwornicy, a następnie bezpośrednio do telefonu. Obawiam się jednak, że takie rozwiązanie zbytnio wydrenuje mi akumulatory, które jak wiadomo tego nie lubią. Dlatego postanowiłem użyć mikroprocesor kontrolujący stan akumulatorów.
Sercem układu będzie przetwornica step-up/step-down S7V7F5 (IC1) zasilana napięciem z zakresu od 2.7V do 11.8V. Napięcie wyjściowe ustawione jest na 5V. Maksymalny prąd 1A.
Akumulatory (BT1...BT8) będą zorganizowane w dwa pakiety połączone równolegle. Każdy pakiet stanowią cztery akumulatory połączone w szereg. Dzięki temu mogę rozładować pojedynczy akumulator nawet do ~0.7V (2.7V / 4). Oczywiście to byłaby przesada, ale lepiej mieć zapas. Natomiast dzięki dużej liczbie akumulatorów, będą one rozładowywane wolniej co jest dla nich bezpieczniejsze.
Wyjściem układu, do którego będzie podłączane ładowane urządzenie, będzie gniazdo USB (P1).
Mikroprocesor (U1) to prawdopodobnie ATmega8A w wersji TQFP (ze względu na 8 kanałów ADC), ponieważ mam ich kilka w zapasie. MCU będzie w pętli kontrolować napięcie na każdym akumulatorze (robiąc sobie przerwy na uśpienie). Gdy spadnie ono na jakimkolwiek akumulatorze z pakietu poniżej 0.9 (lub 1.0V - wyjdzie w praniu) to przełączy tranzystor (Q1 lub Q2) i odetnie cały pakiet. Gdy zostanie odcięty również drugi pakiet, to MCU straci zasilanie i ładowanie zostanie przerwane. Dzięki rezystorom podciągającym R1 i R2 na bramkach tranzystorów Q1 i Q2 (N-MOSFET) potencjał będzie dalej ściągany do masy, gdy wyłączający się MCU nie będzie w stanie ich wysterować. Dodatkowo, wyłączając drugi pakiet, MCU zatka również tranzystor Q3 uniemożliwiając pobór prądu z USB (P1).
Pozostaje jeszcze kwestia włączania i wyłączania układu. Będą do tego dwa osobne przyciski. Zwarcie przycisku J3 spowoduje, że MCU zamknie tranzystor Q3 i tym samym uniemożliwi pobieranie prądu z gniazda USB (P1), a następnie zamknie tranzystory Q1 i Q2 pozbawiając się zasilania.
Włączanie będzie nieco bardziej skomplikowane. Procedurę włączania zapoczątkowuje zwarcie przycisku J1. To spowoduje, że w układzie popłynie prąd i MCU zacznie działać. W tym czasie MCU sprawdzi stan wszystkich akumulatorów i jeżeli stwierdzi, że akumulatory się nadają, to odetka tranzystory Q1, Q2 i Q3 i zapali zieloną diodę D3. W takiej sytuacji puszczenie przycisku J1 nie odetnie zasilania. Natomiast jeśli MCU stwierdzi, że żaden z pakietów się nie nadaje do włączenia to tylko zapali czerwoną diodę D5. Ponieważ żaden tranzystor nie będzie odetkany, to puszczenie przycisku J1 spowoduje natychmiastowe wyłączenie układu.
Istnienie diod D1 i D2 jest oczywiste, ale napiszmy to. Dla zwartego przycisku J1 diody te nie mają znaczenia ponieważ ten przycisk ma włączyć oba pakiety. Natomiast gdy przycisk jest rozwarty, a diod by nie było, to nie dałoby się wyłączyć pojedynczego pakietu. Zatem diody niejako separują nam dreny tranzystorów Q1 i Q2.
Oprócz czerwonej i zielonej diody będą prawdopodobnie również zielone diody przy każdym akumulatorze (nie ma ich na schemacie). Aby oszczędzać energię domyślnie wszystkie będą zgaszone. Dopiero zwarcie przycisku J2 spowoduje ewentualne zapalenie się diod. Ewentualne ponieważ jeśli akumulator będzie rozładowany to MCU nie zapali przy nim zielonej diody. To pozwoli wyciągnąć rozładowane akumulatory i zastąpić je nowymi - naładowanymi. Żeby nie mnożyć przycisków J2 będzie zintegrowany z przyciskiem włączania układu J1 (fizycznie to będzie jeden taktswitch z czterema wyprowadzeniami czyli włącznik dwuobwodowy). Włączonego układu już bardziej włączyć się nie da. Natomiast jeśli będzie wyłączony to go włączy i pokaże stan akumulatorów, co moim zdaniem jest intuicyjnym i eleganckim rozwiązaniem.
Na schemacie jest jeszcze dioda D4, która obecnie nie ma zastosowania, więc się nie nie przejmujcie. Generalnie D3...D5 to będzie dioda RGB, co może mi się kiedyś przydać (żeby na przykład pokazać, że akumulatory są bliskie rozładowania i/lub jeden pakiet został odłączony itp).
Jak widzicie sam schemat jest dość prosty. Mam nadzieję, że całość będzie hulać. Co sądzicie? Zastanawiam się między innymi nad tranzystorami Q1 i Q2 czy dałem właściwe (N-MOS) i we właściwym miejscu (przed akumulatorami)? Bramki tranzystorów są podłączone bezpośrednio do MCU bez pośrednictwa progów prądowych, ponieważ wydają mi się tutaj zbędne. Dałem tylko rezystory ograniczające prąd do bezpiecznej wartości dla MCU.
Generalna zasada jest prosta. Pakujemy akumulatorki w koszyk na baterię, podłączamy do przetwornicy, a następnie bezpośrednio do telefonu. Obawiam się jednak, że takie rozwiązanie zbytnio wydrenuje mi akumulatory, które jak wiadomo tego nie lubią. Dlatego postanowiłem użyć mikroprocesor kontrolujący stan akumulatorów.
Sercem układu będzie przetwornica step-up/step-down S7V7F5 (IC1) zasilana napięciem z zakresu od 2.7V do 11.8V. Napięcie wyjściowe ustawione jest na 5V. Maksymalny prąd 1A.
Akumulatory (BT1...BT8) będą zorganizowane w dwa pakiety połączone równolegle. Każdy pakiet stanowią cztery akumulatory połączone w szereg. Dzięki temu mogę rozładować pojedynczy akumulator nawet do ~0.7V (2.7V / 4). Oczywiście to byłaby przesada, ale lepiej mieć zapas. Natomiast dzięki dużej liczbie akumulatorów, będą one rozładowywane wolniej co jest dla nich bezpieczniejsze.
Wyjściem układu, do którego będzie podłączane ładowane urządzenie, będzie gniazdo USB (P1).
Mikroprocesor (U1) to prawdopodobnie ATmega8A w wersji TQFP (ze względu na 8 kanałów ADC), ponieważ mam ich kilka w zapasie. MCU będzie w pętli kontrolować napięcie na każdym akumulatorze (robiąc sobie przerwy na uśpienie). Gdy spadnie ono na jakimkolwiek akumulatorze z pakietu poniżej 0.9 (lub 1.0V - wyjdzie w praniu) to przełączy tranzystor (Q1 lub Q2) i odetnie cały pakiet. Gdy zostanie odcięty również drugi pakiet, to MCU straci zasilanie i ładowanie zostanie przerwane. Dzięki rezystorom podciągającym R1 i R2 na bramkach tranzystorów Q1 i Q2 (N-MOSFET) potencjał będzie dalej ściągany do masy, gdy wyłączający się MCU nie będzie w stanie ich wysterować. Dodatkowo, wyłączając drugi pakiet, MCU zatka również tranzystor Q3 uniemożliwiając pobór prądu z USB (P1).
Pozostaje jeszcze kwestia włączania i wyłączania układu. Będą do tego dwa osobne przyciski. Zwarcie przycisku J3 spowoduje, że MCU zamknie tranzystor Q3 i tym samym uniemożliwi pobieranie prądu z gniazda USB (P1), a następnie zamknie tranzystory Q1 i Q2 pozbawiając się zasilania.
Włączanie będzie nieco bardziej skomplikowane. Procedurę włączania zapoczątkowuje zwarcie przycisku J1. To spowoduje, że w układzie popłynie prąd i MCU zacznie działać. W tym czasie MCU sprawdzi stan wszystkich akumulatorów i jeżeli stwierdzi, że akumulatory się nadają, to odetka tranzystory Q1, Q2 i Q3 i zapali zieloną diodę D3. W takiej sytuacji puszczenie przycisku J1 nie odetnie zasilania. Natomiast jeśli MCU stwierdzi, że żaden z pakietów się nie nadaje do włączenia to tylko zapali czerwoną diodę D5. Ponieważ żaden tranzystor nie będzie odetkany, to puszczenie przycisku J1 spowoduje natychmiastowe wyłączenie układu.
Istnienie diod D1 i D2 jest oczywiste, ale napiszmy to. Dla zwartego przycisku J1 diody te nie mają znaczenia ponieważ ten przycisk ma włączyć oba pakiety. Natomiast gdy przycisk jest rozwarty, a diod by nie było, to nie dałoby się wyłączyć pojedynczego pakietu. Zatem diody niejako separują nam dreny tranzystorów Q1 i Q2.
Oprócz czerwonej i zielonej diody będą prawdopodobnie również zielone diody przy każdym akumulatorze (nie ma ich na schemacie). Aby oszczędzać energię domyślnie wszystkie będą zgaszone. Dopiero zwarcie przycisku J2 spowoduje ewentualne zapalenie się diod. Ewentualne ponieważ jeśli akumulator będzie rozładowany to MCU nie zapali przy nim zielonej diody. To pozwoli wyciągnąć rozładowane akumulatory i zastąpić je nowymi - naładowanymi. Żeby nie mnożyć przycisków J2 będzie zintegrowany z przyciskiem włączania układu J1 (fizycznie to będzie jeden taktswitch z czterema wyprowadzeniami czyli włącznik dwuobwodowy). Włączonego układu już bardziej włączyć się nie da. Natomiast jeśli będzie wyłączony to go włączy i pokaże stan akumulatorów, co moim zdaniem jest intuicyjnym i eleganckim rozwiązaniem.
Na schemacie jest jeszcze dioda D4, która obecnie nie ma zastosowania, więc się nie nie przejmujcie. Generalnie D3...D5 to będzie dioda RGB, co może mi się kiedyś przydać (żeby na przykład pokazać, że akumulatory są bliskie rozładowania i/lub jeden pakiet został odłączony itp).
Jak widzicie sam schemat jest dość prosty. Mam nadzieję, że całość będzie hulać. Co sądzicie? Zastanawiam się między innymi nad tranzystorami Q1 i Q2 czy dałem właściwe (N-MOS) i we właściwym miejscu (przed akumulatorami)? Bramki tranzystorów są podłączone bezpośrednio do MCU bez pośrednictwa progów prądowych, ponieważ wydają mi się tutaj zbędne. Dałem tylko rezystory ograniczające prąd do bezpiecznej wartości dla MCU.
Wygląda na to, że punkty 0, 2 i 3 załatwią dwie diody prostownicze - po jednej na wyjście każdego pakietu (schemat poniżej). Dobrze kombinuję?
