Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne

ghost666 17 Lis 2019 00:55 2424 7
  • Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne
    W poniższym artykule zaprezentujemy prosty i niedrogi sposób na stworzenie własnego przenośnego zasilacza do eksperymentów z mikrokontrolerami itp. Projekt opiera się na wykorzystaniu powerbanku - przenośnego zasilacza dla np. telefonów komórkowych. Zaprezentowany adapter to po prostu prosta płytka ze złączem micro-USB wyposażona w jeden rezystor bocznikowy, co zabezpiecza powerbank przed zwarciem. Dlaczego do wykorzystania powerbanku potrzebny jest nam dodatkowy adapter? Tego dowiemy się poniżej.

    Potencjalne problemy

    Power bank jest prawdziwym doskonałym towarzyszem eksperymentatora elektronika. Może on zapewnić standardowe zasilanie 5 V DC z takimi funkcjami jak np. ochrona przeciwzwarciowa oraz nadprądowa. Ponadto wbudowany zestaw akumulatorów litowo-jonowych można ładować przez zwykły interfejs USB z np. laptopa. Brzmi interesująco, ale istnieje niewielka trudność, którą należy rozwiązać, zanim wykorzystamy powerbank do zasilania naszych projektów.

    Po pierwsze urządzenia te wymagają pewnego minimalnego obciążenia elektrycznego, aby utrzymać zasilanie na stałym poziomie. Chociaż zapotrzebowanie to różni się w zależności od urządzenia, to 500 mW wydaje się wystarczać dla większości powerbanków. Gdy obciążenie spadnie poniżej 500 mW, powerbank pozostanie włączony jeszcze przez kilka sekund, ale ostatecznie wyłączy się, jeśli odpowiednio duża moc nie zostanie przywrócona. Ta funkcja służy do oszczędzania energii, ma jednak niekorzystny wpływ na wydajność niskoprądowego naszego projektu - mikrokontrolery zasilane przez powerbank często pobierają mniej niż 0,5 W. Istnieje w związku z tym ryzyko częstych cyklów zasilania lub resetu sprzętowego. Poza tym duży skok napięcia na początku każdego cyklu przełączania może ostatecznie nawet uszkodzić nasz mikrokontroler! Sprawdzonym rozwiązaniem jest podłączenie małego rezystora bocznikującego (pasywnego obciążenia) do wyjścia USB power banku.

    Założenia konstrukcyjne

    Poniżej zaprezentowano schemat obwodu małego, który wystarczy do współpracy z powerbankiem.

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    Zaobserwowano, że wykorzystany powerbank kiepsko stabilizuje napięcie w gnieździe USB w stanie bezczynności (gdy pobierany jest za mały prąd). Układ generuje wtedy napięcie około 4 V na gnieździe wyjściowym USB; napięcie to podnosi się do (i pozostaje na) 5,1 V DC w stanie aktywnym. Jeśli nie ma obciążenia na wyjściu układu, powerbank wraca do trybu bezczynności po około 10 sekundach. Po wielu próbach udało się odkryć, że minimalny prąd obciążenia, aby utrzymać układ w stanie aktywnym, wynosi około 70 mA przy napięciu 5 V DC. Wymaga to z grubsza opornika o rezystancji 68 Ω. Autor konstrukcji postanowił jednak zostawić pewien margines, więc wykorzystał opornik 56 Ω (o mocy 1 W) jako obciążenie.

    Napięcie wyjścia (dla zerowego obciążenia zewnętrznego) wynosi 4,98 V DC z tętnieniami na poziomie około 12 mV p-p (patrz: oscylogram poniżej).

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    Pierwsza konstrukcja

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    W pierwszym prototypie autor nie zainstalował kondensatora C1, ale Ty możesz - nie jest to wymagane ani odradzane. Często projekty oparte na mikrokontrolerach nie są zbyt energochłonne, dlatego nie musimy się martwić o szkodliwe tętnienia na liniach zasilania. Głównym czynnikiem powodującym tętnienia są gwałtowne skoki poboru prądu o wysokiej częstotliwości. Tętnienia do 100 mV p-p (przy prądzie obciążenia 1 A) mogą nie być problemem dla większości projektów związanych z mikrokontrolerem. Ponieważ elektronika powerbanku pracuje z częstotliwością kilku MHz, jeden wysokiej jakości kondensator ceramiczny jest prawdopodobnie dostatecznym wyborem do uzupełnienia istniejących (wewnętrznych) kondensatorów, biorąc pod uwagę ich wyższą pojemność i charakterystykę częstotliwościową sygnału. Dobierając ten element, zacznij od wartości 1 µF i zwiększaj do 10 µF, sprawdzając na jakim poziomie są tętnienia napięcia wyjściowego dla stałego prądu.

    Inne napięcia

    Wiele np. siłowników współpracujących z mikrokontrolerem, będzie wymagało napięć stałych wyższych niż 5 V. Na szczęście łatwo jest stabilizować z napięcia 5 V zasilanie 3,3 V (potrzebne w przypadku najnowszych mikrokontrolerów), ale zwiększenie go do około 12 V wymaga już skomplikowanej elektroniki. Zatem najłatwiejszym podejściem jest wykorzystanie gotowego modułu przetwornicy DC/DC podłączonego do wyjścia naszego adaptera.

    Jednym z tego rodzaju niedrogich modułów jest oparty na scalonym konwerterze step-up SX1308 1,2-MHz 2 A moduł firmy Suosemi Corporation, pokazany na zdjęciu poniżej.

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    Układ SX1308 ma szerokie funkcje, które obejmują m.in. wewnętrznie sterowany miękki start, aby ograniczyć ilość prądu wejściowego podczas uruchamiania, a także zabezpieczenie nadprądowe wyjścia. Układ ma architekturę regulatora doładowania o stałej częstotliwości pracy (1,2 MHz) z trybem stabilizacji napięcia z wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego. Całe działanie układu można zrozumieć przeglądając kartę katalogową modułu.

    Parametry techniczne modułu SX1308:

    * Napięcie wejściowe: 2–24 V DC
    * Napięcie wyjściowe: DC 2–28 V.
    * Prąd wyjściowy: 2 A (maks.), Sprawność 95%
    * Częstotliwość przełączania: 1,2 MHz
     
    Autor konstrukcji jakiś czas temu nabył moduł z SX1308. Podłączenie go do reszty konstrukcji nie sprawiło żadnego problemu i pozwoliło z łatwością używać tej konfiguracji do zasilania innych urządzeń. Moduł jest w stanie pracować z napięciem wyjściowym do 30 V bezpośrednio z wyjścia 5 V adaptera, ale z niewielkim prądem wyjściowym, szczególnie przy tym maksymalnym napięciu. Docelowo autor dostroił przetwornicę do zasilania obciążeń napięciem 12 V (od 500 mA do 1 A). Poniżej znajdują się zdjęcia wersji roboczej adaptera z przetwornicą DC/DC.

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    Idąc o krok dalej

    Jeśli chcecie pójść o krok dalej, możecie spróbować zbudować aktywne obciążenie dla powerbanku. Nie jest to proste, większość konstrukcji z Google nie działa zgodnie z obietnicami.

    Z drugiej strony istnieją sztuczki, aby oszukać wewnętrzny rezystor czujnika prądu (patrz następny rysunek) wewnątrz powerbanku. To już inna, bardziej skomplikowana historia; nie jest to takie łatwe, jak mogłoby się wydawać. Prosta zmiana rezystora pomiarowego prądu (zwykle montowane jest 0,1 Ω) nie będzie działać dobrze. Jeśli domyślasz się dlaczego, poniżej możesz napisać o swoich przypuszczeniach.

    Adapter DIY dla powerbanku - jak zasilać własne projekty elektroniczne


    Źródło: https://www.electroschematics.com/14255/diy-power-bank-adapter-for-electronic-projects/

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9436 postów o ocenie 7364, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • IGE-XAO
  • IGE-XAO
  • #3
    grawastar1986
    Poziom 14  
    Mam powerbank Xiaomi z 2016 roku który:
    ma gniazdo USB i micro-USB i może pracować jako UPS, jednocześnie się ładując i zasilając urządzenie z dowolnych gniazd
    nie potrzebuje być oszukiwany rezystorami itp., wystarczy wyprowadzić + i - i już mamy 5V 2A (zmierzone)
    posiada zabezpieczenie przeciwzwarciowe, przy zwarciu całkowicie się wyłącza i aktywuje dopiero po dostarczeniu napięcia ładowania

    Nie chcę aby zabrzmiało to jak chwalenie się, ale dobry powerbank nie potrzebuje takich dodatkowych modułów aby działał ;)
  • #5
    Euzebiusz23091998
    Poziom 15  
    Też posiadam produkt firmy z X w logo i 20000mAh, mój z kolei wymaga obciążenia, ale producent o to zadbał i można w nim wywołać tryb ciągłego uruchomienia, z myślą o ładowaniu starszych urządzeń. Ma też QC (chyba 3,0) więc można by jakimś modułem wywołać na nim nawet 20V bez dodatkowych przetwornic. Właśnie oglądałem filmik gościa "GreatScott!" Z youtube i prezentował tam taki bajer tylko na USB typ C, ciekawa rzecz do takich projektów by była :D
  • #6
    kmr
    Poziom 16  
    grawastar1986 napisał:
    Mam powerbank Xiaomi z 2016 roku który:
    ma gniazdo USB i micro-USB i może pracować jako UPS, j)


    Czy możesz opisać czego trzeba szukać w opisach aby takie funkcje były, może masz jakieś konkretne modele? To jest to o czym ciągle myślę.
  • #7
    grawastar1986
    Poziom 14  
    Model mojego power banku to: NDY-02-AN.
    Szczerze to kiedy go kupowałem, myślałem że każdy power bank działa tak samo jak ten :)
  • #8
    kkkamil
    Poziom 13  
    Adata PV120 (5Ah) również nie potrzebuje oszukiwania przy małych prądach. Polecam bo mały, zgrabny, 2 porty USB i ładuje urządzenia w trakcie ładowania powerbank a - to również nie jest takie oczywiste.

    Jedyna rzecz przy obciążaniu powerbanków małymi prądami - nie liczmy na prawidłowe wskazanie poziomu naładowania. Jest "full" do samego końca a potem nagły zgon.

    Pozdrawiam