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.
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).
Pierwsza konstrukcja
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.
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.
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.
Źródło: https://www.electroschematics.com/14255/diy-power-bank-adapter-for-electronic-projects/
Cool? Ranking DIY
