Вампирчик цифра v 6

Будь Свободен От Розетки (© 😉

Накопитель на Li-Ion аккумуляторах "Вампирчик-Цифра" v.5 (вело).

Данный накопитель является расширенной версией накопителя "Вампирчик-Цифра v.4".

В данном накопителе, при сохранении всех возможностей предыдущей версии"Вампирчика", добавлены следующие улучшения:

• Появился встроенный выпрямитель с ограничителем напряжения.
• Появились защиты входов и выхода от перепутки полярности.
• Увеличилась в 1.5 раза скорость зарядки.
• Увеличилась на 20% выходная мощность.
• Обновилась прошивка контроллера, теперь есть возможность заряжать любые внешние аккумуляторы с напряжениями от 3.7 до 15В. Порог срабатывания отключения можно выбирать произвольный.
• Пользователь может выбирать назначение нажимной колодки "запасного входа" – либо это контакты внутреннего аккумулятора, либо вход повышающей схемы.
• Появилась возможность настройки на рабочую точку не только батарей 6 и 12В, но и с 17В рабочим напряжением. Да и сама возможность зарядки от таких батарей, т.к. поднялся до 25В порог входных напряжений.

На индикатор накопителя можно вывести следующую информацию:

• Выходное напряжение
• Выходной ток
• Напряжение на входе зарядки
• Напряжение на "запасном" входе
• Напряжение на встроенных аккумуляторах
• Уровень зарядки встроенных аккумуляторов в процентах
• Уровень зарядки заряжаемых внешних аккумуляторов в процентах
• Дополнительные текстовые подсказки

Инструкцию по эксплуатации накопителя "Вампирчик-Цифра" можно скачать отсюда. (MSWord)

Недавно в DIY проскакивала статья о мобильной USB зарядке. Хотелось бы рассказать о похожем универсальном устройстве на двух Li-ion аккумуляторах, представленном в виде готового решения.

Предисловие

Давно задумывался о покупке устройства данного класса. В самые важные моменты, редко, но садился телефон. В походах нечем было подпитать навигатор, а в рюкзаке всегда находилось несколько комплектов аккумуляторов для фотоаппарата.
Можно найти много устройств от самых маленьких с солнечными батарейками, до гигантов питающих ноутбуки. Был составлен список требуемых характеристик, по которому отобрано несколько кандидатов. В поисках обзоров и фото вскрытий я наткнулся на сайт Николая, который сам разрабатывал и собирал накопители Вампирчик. Цена устройства — 2500р.

Доставка

После короткой переписки и ожидания, посылка была отправлена удобным мне способом – EMS почтой. Через несколько часов после отправки, мне была выслана копия квитанции и трек номер. За 11 дней посылка преодолела расстояние в 1000км. Еще потребовалось 4 дня, чтобы курьер не смог преодолеть расстояние в два квартала и, улучив свободный момент, получил ее сам.

Характеристики

1. Входное напряжение от 5В до 25В
2. Выходное стабилизированное напряжение: 5.4В; 9.5В; регулируемое 3В. 15В (2 канала)
3. Выходной ток до 0.5А, до 1.5А при 5В(выбирается джампером, внутренний ограничитель)
4. Выходная мощность до 10Вт
5. Потребляемая мощность до 9Вт
6. Внутренний Li-Ion аккумулятор 3.7В, 2200мАч 2шт
7. Встроенный контроллер, для измерения различных напряжений и обеспечения зарядки внешних аккумуляторов
8. Индикация
9. Наличия выходного напряжения
10. Наличия выходного тока
11. Наличия зарядного тока
12. Конца заряда встроенного аккумулятора
13. Наличия напряжения 4.5. 6В на USB-А выходе
14. Цифровой индикатор (многорежимный)
15. Фонарь
16. Защита внутренних аккумуляторов от перезаряда, переразряда, ограничением макс.тока потребления от него
17. Возможность работы без потребления от встроенного аккумулятора, как повышающего стабилизатора напряжения (при входных напряжениях от 3 до 5В
18. Входные разъемы — мини-USB, круглый 2.1х5.5мм, круглый 3.5х1.1мм (для переменного тока)
19. Выходные разъемы — USB-А, круглый 1.1х3.5мм (Nokia), круглый 2.1х5.5мм, нажимная клемма
20. Размеры 135х70х24 мм
21. Вес 220 грамм

Прилагаемая инструкция

К устройству идет достаточно тяжелая для освоения инструкция. Это компенсируется тем, что в ней описаны все возможности устройства, а в самом простом случае достаточно будет запомнить кнопку включения устройства и можно заряжать гаджет от USB порта.

Тестирование

Жертвой стал телефон HTC Diamond 2 с батарейкой 3.7V 1100mAh.
Вампирчик зарядил телефон на 100% три раза и еще чуть-чуть (около 15%-20%). Для любой вылазки за город, данный показатель очень приятен. Четыре аккумулятора VARTA 2700mAh зарядились примерно за 14 часов до 100% в первый раз и примерно на 20% во второй.

Заряд Вампирчика

Устройство устроено так, чтобы не возникало проблем с его зарядкой, на вскидку его можно заряжать как от блока батареек(из 4 АА алкалиновых он должен «выкачать» около 80% заряда), так и от mini-usb, зарядки для ноутбука, автомобильного аккумулятора, солнечной батареии, динамо-втулки. Подойдет любой источник переменного и постоянного тока в широком диапазоне 5-25В.
Перед каждым проведенным мной тестированием Вампирчик был полностью разряжен подручными потребителями и добит питанием встроенного фонарика.
Несколько слов о фонарике. Использование устройства как фонарик далеко не самое удобное, данную особенность следует рассматривать скорее как экстренную. Полностью севший Вампирчик, всегда сможет осветить вам дорогу в течение 20 минут.

Заряд Вампирчика от USB — заряд достиг 90% за 4 часа. Дальше заряжаться отказался.
От зарядки ноутбука — до первых 90% заряд прошел за 1.5 часа, остальные 10% были преодолены за 30 минут.
От динамо фонарика – кпд составило около 50%(исходя из заявленных характеристик фонарика). Кручение ручки в течении двух минут, давало минуту стабильного 5В 0.5А питания.

Личное мнение

Данная статья не подлежит комментированию, поскольку её автор ещё не является полноправным участником сообщества. Вы сможете связаться с автором только после того, как он получит приглашение от кого-либо из участников сообщества. До этого момента его username будет скрыт псевдонимом.

Разместил 26.06.2016 nik34
nik34 прислал:

Обзор накопителя "Вампирчик-Цифра" 6-й версии.

Полтора месяца назад наконец-то стала доступной шестая версия накопителя (powerbank’а) «Вампирчик-Цифра» (далее ВЦ6). В данной статье постараюсь подробно описать данную "игрушку". Тем более, что устройство получилось неоднозначное – с одной стороны, несколько полезных улучшений, с другой – есть некоторые недоработки и даже ухудшение некоторых характеристик по сравнению с предыдущей 5-й версией.

Вообще, история разработки 6й версии, которая затянулась почти на два года стоит отдельного рассказа, как пример эволюции целей разработки. Когда вначале ставилась задача впихнуть в старый корпус как можно больше дополнительных возможностей, как эта задача оказалась нерешаемой при сохранении требований простоты и надежности, и как эта задача сменилась на задачу достижения максимальной простоты при расширении функционала предыдущей версии. В итоге получилось устройство лишь незначительно сложнее 5-й версии , но и дополнительные возможности появились.

В этой первой части статьи будет мало цифр, в основном, описание элементов ВЦ6 и для чего они нужны. Цифры и измерения оставим для второй части.

Общая идея накопителей серии Вампирчик состоит в создании максимально универсального устройства, которое одно могло бы заряжать большинство гаджетов, которые могут быть у человека «на природе». При этом накопитель должен уметь сам заряжаться от большинства источников энергии, доступных туристу. А также иметь максимальное количество защит для исключения случайного повреждения, т.к. «в лесу» заменить его будет нечем.

В конечном итоге, получился некий универсальный «блок питания на батарейках» с помощью которого, разбирающийся «в электричестве» человек сможет зарядить почти все свои маломощные (до 12Вт) устройства. Даже интерфейс стал напоминать лабораторный блок питания с его двумя ручками регулировки тока и напряжения и индикатором.

Внешний вид 6-го вампирчика почти не изменился относительно 5-го, т.к. используется всё тот же корпус.

Рис.1. Внешний вид 5-й (слева) и 6-й версий.

Далее несколько фото ВЦ6 с разных сторон.

Рис.2.а. Вид с закрытой крышкой.

Рис.2.б. Выходные разъёмы.

Рис.2.в. Левый бок. Кнопки отключения и включения выходного преобразователя.

Рис.2.г. Правый бок. Фонарь и кнопка его включения.

Рис.2.д. Нижний торец. Входные разъёмы. Индикаторы заряда. ДИП переключатель режима зарядки и настройки уровня МРРТ.

Структурная схема ВЦ6 показана на рисунке ниже.

Рис.3. Структурная схема ВЦ6.

Идеология осталась прежней с предыдущей версией. Есть два внутренних аккумулятора, которые заряжаются схемой зарядки, от этих аккумуляторов через повышающий преобразователь питается нагрузка. Зарядная и выходная части независимы и могут работать как отдельно, так и одновременно.

Подобную структуру имеют практически все существующие накопители, хотя, не все из них допускают одновременную работу на заряд и отдачу мощности.
Достоинство такой схемы – простота и возможность наращивать ёмкость, подключая параллельно нужное количество аккумуляторов. Недостаток – повышенные потери (около 40%), т.к. происходит двойное преобразование (сначала понижаем, затем повышаем).

В общем, как сказал, схема похожа на большинство существующих повербанков. Но, как говорится «дьявол кроется в деталях», которые рассмотрим чуть ниже, а пока – основные характеристики ВЦ6.

1. Напряжение зарядки 4.8…25В.
2. Выходное напряжение 4…15.5В.
3. максимальный выходной ток до 2.2А при 5В, до 1.1А при 12В.
4. Выходная мощность 0…12Вт.
5. Мощность потребляемая при зарядке 0. 10Вт
6. Ёмкость внутренних аккумуляторов 2х3000мАч=6000мАч при 3.7В. (либо 2х3400мАч)
7. Размеры 135х70х24 мм
8. Вес с 2мя аккумуляторами 230г.

Внутри ВЦ6 стоят два стандартных LiIon аккумулятора размера 18650 (18 мм диаметром, 65 мм длиной). Аккумуляторы сменные и пользователь может их заменить самостоятельно.

Конечно, два аккумулятора для современных прожорливых гаджетов совсем немного, поэтому к ВЦ6 возможно подключить внешний блок аккумуляторов. Ёмкость внешнего блока может быть любой, главное, чтобы это были литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы с напряжением 3.6. 3.7В.
Внешние аккумуляторы подключаются с помощью круглого разъема, расположенного в нижней части корпуса.

Рис.4. Круглый разъём для подключения внешних аккумуляторов.

Внешние аккумуляторы подключаются параллельно внутренним и заряжаются ВЦ6 как родные, просто, зарядка длится дольше, пропорционально добавленной ёмкости.

Если внешний блок аккумуляторов не подключен, то для исключения замыканий в выходном разъёме предусмотрен сдвоенный джампер, размыкающий плюсовой выходной контакт разъема и плюс внутренних аккумуляторов.

В настоящее время прорабатывается возможность изготовления корпуса для внешнего аккумулятора. Примерный вид такого корпуса показан на фото ниже.

Рис.5. Корпус для внешнего аккумулятора.

Рис.6. Вампирчик с блоком внешних аккумуляторов.

Вес корпуса всего около 40г, что совсем не много для такого размера.

Аккумуляторы заряжаются схемой зарядки, которая состоит из двух частей (см.Рис.3):

1. Импульсного понижающего преобразователя.
2. Линейного зярядника.

Импульсный понижающий преобразователь, для уменьшения числа элементов, выполнен на одной микросхеме XL4005, вместо схемы на дискретных элементах, как это было в ВЦ5. Преобразователь почти без потерь (с КПД около 90%) понижает напряжение источника питания примерно до 3.5. 5В в зависимости от режима зарядки и уровня заряженности аккумуляторов.

Далее это напряжение поступает на вход микросхемы линейного зарядника, который представляет собой две микросхемы типа ТР4056, которые подключены параллельно, для получения тока зарядки около 1.8А (одна микросхема может отдавать не более 1А).

Поскольку зарядник линейный, то на ТР4056 может выделяться довольно большая мощность, пропорциональная разности напряжений на её входе и выходе, помноженной на зарядный ток. В стандартном варианте использования этой микросхемы на её вход подается напряжение 5В, но на полностью разряженном аккумуляторе может быть и 3В, т.е. разницу в 2В или почти треть мощности мы должны были бы рассеять в тепло в худшем случае (в среднем, меньше). Мало того, что это расточительно, но также перегревает плату и аккумуляторы внутри закрытого корпуса, что им совсем не полезно.

Чтобы избежать излишних потерь (и нагрева) в ВЦ6 применена следящая схема, которая поддерживает разность напряжений между входом и выходом линейного зарядника на уровне около 0.45В, что в разы сокращает потери по сравнению с типовой схемой применения ТР4056.

Спрашивается, а зачем мы вообще применили линейный зарядник, ведь в предыдущей версии вампирчика его не было? В 5й версии вся зарядная часть была чисто импульсная и общие потери при зарядке были 5. 15%, не более.

Основная причина – желание упростить схему, убрать операцию настройки при изготовлении платы, получить четкую индикацию конца зарядки, полное отключение аккумуляторов после заряда и зарядку безопасным малым током для «пустых» аккумуляторов.

К тому же, в качестве бонуса, мы получили возможность использовать импульсную часть схемы зарядки для питания USB гаджетов напрямую от внешнего источника! Поскольку линейная часть может работать от 5 В, то эти 5В логично было вывести на "большой" USB разъем в нижней части корпуса и питать от него гаджеты. Т.е. внутри "Вампирчика" есть независимый понижающий стабилизатор для прямого питания гаджетов.

Причем, мощность импульсной понижайки достаточно велика, она без проблем обеспечивает ток до 3А, что хватит любому USB устройству. А, вообще, кратковременно ток может достигать уровня 5..6А. Но чем больше ток, тем больше нагрев и. реально, долговременный ток понижающего стабилизатора не должен превышать примерно 3А. Причем, из них 1.8А будет уходить на зарядку своих внутренних аккумуляторов, пока они не наполнятся.

Таким образом, зарядная часть может работать либо в режиме минимальных потерь (назовем его «эко-режим»), либо в режиме с прямым питанием внешних USB гажетов (режим «стабилизатора»). Переключение между этими режимами выполняется вручную с помощью ДИП-переключателя на нижнем торце корпуса.

Предполагается, что «эко-режим» – основной режим работы. А режим «стабилизатора» используется как резервный, на случай повреждения повышающей части, либо аккумуляторов, поскольку в этом режиме при зарядке внутренних аккумуляторов выделяется много тепла. Поэтому рекомендуется заряжать внутренние аккумуляторы в "эко-режиме", а режим "стабилизатора" включать (если он нужен) когда аккумуляторы уже заряжены.

Рис.7. ДИП – переключатель режима работы зарядной части.

1-й переключатель задает режим «стабилизатор/эко-режим».
2-й переключатель включает режим МРРТ.
Синий подстроечный резистор справа – настраивает уровень напряжения МРРТ.

Возможности МРРТ (maximum power point traker).

В ВЦ6 как и в более ранних версиях, предусмотрена возможность настройки на точку максимальной мощности солнечной батареи. Но если в предыдущей 5й версии настройка была фиксированной на солнечные батареи с рабочим напряжением примерно 5, 13 и 17В, то ВЦ6 можно настроить на любую солнечную батарею с рабочим напряжением от 5 до 20В.

На самом деле, это не истинный МРРТ, т.е. схема не ищет самостоятельно рабочую точку солнечной батареи, а мы ей указываем положение этой точки максимальной мощности исходя либо из паспортных данных на солнечную батарею, либо ориентируясь на максимум тока зарядки внутренних аккумуляторов, который показывается на индикаторе "Вампирчика".
Такой вариант настройки на рабочую точку солнечной батареи является вполне допустимым, т.к. в реале напряжение максимальной мощности не слишком сильно снижается от освещенности и температуры. Примерно на десяток-другой процентов, максимум. А график мощности около максимума имеет "плоскую" вершину и небольшие отступления от нее не сильно уменьшают реальную мощность, снимаемую с батареи.

Настройка выполняется с помощью подстроечного резистора на нижнем торце корпуса (синий слева от ДИП переключателя).
Режим МРРТ может быть включен/отключен ДИП переключателем на нижней части корпуса (см. Рис.7).

Лирическое отступление.
Краткий ликбез, зачем все это нужно.

Как известно, паспортную (максимальную) мощность с солнечной батареи можно снять если напряжение на ней при ее работе будет равно её "напряжению максимальной мощности" или, другой термин – "рабочему напряжению".

Когда мы подключаем к солнечной батарее достаточно мощную нагрузку, то напряжение на ней может опуститься намного ниже, чем "рабочее", и при этом батарея будет отдавать уже гораздо меньшую (может и в разы) мощность, чем могла бы при данном освещении.

Т.о. чтобы снять с солнечной батареи максимум, нагрузке надо ограничить свои "аппетиты" и не допускать, чтобы напряжение на батарее опускалось слишком низко от её точки максимальной мощности. Собственно, этим и занимается схема МРРТ – регулирует количество тока, забираемого нагрузкой, чтобы не слишком перегружать солнечную батарею, чтобы напряжение на ней не падало слишком сильно, а держалось около "рабочего".

Т.е. когда мы в «Вампирчике» настраиваем рабочую точку – мы устанавливаем напряжение начала зарядки ВЦ. Т.е. ниже этого напряжения он ток не берет, выше, берет сколько может. Переход между этими состояниями плавный, поэтому, когда ВЦ подключен к солнечной батарее, то автоматически устанавливается баланс между возможностями этой батареи и "аппетитами" ВЦ. и напряжение на солнечной батарее будет поддерживаться равным установленному нами порогу.

Универсальный вход.

Рис.8. Универсальный вход, круглый 5.5х2.1мм.

В ВЦ6, в отличие от ВЦ5 (где было два отдельных входа) на вход зарядки можно подавать как постоянное напряжение, например, от солнечной батареи, так и переменное от динамовтулки. Такую возможность нам даёт полуактивный выпрямитель на входе ВЦ6.

Почему полуактивный? Как обычно – для упрощения схемы. Активный выпрямитель – много деталей, простой мост – много потерь. Выбираем нечто посередине.

Выпрямитель представляет собой диодный мост, одна из диагоналей которого может шунтироваться полевыми транзисторами для снижения потерь. Т.е. при питании переменным током от динамовтулки полевики в работе не участвуют и весь ток зарядки проходит только через диоды моста. Это вполне допустимо, т.к. мощность втулки обычно невелика (2..3Вт) и поэтому дополнительный нагрев от диодов будет незначительным.

При подключении же источника постоянного тока «правильной» полярности (плюс на центральном штырьке) включаются полевые ключи и закорачивают соответствующие диоды моста. Потери на открытых полевиках близки к нулю и выпрямитель получается практически полностью «прозрачным» (без потерь) для постоянного тока.

При попытке подключить источник постоянного тока «обратной» полярности (минус в центре разъема) полевики остаются закрытыми и весь ток проходит через диоды моста, на которых падает примерно 1.5..2В. Зарядка, конечно, тоже идет, но нагрев схемы увеличится. Поэтому при питании постоянным током рекомендуется всегда использовать «стандартную» полярность в разъеме питания с плюсом в центре разъема.

После выпрямителя стоит защита от перенапряжений и ограничитель напряжения, который защищает импульсный преобразователь зарядной части.

Другие входы зарядки.

Слева на Рис.8. показан вход микро USB. Этот вход через последовательный диод соединен с линейным зарядником.

Над разъемом микро USB расположены светодиоды индикации зарядки. Красный горит, когда зарядка идет, зелёный – когда закончена.

Справа на Рис.8 виден полноразмерный USB разъём контакты которого идут на линейный зарядник напрямую (либо, что то же самое, на выход импульсной входной понижайки). Т.е. если понижайка работает, то с разъема можно отбирать мощность, если не работает, то через этот разъем можно подавать напряжение на линейную часть для зарядки внутренних аккумуляторов.

Внутри корпуса также есть джампер, который позволяет отключить этот "нижний" USB разъём от понижайки и подсоединить его параллельно "верхнему" USB разъему, на который выведено напряжение внутреннего повышающего преобразователя.

В этом случае мы имеем два стандартных "больших" USB разъема, к которым можно подключить два гаджета одновременно, питая их от внутренних аккумуляторов. Вторая причина полезности второго разъема – снижение износа разъемов, т.к. со временем любой из них разбалтывается. В-третьих, ножки данных USB разъемов можно по отдельности настроить на совместимость с разными типами гаджетов (описано будет ниже). И, в-четвертых, иногда полезно иметь все входные и выходные разъёмы на одном торце, например, при расположении ВЦ6 в сумке.

Т.е. получился некий универсальный USB вход/выход, который можно настроить под свои нужды.

Автор: Николай Носов 26.06.16

Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас www.mobipower.ru .

Рейтинг статьи

Обзор батарей для туристов (от 16.08.05)	Распиновка miniUSB, для зарядки Glofiish x500+ от ”Вампирчик-литий”	Яблочный патронташ – патроны для iPhone

Комментарии к статье

Вампирчик-Цифра v.6. Часть 1 | 4 Комментария

Спасибо за проявленный интерес

Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.

Re: Вампирчик-Цифра v.6. Часть 1 Разместил: Parovoz Дата: 10.07.2016

Добрый день! Наличие режима прямой зарядки USB-приборов “напрямую” от СБ, а не через АКБ, это прекрасно! Подумывал параллельно ВЦ подключить стабилизатор напряжения из предлагаемых тут же для зарядки приборов. Что касается реализации усиления, то мне больше нравится вариант, предлагавшийся к ВЦ5 – матерчатый чехол, но он, как я понимаю, дороже – требует “кройки и шитья”, что явно дороже пластикового корпуса. Лично я усиленные самостоятельно ВЦ – совсем старый и “цифру”, превращённые таким образом в “кирпичи”, буду переделывать под “плоский” вариант – так удобней паковать и держать в клапанах рюкзаков. Соответственно, не очень нравится расположение разъёма под дополнительные АКБ – предпочёл бы параллельно горизонтальный разъём. Но это мои “придирки”. “>