Меня часто спрашивают, как сделать простой бесперебойник 5 Вольт. Вот типичный пример, зарядное устройство на базе TP4054 (4056), два диода (для одного аккумулятора) и повышающий преобразователь.

Причина повышения КПД кроется не столько в том, что устройство стало отключаться при более низком напряжении на аккумуляторе, сколько в том, что теперь напряжение на входе преобразователя выше, соответственно с повышением напряжения падает ток потребления по входу, соответственно более эффективно используется энергия.

Дальше как всегда, осмотр, разборка, тесты и доработка.

В данном случае мне просто предложили этот Powerbank для обзора и я подумал - а почему бы и нет, как минимум посмотрю как сделано.

3. Микросхема DC-DC повышающего преобразователя. Применена довольно известная G5177C. Согласно даташиту она обеспечивает длительный выходной ток 2,1 Ампера и гарантированный кратковременный в 3 Ампера.

Поддержка функции "бесперебойника"

5,6. Более современный смартфон, который может заряжаться током до 2 Ампер. В первом случае срабатывает защита, во втором ток заряда всего 0.91 Ампера.

Так как Повербанк имеет функцию автоматического включения, а также автоматического отключения, то я проверил как он ведет себя с маломощными нагрузками. В моем случае при токе заряда в 0.05 Ампера все работало, но при более низком токе заряда устройство отключится, т.е. заряжать очень маломощные устройства будет тяжело, отключение может произойти раньше чем будет достигнут 100% заряд.

Скажу сразу, КПД зависит от тока нагрузки и количества установленных аккумуляторов, потому при снижении тока и установке четырех аккумуляторов КПД будет немного выше.

0,05 - 0,003 - 0,24 - 0,004 = 0,3 Вольта.

По большому счету это устройство присутствует на рынке довольно длительное время, но в данном случае оно продается под брендом Tlife.

Результат стал лучше, хотя и ненамного. Вместо 11.46 я "скачал" 12.03, КПД составил - 82.4%

Защита от перегрузки, короткого замыкания выходов.

1. При включении (хоть кнопкой, хоть автоматически) отображается надпись - Power-on.

Автоматическое отключение при токе потребления ниже 0.05 Ампера, подойдет не для всех устройств. Либо надо заряжать два устройства сразу.

Причем при подключении остальных нагрузок этот эффект не проявлялся.

1. Кнопка включения. Вообще устройство умеет включаться автоматически при подключении нагрузки, но иногда нагрузка не может сразу "подхватить" ток заряда, потому кнопка может оказаться не лишней, как минимум одно устройство у меня требовало нажатия на эту кнопку.

Попутно в качестве небольшого дополнения установил еще один конденсатор перед преобразователем (просто потому что было пустое место под него), защитный диод по входу 5 Вольт (для него также было место, тем более диод у меня остался после замены) и немного подкорректировап токоизмерительный шунт второго канала, запаяв параллельно резистор 1 Ом.

Существует четыре версии устройства, черного и белого цвета, а также с аккумуляторами в комплекте и без оных.

Сзади разъемы и кнопка включения.

Взяв провод я продублировал пружины. Конечно для такого лучше использовать очень гибкий провод, по типу такого как используется у щеток электроинструмента, но пришлось использовать обычный.

Для начала я выяснил, что на дорожках до диодов падает около 0.02 Вольта, плюс столько же падает на дорожке от дальнего диода к преобразователю. итого общее падение 0.04 Вольта.

Большие потери на пружинах к минусовым клеммам аккумуляторов.

Минусовой контакт USB разъемов подключен через ключевой транзистор и токоизмерительный шунт. Напряжение от шунта измеряется микроконтроллером и на экран выводятся данные о токе потребления. Транзистор отключает нагрузку при превышении тока, управляется от микроконтроллера.

1, 2. Смартфон. Здесь я допустил небольшую ошибку, так как заряжал "полным" кабелем, с комплектным ток был одинаков. Это произошло из-за того, что с полным кабелем зарядное телефона снижало само ток заряда.

Сначала питание поступает на четыре одинаковых зарядных устройства, которые заряжают аккумуляторы независимо от остальных элементов схемы.

2. В режиме заряда есть анимация процесса заряда, но привязки у напряжению или проценту заряда нет, анимация есть - аккумуляторы заряжаются, анимации нет, аккумуляторы заряжены. Но анимация индивидуальна для каждого аккумулятора.

Согласно моим данным емкость аккумуляторов составляет около 7.3 Втч, соответственно два аккумулятора дадут 14.6 Втч.

5. В процессе питания подключенных устройств отображается анимация подключенного разъема, а также ток заряда. Периодически на короткое время отображается уровень заряда аккумуляторов. Дисплей по умолчанию включен постоянно, при коротком нажатии на кнопку включения можно отключить подсветку.

Здесь я не мог подключить кабель который шел в комплекте к Повербанку, так как смартфон имеет разъем USB-C и заряжается через собственный кабель. Я думаю, что при использовании обычного (не информационного) кабеля, во втором разъеме ток заряда будет 2 Ампера.

Кстати, разъемы очень легко запомнить, первый - ток 1 Ампер, второй - 2 Ампера, т.е. 1-1, 2-2.

После диодов напряжение поступает на повышающий преобразователь, который обеспечивает на выходе 5 Вольт с током до 2.1(3) Ампера. Микроконтроллер управляет работой преобразователя, периодически включая его на короткое время. Данный режим необходим для определения подключения нагрузки и автоматического включения Повербанка.

Получается, что за выходным током следит микроконтроллер, но выходной ток определяется распайкой разъемов и логикой работы потребителя. собственно потому и получается иногда ситуация, что Повербанк может, но потребитель не хочет, и наоборот, потребитель готов забрать 2 Ампера, а повербанк не может обеспечить такой ток в первом разъеме. Кабель без информационных жил частично может решить эту проблему, но на мой взгляд очень не хватает "умных" контроллеров, которые сами могут выставлять соответствующие сигналы на информационных линиях. Причем не так важно, будет ли "уметь" повербанк режим QC, но даже без такой функции контроллеры очень не помешали бы.

Для первого разъема шунт 0.1 Ома, для второго - 0.05 Ома.

Приятно радует функция одновременного заряда аккумуляторов и питания подключенного устройства. Но следует учитывать, что в таком случае ток потребления самого Повербанка будет немного больше суммы тока заряда и потребления нагрузки. например 2х500мА заряд + 2 Ампера нагрузка + потери на преобразовании = около 4.5 Ампера. Потому я бы не рекомендовал использовать такой режим с "тяжелыми" нагрузками, а также внимательно отнестись к выбору БП.

При помощи электронной нагрузки я проверил устройство в диапазоне токов 0.5-2.5 Ампера с интервалом в 0.5 Ампера.

А минус в большом сопротивлении этих пружин, позже я измерю этот параметр.

Дорожки продублировал проводом с сечением 0.5мм.

Но куда большее удивление было после того, как я измерил падение на пружинах к аккумуляторам, 0.17 Вольта! Это больше, чем я выиграл от замены диодов и пропайки дорожек.

4. Выходные USB разъемы. Вот здесь и кроется секрет отличия выходных токов. Информационные контакты имеют разное подключение, потому подключенные устройства выставляют разные токи заряда.

3,4. Планшет PIPO, в обоих вариантах ток был около 0.9 Ампера, от родного зарядного ток около 1.8-2 Ампера.

Минусовой контакт выполнен в виде пружин, что является одновременно плюсом и минусом.

2. Отдельные зарядные устройства организованные при помощи аналогов/клонов LTC4054. Здесь все просто, рядом находится резистор 2.2к, соответственно ток заряда около 0.5 Ампера. В самом начале я писал характеристики Повербанка и там было указано что входной ток до 1 Ампера, реально - до 2 Ампер, этот надо учитывать при выборе блока питания.

КПД самой микросхемы составляет около 94% при питании 3.5 Вольта и токе нагрузки 1.5 Ампера, в моем случае вышло около 87.6%, разница 6.5%, конечно многовато, но к сожалению дальнейшие способы дороги и не так эффективны.

Меня иногда спрашивают, как сделать простой "бесперебойник" на 5 Вольт. В качестве одного из вариантов можно применить упрощенное решение, которое использовано в данном Повербанке.

Затем вставляем что нибудь острое между половинками корпуса и разъединяем его. Пластмасса корпуса очень хорошая, достаточно эластичная, потому сломать тяжело.

2. Выходы 2 Ампера и 1 Ампер, в части разборки будет понятно, чем они отличаются.

1. Она работает только с одним аккумулятором, если соединить хотя бы две такие схемы, то если хотя бы один аккумулятор из двух будет вставлен правильно, то второй транзистор будет также открыт.

При помощи четырех диодов (D2-D5) организована защита от установки аккумулятора в неправильной полярности. Также благодаря этим диодам микроконтроллер может следить независимо за напряжением каждого аккумулятора.

Также этот Повербанк можно использовать просто как зарядное устройство для аккумуляторов размера 18650.

Разбирается устройство предельно просто. Сначала отгибаем немного верхнюю крышку и снимаем ее. Делать это надо в полностью открытом положении крышки.

А вот пружины мне совсем не понравились, выходит слишком большая длина проволоки.

2. Так как транзистор открывается от напряжения на выходе, то не получилось бы организовать функцию "бесперебойника".

Возможность замены батарей.

Небольшое собственное потребление.

Отмечу отдельно, что даже при условии возможности "программного" отключения DC-DC преобразователя, устройство умеет отключать нагрузку отдельными транзисторами, причем независимо.

ЗАКАЗAТЬ М0ЖНО НА ОФИЦИАЛЬНОМ САЙТЕ САЙТЕ

2. USB-microUSB кабель.

1. Powerbank Tlife.

Отдельно отмечу то, что кроме функции независимого заряда аккумуляторов, а также независимого управления выходами и защиты, устройство имеет функцию UPS, т.е. может заряжать аккумуляторы и питать нагрузку независимо. При подаче питания на Повербанк входные 5 Вольт через отдельный диод (D1) поступают на вход преобразователя, а так как это напряжение выше, чем от аккумуляторов, то и питание производится от внешнего БП.

Держат пружины хорошо, в процессе теста Повербанк у меня часто был "вверх ногами", ниразу аккумуляторы даже не попробовали вывалиться.

3. Вход microUSB для заряда самого Повербанка.

Выходное напряжение также измеряется микроконтроллером, но так как между минусом USB разъема и минусом остальной схемы присутствует шунт и транзистор, то и получается, что на индикаторе мы видим стабильные 5.06 Вольта, а в реальности при токе в 2 Ампера на выходе только 4.92, разница падает на этих элементах. Это принципиальное ограничение, потому индикатор Повербанка это скорее просто показометр.

3. Без нагрузки отображается уровень заряда аккумуляторов.

Если хочется доработать быстро и эффективно, то достаточно усилить проводом пружины и силовые дорожки. Замена диодов тоже улучшит результат, но в два раза меньше, чем пропайка дорожек и пружин.

Как-то так получилось, что пользуясь относительно большим количеством всяких мобильных устройств, я обхожусь без дополнительных "банок силы". Хотя корректнее было бы сказать, обхожусь без привычных многим устройств, так как 12 Вольт версия у меня все таки есть.

Как говорится, выкинем все лишнее и оставим только то, что необходимо.

Ко мне попал вариант без аккумуляторов, так как у магазина есть некоторые сложности с пересылкой аккумуляторов.

Вход - 5 Вольт 1 Ампер.

5,6. Но кроме разной распайки информационных контактов имеются и "аппаратные" отличия. Около каждого разъема находится полевой транзистор, подключающий этот разъем, но кроме этого есть еще токоизмерительный шунт.

Мое мнение. Насколько я могу судить, данный повербанк представляет собой довольно неплохой "конструктор" для доработки, но в готовом виде не очень эффективен, так как имеет низкий КПД.

5,6. Планшет CUBE (андроид), Данный планшет может без проблем брать от зарядного ток 2 Ампера, но в первом разъеме (1 А) ток был превышен, а во втором (2 А) ограничен на уровне 0.5 Ампера самим планшетом.