Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Ultralekki powerbank

Ultralekki powerbank
Pobierz PDF Download icon

Awaryjne źródło zasilania telefonu, które nie obciąży bagażu. Szczególnie przydatne podczas długich, pieszych lub rowerowych wypadów. Na rynku dostępne jest mnóstwo powerbanków od licznych producentów. Niestety większość z dostępnych rozwiązań jest stosunkowo ciężka, urządzenia zwykle ważą powyżej 200 g. Cechą wyróżniającą opisywany projekt jest jego niewielka masa, wynosząca około 65 g. Rekomendacje: zaprezentowany powerbank doskonale sprawdzi się jako awaryjne źródło zasilania telefonu, które możemy zabrać ze sobą wszędzie tam, gdzie zależy nam na ograniczeniu ciężaru bagażu.

Powerbank jest zasilany z pojedynczego ogniwa litowo-jonowego typu 18650. Można je łatwo zastąpić nowym, w pełni naładowanym, bądź też przełożyć do innego sprzętu.

Zasada działania

Zacznijmy od przeanalizowania schematu blokowego, widocznego na rysunku 1. Zasilanie z ogniwa 18650 przepływa przez obwód zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją. Jest to skuteczny sposób ochrony urządzenia przed błędnym umieszczeniem ogniwa w gnieździe. Dalej znajduje się blok układu scalonego ACT2813 – rozwiązania zaproponowanego przez firmę active-semi, przeznaczonego do mobilnych powerbanków. Kolejno widoczne są gniazda USB oraz USB micro. Pierwsze z nich służy do przyłączenia ładowanego telefonu lub tabletu, natomiast drugie umożliwia uzupełnienie energii w ogniwie 18650. Dodatkowo, urządzenie jest wyposażone w funkcję latarki.

Rysunek 1. Schemat blokowy powerbanku

Na rysunku 2 zamieszczono schemat ideowy powerbanku. Omówmy teraz niektóre z elementów schematu ideowego. Centralnym punktem jest wspomniany układ scalony ACT2813, umożliwiający pracę zarówno z obniżaniem, jak i podwyższaniem napięcia (topologia buck-boost). Układ ma wbudowany szereg zabezpieczeń, takich jak zabezpieczenie przed: zwarciem, przeciążeniem, przepięciem, przegrzaniem. Jest w stanie dostarczyć do obciążenia napięcie +5 V przy prądzie 2,4 A, a także ładować ogniwo 18650 prądem o maksymalnym natężeniu 2,4 A. Niewątpliwą zaletą układu jest mały prąd upływu (poniżej 10 mA), który nie spowoduje rozładowania źródła zasilania podczas długiego okresu przechowywania. Duża częstotliwość pracy przetwornicy (550 kHz lub 1,1 MHz) pozwala na użycie kondensatorów i dławika o niewielkich wymiarach.

Rysunek 2. Schemat ideowy powerbanku

Tranzystor Q3 zabezpiecza ładowarkę przed negatywnymi skutkami odwrotnej polaryzacji napięcia zasilania. Natężenie przepływającego prądu jest mierzone na rezystorze bocznikującym R2. Tranzystor Q1 rozłącza wyjście układu, gdy obciążenie jest zbyt duże. Za pomocą rezystorów R3 i R4 maksymalny prąd dostarczany na szynę 5 V oraz maksymalny prąd ładowania ogniwa 18650 zostały ograniczone, odpowiednio – do 1,5 A oraz 1,8 A.

Diody D11…D14 wskazują aktualny stan naładowania baterii. Tranzystor Q2 oraz rezystory R19…R24 pozwalają na dopasowanie się do standardów ładowania urządzeń różnych producentów (domyślnie jest montowany tylko rezystor R24, co pozwala na współpracę za smartfonami większości marek). Przełącznik suwakowy SW2 załącza oraz wyłącza funkcję latarki.

Testy funkcjonalne

W celu weryfikacji prawidłowej pracy zaprojektowanego urządzenia, na prototypie wykonany został szereg pomiarów, których wyniki zaprezentowano na rysunkach 3…8. W badanym prototypie zastosowano ogniwo typu NCR18650B.

Rysunek 3. Sprawność przetwornicy przy obciążeniu +5 V/1000 mA
Rysunek 4. Sprawność przetwornicy przy obciążeniu +5 V/1500 mA
Rysunek 5. Temperatura przy obciążeniu +5 V/1000 mA
Rysunek 6. Temperatura przy obciążeniu +5 V/1500 mA
Rysunek 7. Ładowanie ogniwa 18650
Rysunek 8. Temperatura w trakcie ładowania

Rysunki 3 i 4 prezentują sprawność przetwornicy boost dostarczającej napięcie +5 V przy obciążeniu 1000 mA lub 1500 mA. Na rysunkach 5 i 6 pokazano temperaturę zmierzoną w kluczowych punktach urządzenia. Uzyskana sprawność okazała się bardzo dobra (od 88 do 94%), natomiast temperatura bezpieczna zarówno dla układu ACT2813, jak i ogniwa NCR18650B. Rysunki 7 i 8 pokazują cykl ładowania ogniwa 18650 oraz temperaturę w trakcie tego procesu. Również w tym wypadku nie znaleziono zastrzeżeń odnośnie do prawidłowej pracy urządzenia. Wyraźnie widać niezbędny w wypadku ogniwa Li-Ion tryb ładowania CC/CV.

Montaż i uruchomienie

Powerbank zmontowano na płytce drukowanej, której schemat montażowy zamieszczono na rysunku 9. Montaż warto rozpocząć od elementów w obudowach QFN, a więc tranzystorów Q1, Q2 oraz układu scalonego U1. Następnie montujemy niewielkie elementy SMD, kończymy na gniazdach USB oraz koszyku baterii.

Rysunek 9. Schemat montażowy powerbanku

Urządzenie nie wymaga uruchamia i jest gotowe do użycia natychmiast po umieszczeniu w jego gnieździe sprawnego ogniowa typu 18650. Na fotografiach 10 i 11 pokazano zmontowany prototyp powerbanku. Podczas eksploatacji należy pamiętać o prawidłowym obchodzeniu się z ogniwami 18650 – nie wolno dopuszczać do ich przegrzania czy też uszkodzenia mechanicznego.

Fotografia 10. Zmontowana płytka
Fotografia 11. Sposób montażu ogniwa Li-Ion

Krzysztof Pawula
krzysiek790@wp.pl

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
marzec 2019
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik luty 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje luty 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna luty 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich luty - marzec 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów