Доработка зарядного устройства сотового телефона
Автор предлагает варианты переделки зарядного устройства для сотового телефона в стабилизированный блок питания с регулируемым выходным напряжением или в источник стабильного тока, например, для зарядки аккумуляторов.
Одни из самых многочисленных электронных приборов, которые широко используются в быту, — несомненно, зарядные устройства (ЗУ) для сотовых телефонов. Некоторые из них можно доработать, улучшив параметры или расширив функциональные возможности. Например, превратить ЗУ в стабилизированный блок питания (БП) с регулируемым выходным напряжением или ЗУ со стабильным выходным током.
Это позволит питать от сети различную радиоаппаратуру или заряжать Li-Ion, Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторы и батареи.
Значительная часть ЗУ для сотовых телефонов собрана на основе однотранзисторного ав-тогенераторного преобразователя напряжения. Один из вариантов схемы такого ЗУ на примере модели ACH-4E приведён на рис. 1. Там же показано, как превратить его в БП с регулируемым выходным напряжением. Обозначения штатных элементов приведены в соответствии с маркировкой на печатной плате.
Рис. 1. Один из вариантов схемы ЗУ на примере модели ACH-4E
Вновь введённые элементы и доработки выделены цветом.
В простых ЗУ, к которым относится дорабатываемое, зачастую применён однополупериодный выпрямитель сетевого напряжения, хотя на плате, в большинстве случаев, есть место для размещения диодного моста. Поэтому на первом этапе доработки установлены недостающие диоды, а резистор R1 с платы удалён (он установлен на месте диода D4) и припаян непосредственно к одному из штырей вилки XP1. Следует отметить, что встречаются ЗУ, в которых отсутствует и сглаживающий конденсатор С1. Если это так, необходимо установить конденсатор ёмкостью 2,2. 4,7 мкФ на номинальное напряжение не менее 400 В. Затем конденсатор С5 заменяют другим с большей ёмкостью. В таком варианте доработки ЗУ показаны на рис. 2.
Рис. 2. Доработанное ЗУ
В оригинальном ЗУ в выходном выпрямителе применён диод 1N4937, который заменён диодом Шотки 1N5818, что позволило увеличить выходное напряжение. После такой доработки сняты зависимости выходного напряжения от тока нагрузки, которые показаны синим цветом на рис. 3. Амплитуда пульсаций выходного напряжения с ростом тока нагрузки увеличивается с 50 до 300 мВ. При токе нагрузки более 300 мА появляются пульсации частотой 100 Гц.
Рис. 3. Зависимости выходного напряжения от тока нагрузки
Зависимости показывают, что стабильность выходного напряжения в ЗУ невысока. Обусловлено это тем, что его стабилизация осуществляется косвенно контролем напряжения на обмотке II, а именно, за счёт выпрямления импульсов на обмотке II и подачи закрывающего напряжения через стабилитрон ZD (напряжение стабилизации 5,6. 6,2 В) на базу транзистора Q1.
Для повышения стабильности выходного напряжения и возможности его регулировки на втором этапе доработки введена микросхема DA1 (параллельный стабилизатор напряжения). Управление преобразователем и обеспечение гальванической развязки реализованы с помощью транзисторной оптопары U1. Для подавления импульсных помех с частотой автогенератора дополнительно установлен фильтр L1C6C8. Резистор R9 удалён.
Выходное напряжение устанавливают переменным резистором R12. Когда напряжение на управляющем входе микросхемы DA1 (вывод1) превысит 2,5 В, ток через микросхему и, соответственно, через излучающий диод оптопары U1 резко возрастёт. Фототранзистор оптопары откроется, и на затвор базы транзистора Q1 поступит закрывающее напряжение с конденсатора С4. Это приведёт к тому, что скважность импульсов автогенератора уменьшится (или произойдёт срыв генерации). Выходное напряжение перестанет расти и начнёт плавно уменьшаться вследствие разрядки конденсаторов С5 и С8.
Когда напряжение на управляющем входе микросхемы станет менее 2,5 В ток через неё уменьшится и фототранзистор закроется. Скважность импульсов автогенератора возрастёт (или он начнёт работу), и выходное напряжение станет расти. Интервал выходного напряжения, который можно установить резистором R12, — 3,3. 6 В. Напряжения менее 3,3 В с учётом падения на излучающем диоде оптопары оказывается недостаточно для нормальной работы микросхемы. Зависимости выходного напряжения (для разных значений) от тока нагрузки доработанного устройства показаны красным цветом на рис. 3. Амплитуда пульсаций выходного напряжения — 20. 40 мВ.
Элементы (кроме переменного резистора) второго этапа доработки размещены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5. 1 мм, её чертёж показан на рис. 4. Монтаж — со стороны печатных проводников. Можно при-менить постоянные резисторы МЛТ, С2-23, Р1-4, конденсаторы С6, С7 — керамические, С5 — оксидный импортный, он снят с материнской платы персонального компьютера, С8 — оксидный низкопрофильный импортный. Поскольку выходное напряжение приходится устанавливать нечасто, применён не переменный резистор, а подстроечный PVC6A (POC6AP). Это позволило установить его на задней стенке корпуса ЗУ. Дроссель L1 намотан в один слой проводом ПЭВ-2 0,4 на цилиндрическом ферритовом магнитопроводе диаметром 5 мм и длиной 20 мм (от дросселя ИИП компьютера). Можно применить оптопары серии РС817 и аналогичные. Плату с деталями (рис. 5) вставляют в свободное место ЗУ (частично над конденсатором С1), соединения проводят отрезками изолированного провода. Для подстроечного резистора в задней стенке ЗУ делают отверстие соответствующих размеров, в которое его вклеивают. После проверки устройства резистор R12 снабжают шкалой (рис. 6).
Рис. 4. Печатная плата и элеменеты на ней
Рис. 5. Плата с деталями
Рис. 6. Шкала на ЗУ
Второй вариант доработки ЗУ — введение в него стабилизатора(или ограничителя) тока. Это позволит заряжать Li-Ion или Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторы и батареи, содержащие до четырёх аккумуляторов. Схема такой доработки показана на рис. 7. С помощью переключателя можно выбрать режимы работы: блок питания или один из двух режимов "ЗУ" с ограничением тока. Конденсатор 220 мкФ (С5) заменён конденсатором ёмкостью 470 мкФ, но на большее напряжение, поскольку в режимах "ЗУ" без нагрузки выходное напряжение может увеличиться до 6. 8 В.
Рис. 7. Схема второго варианта доработки ЗУ
В режиме "БП" устройство работает в штатном режиме. При переходе в один из режимов "ЗУ" выходной ток протекает через резистор R10 (или R11). Когда напряжение на нём достигнет 1 В, часть тока начнёт ответвляться в излучающий диод оптопары U1, что приведёт к открыванию фототранзистора. Это приведёт к уменьшению выходного напряжения и стабилизации (ограничению) выходного тока Iвых. Его значение можно определить по приближённым формулам: Iвых = 1 /R10 или Iвых = 1/R11. Подборкой этих резисторов устанавливают желаемое значение тока. Полевой транзистор VT1 ограничивает ток через излучающий диод оптопары и тем самым защищает его от выхода из строя.
Большинство деталей размещают на односторонней печатной плате (рис. 8 и рис. 9) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5. 1 мм. Полевой транзистор должен быть с начальным током стока не менее 25 мА. Переключатель — любой малогабаритный движковый на одно или два направления и три положения, например SK23D29G, его размещают на задней стенке ЗУ и снабжают шкалой. Если применить переключатель на большее число положений, можно увеличить число номинальных значений тока и расширить тем самым номенклатуру заряжаемых аккумуляторов.
Рис. 8. Печатн ая плата и элеменеты на ней
Рис. 9. Плата с деталями
Поскольку зарядка осуществляется стабильным током, её следует проводить определённое время, которое зависит от типа и ёмкости заряжаемого аккумулятора или батареи.
Автор: И. Ннчаев, г. Москва
Мнения читателей
- Alius / 22.07.2019 — 07:06
1.Возможно ли поднять выходное напряжение до 12-15вольт простой доработкой(установкой стабилитрона на 12-15В, или TL431. )?2.Стабилитрон удалять надо из схемы(рис.1, рис.7) при описанной доработке. ?(на схеме просто это не ясно. )3. Благодарю, за ответ заранее; и автора!
очень полезная информация.дано подробное описание проводимой доработки,понятное любому "чайнику".Спасибо.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
Все в порядке, но.
Этот текст мало кто будет читать и мы можем написать здесь все, что угодно, например.
Вы живете в неведении. Роботы уже вторглись в нашу жизнь и быстро захватывают мир, но мы встали на светлый путь и боремся за выживание человечества. А если серьезно, то.
В целях обеспечения безопасности сайта от кибератак нам необходимо убедиться, что вы человек. Если данная страница выводится вам часто, есть вероятность, что ваш компьютер заражен или вы используете для доступа IP адрес зараженных компьютеров.
Если это ваш частный компьютер и вы пытаетесь зайти на сайт, например, из дома — мы рекомендуем вам проверить ваш компьютер на наличие вирусов.
Если вы пытаетесь зайти на сайт, например, с работы или открытых сетей — вам необходимо обратиться с системному администратору и сообщить, что о возможном заражении компьютеров в вашей сети.
Телефонная зарядка заряжает плохо и долго, что можно сделать, как немного увеличить выходное напряжение
Иногда попадаются такие зарядки, которые слишком долго могут заряжать телефон. Либо это может быть временами, один раз нормально идет заряд, быстро, а в другой раз эта же зарядное устройство этот же телефон заряжает достаточно долго. Особенно такое явление может встречаться у дешёвый телефонных зарядок. И в данной статье я постараюсь объяснить, что именно можно сделать в таком случае, чтобы решить свою проблему с медленным зарядом своего телефона, смартфона, планшета.
Дело в том, что у дешевых зарядных устройств, будь то для телефона или для какого нибудь другого устройства, сильно упрощена сама схематика. Из-за этого его и низкая стоимость. Внутренняя схема имеет только самые необходимые электронные компоненты для упрощенной работы устройства. Например, у таких зарядок никогда (возможно за очень редким исключением) не ставятся узлы фильтров на входе и выходе, защищающие внешние устройства от генерируемых высокочастотных шумов и помех. То есть, на работу самого устройства зарядки эти шумы особо не влияют, но они вредны для окружающей электронной техники.
Также вместо полноценных номиналов электронных компонентов на дешевые зарядки телефонов ставят заниженные. На пример, входной электролитический конденсатор, у которого как правило емкость чуть меньше той, которая должна быть для обеспечения заявленной мощности зарядного устройства. Вместо полноценного диодного моста (состоящий из 4х диодов) ставят всего один, из-за чего работа схемы будет отличаться не в лучшую сторону. Также происходит экономия и на импульсных трансформаторах, а именно они ставятся с меньшими размерами, и с заниженным сечением имеющихся обмоток, что занижает величину выходного тока.
Думаю в общих чертах теперь ясно, чем дешевая зарядка может отличаться от более дорогой (если стоимость этой дорогостоящей конечно изначально не завышена продавцом, хотя сама зарядка сама по себе все же дешевая). Но есть такой случай, при котором даже нормальная, уж не дешевая зарядка может долго и плохо заряжать телефон и прочие устройства. Это случай пониженного выходного напряжения. Такое может происходить по разным причинам, одной из которых может быть не совсем подходящий опорный стабилитрон.
В более дешевых зарядках для стабилизации выходного напряжения применяют обычных стабилитрон (с двумя выводами).
При этом стоит учесть, что у обычных стабилитронов имеется вполне естественный разброс параметров. И для них считается нормальным отклонение стабилизационного напряжения аж до 15%. То есть, возможно при сборке на заводе вашего зарядника в плату поставили стабилитрон, у которого напряжение стабилизации занижено на 15% (а то и вовсе попался экземпляр с еще большим отклонением). На контроле выпускаемых устройств этот момент пропустили, или же специально реализовывают некондиционную продукцию по заниженной цене. В общем наша зарядка в итоге имеет минимально допустимое выходное напряжение. А при подключении ее к телефону происходит еще большее падение напряжение на выходе и телефону попросту не хватает напряжения для нормальной, полноценной зарядки.
В итоге мы имеем, что сама зарядка в принципе способна обеспечить достаточную силу тока, чтобы заряд телефона происходил быстро, но просто не хватает выходного напряжения. Следующий момент – нормальным, стандартным напряжением для телефонных зарядок считается 5 вольт (до 5,3 В), в некоторых случаях для режима быстрой зарядки напряжение должно быть более 5 вольт. И даже недостаточность напряжения в 0,1-0,2 вольта на выходе зарядки могут переключить контроллер заряда (стоящий в самом телефоне) в режим очень медленной зарядки.
Ну, и теперь как можно решить эту проблемы, если все же мы имеем именно такую вот не совсем хорошую зарядку для телефона. А все очень просто. Нужно просто на чуть-чуть увеличить это самое выходное напряжение. Сначала мультиметром измеряем напряжение на выходе своего зарядника, и желательно это сделать сперва без подключенного телефона (узнаем величину напряжения без падения напряжения).
В моем случае напряжение без нагрузки почти 5,5 вольт. Но стоит учитывать, что под нагрузкой, то есть в момент заряда телефона, напряжение может немного снизится. Далее подключаем к заряднику телефон и снова измеряем выходное напряжение, оно может стать ниже. И сели это напряжение ниже 5 вольт, то нужно его увеличивать.
Далее разбираем свою зарядку, на плате находим стабилитрон (на платах простых телефонных зарядок он в единственном экземпляре). Мультиметром измеряем напряжение на самом стабилитроне при включенной зарядке.
Оно где-то может отличаться от выходного на 0,5-1 вольт (в меньшую сторону). Например, стабилитрон стабилизирует напряжение на уровне 4,5 вольт. Значит нам нужно заменить его на стабилитрон с напряжением где-то от 4,6 до 4,8 вольта. Даже такого незначительного прироста напряжения на стабилитроне уже позволит зарядке делать свое дело быстро и хорошо. Если же на самом стабилитроне на получается измерить напряжение (оно не лежит в пределах где-то 3,8-5,3 вольта), то тогда измерение его стабилизационного напряжения нужно делать на конденсаторе или на диоде, что относятся к его регулирующей напряжение цепи. Они показаны ниже на рисунке.
Если вы не можете найти стабилитрона на нужное напряжение, то знайте, что стабилитроны можно соединять последовательно. Тем самым их напряжения стабилизации будут суммироваться. Или можно последовательно стабилитрону еще припаять диод в противоположном направлении. То есть, при подключении на стабилитроны подается обратное напряжение (на его катод подается +, а на анод подается -), а на диод нужно подавать прямое напряжение (на катод подаем -, а на анод подаем +). И при прямом включении обычного диода на нем образуется напряжение порядка 0,6 вольт. Следовательно если мы имеем стабилитрон на 3,6 вольт и последовательно к нему припаять обычный диод, то у нас уже получится стабилизационное напряжение в сумме равное 4,2 вольта. Ну, думаю смысл понятен, как можно получить нужное напряжение стабилизации.
И другой случай с другим видом зарядок. А именно, если у дешевых телефонных зарядок выходное напряжение стабилизируется опорным стабилитроном, и напрямую от него зависит, то более дорогостоящие зарядки сделаны по другой схеме. То есть, у другого типа зарядок стабилизация выходного напряжения происходит за счет цепи, состоящей из управляемого стабилитрона типа TL431, нескольких резисторов, стоящих параллельно и последовательно этому стабилизатору и оптопаре. У таких зарядок редко бывает заниженное выходное напряжение (точность управляемого стабилитрона всего около 1%, то есть, он достаточно точный), хотя все же бывает. В этом случае напряжение стабилизации управляемого стабилитрона зависит от пропорциональности двух резисторов, представляющие собой делитель напряжения и подключенные между анодом, катодом и управляющим выводом этого стабилитрона. Следовательно, чтобы изменить выходное напряжение нам достаточно изменить одно из сопротивлений (либо одно сопротивление нужно будет немного увеличить либо второе немного уменьшить). Для этого можно вместо одного из них поставить подстроечный резистор чуть большего номинала и путем его вращения подобрать на выходе нужное напряжение. Но, повторюсь, у таких зарядов редко бывает заниженное выходное напряжение.
P.S. Учтите, что слишком сильно поднимать напряжение не стоит. Максимальное значение может быть до 5,5 вольт. Лучше если его сделать в пределах от 5,1 до 5,3 В. Некоторые виды телефонов (а точнее их контроллеры заряда) в лучшем случае просто не будут работать (сработает защита от перенапряжения), а в худшем случае они могут даже выйти из строя. Так что слишком завышать выходное напряжение не стоит!
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Телефон или смартфон плохо и долго заряжается, что можно сделать с зарядным устройством для решения этой проблемы, повышаем Uвых
Как получить 9В/12В от зарядного с Quick Charge (на примере STM32)
С увеличением ёмкости аккумуляторов телефонов потребовалось увеличить и мощность зарядных устройств, чтобы достичь маленького времени зарядки, для чего и нужно было увеличивать выходную мощность: напряжение, ток. Таким образом зарядные с Quick Charge 3.0 кроме 5 В могут выдавать 9В/12В/20В +возможность регулировки с шагом 0.2 В (до 12 В).
Ввиду распространенности ЗУ с этой технологией появляется интерес использовать их для получения повышенного напряжения без дополнительных преобразователей.
Схема подключения
Представленная схема позволит выводам, настроенным как двухтактный выход, подавать на выводы DN и DP нужные значения напряжения:
| Оба вывода к минусу | 0 В |
| Верхний вывод к плюсу, а нижний к минусу | 0.6 В |
| Оба вывода к плюсу | 3.3 В |
Настройка в STM32CubeMX
Нужно настроить четыре любые выводы общего назначения как двухтактный выход (Output Push Pull) без подтяжки (No pull-up and no pull-down) с соответствующими названиями (ПКМ -> Enter User Label).
Описание протокола Quick Charge
QC 2.0 (из документа CHY100)
После включения в сеть замыкаются выводы DN, DP и начинает следить за уровнем на выводе DP, подаем на него напряжение от 0.325 В до 2 В (обычно 0.6 В) на время не менее 1.25 с и таким образом происходит вход в режим Быстрой Зарядки. Теперь на DN нужно подать минус (чтобы напряжение на нем упало ниже 0.325 В) на время не менее 1 мс. Остается выставить сочетание напряжения, соответствующее необходимому, согласно таблице:
QC 3.0 (из документа FAN6290Q)
В этой версии есть возможность изменять значение напряжения с шагом 200 мВ, для этого нужно выставить сочетание, соответствующее режиму Continuous Mode:
Перейти в него можно из любого другого (5В/9В/12В), а потом для увеличения выходного напряжения (DN: 3.3 В, DP: импульс 0.6-3.3-0.6В), а для уменьшения (DP: 0.6 В, DN: 3.3-0.6-3.3В).
Программирование
Остается завернуть изменение уровней сигнала согласно алгоритму в код с использованием библиотеки HAL, учитывая понятные ярлыки-названия, установленные в Кубе:
Таким образом получились функции:
Скачать проект в STM32CubeIDE можно на GitHub: Quick-Charge-STM32-HAL
Проверка работы
Остается подключить всё согласно схеме и выполнить функцию для получения нужного напряжения (для испытания используется безымянная китайская зарядка с QC 3.0):
Причем выходное напряжение можно изменить в любой момент:
При использовании разъема USB Type-C обязательно нужно добавить два резистора 5.1 кОм между CC1, CC2 и GND, чтобы устройство определялось как UFP (Upstream Facing Port).
Определение подключения
В случае, если питание будет подаваться на микроконтроллер уже после подключения, то выполнение нужной функции может выполнятся перед главным циклом один раз.
Если микроконтроллер питается от независимого источника, то выполнение функции можно назначить по внешнему прерыванию (вывод VBUS подключается через стабилизатор 3.3 В) или просто с помощью кнопки — можно сделать свой «триггер».
Проверка на разных ЗУ с USB-A и USB-C
Работоспособность проверена на различных недорогих зарядных, а также на мощных ноутбучных зарядок 65Вт с USB Type-C.
При этом наименьшее выходное напряжение может различаться — так, обычные имели нижний порог 4.2 В, а продвинутые — 3.7 В.
Подробнее в видео
Итого
Хоть стандартом становится технология Power Delivery (PD), но куча современных сетевых зарядных устройств как и многие переносные аккумуляторные ЗУ поддерживают в том числе Quick Charge (QC), что позволит с легкостью получить повышенное напряжения без использования дополнительных преобразователей.
Несмотря на то, что в теории можно получить даже 20 В, но на практике таких зарядок почти нет. Также стоит учесть, что при подключении слишком мощной нагрузки напряжение будет сильно просаживаться, а некоторые ЗУ вообще уйдут в защиту.