Самодельный источник питания USB в машине
Во многих современных автомобилях есть модули с несколькими USB выходами для питания. По большому счету несколько гнёзд USB необходимы в любой машине, ведь так часто приходится заряжать телефон, планшет, фотоаппарат, а ещё же нужно подключить навигатор и регистратор.
Уже давно пора в автомобиле сделать аккуратную панель с гнёздами USB. А самостоятельно собрать источник питания USB совсем не сложно и не затратно, даже на мотоцикл .
Чтобы собрать источник питания USB вам потребуется как минимум:
- микросхемный стабилизатор напряжения в 5 В;
- два конденсатора: оба на 25 В или только один, а другой на 10 В (значения ёмкостей конденсаторов зависят от выбранного стабилизатора, и будут определены позже);
- полупроводниковый диод на 1 А;
- гнезда типов: 1USB-А или 2USB-А;
- соединительные провода небольшого сечения – не более 0,5 мм.кв.
Микросхемные стабилизаторы напряжения для сборки источника питания USB предпочтительнее, так как они:
- способны работать в широких пределах входных напряжения 7 – 20 В;
- имеют систему защиты от перегрузки по току;
- снабжены системой защиты от перегрева, которая при нагреве кристалла микросхемы ограничивает выходной ток.
Один разъем USB можно запитать от стабилизатора 78L05: Imax =0,1 А, Pmax =0,5 Вт, корпус ТО-92.
Два разъёма USB и более нужно подключать к питанию от стабилизаторов 78М05 или 7805.
Микросхема 78М05 имеет такие характеристики: Imax =0,5 А, Pmax =7,5 Вт, корпус ТО-202 или ТО-220.
Микросхема 7805: Imax =1,5 А, Pmax =10 Вт, корпус ТО-220.
Стабилизаторы серии 78 изготавливаются в таком корпусе, который делает их похожими на транзисторы.
Распиновка у микросхем 78М05 и 7805 следующая:
- первый слева вывод – вход (если смотреть на корпус со стороны маркировки);
- средний – общий;
- третий – выход.
У микросхем 78L05 распиновка обратная, чем у микросхем 78М05 и 7805.
При сборке схемы нужно учесть, что общий вывод микросхем 78М05 и 7805 соединён с их металлическим теплоотводом, поэтому при монтаже стабилизатора на радиатор не замкните остальные элементы схемы. А прикрутить микросхему к радиатору всё же желательно, потому что стабилизатор в этом случае будет работать лучше (вспомните то, что микросхемные стабилизаторы при перегреве ограничивают ток на нагрузке).
Полупроводниковый диод нужен для ограничения скачков тока при включении выключателей или контактов реле, через которые может быть подключена схема стабилизации.
Конденсаторы нужно поставить по 10 мкФ, а не по 47 мкФ, в случае если применять в схеме менее мощный стабилизатор 78L05, а не микросхемы 78М05 и 7805. По напряжению конденсаторы, как говорилось ранее, должны быть подобраны на 25 В каждый, или на выходе конденсатор можно поставить на 10 В.
Светодиод в качестве индикатора питания не обязателен, но помогает визуально определять наличие напряжение на выходе и исправность схемы стабилизации.
Резистор не обязательно ставить на 160 Ом, потому что при таком гасящем сопротивлении светодиод может слишком ярко светить. Гасящий резистор можно подбирать сопротивлениями: 270 Ом, 300 Ом, 470 Ом.
Собрав схему стабилизации напряжения нужно её подключить к гнезду USB: выход плюс 5 В – к контакту плюс напряжения питания USB; общий выход к – общему контакту разъёма.
Распиновка у гнёзд USB следующая:
- первый слева контакт – общий (если смотреть на контакты разъёма сверху);
- второй – плюс шины данных;
- третий – плюс шины данных;
- четвёртый – плюс напряжения питания.
Конечно же, никакие данные передавать вы не будет, используя гнездо USB как источник питания, поэтому ни обращайте внимание на второй и третий контакты разъёма.
Где установить гнезда питания USB в машине это личное решение каждого мастера. Но в качестве рекомендации можно сказать, что удобно несколько разъёмов вместе с собранной схемой разместить на отдельной панели, вырезанной из пластмассовой или алюминиевой пластины. Также на этой небольшой консоле можно установить небольшой выключатель, который будет отключать напряжение на входе схемы стабилизации. Готовую панельку с разъёмами USB очень легко установить в удобном месте салона автомобиля.
Также рекомендую ознакомиться с распиновкой USB кабелей для других гаджетов.
Источник
Строим универсальную, машинную USB зарядку (попытка номер раз)
Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.
ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).
Автор, нафига все это?
Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.
Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.
Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: » Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины.»
Что нам понадобится
1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.
2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.
Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.
3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.
4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.
5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.
6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.
Собираем зарядку
1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:
*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.
Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.
2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.
3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).
Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате
4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:
Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:
У меня получилось так:
Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.
Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.
Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»
5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.
6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!
7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.
Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:
В Машине это выглядит так:
Тесты
Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.
Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).
Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.
К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).
Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.
Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.
Процесс зарядки и выводы
Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:
График усреднен и может варьироваться для разных устройств .
Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.
Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А
Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.
В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.
В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!
Источник