Як своїми руками зробити універсальну USB зарядку для телефону

14.07.2016

Як своїми руками зробити сонячне зарядний пристрій для телефону

Створення своїми руками сонячної USB для зарядки телефону — один з самих цікавих і корисних проектів на ВЕЛОФАНЕ. Зробити саморобний зарядний пристрій не надто складно — необхідні компоненти не дуже дорогі і їх легко дістати. Сонячні зарядні USB пристрої ідеально підходять для зарядки невеликих пристроїв, наприклад, телефону.

Слабким місцем усіх саморобних сонячних зарядок є акумулятори. Більшість зарядних пристроїв на сонячних батареях збираються на базі стандартних нікель-метал-гидридних акумуляторів — дешевих, доступних і безпечних в експлуатації. Але на жаль у NiMH акумуляторів занадто низькі напруження і ємність, щоб їх можна було серйозно розглядати як зарядних пристроїв для сучасних гаджетів. енергоспоживання яких з кожним роком тільки зростає.

Наприклад, акумулятор iPhone 4 на 2000 мА*год ще можна повністю перезарядити від саморобної сонячної зарядки з двома або чотирма акумуляторами АА, але ось iPad 2 оснащений акумулятором на 6000 мА*ч, який вже не так просто перезарядити з допомогою такого зарядного пристрою.

Вирішенням даної проблеми є заміна нікель-метал-гидридних акумуляторів на літієві.

З цієї інструкції ви дізнаєтеся, як своїми руками зробити сонячну USB зарядку з літієвим акумулятором. По-перше, порівняно з комерційними зарядними пристроями це саморобний зарядний пристрій обійдеться вам дуже дешево. По-друге, зібрати його дуже просто. І саме головне — ця літієва USB зарядка безпечна при експлуатації.

Крок 1: Необхідні компоненти для складання сонячної USB зарядки.

Електронні компоненти:

  • Сонячна батарея на 5 або вище
  • Літій-іонний акумулятор 3,7 В
  • Контролер зарядки літій-іонного акумулятора
  • Підвищує USB схема постійного струму
  • Роз’єм 2,5 мм з кріпленням на панель
  • Роз’єм 2,5 мм з проводом
  • Діод 1N4001
  • Провід

Конструкційні матеріали:

  • Ізолента
  • Термоусадочні трубки
  • Двостороння стрічка з піноматеріалу
  • Припій
  • Бляшана коробка (або інший корпус)

Інструменти:

  • Паяльник
  • Пістолет для склеювання гарячим клеєм
  • Дриль
  • Дремель (не обов’язковий, але бажаний)
  • Кусачки
  • Інструмент для зачищення проводів
  • Допомога друга
  • Захисні окуляри

У цьому посібнику розповідається як зробити зарядний пристрій для телефону на сонячній енергії. Ви можете відмовитися від використання сонячних батарей і обмежитися тільки виготовленням звичайної USB зарядки на літій-іонних акумуляторах.

Більшість компонентів для цього проекту можна купити в інтернет магазинах електроніки, але підвищує USB схему постійного струму і контролер заряду літій-іонного акумулятора знайти буде не так просто. Далі в цій інструкції я розповім, де можна дістати більшість необхідних компонентів і для чого кожен з них потрібен. Виходячи з цього ви самі вирішите який варіант краще всього підходить.

Крок 2: Переваги зарядних пристроїв з літієвими акумуляторами.

Може бути, ви не здогадуєтесь, але скоріше всього літій-іонний акумулятор прямо зараз лежить у вас в кишені або на столі, а може і у вашому гаманці або рюкзаку. У більшості сучасних електронних пристроїв використовуються літій-іонні акумулятори, які характеризуються великою ємністю і напругою. Їх можна перезаряджати безліч разів. Більшість акумуляторів формату АА за хімічним складом є нікель-метал-гидридными і не можуть похвалитися високими технічними характеристиками.

З хімічної точки зору різниця між стандартним нікель-метал-гидридным акумулятором АА і літій-іонним акумулятором полягає у хімічних елементах, які містяться всередині елемента живлення. Якщо ви подивитеся на періодичну таблицю елементів Менделєєва, то побачите, що літій знаходиться в лівому кутку поряд з самими хімічно активними елементами. А ось нікель розташований в середині таблиці поруч з хімічно неактивними елементами. Літій володіє такою високою хімічною активністю з-за того, що у нього тільки один валентний електрон.

І саме з цієї причини на літій багато нарікань — іноді він може виходити з-під контролю, з-за своєї високої хімічної активності. Кілька років тому компанія Sony, лідер у виробництві акумуляторів для ноутбуків, виготовила партію неякісних акумуляторів для ноутбуків, деякі з яких мимовільно займалися.

Саме тому при роботі з літій-іонними акумуляторами ми повинні дотримуватися певних запобіжних заходів — дуже точно підтримувати напругу під час зарядки. У цій інструкції використовуються акумулятори на 3,7 В, які вимагають заряджаючого напруги 4,2 Ст. При перевищенні або зменшення цієї напруги хімічна реакція може вийти з-під контролю зі всіма витікаючими наслідками.

Ось чому при роботі з літієвими батареями необхідно виявляти граничну обережність. Якщо поводитися з ними обережно, то вони досить безпечні. Але якщо ви будете робити з ними неприпустимі речі, то це може призвести до великих неприємностей. Тому їх слід експлуатувати тільки строго по інструкції.

Крок 3: Вибір контролера заряду літій-іонного акумулятора.

З-за високої хімічної реактивності літієвих акумуляторів ви повинні бути на сто відсотків упевнені, що схема контролю напруги заряду вас не підведе.

Хоча можна виготовити власну схему контролю напруги, але краще просто купити вже готову схему, працездатності якій ви будете впевнені. На вибір доступні кілька схем контролю заряду.

На даний момент Adafruit випускає вже друге покоління контролерів заряду для літієвих акумуляторів з кількома доступними значеннями вхідного напруги. Це досить непогані контролери, але у них занадто великий розмір. Навряд чи на їх базі вийде зібрати компактний зарядний пристрій.

В інтернеті можна купити невеликі модулі контролерів зарядки літієвих акумуляторів, які використовуються в даному керівництві. На базі цих контролерів я також зібрав безліч інших саморобок. Вони мені подобаються за компактність, простоту і наявність світлодіодної індикації заряду акумулятора. Як і у випадку з Adafruit, при відсутності сонця літієвий акумулятор можна зарядити через USB порт контролера. Можливість зарядки через USB порт є вкрай корисною опцією для будь-якого зарядного пристрою на сонячних батареях.

Незалежно від того, який контролер ви вибрали, ви повинні знати, як він працює і як його правильно експлуатувати.

Крок 4: USB порт.

Через USB порт можна заряджати більшість сучасних пристроїв. Це стандарт у всьому світі. Чому б просто не підключити USB порт безпосередньо до акумулятора? Навіщо потрібна спеціальна схема для зарядки через USB?

Проблема полягає в тому, що за стандартом USB напруга становить 5 В, а літій-іонні акумулятори, які ми будемо використовувати в даному проекті, мають напругу всього 3,7 В. Тому нам доведеться скористатися підвищує USB схемою постійного струму, яка збільшує напругу до достатнього для зарядки різних пристроїв. У більшості комерційних і саморобних USB зарядок, навпаки, використовуються понижуючі схеми, так як вони збираються на базі акумуляторів на 6 і 9 Ст. Схеми з пониженням напруги більш складні, тому в сонячних зарядних пристроях їх краще не застосовувати.

Схема, яка застосовується в даній інструкції, була обрана в результаті тривалого тестування різних варіантів. Вона практично ідентична схемі Minityboost Adafruit, але коштує дешевше.

Звичайно, ви можете купити онлайн недороге зарядний USB-пристрій і розібрати його, але нам потрібна схема, що перетворює 3 В (напруга двох батарейок АА) в 5 В (напруга на USB). Розбирання звичайної або автомобільною USB зарядки нічого не дасть, так як їх схеми працюють на зниження напруги, а нам навпаки потрібно підвищувати напругу.

Крім того слід врахувати, що схема Mintyboost і використовувана в проекті схема здатні працювати з гаджетами Apple, на відміну від більшості інших зарядних USB пристроїв. Пристрої від Apple перевіряють інформаційні піни на USB, щоб знати куди вони підключені. Якщо гаджет Apple визначить, що інформаційні піни не працюють, то він відмовиться заряджатися. У більшості інших гаджетів така перевірка відсутня. Повірте мені — я перепробував безліч дешевих схем зарядки з інтернет-аукціону eBay — ні від однієї з них мені не вдалося зарядити свій айфон. Ви ж не хочете, щоб ваш саморобної USB зарядки не можна було заряджати гаджети Apple.

Крок 5: Вибір акумулятора.

Якщо ви трохи погуглите, то виявите величезний вибір акумуляторів різних розмірів, ємностей, напруг і вартості. Спочатку у всьому цьому різноманітті буде нескладно заплутатися.

Для нашого зарядного пристрою ми буде використовувати літій-полімерні (Li-Po) акумулятор 3,7 В, який дуже нагадує акумулятор для айпода або мобільного телефону. Дійсно, нам потрібен акумулятор виключно на 3,7 В, так як схема зарядки розрахована саме на це напруга.

Те, що акумулятор повинен бути оснащений вбудованим захистом від перезаряду і перерозряду, навіть не обговорюється. Зазвичай ця захист називається «PCB protection» («схема захисту»). Пошукайте за цими ключовими словами на інтернет-аукціоні eBay. З себе вона представляє лише невелику друковану плату з чіпом, яка захищає акумулятор від надмірного заряду і розряду.

При виборі літій-іонного акумулятора дивіться не тільки на його місткість, але і на його фізичний розмір, який переважно залежить від вибраного вами корпусу. В якості корпусу у мене виступила бляшана коробка Altoids, так що я був обмежений у виборі акумулятора. Я спочатку думав купити акумулятор на 4400 мА*год, але з-за великих розмірів мені довелося обмежитися акумулятором на 2000 мА*год

Крок 6: Під’єднання сонячної батареї.

Якщо ви не збираєтеся робити зарядний пристрій з можливістю підзарядки від сонця, то можете пропустити цей етап.

У цьому керівництві використовується сонячна батарея в жорсткому пластиковому корпусі на 5,5 і 320 мА. Вам підійде будь-яка велика сонячна батарея. Для зарядного пристрою краще всього вибирати батарею, розраховану на напругу 5 — 6 Ст.

Візьміть дріт за кінчик, розділіть його на дві частини і трохи зачистите кінці. Провід з білою смужкою негативний, а повністю чорний дріт — позитивний.

Припаяйте проводу до відповідних контактів із зворотного боку сонячної батареї.

Закрийте місця пайки з допомогою ізоляційної стрічки або гарячого клею. Це захистить їх і допоможе знизити навантаження на дроти.

Крок 7: Свердлимо бляшану коробку або корпус.

Так як в якості корпусу я використовував бляшану коробку Altoids, то мені довелося трохи попрацювати дрилем. Крім дрилі нам знадобиться ще й такий інструмент, як дремель.

Перед тим, як почати роботу з жерстяної коробкою, складіть у неї всі компоненти, щоб пересвідчитися на практиці, що вона вам підходить. Продумайте, як краще всього в ній розмістити компоненти, і тільки потім свердліть. Місця розташування компонентів можете позначити маркером.

Після позначення місць можете братися за роботу.

Вивести USB порт можна кількома способами: зробити невеликий надріз прямо зверху на коробці або ж збоку на коробці просвердлити отвір відповідного розміру. Я вирішив зробити отвір збоку.

Спочатку прикладіть USB порт до коробки і позначте його місце. Усередині позначеної області просвердліть дрилем два або більше отворів.

Зашліфуйте отвір дремелем. Обов’язково дотримуйте техніку безпеки, щоб не травмувати пальці. Ні в якому разі не тримайте коробку в руках — затисніть її в лещата.

Далі переконайтеся, що зроблене вами отвір вільно проходить USB порт.

Просвердлите отвір діаметром 2,5 мм для USB порту. При необхідності розширте його з допомогою дремеля. Якщо ви не плануєте встановлювати сонячну батарею, то в отворі 2,5 мм немає необхідності!

Крок 8: Підключення контролера зарядки.

Одна з причин, по якій я вибрав цей компактний контролер зарядки, це його висока надійність. У нього чотири контактні майданчики: дві попереду поруч з портом mini-USB, куди подається постійна напруга (в нашому випадку від сонячних батарей), і дві ззаду для акумулятора.

Щоб підключити роз’єм 2,5 мм до контролера зарядки, необхідно підпаяти два проводка і діод від роз’єму до контролера. Крім того бажано скористатися термозбіжними трубками.

Зафіксуйте діод 1N4001, контролер зарядки і роз’єм 2,5 мм. Розташуйте роз’єм перед собою. Якщо дивитися на нього зліва направо, то лівий контакт буде негативним, середній позитивним, а правий взагалі не використовується.

Один кінець проводка припаяйте до негативної ніжці роз’єму, а інший до негативного контакту на платі. Крім того бажано скористатися термозбіжними трубками.

Ще один проводок припаяйте до ніжці діода, поруч з якої нанесена позначка. Припаивайте його як можна ближче до основи діода, щоб заощадити більше вільного місця. Припаяйте іншу сторону діода (без підпису) до середньої ніжці роз’єму. Знову ж таки, постарайтеся припаяти максимально близько до основи діода. І на завершення підпаяє проводок до позитивного контакту на платі. Крім того бажано скористатися термозбіжними трубками.

Крок 9: Підключення акумулятора і USB схеми.

На даному етапі буде потрібно всього лише підпаяти чотири додаткових контакту.

Треба під’єднати акумулятор і USB схему на платі контролера зарядки.

Спочатку відріжте кілька дротів. Підпаяє їх до позитивним і негативним контактів на USB схемою, які розташовані на нижній стороні плати.

Після цього з’єднаєте разом ці проводки з проводками, що йдуть від літій-іонного акумулятора. Переконайтеся, що ви з’єднали разом негативні проводки і з’єднали разом позитивні проводки. Нагадую, що червоні дроти у нас позитивні, а чорні — негативні.

Після того, як ви скрутили проводки разом, приварите їх до контактів на акумуляторі, які знаходяться на звороті плати контролера зарядки. Перед паянням проводки бажано просмикнути в отвори.

Тепер можна привітати вас — ви на 100% впоралися з електричною частиною цього проекту і можете трохи розслабитися.

На цьому етапі непоганою ідеєю буде перевірити працездатність схеми. Так як всі електричні компоненти приєднані, то все повинно працювати. Спробуйте зарядити ipod або будь-який інший гаджет, оснащений USB-портом. Пристрій не буде заряджатися, якщо акумулятор розряджений або несправний. Крім того помістіть зарядний пристрій на сонце і подивіться буде заряджати акумулятор від сонячної батареї — при цьому повинен загорітися маленький червоний світлодіод на платі контролера зарядки. Також ви можете зарядити акумулятор через mini-USB кабель.

Крок 10: Електрична ізоляція всіх компонентів.

Перед тим, як розмістити всі електронні компоненти в жерстяній коробкою, ми повинні бути впевнені, що вона не зможе стати причиною короткого замикання. Якщо у вас пластиковий або дерев’яний корпус, то пропустіть цей крок.

На дні і по боках бляшаної коробки наклейте кілька смуг ізоляційної стрічки. Саме у цих місцях буде знаходитися USB схема і контролер зарядки. На фотографіях видно, що контролер зарядки у мене залишився незакріпленим.

Постарайтеся все ретельно заізолювати, щоб не сталося коротке замикання. Перед тим, як наносити гарячий клей або намотувати ізоляційну стрічку, переконайтеся в міцності пайки.

Крок 11: Розміщення електронних компонентів в корпусі.

Так як 2,5 міліметровий роз’єм необхідно закріпити за допомогою болтів, то додайте його в першу чергу.

Після установки роз’єму далі необхідно розмістити USB схему. Нанесіть на неї невелику кількість гарячого клею, правильно розташуєте в корпусі і ще раз змастіть гарячим клеєм.

На моїй USB схемою збоку був перемикач. Якщо у вас така ж схема, то спочатку перевірте чи працює перемикач, який потрібен для включення і відключення «режиму зарядки».

І нарешті потрібно закріпити акумулятор. З цією метою краще використовувати не гарячий клей, а кілька шматочків двостороннього скотчу або ізоляційної стрічки.

Крок 12: Експлуатація саморобного зарядного пристрою на сонячних батареях.

На завершення поговоримо про правильної експлуатації саморобної USB зарядки.

Заряджати акумулятор можна через mini-USB порт або від сонця. Червоний світлодіод на платі контролера зарядки вказує на процес зарядки, а на синій повністю заряджений акумулятор.

Під час свого останнього походу мені вдалося в літаку зарядити свій iPhone 4 майже на 80%, враховуючи, що при цьому я слухав музику. Ємність акумулятора становила 2000 мА*ч. Щоб зарядити акумулятори на 4400 або 6600 мА*ч, буде потрібно набагато більше часу. Особливо це відноситься до айподам та інших планшетів.

Хоча це і досить складна інструкція, я сподіваюся, що вам вдалося зібрати своїми руками USB зарядку з літій-іонним акумулятором. Враховуючи, що ціни на літієві акумулятори та контролери до них падають, то немає ніякого сенсу робити саморобну зарядку на акумуляторах інших типів. Літій-іонні акумулятори особливо добре підходять для проектів, в яких вкрай важливі габарити пристрою. Зараз можна купити літій-іонні акумулятори навіть самих шалено маленьких розмірів. Це найкращий джерело енергії для автономних походів.

Так що, якщо ви плануєте зробити своїми руками дуже потужне сонячне зарядний пристрій для телефону, планшета, айпади, айпода, айфона, GPS-навігатора або проекту Arduino і виберете цей проект, то ви не помилитеся. Особливо, якщо вам вдасться все акуратно розмістити в невеликій коробочці!

Також рекомендуємо переглянути нашу інструкцію по збірці зарядки USB з живленням від велосипедної динамо-втулки .

Короткий опис статті: літієвий акумулятор

Джерело: Як своїми руками зробити універсальну USB зарядку для телефону з літій-іонним акумулятором на сонячних батареях

Також ви можете прочитати