Power bank схема. Мощный Power Bank своими руками: схема, компоненты и пошаговая инструкция

Как самостоятельно собрать Power Bank большой емкости. Какие компоненты потребуются для создания мощного портативного аккумулятора. Пошаговая инструкция по сборке Power Bank своими руками. Какие схемы используются в современных Power Bank.

Что такое Power Bank и зачем он нужен

Power Bank (повербанк) — это портативное зарядное устройство, которое позволяет заряжать мобильные устройства без подключения к электросети. Основные преимущества Power Bank:

• Возможность зарядить смартфон или планшет в любом месте
• Компактные размеры и мобильность
• Большая емкость для многократной подзарядки устройств
• Универсальность — подходит для большинства гаджетов

С ростом популярности смартфонов и планшетов Power Bank стали незаменимыми устройствами для многих пользователей. Они позволяют всегда оставаться на связи и не беспокоиться о разрядке гаджетов в дороге или путешествии.

Из каких компонентов состоит Power Bank

Основные компоненты, из которых состоит типичный Power Bank:

1. Аккумуляторы большой емкости (обычно литий-ионные)
2. Контроллер заряда/разряда
3. Преобразователь напряжения
4. USB-разъемы для зарядки устройств
5. Микро-USB или USB Type-C для зарядки самого Power Bank
6. Индикаторы уровня заряда
7. Корпус

Ключевым элементом является аккумулятор, от его емкости зависит, сколько раз можно будет зарядить подключаемые устройства. Контроллер управляет процессом заряда/разряда и обеспечивает защиту. Преобразователь повышает напряжение аккумулятора до стандартных 5В для USB-зарядки.

Схема Power Bank на основе TP4056 и XL6009

Для создания мощного Power Bank своими руками можно использовать следующую схему на базе популярных микросхем:

• TP4056 — контроллер заряда литий-ионного аккумулятора
• XL6009 — повышающий преобразователь напряжения

Принципиальная схема Power Bank состоит из двух основных частей:

1. Схема зарядки аккумулятора на TP4056
2. Схема повышения напряжения на XL6009

TP4056 обеспечивает правильный заряд литий-ионного аккумулятора током до 1А. XL6009 повышает напряжение аккумулятора 3.7В до стабильных 5В для питания USB-устройств.

Выбор и расчет компонентов для Power Bank

Для сборки мощного Power Bank потребуются следующие основные компоненты:

• Литий-ионные аккумуляторы 18650 (2-4 шт)
• Микросхема TP4056
• Микросхема XL6009
• USB-разъемы
• Индикатор заряда на светодиодах
• Резисторы, конденсаторы, диоды

Емкость Power Bank будет зависеть от количества и емкости используемых аккумуляторов 18650. Для расчета выходного тока XL6009 нужно учитывать суммарный ток потребления заряжаемых устройств.

Пошаговая инструкция по сборке Power Bank

Процесс сборки Power Bank своими руками включает следующие основные этапы:

1. Подготовка и проверка компонентов
2. Монтаж схемы зарядки на TP4056
3. Монтаж схемы преобразователя на XL6009
4. Соединение аккумуляторов
5. Подключение USB-разъемов и индикации
6. Проверка работоспособности
7. Установка в корпус

При монтаже важно соблюдать полярность подключения компонентов. Пайку лучше выполнять качественным паяльником с регулировкой температуры.

Тестирование и эксплуатация собранного Power Bank

После сборки необходимо тщательно протестировать работу Power Bank:

• Проверить напряжение и ток на выходных USB-портах
• Убедиться в правильной работе индикации заряда
• Протестировать процесс заряда аккумуляторов
• Проверить защиту от короткого замыкания

При эксплуатации важно не допускать глубокого разряда аккумуляторов и перегрева устройства. Периодически нужно проводить калибровку, полностью разряжая и заряжая Power Bank.

Преимущества самодельного Power Bank

Сборка Power Bank своими руками имеет ряд преимуществ по сравнению с покупкой готового устройства:

• Возможность собрать устройство нужной емкости
• Более низкая стоимость при высокой емкости
• Возможность ремонта и модернизации
• Использование качественных компонентов
• Получение опыта и знаний по электронике

При правильной сборке самодельный Power Bank не уступает по характеристикам заводским моделям, а в чем-то даже превосходит их. Главное — тщательно подойти к выбору компонентов и соблюдать технологию сборки.

Меры безопасности при сборке и использовании Power Bank

При самостоятельной сборке Power Bank важно соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать только качественные литий-ионные аккумуляторы от проверенных производителей
• Обеспечить надежную изоляцию всех токоведущих частей
• Установить защиту от короткого замыкания, перегрузки и перегрева
• Не допускать механических повреждений аккумуляторов
• Соблюдать полярность при подключении компонентов

Неправильная сборка или эксплуатация Power Bank может привести к возгоранию литий-ионных аккумуляторов. Поэтому к проекту нужно подходить ответственно и соблюдать все меры предосторожности.

документация, схема подключения и примеры работы [Амперка / Вики]

Power Bank автономного питания для ботов, охранных систем и электронных тайников.

На плате расположен литий-ионный аккумулятор, схема заряда батареи и DC-DC преобразователь. Power Bank позволит вашему устройству отвязаться от розетки и стать портативным.

Предыдущая версии модуля

Подключение

Power Bank выдаёт стабильные 5 В, поэтому для питания платформ Arduino, подключите его непосредственно к контактам 5V и GND.

Аналогичный процесс подключения с платой Iskra JS.

Защита от перегрузки

В аккумулятор встроена защита от перегрузки — если ток превысит 900 мА, сработает контур предохранителя и устройство выключится. Подключите Power Bank к зарядному устройству — это сбросит блокировку.

Элементы платы

Включатель/выключатель модуля

За включения и отключение устройства, а точнее за состояния напряжения на выходном клеммнике, отвечает тумблер с двумя положениями:

• ON — модуль включён. Устройство отдаёт 5 вольт на линию питания.

• OFF — модуль отключен. Устройство не выдаёт 5 вольт на линию питания.

Светодиодная индикация

Имя светодиода	Назначение
	Индикатор выходного напряжения. Горит когда на выходном клеммнике присутствует напряжение, не горит — отсутствует. Режим выбирается механическим микропереключателем.
	Индикатор зарядки. После подключения micro-USB кабеля к модулю, индикатор загорается и будет гореть до тех пор, пока аккумулятор не зарядится. Погасший светодиод служит индикатором окончания зарядки.
	Индикатор разряженного аккумулятора. В случае разряда или просадки напряжения на Li-Ion аккумуляторе, индикатор загорается красным цветом и служит сигналом к установке Power Bank на зарядку. Даже при горящем индикаторе Power Bank продолжает работать и не выключается.

Разъём зарядки micro-USB

USB порт для зарядки аккумулятора. Для зарядки батареи используйте кабель USB (A — Micro USB) с зарядником на 5 вольт.

Контроллер заряда батареи

За состояние батареи отвечает контролер заряда BQ24090. Микросхема отслеживает напряжение батареи и заряжает её необходимым током и напряжением при подачи питания на micro-USB порт.

Повышающий DC-DC преобразователь

Li-Ion аккумулятор на плате выдаёт напряжение от 3,7 до 4,2 вольт. Повышающий DC-DC регулятор LM27313 преобразует напряжение с аккумулятора до точных 5 вольт с максимальным выходным током 600 мА.

Клеммник выходного напряжения

Винтовой клеммник для подключения нагрузки:

• 5V — выходное напряжение DC-DC преобразователя. Соедините с пином 5V управляющей платформы.

• GND — общая земля. Соедините с пином GND.

Принципиальная и монтажная схемы

Габаритный чертёж

Характеристики

• Тип аккумулятора: Li-Ion (литий-ионный)

• Контроллер заряда: BQ24090

• Повышающий DC-DC: LM27313

• Напряжение заряда: 5 В через micro-USB

• Выходное напряжение: 5 В через клеммник

• Максимальный выходной ток: до 600 мА

• Ёмкость аккумулятора: 2000 мА·ч

• Габариты: 55×53 мм

Ресурсы

• Power Bank v2 (5 В, 2000 мА·ч) в магазине

• Векторное изображение модуля

• Datasheet на контроллер заряда BQ24090

• Datasheet на микросхему DC-DC преобразователя LM27313

принципиальная схема и самодельный корпус из пвх труб

Содержание

1. Что понадобится для сборки
2. Принципиальная схема повербанка
3. Изготовление самодельного повербанк из 18650
4. Из чего сделать корпус
5. Сборка электрической цепи

Энергопотребление современных мобильных гаджетов по мере их развития неуклонно растет. Для многих устройств, даже с новым аккумулятором, запас энергии может не хватить на один-два дня автономной работы (особенно, при интенсивном использовании). Поэтому у пользователей популярны устройства Power Bank (в русском языке утвердилось не совсем верное с точки зрения произношения название повербанк). Они позволяют пополнить заряд аккумулятора, если нет возможности подключиться к бытовой электросети. Сделать такой power bank можно своими руками.

Что понадобится для сборки

Для сборки устройства понадобятся:

• один-два (или более) аккумулятора;
• плата управления;
• разъем USB для организации выхода;
• разъем microUSB для заряда повербанка;
• немного проводов небольшого сечения.

Также понадобится маломощный (20-25 ватт) паяльник (и более мощный на 40+ ватт, если аккумуляторы придется соединять пайкой) с комплектом расходников, а также мелкий столярный инструмент.

Принципиальная схема повербанка

В мобильных энергохранилищах обычно используют больше одного элемента. Аккумуляторы можно соединить последовательно или параллельно. При параллельном соединении емкости всех элементов складываются, а при соединении в батарею элементов разной емкости АКБ ведет себя более устойчиво (несмотря на существующие в этом отношении мифы). В отличие от последовательно соединенных аккумуляторов, где складываются напряжения, а емкость определяется параметрами наихудшего элемента.

Также во втором случае для зарядки потребуется дополнительная плата балансира, чтобы избежать перезаряда ячеек. Зато преобразователь напряжения для получения на выходе уровня +5 VDC применяется понижающий. Его достоинства – он проще, дешевле, у него выше КПД. На практике по совокупности плюсов и минусов обычно применяется схема повербанка с параллельным включением ячеек. В этом случае плату управления рационально собрать на специализированной микросхеме MP3401.

Схема управления повербанка на MP3401.

Схема несложна для самостоятельной сборки. Микросхема контролирует уровень заряда АКБ, преобразует напряжение аккумуляторов в +5 вольт (Step Up) и поддерживает индикацию режимов пополнения энергии и окончания зарядки (с помощью внешних светодиодов).

На торговых площадках в интернете можно приобрести и готовые платы управления на данной микросхеме. На них уже установлены необходимые разъемы. Стоят такие платы совсем недорого, а если удастся приобрести такое устройство, процесс сборки Power Bank упростится и ускорится.

Плата управления на MP3401.

Назначение выводов платы указано в таблице.

Обозначение вывода на схеме	Назначение	Тип разъема
B+, B-	Подключение АКБ	Площадки для пайки проводов
P2	Входное напряжение +5 вольт для зарядки АКБ повербанка	MicroUSB или другой подходящий разъем
P1	Выходное напряжение +5 вольт	USB

Изготовление самодельного повербанк из 18650

В настоящее время популярны литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650. Логично попытаться сделать power bank своими руками на этих элементах. Аккумуляторы 18650 могут быть с емкостью от 1800 мА*ч до 3500 мА*ч. Выбирать надо последние. Токоотдача у них самая низкая (обратная зависимость от емкости), но в данном случае этот параметр не важен. В первую очередь пользователя интересует способность запасать энергию. Напряжение одного заряженного элемента – 3,7 вольт. Поэтому, если используется одна ячейка (или параллельное соединение), для получения на выходе схемы самодельного повербанка напряжения 5 вольт надо применить повышающий преобразователь, а при последовательном соединении двух банок – понижающий (с 7,4 вольт до 5).

Из чего сделать корпус

Это направление ограничено только фантазией и возможностями разработчика. Самое простое – изготовить корпус из отрезка пластиковой водопроводной трубы, а торцы закрыть заглушками из пластика, укрепив с одной стороны разъемы. По размерам неплохо подойдет полипропиленовая труба внешним диаметром 25 мм и толщиной стенки 2,3 мм. Диаметр сечения получается около 20 мм, и в него свободно вставляется аккумулятор 18650, заполняя при этом почти весь проход. Проблема в том, что такая труба тяжеловата. Также недостатком является то, что аккумуляторы придется устанавливать последовательно (но соединять их все равно надо параллельно!).

Сравнительные размеры полипропиленовой трубы и батареи из двух параллельно расположенных аккумуляторов 18650

Это ведет к увеличению габаритов – длина двух элементов уже потребует около 15 см, а еще потребуется свободное пространство для плат управления. Можно взять трубу побольше (например, для обустройства канализации) и расположить аккумуляторы параллельно, но это приведет к неполному использованию внутреннего сечения и увеличит поперечные габариты. Да и толщина стенки трубы явно избыточна для этих целей, что также отрицательно сказывается на массогабаритных показателях (особенно, если труба армирована стеклопластиком).

Рациональнее использовать трубы для электропроводки. Они имеют меньшую толщину стенки и изготовлены из ПВХ. Гибкие стенки позволяют поместить два аккумулятора рядом друг с другом и заполнить все сечение, оптимально использовав внутреннее пространство. Неплохо подходит труба с внешним диаметром 40 мм, имеющая толщину стенки 1,9 мм. Для формирования нужной конфигурации заготовку надо разогреть до размягчения (это можно сделать с помощью строительного фена)

Корпус из отрезка электротехнической трубы для батареи из двух параллельно расположенных аккумуляторов.

Еще можно взять корпус от неисправного повербанка. Его размеры оптимизированы под аккумуляторы, на торце имеются готовые отверстия для установки разъемов.

Корпус неисправного источника питания с торцевой заглушкой.

Лучший вариант – если есть возможность изготовить корпус на 3D-принтере. В этом случае оболочка получается максимально адаптированной к элементам самодельного повербанка, занимает наименьший объем и имеет наилучшую эстетическую составляющую.

Если ни один из вариантов не доступен, можно подобрать любой подходящий по габаритам готовый корпус для различных устройств (они продаются в магазинах, специализирующихся на электронных компонентах) или сделать его самостоятельно из подручных материалов.

Сборка электрической цепи

В первую очередь надо соединить банки параллельно или последовательно, в соответствии с выбранной схемой, расположив их рядом или соосно в соответствии с выбранным корпусом. В повербанке токи заряда и разряда небольшие, поэтому требования к соединению менее серьезные, чем, например, в АКБ к электроинструменту. Вполне можно применять боксы с подпружиненными контактами.

Держатель для установки аккумуляторов.

Но все равно пайка или точечная сварка надежнее. Из-за тех же небольших токов недостатки второго способа становятся несущественными, и, если есть возможность, соединительные пластины лучше приварить. Если аппарат для такой операции недоступен, шинки можно припаять. Делать это надо быстро, литий-ионные аккумуляторы боятся перегрева, даже локального. Для достижения успеха надо применять паяльник достаточной мощности (не менее 40 ватт, чтобы быстро и точечно прогреть участок пайки) и использовать кислотный флюс (корпуса аккумуляторов делают из плохо паяющегося сплава, спирто-канифольный раствор его не возьмет).

Блок из двух банок, соединенных параллельно.

Самый лучший вариант – приобрести готовую сборку из двух элементов, соединенных в соответствии с выбранной схемой.

После монтажа АКБ осталось соединить батарею с платой. Это делается двумя проводами с помощью паяльника. Здесь надо использовать флюс на основе канифоли и, желательно, маломощный паяльник. Для плюсового вывода лучше использовать проводник в красной изоляции, а для минусового – в черной. На работоспособность это никак не повлияет, но облегчит ремонт устройства в будущем и покажет профессионализм сборщика.

Завершающий этап – помещение устройства в корпус. Потом надо зарядить аккумуляторы полностью, и можно пользоваться самодельным Power Bank.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видео.

4 простых схемы Power Bank для мобильных телефонов

В статье представлены 4 различные схемы Power Bank, использующие 1,5-вольтовые и 3,7-вольтовые литий-ионные батареи, которые может собрать любой человек для своей личной функции экстренной зарядки мобильного телефона. Идея была предложена г-ном Ирфаном

Что такое Power Bank

Power Bank — это аккумулятор, который используется для зарядки мобильного телефона на открытом воздухе в чрезвычайных ситуациях, когда розетка переменного тока недоступна для зарядки мобильного телефона.

Модули Power Bank сегодня приобрели значительную популярность благодаря своей портативности и способности заряжать любой мобильный телефон во время путешествий и в экстренных случаях.

По сути, это аккумуляторный блок, который сначала полностью заряжается пользователем дома, а затем выносится на улицу во время путешествия. Когда пользователь обнаруживает, что батарея его мобильного телефона или смартфона разряжена, он подключает блок питания к своему мобильному телефону для быстрой экстренной подзарядки мобильного телефона.

Как работает Power Bank

В этом блоге я уже обсуждал одну такую ​​схему аварийного зарядного устройства, в которой для предполагаемой функции использовались заряжаемые никель-кадмиевые элементы. Поскольку в конструкции использовались никель-кадмиевые элементы на 1,2 В, мы могли сконфигурировать его на точно требуемые 4,8 В, включив 4 таких элемента последовательно, что сделало конструкцию чрезвычайно компактной и подходящей для оптимальной зарядки всех типов обычных сотовых телефонов.

Однако в настоящем запросе блок питания должен быть построен с использованием 3,7-вольтовых литий-ионных элементов, параметр напряжения которых становится совершенно неподходящим для зарядки мобильного телефона, в котором также используется такой же параметр аккумулятора.

Проблема заключается в том, что когда две идентичные батареи или элементы соединяются друг с другом, эти устройства начинают обмениваться своей мощностью, так что, в конце концов, достигается состояние равновесия, при котором как элементы, так и батареи могут достигать одинакового количества заряда. или уровни мощности.

Таким образом, в нашем случае предположим, что если блок питания, использующий элемент 3,7 В, полностью заряжен примерно до 4,2 В и подключен к мобильному телефону с разряженным элементом, скажем, 3,3 В, тогда оба партнера попытаются обменяться питанием и достичь уровень, равный (3,3+4,2)/2=3,75В.

Но 3,75 В не может считаться полным уровнем заряда для сотового телефона, который фактически требуется заряжать при 4,2 В для оптимального отклика.

Создание схемы блока питания на 3,7 В

На следующем рисунке показана базовая структура конструкции блока питания:

Блок-схема

зарядка завершена, 3,7-вольтовый аккумулятор пользователь носит с собой во время путешествия, и всякий раз, когда батарея мобильного телефона пользователя садится, он просто подключает этот 3,7-вольтовый аккумулятор к своему мобильному телефону для быстрой зарядки.

Как обсуждалось в предыдущем абзаце, для того, чтобы блок питания 3,7 В мог обеспечивать требуемые 4,2 В с постоянной скоростью, пока мобильный телефон не будет полностью заряжен на этом уровне, становится обязательной повышающая схема.

1) Схема IC 555 Boost Power Bank

2)

Использование схемы похитителя джоулей

Если вы считаете, что приведенная выше схема зарядного устройства на основе IC 555 выглядит громоздкой и излишней, вы, вероятно, могли бы попробовать концепцию похитителя джоулей. для достижения таких же результатов, как показано ниже:

Использование литий-ионной батареи 3,7 В

Здесь вы можете попробовать резистор 470 Ом, 1 Вт для R1 и транзистор 2N2222 для T1.

1N5408 для D1 и 1000 мкФ/25 В для C2.

Используйте 0,0047 мкФ/100 В для C1

Светодиод не требуется, точки светодиода можно использовать в качестве выходной клеммы для зарядки вашего смартфона

Катушка выполнена на тороидальном ферритовом сердечнике T18 с первичная и вторичная с использованием многожильного (7/36) гибкого провода с ПВХ изоляцией. Это может быть реализовано, если на вход подается пакет из 5 штук 1,5-вольтовых элементов AAA, соединенных параллельно.

Если вы выберете литий-ионный элемент в качестве источника входного сигнала, может потребоваться изменить соотношение на 20:10 витков, где 20 приходится на основание катушки.

Для оптимального рассеяния транзистору может потребоваться подходящий радиатор.

Использование литий-ионного аккумулятора 1,5 В

Список деталей будет таким же, как указано в предыдущем абзаце, за исключением катушки индуктивности, которая теперь будет иметь соотношение витков 20:20 с использованием провода 27SWG или любого другого магнита подходящего размера. провод

3) Использование эмиттерного повторителя TIP122

На следующем изображении показана полная конструкция банка питания для смартфона с зарядным устройством, использующим схему похитителя Джоуля:

Здесь TIP122 вместе со своим базовым стабилитроном становится ступенью регулятора напряжения и используется в качестве стабилизированного зарядного устройства для подключенной батареи. Значение Zx определяет зарядное напряжение, и его значение должно быть выбрано таким, чтобы оно всегда было немного ниже фактического значения полного заряда батареи.

Например, если используется литий-ионный аккумулятор, можно выбрать Zx как 5,8 В, чтобы предотвратить перезаряд аккумулятора. Из этих 5,8 В светодиод упадет примерно на 1,2 В, а TIP122 упадет примерно на 0,6 В, что в конечном итоге позволит ячейке 3,7 В получить около 4 В, что примерно достаточно для этой цели.

Для 1,5 В AAA (5 параллельно) стабилитрон можно заменить одним диодом 1N4007 катодом к земле.

Светодиод для приблизительной индикации полного заряда подключенного элемента. Когда светодиод загорится ярко, вы можете предположить, что ячейка полностью заряжена.

Вход постоянного тока для описанной выше схемы зарядного устройства можно получить от обычного зарядного устройства переменного/постоянного тока мобильного телефона.
 

Несмотря на то, что описанная выше конструкция эффективна и рекомендуется для обеспечения оптимального отклика, новичку может быть нелегко построить и оптимизировать эту идею. Таким образом, для пользователей, которые могут быть в порядке с немного низкотехнологичным дизайном, но гораздо более простой альтернативой DIY, чем концепция повышающего преобразователя, могут быть заинтересованы в следующих конфигурациях:

В трех простых схемах блока питания, показанных ниже, используется минимальное количество компонентов, и любой начинающий любитель может собрать их за считанные секунды. банковские операции.

4) Использование двух литий-ионных аккумуляторов без сложной схемы

В первой приведенной выше схеме используется конфигурация транзистора с общим коллектором для зарядки предполагаемого устройства мобильного телефона. транзистор.

Во второй схеме выше используется схема регулятора напряжения 7805 для реализации функции зарядки внешнего аккумулятора. Эта идея выглядит гораздо более впечатляюще, чем две предыдущие, поскольку она заботится о контроле напряжения и тока вместе, обеспечивая прекрасную зарядку мобильного телефона.

Во всех четырех вышеприведенных схемах зарядных устройств для мобильных телефонов зарядка двух ячеек 3,7 В может выполняться с помощью одной и той же сети TIP122, которая обсуждается для первой конструкции зарядного устройства. Стабилитрон 5В надо поменять на 9.Стабилитрон V и вход для зарядки от любого стандартного адаптера 12V/1amp SMPS.

Проектирование Power Bank (Часть 2/9)

По мере роста популярности и использования смартфонов и планшетов также рос спрос на портативные и портативные блоки питания. Смартфон и планшеты поставляются с аккумулятором, который разряжается за 4–5 часов использования. В качестве решения этой проблемы на рынке были представлены блоки питания для частых пользователей. Эти повербанки также приходят на помощь, когда пользователь находится в долгом путешествии и не имеет возможности зарядить свой телефон или планшет. Power Bank — это, по сути, портативное устройство, которое может питать гаджеты, такие как смартфоны и планшеты, через порт USB. Сам блок питания можно заряжать через USB-порт и накапливать заряд, который впоследствии можно использовать для питания других устройств.

В этом эксперименте будет разработан блок питания, способный обеспечить выходную мощность 5 В/4 А. Блок питания будет построен с использованием литий-ионного аккумулятора 3,7 В и будет иметь схему зарядного устройства, построенную с использованием микросхемы TP056, и схему усилителя мощности на выходе. Литий-ионный аккумулятор будет хранить заряд, а затем накопленный заряд в аккумуляторе будет использоваться для питания устройств. Для сохранения заряда литий-ионный аккумулятор сначала необходимо зарядить с помощью схемы зарядного устройства, для которой используется микросхема TP056. Эта микросхема обычно используется для зарядки литий-ионных аккумуляторов. Микросхема специально разработана для зарядки одной литий-ионной батареи 3,7 В и может обеспечить максимальный зарядный ток 1 А.

Мобильные телефоны и большинство электронных устройств требуют 5 В для питания, но литий-ионный аккумулятор обеспечивает максимальное напряжение 4,2 В. Поэтому потребуется схема усилителя мощности, которая может усилить выходную мощность до 5 В. Для усиления энергии, накопленной в батарее, используется микросхема регулятора XL6009, которая увеличивает мощность постоянного тока от батареи до регулируемого постоянного тока 5 В. XL6009 обеспечивает максимальный ток 4 А на выходе (согласно техническому описанию). Таким образом, блок питания, разработанный в этом проекте электроники, будет обеспечивать выходную мощность 5 В / 4 А.

Компоненты требуются

Рис. 1: Список компонентов, необходимых для банка мощности

Как работает схема —

Рис. 2: Прототип Банка мощности, разработанный на баболке 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777779. Рис. 2: Прототип.

Схема блока питания состоит из двух строительных блоков: 1) схема перезарядки аккумулятора и 2) схема выходного усилителя. Если бы требуемое выходное напряжение составляло бы только 3,7 В или 4 В, схема усилителя не потребовалась бы. Но необходимое выходное напряжение 5В, поэтому схема усилителя на выходе устройства обязательна. Согласно разделам схемы, устройство также работает в два этапа — 1) зарядка аккумулятора и 2) получение выходного сигнала от аккумулятора через схему усилителя.

1) Зарядка литий-ионной батареи с помощью зарядного устройства TP4056

В этом электронном проекте для хранения заряда используется литий-ионная батарея на 3,7 В, которая полностью заряжена, когда напряжение на ее клеммах достигает 4,2 В. аккумулятор заряжается, выходное напряжение на его клеммах продолжает увеличиваться. Каждая батарея имеет пиковое значение напряжения на клеммах, при котором батарея полностью заряжена. Таким образом, процент заряда батареи также оценивается путем измерения напряжения на клеммах. С литий-ионным аккумулятором нужно обращаться осторожно, так как аккумулятор может загореться из-за перезарядки. Поэтому для зарядки литий-ионной батареи используются специальные микросхемы, такие как микросхема TP4056, которые автоматически отключают батарею от входного источника питания, когда батарея полностью заряжена.

TP4056 — это микросхема, специально разработанная для зарядки литий-ионных аккумуляторов напряжением 3,7 В. Это линейный контроллер зарядного устройства с постоянным током и постоянным напряжением. Добавив один программируемый резистор, микросхему можно использовать для зарядки 3,7-вольтовой литий-ионной батареи. Напряжение заряда зафиксировано на уровне 4,2 В, а ток заряда можно установить, добавив резистор и конденсатор в зависимости от типа заряжаемой батареи. ИС также обеспечивает внутреннюю тепловую защиту и ограничение тока. Нет необходимости добавлять дополнительный блокировочный диод благодаря внутреннему P-MOSFET, который блокирует обратный ток.

Микросхема TP4056 поставляется в корпусе SOP, что делает ее идеальной для использования в портативных устройствах. Он также требует меньше внешних компонентов, не что иное, как несколько резисторов и конденсаторов. Микросхема имеет 8 контактов со следующей конфигурацией контактов –

Рис. 3: Таблица, в которой перечислены конфигурации контактов микросхемы TP4056 

Для работы ИС требуется минимальное напряжение от 4 В до 8 В. Он может обеспечить максимальный зарядный ток 1000 мА для аккумулятора и фиксированное напряжение 4,2 В на выходе. Схема, приведенная в техническом описании микросхемы, используется для разработки зарядного устройства.

Рис. 4. Принципиальная схема зарядного устройства Power Bank на базе TP4056 IC контакта PROG в таблице данных.

Для зарядного тока 1000 мА R _prog можно рассчитать следующим образом:0003

R _PROG = (V _PROG /I _BAT )*1200

R _PROG = (1/1)*1200

R _{PROG =} 1,2K

. в соответствии с полярностью, указанной на микросхеме, поскольку микросхема TP4056 не имеет схемы защиты от обратной полярности.

o Индикаторы заряда батареи

Для визуальной индикации окончания заряда и состояния зарядки батареи к контактам 6 и 7 микросхемы можно подключить светодиоды. Когда входное питание подается на цепь, загорается красный светодиод на контакте 7, который указывает на состояние зарядки аккумулятора. Когда напряжение батареи достигнет 4,2 В, батарея будет потреблять меньше тока. Зарядный ток при падении до 1/10 ^-й запрограммированного тока (1000 мА), зарядка будет прекращена. Зеленый светодиод на контакте 6 загорится и визуально покажет, что батарея полностью заряжена (поскольку напряжение на клеммах достигло 4,2 В).

2) Получение выходного сигнала от батареи через схему усилителя напряжения и регулятора –

Как только батарея полностью заряжена схемой зарядного устройства TP4056, она готова к подаче питания. Выходное напряжение литий-ионной батареи нуждается в повышающем преобразователе, который увеличит выходное напряжение батареи до 5 В.

Повышающий преобразователь используется для преобразования входного сигнала постоянного тока в более высокий уровень напряжения. Микросхема регулятора XL6009 используется в схеме повышающего преобразователя, которая обеспечивает регулируемое и усиленное напряжение. Этот повышающий преобразователь усиливает сигнал примерно в 1,6 раза по сравнению с входным сигналом от батареи с эффективностью 94%. XL6009 представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, способный генерировать положительное или отрицательное выходное напряжение при входном напряжении в диапазоне от 5 В до 32 В.

Микросхема имеет встроенный N-Channel Power MOSFET и генератор фиксированной частоты, что позволяет обеспечить стабильный выходной сигнал в широком диапазоне входных напряжений. Микросхема специально разработана для использования в автомобильных повышающих преобразователях, инвертирующих преобразователях, автомобильных адаптерах для ноутбуков и портативном электронном оборудовании. ИС имеет такие функции, как частотная компенсация, тепловое отключение, ограничение тока и плавный пуск. Он доступен в упаковке T0263-5L. XL6009будет работать при входном напряжении питания от -0,3 В до 36 В и может обеспечивать выходное напряжение в диапазоне от -0,3 В до 60 В. ИС имеет пять контактов со следующей конфигурацией контактов –

Рис. 5: Конфигурация контактов ИС регулятора XL6009 в таблице 

Примечание : Вы можете найти схему повышающего преобразователя XL6009 на вкладке «Схема цепей 2».

На входе и выходе регулятора используются конденсаторы (Cin и Cout), которые уменьшают нежелательные пульсации и шумы сигнала. Cout обеспечивает регулируемое и плавное постоянное напряжение на выходе. Конденсатор малой емкости 1 мкФ (С4) также подключен параллельно старшему конденсатору Свых для уменьшения ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) на выходе (поскольку конденсаторы большого номинала имеют высокое ESR).

Катушка индуктивности, подключенная между контактами 3 и 4, играет важную роль в повышающем преобразователе. Основная функция катушки индуктивности — накапливать ток. Чем выше значение индуктора, тем выше будет запасенный в нем ток, но индуктор с большим значением также имеет увеличенный размер. Поэтому следует выбрать индуктор, который может обеспечить желаемый ток на выходе. В проекте использованы дроссель (L1) 47 мкГн и диод Шоттки (D3). Диод SS34 выбран потому, что он имеет меньшее прямое падение напряжения и отлично работает на высоких частотах. Список подходящих диодов Шоттки для ИС в зависимости от потребляемого тока и входного напряжения можно найти в техническом паспорте XL6009.IC. Для удобства таблица точно повторяется ниже –

XL6009 имеет N-канальный силовой МОП-транзистор с фиксированной частотой генератора (как на рис. 4 ниже). Этот полевой МОП-транзистор действует как переключающий транзистор и генератор, который генерирует прямоугольную волну частотой около 400 кГц (согласно техническому описанию). Во время положительного полупериода прямоугольной волны индуктор накапливает некоторую энергию и генерирует магнитное поле, поэтому на левом выводе индуктора находится положительное напряжение, а на правом — отрицательное. Поэтому анод диода имеет более низкий потенциал и действует как разомкнутая цепь.

На базу МОП-транзистора подается положительное напряжение, и МОП-транзистор включается. Таким образом, весь ток от источника питания проходит через катушку индуктивности на полевой МОП-транзистор и, наконец, на землю.

Рис. 8. Принципиальная схема, показывающая цикл отрицательной зарядки внутреннего МОП-транзистора XL6009

Во время отрицательного полупериода МОП-транзистор отключается. Из-за этого индуктор не получает пути для зарядки. Теперь ток в катушке индуктивности создает противо-ЭДС (согласно закону Ленца), которая меняет полярность катушки индуктивности (как показано на рисунке ниже). Поэтому диод смещается в прямом направлении. Теперь накопленный в дросселе заряд начинает разряжаться через диод и на выходе получается регулируемое напряжение.

В этом случае выходное напряжение теперь зависит от накопленного заряда в катушке индуктивности, чем больше накопленный заряд, тем больше выходное напряжение. Следовательно, если время зарядки катушки индуктивности больше, то запас заряда в катушке индуктивности также увеличивается. Таким образом, на входе появляется два источника напряжения: один — индуктор, а другой — входной источник. Поэтому выходное напряжение всегда больше входного.

Рис. 9. Принципиальная схема, показывающая цикл положительного заряда внутреннего МОП-транзистора XL6009.

 Цепь резистивного делителя напряжения:

Для установки 5 В на выходе XL6009 используется внешняя резистивная схема делителя напряжения на выводе обратной связи (вывод 5) микросхемы регулятора (как показано на рисунке ниже). . Этот контакт обратной связи измеряет выходное напряжение и регулирует его.

Рис. 10: Принципиальная схема делителя напряжения, подключенного к выходному контакту XL6009

o Расчет выходного напряжения

Поскольку пороговое напряжение внутренней обратной связи XL6009 составляет 1,25 В. Это означает, что на контакте 5 есть постоянное напряжение, и постоянный ток будет течь через R4, а также через R5. Следовательно, сумма падения резисторов на R4 и R5 дает V _out as

V _out = 1,25*(1+(R4/R5))

As R4 =4,1k и R5= 1,3k

V _out = 1,25*(1+(R4/R5))

Подставив значения R4 и R5 в приведенное выше уравнение

Теоретическое наблюдение, В _вых = 5,2 В (прибл. )  

Выходное напряжение не точно равно 5 В, потому что любое устройство, требующее 5 В, не работает точно от 5 В. Требуется более высокое напряжение, чем 5 В, из-за некоторых резистивных потерь и падений в устройстве. Для повышения входного сигнала до 5 В также можно использовать любые доступные на рынке модули повышающего преобразователя. Как и XL6009, также доступна плата усилителя, которая дает постоянное и регулируемое напряжение 5 В на выходе.

Тестирование — 

После соединения всех компонентов на микросхему TP4056 подается напряжение 5 В, которое начинает заряжать литий-ионный аккумулятор. Выходное напряжение батареи действует как вход в схему повышения. Таким образом, входное напряжение на цепи повышения напряжения/напряжении литий-ионной батареи, В _в = 4,2 В при полностью заряженной батарее. Цепь форсирования усиливает вход и дает выходное напряжение 5,18 В. Теперь, подключая на выходе различную нагрузку, наблюдаются разные значения тока нагрузки, которые следующие – 

Рис.