В этой статье предлагается рассмотреть такое устройство, которое позволит заряжать телефоны, смартфоны и планшеты практически от любого источника питания, обеспечивающего ток два и более ампер напряжением от 6 до 36 вольт. То есть мы в итоге получим небольшой зарядный блок, на вход которого можно будет подключить, допустим, автомобильный аккумулятор или 12 вольтовый блок питания, ну и т. д.
Такая зарядка будет актуальна в тех случаях, когда под рукой нет родной телефонной, но зато есть другие блоки питания с большим напряжением на выходе. Причем здесь представлен безопасный вариант такой схемы, которая на своём выходе дополнительно имеет блок защиты от перенапряжения. Изображение общей схемы устройства представлено ниже.
Теперь давайте разберемся, что к чему в этом зарядном устройстве. Основной частью ЗУ является обычный понижающий DC-DC-преобразователь типа XL4005.
Этот импульсный преобразователь имеет следующие характеристики:
- Диапазон входного напряжения 4-38 вольт, выходного — 1,25-36 вольт;
- Максимальный заявленный ток — 5 ампер;
- Коэффициент полезного действия — 95 %.
Касательно максимального тока XL4005 стоит сказать следующее. Поскольку это китайский товар, то, как и все подобные устройства, он имеет завышенные характеристики. То есть производителем заявляется ток до пяти ампер, хотя в действительности без самодельных дополнений и переделок этот модуль способен обеспечивать выходной ток всего до двух А. При токе уже более 2 А наблюдается значительный перегрев ШИМ-микросхемы, диода и дросселя — это в большинстве случаев приводит к быстрому выходу из строя устройства. Но в нашем случае имеющегося тока до 2 ампер будет более чем достаточно. Именно поэтому DC-DC преобразователь XL4005 полностью подходит для осуществления задуманного.
В отличие от линейных стабилизаторов типа LM317 и ему подобных импульсный преобразователь позволит использовать электрическую энергию более экономно. Его задача заключается в обеспечении заряжаемого устройства нужным напряжении величиной 5 вольт. А если точнее, то 5,3 вольта.
Для тех кто не в курсе — нормально допустимым диапазоном напряжения для зарядки телефонов, смартфонов, планшетов принято считать величину от 5 до 5,3 вольта. Причем лучше использовать именно 5,3 вольта. Поскольку при 5 вольтах, в некоторых случаях, (длинные, тонкие провода выхода) может присутствовать небольшое падение напряжения, которое уменьшить ток заряда.
Итак, любое входное постоянное напряжение от 6 до 36 вольт XL4005 будет экономно понижать до нужных нам значений в 5,3 вольта. При этом сила тока должна составлять не менее 2 ампер. Если обычные старотипные мобилки при зарядке потребляют ток до 1 ампера, то более новые модели смартфонов с функцией Fast charge работают именно при двух А.
Многие уже наверняка знают про использование понижающих DC-DC модулей в роли зарядного устройства от источника питания с напряжением более 5 вольт. Но в статье предлагается более безопасный вариант такой схемы. А именно — дополнительно на выход импульсного преобразователя установить простую схему защиты от случайного перенапряжения.
Дело в том, что сборка устройства китайская, значит, в том случае, когда и если на его вход будет подаваться значительное напряжение от блока питания (хотя бы 12 вольт), имеется определенная вероятность того, что при случайном выходе из строя этого преобразователя все имеющееся большое напряжение пойдет прямо в телефон. Естественно, смартфон после этого с высокой долей вероятности выйдет из строя и будет нуждаться в ремонте, поскольку выгорят входные цепи его питания.
Чтобы эту неприятную вероятность случайной поломки модуля преобразователя, а также телефона, исключить, можно собрать простую схему защиты от перенапряжения и поставить ее на XL4005. После всех манипуляций можно быть спокойным за свой мобильный девайс. Схема защиты от перенапряжения изображена ниже.
Работа защиты проста: на входе схемы стоит линейный стабилизатор напряжения на TL431, обеспечивающий опорное напряжение. Подстроечным резистором мы задаем величину напряжения, при котором будет срабатывать пороговое устройство и отключать нагрузку на выходе нашего ЗУ. Поскольку лучше использовать напряжение 5,3 вольта для зарядки телефонов, то пороговым напряжением для схемы защиты будет величина 5,4 В. Именно его мы выставляем на схеме защиты от перенапряжения. И если вдруг DC-DC модуль вышел из строя, и чрезмерное напряжение пошло на выход, то защита сразу же сработает, разорвав цепь питания. Таким образом мы снимем напряжение с телефона и защитим его от выгорания.
Когда напряжение на стабилитроне поднимается выше порогового, это способствует открытию биполярного транзистора. А поскольку коллектор и эмиттер биполярного транзистора стоят параллельно управляющим выводам полевого транзистора, то открытие биполярника полностью закроет полевой транзистор. Эт, в свою очередь, приведет к разрыву цепи минуса. Ток уже не сможет пройти через канал «сток-исток», вследствие чего на выходе зарядного устройства также пропадет напряжение.
Хотя при этом опасная величина напряжения по прежнему будет присутствовать на выходе преобразователя. Защита от перенапряжения разблокируется только в том случае, когда напряжение на выходе DC-DC-модуля снова вернется в безопасное значение (5,3 вольта).
Поскольку при токе в два ампера все же наблюдается определенный нагрев микросхемы на модуле преобразователя, то неплохо поставить на него дополнительный радиатор. Это можно сделать, припаяв небольшую медную пластину прямо к краю микросхемы XL4005. Даже небольшой по размерам радиатор снизит общий нагрев ШИМ-микросхемы. На выход предлагаемого зарядного устройства можно поставить гнездо питания под круглый штекер типоразмера 5,5×2,1 мм. Поскольку у многих блоков питания штекер именно такого вида, то будет проще его подсоединять. Дополнительно делаем ещё и переходник — штекер с проводами, на которых оголенные концы. Это для тех случаев, когда блок питания имеет винтовые зажимы для проводов и наконечников.
Получившееся зарядное устройство можно собрать в небольшом корпусе. По размерам оно будет такое же, как и обычные зарядки для телефонов. В целом такая схема ЗУ уже неоднократно собиралась, проверялась и даже некоторое время использовалась автором публикации на практике. Схема защиты от перенапряжения работает надежно, четко срабатывая при превышении порога в 5,4 вольта.
Для наглядности предлагаем посмотреть и видеоролик с подробными инструкциями
