В настоящее время широкое распространение получили различные компактные устройства с питанием от встроенных аккумуляторов, например, мобильные телефоны, мультимедийные карманные плейеры, планшетные компьютеры, навигаторы, цифровые фотоаппараты и т. п. Из-за стремления к уменьшению габаритов и массы этих устройств в большинстве случаев они оснащаются аккумуляторами небольшой ёмкости, что может причинять неудобства при их автономной эксплуатации.
Чтобы уменьшить зависимость таких устройств от ёмкости и состояния встроенных аккумуляторов, а также наличия сети 230 В, можно изготовить предлагаемое устройство, от которого можно будет питать различную радиоаппаратуру и заряжать встроенные в неё аккумуляторы. Схема устройства показана на рис. 1. Оно представляет собой источник питания с четырьмя Li-Ion аккумуляторами типоразмера 18650. Донором таких аккумуляторов и контроллера для них послужила аккумуляторная батарея от неисправного нетбука. На ней было указано наименование — P22-900, ёмкость — 5800 мА ч и номинальное напряжение — 7,2 В. Устройство обеспечивает на выходе стабилизированное напряжение 5 или 6,2 В при токе нагрузки до 1 А или нестабилизированное 6. .8,4 В при токе до 1,4 А. Кратковременно (менее 5 с раз в две минуты) ток нагрузки при любом выходном напряжении может быть до 2 А, это позволит подключать фотоаппарат с фотовспышкой с разряженным внутренним источником питания.
Рис. 1
Аккумуляторная батарея состоит из четырёх аккумуляторов G1— G4, которые подключены к контроллеру А1 попарно параллельно-последовательно. Нумерация выводов контроллера — условная, начинается от первого минусового вывода разъёма для подключения батареи к нетбуку. Чтобы иметь возможность питать от батареи различные устройства и для её подзарядки необходимо на вывод 5 подать напряжение низкого логического уровня.
Для зарядки аккумуляторной батареи на вход устройства (гнездо XS1) подают постоянное напряжение 12… 16 В. Диод VD1 служит для защиты от неправильной полярности этого напряжения. На интегральной микросхеме DA1 собран линейный стабилизатор напряжения 9 В. С его выхода напряжение через токоограничивающие резисторы R7, R8 и диод VD5 поступает на выводы питания контроллера А1. Транзистор VT1 открывается при подключении к гнезду XS1 внешнего источника питания, что включает контроллер А1. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о протекающем процессе зарядки аккумуляторной батареи. При токе более 50 мА транзистор VT2 (германиевый) открывается и светодиод HL1 светит с максимальной яркостью. Прекращение свечения этого светодиода означает окончание зарядки батареи. Конденсаторы С2—С4 и С6 — блокировочные по питанию микросхемы DA1. Светодиод HL3 светит при наличии напряжения 9 В. На монтажной плате контроллера А1 был обнаружен самовосстанавливающийся предохранитель на ток 5 А. Поскольку изготовленное устройство рассчитано на меньший ток, для защиты от повреждений был установлен дополнительный самовосстанавливающийся предохранитель F1 на ток 1,6 А.
На микросхеме KA78R05 (DA2) собран стабилизатор напряжения 5 и 6,2 В. Эта микросхема представляет собой управляемый линейный стабилизатор напряжения положительной полярности 5 В с выходным током до 1 А, максимальная рассеиваемая мощность — 15 Вт, потребляемый ток — около 10 мА. Микросхема отличается от обычных интегральных стабилизаторов малым минимально допустимым падением напряжения между входом и выходом, которое при токе нагрузки 1 А не превышает 0,5 В. Также имеется вход (вывод 4) для включения и выключения стабилизатора.
При замкнутых контактах кнопки SB1 на выводе 5 контроллера А1 будет низкий логический уровень, поэтому на выходе контроллера (выводы 7 и 8) присутствует напряжение аккумуляторной батареи. При этом через резистор R1 протекает ток около 0,3 мкА Через замкнутые контакты кнопки SB2.1 напряжение батареи поступает на вход стабилизатора напряжения 5/6,2 В. При замкнутых контактах кнопки SB3.1 напряжение на выходе — 5 В, при разомкнутых — 6,2 В, которое задаётся последовательно включёнными диодами VD2 и VD3. Резисторами R4, R6 задаётся пороговое напряжение включения/выключения стабилизатора. При указанных на схеме номиналах резисторов — это напряжение 6,3 В при замкнутых контактах SB3.1 и 7,3 В — при разомкнутых. Гистерезис переключения — около 0,12 В.
Когда контакты кнопки SB2 находятся в нижнем по схеме положении, питание поступает не на стабилизатор напряжения ОА2, а на гнездо XS2. В этом случае можно контролировать состояния аккумуляторной батареи и питать различные устройства, не требующие стабилизированного напряжения.
Двухцветный светодиод HL2 светит зелёным цветом при выходном напряжении устройства 6,2 В и красным при 5 В. При выходном напряжении 5 В оно поступает на выходные гнёзда XS2 и XS3 (разъём USB). Выходное напряжение 5, 6,2 и 7,2 В поступает на гнездо XS2.
Перед тем как дать вторую жизнь литиевой аккумуляторной батарее нетбука, её склеенный пластмассовый корпус аккуратно вскрывают по шву. Если аккумуляторы окажутся разряженными «в ноль», их можно несколько минут подзарядить напрямую, минуя контроллер, током 0,5… 1 А через токоограничивающий резистор или от источника тока. За это время аккумуляторы наберут напряжение, достаточное для включения контроллера. Измеренная ёмкость полностью заряженной батареи составила около 5400 мА ч при разрядке током 1 А, что для батареи возрастом около десяти лет неплохой показатель. На плате контроллера (рис. 2) была маркировка BLA4AE00. Назначение проводов следующее. В центре два синих — минус контроллера, зелёный — управление, два красных — плюс контроллера. По краям платы: контакт VC (синий провод) — минус элементов G2 и G4, контакт VP (красный провод) — плюс элементов G1 и G3, контакт VM в центре (провод не припаян) — общий элементов G1—G4. Контроллер отключает зарядку аккумуляторной батареи при достижении напряжения 8,4 В. Если в вашем распоряжении окажется другая батарея с другим контроллером, назначение его выводов можно узнать в Интернете или экспериментально. В случае, если применить батарею от ноутбука на рабочее напряжение 10,8 В или 14,4 В, то из-за большой разницы между входным и выходным напряжениями на месте стабилизатора DA2 рекомендуется применить импульсный понижающий стабилизатор напряжения. Перед сборкой устройства аккумуляторы отсоединяют от контроллера. Подключают их на финальной стадии сборки и тестирования конструкции, при этом надо быть внимательным — ток короткого замыкания выводов даже малогабаритного аккумулятора может достигать десятков ампер.
Рис. 2
Часть элементов размещена на монтажной плате размерами 37×62 мм, а микросхемы — на теплоотводе (рис. 3). Монтаж — двухсторонний навесной. Микросхему AN78M09 можно заменить отечественной КР142ЕН8А или любой из серии ххх78М09хх. Если применить микросхему серии xxx78R09, минимальное входное напряжение устройства может быть 10,5 В. Микросхему KA78R05 можно заменить любой из серии xxx78R05 в изолированном четырёхвыводном корпусе TO-220F-4L. Обе микросхемы установлены на общий ребристый дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 50 см2 с применением теплопроводной пасты КПТ-8 или аналогичной. В корпусе устройства рядом с теплоотводом необходимо сделать несколько десятков вентиляционных отверстий. Соединительные провода, идущие к выводам микросхем, должны быть как можно короче.
Рис. 3
Транзистор 2SC3199 можно заменить любым из серий 2SC815, 2SC845, 2SC1815, 2SC9014, КТ3102, КТ6111, германиевый транзистор SFT307 — отечественными из серий МП25, МП26, МП39, МП40, МП41, МП42. Чем больше коэффициент передачи тока базы этого транзистора, тем лучше. Диод SR504 можно заменить диодом SR505, SR506, SR306, SR360, 1N5822. Вместо диода 1N5402 подойдёт любой из серий 1N540x, SRP300X, FR30x. Диоды 1N4002 можно заменить любыми из серий 1N400x, RL10x. Резисторы — любые соответствующей мощности. Оксидные конденсаторы — импортные, С1 — керамический или плёночный на номинальное напряжение не менее 35 В. Конденсаторы СЗ, С4, С8, С9, С11 — керамические для поверхностного монтажа, они припаяны непосредственно к выводам питания соответствующих микросхем или выводам оксидных конденсаторов. Остальные конденсаторы — керамические К10-17. Светодиод RL30-VG414S зелёного цвета свечения и RL30-SR114S красного можно заменить любыми обычными маломощными. Двухцветный светодиод L119SURKMGKWT можно заменить любым двухцветным с общим катодом из серии L119. Если светодиод будет с повышенной яркостью свечения, сопротивление резистора R10 можно увеличить в несколько раз, что уменьшит ток, потребляемый устройством от аккумуляторной батареи.
Переключатель режимов работы (кнопки SB1—SB4) — счетверённый блок переключателей П2К с зависимой фиксацией, по две группы переключаемых контактов на каждой кнопке. При нажатии на одну из них остальные возвращаются в исходное положение. Перед сборкой конструкции протестируйте такой переключатель, при необходимости очистите его контакты от окислов. Он приклеен к корпусу устройства термоклеем и полимерным клеем «Квинтол». Аккумуляторные элементы закреплены в корпусе с помощью мягкой двухсторонней липкой ленты.
Устройство собрано в пластмассовом корпусе размерами 28x91x175 мм. Вид на компоновку узлов показан на рис. 4. Масса собранного устройства — около 380 г. Для питания устройства можно использовать автомобильную бортовую сеть 12 В или другой источник напряжения 12…16 В, рассчитанный на ток нагрузки не менее 0,7 А. При подаче на гнездо XS1 напряжения питания на подключённую к устройству нагрузку будет поступать напряжение питания вне зависимости от положения контактов кнопки SB1.
Рис. 4
Емкости батареи 5,8 А·ч достаточно для питания, например, радиоприёмника “Океан-209″ в течение около 170 ч, работающего на средней громкости (100 мВт), или на 60…80 часов питания компактного карманного МР3-плейера (потребляемый ток — 60…80 мА), что примерно десятикратно превышает возможности встроенного аккумулятора. Можно также несколько раз полностью зарядить аккумулятор (ёмкостью 800…1000 мА ч) мобильного телефона. Не забывайте после пользования устройством выключать его питание и подключённых к нему нагрузок нажатием на кнопку SB 1.
Автор: А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.
Источник: журнал Радио №10, 2015