Разработка power bank для ноутбука. От макета к готовому изделию. Часть первая / Habr

Сделать себе внешний аккумулятор для ноутбука я хотел уже давно, 3-4 года назад для работы в парке. Хоть и мечта рисовать схемы и трассировать платы в парке Горького или Битцевском лесу так и не реализовались (пока), но внешний аккумулятор (назовем его по-современному — PowerBank) я таки сделал. О том как это устройство проходило путь от макета до конечного изделия и почему я делал то, что уже есть на рынке, под катом.

Изначально я хотел написать небольшую статью про разработку PowerBank, но когда начал — понял, что одной частью не обойтись. Поэтому я разбил ее на 4 части и сейчас предлагаю вашему вниманию первую из них: макет (схемотехника).

Очевидно, что разработка любого электронного устройства начинается с технического задания (ТЗ), поэтому я обозначил для себя ряд параметров, которые мой PowerBank должен обеспечить:

• входное напряжение 19В (для возможности зарядки от стандартного ЗУ ноутбука)
• выходное напряжение 19В (как и у стандартного ЗУ)
• максимальный выходной ток 3,5А (как и у стандартного ЗУ)
• емкость ячеек не менее 60Вт*ч (+1 внутренняя АКБ)

Помимо основных требований я добавил еще несколько:

• КПД преобразователя и ЗУ не ниже 94% — чтобы обойтись без радиаторов.
• Частота преобразователя не ниже 300кГц — чтобы уменьшить размер самого преобразователя.
• USB порт для просмотра основных сведений о PowerBank таких как уровень заряда, здоровье, количество пройденных циклов, температура, ток и напряжение ячеек АКБ и т.д.
• Софт на ПК(Windows) для просмотра основных сведений о PowerBank.
• Возможность менять выходное напряжение, либо присутствие дополнительного выхода 5В для зарядки USB устройств.
• Светодиодная индикация уровня заряда и состояния PowerBank.
• Кнопка(Кнопки) для включения PowerBank и просмотра уровня заряда.

Для начала разработки я сделал структурную схему будущего устройства:

Комментируя схему, могу сказать, что управляющий МК я мог бы взять с USB, но побоялся трудностей разработки ПО для USB (в последствие понял, что зря) поэтому поставил преобразователь USART — USB.

Поскольку устройство изначально разрабатывалось для себя, то было решено делать макет преимущественно из тех деталей, которые были у меня в наличии и с которыми я уже работал (чтобы избежать подводных камней). При этом оптимизация по цене на этом этапе не проводилась. Поэтому я выбрал следующие комплектующие для PowerBank:

1. МК — STM32F051K4U6 с прицелом заменить на STM32F042K4U6.
2. Преобразователь USART<->USB — CP2102. Стоит не дорого, работает нормально, места занимает мало, обкатанное решение.
3. Импульсный преобразователь напряжения — LTC3780IG. Далеко не самый дешевый/оптимальный вариант, но повышающе-понижающий, может 400кГц, имеет внешние ключи, обкатанное решение. В перспективе замена на LM5175 от TI или применения синхронного повышающего преобразователя.
4. Линейный стабилизатор — LP2951ACD-3.3. Он был в наличии, не лучший вариант. Ток собственного потребления до 120мкА с прицелом заменить на MCP1703T-3302E/CB с током собственного потребления до 5мкА.
5. Светодиоды зеленые и красные размером 0805.
6. Кнопки обычные тактовые SMD.

Отдельно коснемся выбора зарядного устройства (ЗУ) и системы контроля и управления Li-ion аккумуляторами (Li-ion Battery Management System или BMS). Несколько лет назад я занимался ремонтом ноутбуков и в батареях частенько видел BMS от Texas Instruments. Поэтому в первую очередь я стал искать решение для своего устройства именно от этого производителя. Стоит отметить, что в общем-то альтернативы и нет поскольку производит подобные микросхемы лишь несколько контор (TI, Maxim, немного LT, ST-забросили, Intersil-экзотика для нас, может есть еще, но я не знаю). Так вот бродя по просторам сайта ti.com я наткнулся на очень интересную микросхему BQ40Z60RHBR это ЗУ и BMS в одной микросхеме. Она мне очень понравилась потому как заменяла собой 2 микросхемы. Такое решение явно дешевле, чем если делать отдельно ЗУ и BMS и места меньше занимает. Основные ТТХ микросхемы BQ40Z60:

• Ток заряда: до 4А
• Количество ячеек: до 4х
• Частота преобразования: 1МГц
• Входное напряжение: до 25В
• Емкость ячеек: до 65А*ч
• Функция балансировки
• Конфигурируемые светодиоды для индикации (заряд, емкость)

Микросхема достаточно новая (выпуск конца 2014 года), поэтому информации по ней мало и я немного переживал из-за этого зная, что BMS от TI достаточно сложны в программировании, а это еще и комбо (ЗУ + BMS). Также немного переживал из-за возможных косяках в кристалле, но зная, что буду использовать лишь базовый функционал надеялся, что никаких проблем не будет. Впрочем забегая вперед скажу, что так и вышло.
Кстати я не зря до этого не говорил практически ничего про ячейки и конфигурацию АКБ, только сейчас настал момент перейти к выбору. Для оптимального выбора конфигурации АКБ есть несколько критериев:

1. Для уменьшения потерь на проводах нужно минимизировать токи между узлами устройства. С учетом этого батарея из 4х последовательно соединенных ячеек (общепринятое обозначение 4s1p или 4-serial 1-parallel) выгоднее, чем 4 параллельные ячейки (1s4p) см. рисунок.

   

2. Поскольку ток заряда ограничен, то для того, чтобы повысить мощность (и скорость) заряда АКБ мы должны увеличивать напряжение. Этот критерий тоже за конфигурацию 4s1p.
3. КПД преобразователя падает при росте разницы между входным и выходным напряжением. Вот график из документации на преобразователь MP2307DN.

   

С учетом того, что выходное напряжение устройства 19В опять же наиболее выгодной является конфигурация 4s1p.

Теперь рассчитаем некоторые параметры АКБ при условии емкости 60Вт*ч, конфигурации 4s1p (напряжение 14,8В):

Полученная цифра показалась мне слишком маленькой (ну или аппетит пришел во время еды) и я решил перейти к конфигурации 4s2p на ячейках LP 5558115 3500mAh, которые были в наличие. Итого мы имеем:

Емкость АКБ: 7А*ч (103Вт*ч)
Напряжение: 14,8В

Такой результат меня вполне устроил — это было больше, чем две внутренние батареи моего ноутбука (ASUS S451L, 46Вт*ч). Началась разработка макета…

На этапе макета я хотел заложить несколько дополнительных возможностей:

• подключил светодиоды BQ40Z60. У них есть функционал индикации уровня заряда с настраиваемыми порогами, а также процесса зарядки.
• добавил возможность регулировать частоту/режим работы (разрывных или неразрывных токов) преобразователя (с помощью ШИМ МК + RC-фильтр).

Схему обвязки BQ40Z60 срисовал с отладочной платы BQ40Z60EVM-578, обвязка LTC3780IG из ее документации, все остальное делал сам. В итоге получилась следующая схема.

Схема разбита на 3 блока:

• Блок преобразователя напряжения
• Блок ЗУ+BMS
• Блок управления на МК

Комментарии к схеме: блок преобразователя и ЗУ+BMS сделаны по схемам из документации [1],[2], блок управления делался из расчета реализовать спящий режим для минимального тока потребления в выключенном режиме. Забегая вперед скажу, что в паре моментов я таки накосячил, но с помощью ножа и паяльника смог заставить макет работать как надо. Полученная плата показана ниже:

Плата содержит 4 слоя по 18мкм, общая толщина 1мм, заказывал на seeedstudio.com.

Теперь пришло время коснуться главного показателя качества железа — это КПД всей системы в целом. Точнее у нас 2 КПД: при зарядке АКБ и при разряде. Строго говоря КПД при заряде стоит оптимизировать только для уменьшения нагрева устройства(рассчитывая, что энергии для заряда у нас много), в то время как потеря КПД при разряде фактически уменьшает реальную емкость PowerBank. Составим перечень элементов непосредственно влияющих на КПД при заряде:

ACFET — транзистор предотвращающий появление напряжения на разъеме внешнего питания при работе PowerBank от АКБ.
HighSideFET — верхний транзистор понижающего преобразователя ЗУ.
LowSideFET — нижний транзистор понижающего преобразователя ЗУ.
BuckInductor — дроссель понижающего преобразователя ЗУ.
CHGRCS — резистор датчика тока ЗУ.
CHGFET — зарядный транзистор АКБ.
DSGFET — разрядный транзистор АКБ.
CellCS — резистор датчика тока АКБ.

Транзисторы ACFET, CHGFET и DSGFET при работе имеют только статические потери поскольку они постоянно открыты и представляют собой резисторы с сопротивлением равным сопротивлению открытого канала транзистора Rds_on, поэтому эти транзисторы должны иметь как можно меньший Rds_on. Корпуса транзисторов я выбрал pqfn3.3×3.3 как подходящие по мощности и имеющие меньший размер по сравнению с моими любимыми pqfn5x6. С наименьшим сопротивлением канала из легкодоступных были IRFHM830D (Rds_on = 5мОм + диод Шоттки).

Транзисторы HighSideFET и LowSideFET работают в импульсном режиме, их выбор сложен и будет рассмотрен позже.

Попробуем оценить потери при входном напряжении 19В, токе заряда АКБ 4А, конфигурации 4s1p:

CellCS — ток через него равен току заряда, сопротивление 5мОм, потери:

CHGRCS — ток через него равен току заряда, сопротивление 10мОм, потери:

CHGFET и DSGFET — ток через них равен току заряда, сопротивление 5мОм, суммарные потери:

ACFET — ток через него равен входному току(возьмем максимально возможный ток входа 3,5А это максимум того, что может выдать штатное ЗУ ноутбука), сопротивление 5мОм, потери:

Сюда же можно прибавить потери на сопротивлении проводов ячейки-плата, а также дорожек самой платы. Я вычислил их путем измерения падения напряжения при токе в цепи АКБ равном 4А, оно составило 36мВ, что соответствует мощности:

BuckInductor — потери в дросселе можно разделить на 2 составляющие:

• потери на активном сопротивлении обмотки (DCR — dc winding resistance). Для выбранного дросселя IHLP2525CZER2R2M01 типовое значение DCR = 18мОм, что при среднем токе 4А даст потери:

• потери в сердечнике достаточно тяжело посчитать имея только данные из документации, поэтому верим заверениям Vishay что их материалы супер крутые, к тому же пульсации тока у нас в районе 20%, поэтому принимаем потери в сердечнике нулевыми.

Итого суммарные потери при заряде на статических компонентах составляют:

Для того, чтобы получить суммарные потери при заряде необходимо оценить потери на транзисторах HighSideFET и LowSideFET. В этом мне помогал апнот AN-6005 от fairchildsemi. Если кратко, то на вкладке ControllerDriver добавляем в базу наш контроллер и вписываем требуемые параметры в таблицу:

Данные берем из документации на BQ40Z60. Далее заполняем таблицу с параметрами транзисторов HighSideFET и LowSideFET на вкладке MOSFETDatabase:

Данные также берем из документации на транзисторы. Я экспериментировал со многими транзисторами(видно по базе) потому как частота преобразования в 1МГц это довольно высоко. Из всех транзисторов, которые я мог быстро достать самыми лучшими оказались CSD17308 от TI. Впрочем это как раз рекомендованные транзисторы с кита BQ40Z60EVM. Самыми лучшими по расчетам оказались eGaN транзисторы от EPC (Efficient Power Conversion), но цена 500р, месяц ожидания и специфический корпус сыграли против него. Еще пара комментариев вкладки MOSFETDatabase:

Правый столбец — Fig.Merit (Figure of merit — показатель качества) это произведение Rds_on на заряд затвора Qgsw. В общем чем ниже Fig.Merit, тем лучше транзистор, но нужно понимать, что это довольно эмпирический показатель.

На вкладке EfficiencySummary выбираем контроллер, используемые транзисторы и их количество, задаем параметры источника и нажимаем кнопку Run.

Для тока заряда 4А и входного напряжения 19В потери составят 1,17Вт. Общие потери:

После сборки макета я измерил схемы заряда при параметрах таких же как при оценочных расчетах:

КПД схемы 97,1%, при этом мощность потерь составила 1,908Вт при расчетных 2,07Вт. Что ж очень близко получилось прикинуть потери. Термограмма работающего устройства показана на рисунке.

Окружающая температура 23 градуса, плата без корпуса. 58 градусов в самой горячей точке (перегрев получается 58-23=35 градусов) при фольге в 18мкм это очень хороший показатель. Дроссель при этом нагрелся до 40 — скорее всего его подогревают транзисторы. Сам контроллер разогрелся до 52 градусов.

Теперь перейдем к оценке КПД системы при разряде. C начала оценим потери в самом преобразователе. Для этого составим перечень элементов непосредственно влияющих на КПД:

A — верхний транзистор понижающего плеча преобразователя LTC3780.
B — нижний транзистор понижающего плеча.
C — нижний транзистор повышающего плеча.
D — верхний транзистор повышающего плеча.
L — дроссель.
RS — резистор датчика тока.

И конечно потребление самого контроллера LTC3780. Подробно не буду останавливаться на работе микросхемы, скажу только, что она фактически представляет собой понижающий преобразователь стоящий после повышающего с общим дросселем. В зависимости от входного и выходного напряжений работает либо одна часть, либо вторая, либо обе(при примерном равенстве входного и выходного напряжений).

Для расчета КПД преобразователя будем использовать следующие параметры:

Условимся, что ноутбук потребляет всегда по максимуму. В реальности это близко к истине, поскольку при подключении внешнего источника он помимо энергии на работу потребляет еще и энергию на заряд внутренней АКБ, да и вообще при наличии внешнего питания в потреблении себе не отказывает. Напряжения соответствуют номинальному напряжению ячеек — 3,7В и пониженному — 3,3В. Важно отметить, что преобразователь в текущем устройстве всегда работает в повышающем режиме (входное напряжение никогда не превосходит выходного), однако это не значит, что транзисторы A и B не переключаются. Для зарядки конденсатора вольтдобавки(bootstrap) необходимо кратковременно выключать транзистор A и включать B(тоже самое будет происходить при работе в понижающем режиме для транзисторов С и D). У LTC3780 это происходит с частотой 40кГц.

Для оценки потерь воспользуемся xls файлом для LTC3780 из пакета LTpowerCAD2. Принцип работы похож на предыдущую работу с xls для BQ40Z60. Вводим все значения выходных напряжения и тока, входного напряжения, желаемую частоту преобразования, параметры ключевых транзисторов(я решил использовать CSD17308 как и в ЗУ). Дроссель был выбран IHLP5050EZER3R3M01 у которого типовое DCR = 7,7мОм. Для 3,5А индуктивность маловата, так случилось потому, что при закупке комплектующих я рассчитывал на выходной ток 4,5А. Для текущей конфигурации идеальным вариантом будет IHLP5050EZER4R7M01 с типовым DCR = 12,8мОм. Датчик тока — резистор типоразмера 2512 сопротивлением 5мОм.

После введения всех данных в полях MOSFETs Power Loss Break Down и Estimated Efficiency будут круговые диаграммы распределения потерь по компонентам и оценка КПД для указанного входного/выходного напряжений и тока нагрузки.

Оценка КПД очень оптимистичная — 98,79% при входном напряжении 14,8В и 98,51% при 13,2В (цифры без учета потерь в сердечнике дросселя). Основные элементы на которых происходят потери это дроссель/датчик тока(23%), транзистор A(25%) и D(38% от общих потерь).

Пришло время измерить реальный КПД.

Измеренный КПД — 96,93% при входном напряжении 14,8В и 96,35% при 13,2В. Проведем анализ полученных данных. Для этого переведем проценты КПД в мощность потерь:

В данном случае расхождения более существенны по сравнению с оценкой потерь в преобразователе ЗУ и составляют до 1,48Вт. Но если учитывать потери в сердечнике дросселя (которыми при не оптимально выбранной индуктивности нельзя пренебречь) картина не будет уже столь удручающей.

Оценим средний(при напряжении 13,2В) КПД PowerBank при разряде. Он складывается из КПД самого преобразователя, а также:

CellCS — ток через него равен входному току преобразователя, сопротивление 5мОм, потери:

CHGFET и DSGFET — ток через них равен входному току преобразователя, сопротивление 5мОм, суммарные потери:

Тогда КПД PowerBank при разряде:

Термограмма преобразователя при входном напряжении 14,4В и выходном токе 3,5А показана ниже:

Самой горячей точкой оказался транзистор С, но его нагрев (при окружающей 21 градус) составил всего 41,1 градус после 30 минут работы. Понятно, что в корпусе эти цифры будут выше, но запас по перегреву огромный.

И в заключение первой части статьи хочется сказать, что работа была проделана очень большая, а во второй части статьи нас ждет разбор аппаратных и программных грабель при запуске макета, конфигурирование BQ40Z60 и ПО для STM32F0. Надеюсь было интересно.

P.S.: Архив с проектом платы и исходники будут выложены в следующих частях статьи.
P.P.S. заметил, что забыл почти самое важное для этой части статьи — фото макета. Исправляю

На плате можно видеть следы исправлений, а также следы ношения в открытом виде в рюкзаке(сгоревшие дорожки в районе подключения АКБ). Макет конечно не самый элегантный, но даже в таком виде его можно использовать.

habr.com

Как зарядить ноутбук через power bank

Бывает так, что с ноутбуком приходится работать в тех местах, где нет возможности подзарядить его от сети. К примеру, нужно срочно закончить что-либо писать или чертить, а батарея садится. Для таких случаев и было изобретено замечательное устройство: портативный аккумулятор для гаджетов самого разного вида. Коротко он называется повербанк. Те пользователи, которые впервые сталкиваются с этим устройством, часто спрашивают, как зарядить ноутбук через power bank и насколько такая зарядка будет эффективной.

Общие характеристики и преимущества

Благодаря хорошим показателям емкости такого устройства, лэптоп, заряженный повер-банком, может работать в три раза дольше, чем от своей собственной батареи. Безусловно, компьютер придется подпитывать постоянно, но в тех условиях, когда невозможно подключение к сети, это может стать настоящим спасением.

Повер-банк компактен, он незаменим в условиях дальнего путешествия. Многие модели поверов устроены так, что с их помощью можно заряжать несколько гаджетов в одно и то же время. Каждый power снабжен индикаторной лампочкой, которая показывает, когда он сам нуждается в зарядке.

Читайте наши статьи про инструкцию по эксплуатации power bank и рейтинг внешних аккумуляторов.

Техника зарядки ноутбука с помощью устройства повер-банк

Как зарядить ноутбук через power bank? Все гаджеты, и портативный компьютер в том числе, заряжаются от повера очень просто.

Главное при выборе power bank — обратить внимание на емкость аккумулятора (большинство лэптопов имеют батареи емкостью до 20000 мА/ч), а также напряжение (U) входного порта-USB и силу тока. Обычно это 19 Вольт и 2 Ампера, не больше.

Не забывайте о том, что перед тем как приступить к зарядке ноутбука повер банком, само устройство должно быть полностью заряжено. В самом подключении нет ничего сложного. Нужно всего лишь подключить портативный аккумулятор к заряжаемому компьютеру через имеющийся на нем USB-порт.

Немного о специфике повербанков и популярных фирмах-производителях

Сам повербанк можно заряжать либо от сети, либо от компьютера, подключенного в сеть — в зависимости от ситуации. Отдавая предпочтение тому или иному портативному зарядному устройству, важно иметь в виду, что далеко не все модели «позволят» и работать с лэптопом, и заряжать его одновременно.

Самые популярные фирмы на современном этапе — это Xiaomi, Drobak, Power Plant. Они выпускают универсальные поверы, с помощью которых можно заряжать любые гаджеты — и портативные компьютеры в том числе. Хороший повер будет иметь прочный корпус и надежную защиту от факторов внешней среды. Как правило, корпуса устройств, имеющих повышенную степень защищенности, окрашены в оранжевый или красный цвета.

Емкость повер-банка, который подойдет именно для того, чтобы заряжать ноутбук, должна быть, как минимум, 20000 мА/ч, можно и больше. Чем больше показатель емкости повера, тем дольше будет работать ноутбук.

Если вы предпочитаете компактность, можно приобрести недорогой повербанк Xiaomi Mi 20000. Этот повер как раз замечателен тем, что с ноутбуком можно работать, одновременно заряжая его. Емкость Xiaomi Mi вполне соответствует требуемым показателям — 20 000 мА/ч, а небольшой вес, около 400 граммов, позволит носить его с собой.

Если же вам необходимо более мощное устройство, существует Power Plant K2 50000, которое подходит ко всем портативным компьютерам и в условиях долгого отсутствия сетевого электропитания может стать просто незаменимым.

Пользоваться повер-банком очень просто — важно только подобрать правильное устройство, соответствующее параметрам вашего ноутбука. При покупке также обращайте внимание на внешний вид, фирму-производителя и цену. Если вы подберете повер-банк, соответствующий характеристикам вашего компьютера, он всегда выручит вас в тот момент, когда доступ к электрической сети будет невозможен.

batteryk.com

Мощный повербанк на 15000 mAh для ноутбуков, планшетов, смартфонов и т.д.

Повербанк для ноутбука на 15000 mAh (модель YLC-1298).

Работает, был доставлен на дом курьером, заряженным на 100%.

Белая картонная коробка на магнитиках



содержала в себе сетевое зарядное устройство, переходники для Iphone, Nokia, Micro USB, Mini USB, а также насадки на универсальный кабель для ноутбуков и планшетов.

Внутри так же лежала ксерокопия на английском языке, гласящая, что этот повербанк ёмкостью не 15000 mAh, а 15600 mAh, и прочую техническую информацию.

Внешний вид (справа от смартфона Huawei Honor):

Управляется аппарат очень просто, одной кнопкой:
1-е нажатие — «ВКЛ (12 вольт)».
2-е нажатие — «16 вольт».
3-е нажатие — «19 вольт».
Одно долгое нажатие — «ВЫКЛ».

Вскрытие корпуса показало, что девайс содержит 6 зелёненьких аккумуляторов типа 18650 неизвестной ёмкости, без названия. (Плёнку сам подрезал).

Конструкция:
Две тонких металлических крышки, покрашенные в чёрный цвет, крепятся с помощью 8 маленьких винтиков к белой пластиковой раме с электроникой. Аккумуляторы, обтянутые синей термоусадкой, приклеены изнутри к крышкам на белый акриловый клей.


Входы и выходы повербанка:
Один вход для сетевой зарядки на 12V/1A.

Один USB выход 5V/2A (смотрите фотку выше, он рядом с индикатором, справа от него).
Один DC выход 12V/3.5A, 16V/3.5A, 19V/3.5A.

Глюки, баги и непонятки:
1) Несмотря на то, что на корпусе заявлено «DC OUT» 9 вольт, это напряжение нельзя установить. Только 12, 16, и 19 вольт.

2) После 5 минут работы погасла синяя светодиодная подсветка дисплея, и больше не включилась. В темноте показания индикатора не видно абсолютно.

Заключение:
Аккуратно собранный, но тяжеловатый (375 грамм), мощный повербанк с кучей переходников, с удобным дисплеем. Дороговат, и, скорее всего, хрупкий. Брать можно, учитывая недостатки.

(Но лучшее поискать себе что-то более дешёвое и практичное).

mysku.ru

Разработка power bank для ноутбука. От макета к готовому изделию. Часть вторая / Habr

В прошлой части статьи о разработке PowerBank для ноутбука мы остановились на изготовленном макете, измеренном КПД и пониманием того, что делать дальше. А дальше нужно было оживлять железку. Поэтому представляю вашему вниманию часть вторую: ПО макета.

Перерыв между частями получился довольно большим — все силы были брошены на проект быстрозарядного внешнего аккумулятора, который сейчас собирает поддержку на boomstarter.

Продолжим.
Для того, чтобы понять какие микросхемы нам придется программировать посмотрим на структурную схему макета

Отсюда видно, что придется писать ПО для управляющего МК (STM32F042), а также конфигурировать систему контроля Li-ion аккумуляторов + зарядное устройство (BQ40Z60). Я начал со второго, потому как считал эту часть наиболее сложной.
Для программирования контроллера BQ40Z60 нам понадобится:
— Адаптер EV2400 и EV2300(готовый или самодельный). У меня с прошлых проектов остался EV2300, поэтому я использовал его.
— Программа Battery Management Studio (bqStudio).
Подключается адаптер по шине SMBus, для подключения я оставил точки подпайки на линиях SMBD и SMBC.(Не самое практичное решение — потом понял, что надо было ставить разъем).

После танцев с бубном BQ40Z60 определилась в Battery Management Studio. Причиной тому был спящий режим в который входит контроллер при отсутствии подтяжки на шине SMBus и отсутствии обращения к нему. Просыпается он при подключении ЗУ.
Далее займемся непосредственно настройкой чипа BQ40Z60. Сказать, что у него много регистров — ничего не сказать. Настроек миллион. Поскольку конфигурирование — долгий и сложный процесс(для описания нужна отдельная статья) я опишу его вкратце.

После запуска появляется главное окно Battery Management Studio

Вкладка Data memory содержит большое количество полей в которые мы должны внести параметры батарей и режимы работы контроллера.

На вкладке Chemistry можно попробовать отыскать готовые калибровки для используемых ячеек.

Для моих YOKU LP 5558115 3500mAh готовых калибровок не оказалось (кстати калибровки постоянно обновляются). Нашел похожие YOKU LP 656193 4000mAh. Смекнув, что про имеющиеся пакеты я все равно ничего не знаю, выбрал этот профиль.

Затем во вкладке Data memory я настроил:
Calibration: калибровочные значения для вольтметров(ячейки, батареи и внешнего адаптера), сопротивление датчика тока, калибровочные значения для датчика температуры.
Settings: включение защит, терморезисторов, светодиодов, спящего режима, конфигурации батареи.
Protections: настройка порогов защит(напряжение, время, температура), настройка порогов напряжения внешнего адаптера.
Permanent Fail: настройка порогов срабатывания необратимых ошибок(таких при которых дальнейшая работа батареи невозможна).
Advanced Charge Algorithm: настройка зарядного устройства(токи, напряжения для разных диапазонов температуры, признак окончания заряда, балансировка).
Gas Gauging: настройка блока определения уровня заряда(паспортные емкость/напряжение ячеек, сопротивление проводов, статистика).
Power: настройка режимов работы контроллера.
PF Status: состояние статусных бит Permanent Fail защит.
System Data: поля для данных производителя.
SBS Configuration: настройка порогов срабатывания триггера Alarm, основные данные о батарее(серийный номер, дата производства, производитель, имя, химия).
LED Support: настройка режима свечения индикаторных светодиодов.
Black Box: черный ящик (история изменения статусных бит защит).
Lifetimes: статистика батареи.
Ra Table: таблица внутренних сопротивлений ячеек.

В процессе настройки я изменял далеко не все поля, но для старта этого хватило.

С этой частью схемы был только один аппаратный косяк связанный с выводом 21-AFEFUSE микросхемы. Произошло это вот как:
Схему я драл с отладочной платы за исключением микросхемы вторичной защиты и пережигаемого предохранителя. У BQ40Z60 за пережигание предохранителя отвечает 21 вывод AFEFUSE (так я думал). Поэтому я посмотрел 5 страницу даташита BQ40Z60 увидел в таблице

тип вывода Output и с чистой совестью оставил его болтаться в воздухе. Проблемы пришли после спайки платы: вроде все настройки перебрал (а на тот момент сомнений было очень много), но не работает — не включались зарядный и разрядный транзисторы. После 2х дней сомнений/раздумий/проб и ошибок я заметил, что бит FUSE_EN не установлен и решил «спросить у людей» и когда я запостил вопрос ко мне пришло озарение

Глядя на схему отладочной платы я предположил, что вывод AFEFUSE может быть также входом, что подтвердилось разделом 9.3.2.4 стр.24, где написано, что если вывод не используется, его нужно соединить с землей. Я это сделал пинцетом и все заработало. Через 5 минут мне ответили на e2e.com — ответ четкий и правильный, я высказал свое «фи» по поводу ошибки в таблице выводов — обещали поправить в следующих версиях документации.
Чтобы поставить точку в настройке контроллера я прогнал 2 обучающих цикла полный заряд/разряд + релаксация (заняло в общем 30 часов).

Теперь перейдем к программированию STM32F042. На этапе макета от этого процессора требовалось совсем не много:
— Управлять преобразователем напряжения, обрабатывать кнопки.
— Уходить как можно глубже в сон, чтоб не разряжать батарею.
— Считывать основные параметры АКБ из контроллера(напряжение, ток, уровень заряда, температура, текущее состояние, количество циклов, время до полного заряда/разряда) и выводить их в ПК через USART (поскольку на плате уже стоял преобразователь CP2102). Хоть процессор и содержит USB на борту, в макете я его не использовал, да и делался макет под 051 МК, но я не смог его купить.

Управление преобразователем сводилось к выставлению двух выводов(включение и режим работы), подачи ШИМ (с последующей RC фильтрацией) на вывод задания частоты преобразования микросхемы LTC3780 (в итоге установил частоту на максимум — 400кГц), и вход мониторинга сигнала PowerGood. Но даже тут я умудрился наступить на грабли. Баг был плавающий и возникал когда Power Bank долго полежит выключенным, выражался в том, что он просто не включался. Проблема заключалась в том, что я сначала включал прерывание на сигнал PowerGood от LTC3780, а затем включал саму микросхему(EN). Получалось, что прерывание срабатывало еще до старта преобразователя и выключало его. Переставил события местами и добавил задержку — проблема исчезла. В остальном этот функционал дался легко.

Было решено сделать пользовательский интерфейс с 1 кнопкой и 5 (6) светодиодами (хотя на плате макета было 2 кнопки и 10 светодиодов). Работает он следующим образом:
Устройство выключено -> кратковременное нажатие (<500 мс) — анимация уровня заряда на 4 светодиодах.
Устройство выключено -> долговременное нажатие (>500 мс) — включение устройства (загорается 5ый светодиод).
Устройство выключено -> подключение ЗУ -> анимация уровня заряда на 4 светодиодах до окончания процесса заряда.
Устройство включено -> кратковременное нажатие — анимация уровня заряда на 4 светодиодах.
Устройство включено -> долговременное нажатие — выключение устройства.
Устройство выключено -> ток потребления меньше 50 мА более 3 мин. — выключение устройства.
Это позволило убрать из устройства 27 элементов.

Опыт реализации спящих режимов на STM32F0xx у меня уже был, поэтому на большие грабли я тут не рассчитывал. Для оптимизации потребления я первым делом заменил LDO 3,3В на mcp1703 с малым током собственного потребления (нужно было не драть с отладки, а сразу ставить его). Размер, цена, потребление, обвес — все меньше, чем у LP2951.
Спасибо пользователю Hardegor за правку по поводу LDO для Li-ion 4s нельзя использовать mcp1703 в силу низкого входного напряжения. Я использовал для химии LiFePo4 — там этой проблемы нет. Будьте внимательны!!!
-Когда устройство выключено, МК находится в режиме STANDBY и реагирует только на нажатие кнопки или подключение ЗУ. Потребление в таком режиме составляет 108 мкА (100 из них потребляет BQ40Z60).
-При включенном устройстве процессор большинство времени (кроме моментов индикации и опроса BQ40Z60) находится в режиме STOP с потреблением 1,5 мА (1 мА это светодиод). В моменты опроса и индикации ток потребления колеблется от 4,5 до 9 мА.
-При подключенном USB МК в режиме RUN на 48 Мгц, потребление 15 мА. В будущем сделаю питание МК в этом режиме от USB.

Самой большой потенциальной проблемой был опрос BQ40Z60. С SMBus я не работал и до последнего надеялся, что SMBus это I2C 1в1(частично это так, ведь физический уровень у них одинаков), но оказалось, что канальный уровень сильно разнится и это порождало ряд трудностей. Здесь описывать отличия SMBus от I2C я не буду, а приведу ссылку на довольно грамотную статью. На этапе макета я не стал ввязываться в борьбу с SMBus (к слову как программист я на много слабее, чем как схемотехник) и поскольку команды отправки и приёма байта в SMBus и I2C совпадали полностью, я использовал только их. В итоге из BQ40Z60 я считывал SOC, SOH, Current, CellVolt, TimeToFull, TimeToEmpty. В зависимости от значений регистров изменялся режим работы(выдавались предупреждения, любо происходило выключение).

Ну и на стороне ПК конечно была необходима программа, способная отображать считанные с АКБ данные в удобном виде. Поскольку графические интерфейсы я мог только в Borland C++ Builder и делал это очень давно, то я попросил программиста набросать для меня простенькую отладку. Для макета на скорую руку получилось следующее:

Это все работы, которые были проведены на стадии макета. Далее в планах(а поскольку я описываю уже проведенные операции, то часть работ уже сделана) передача ТЗ конструктору для разработки/изготовления корпуса PowerBank, исправление ошибок/доработка схемы, переделка платы под корпус, доработка ПО. После этого устройство будет похожим на товар и, после доведения, станет товаром в прямом смысле этого слова. В следующих частях статьи мы рассмотрим этапы и основные сложности процесса перехода от макета к готовому изделию, работу по корпусированию, рассмотрим стоимости различных решений и операций, оптимизацию, а также увидим конечный результат.

habr.com

Можно ли заряжать ноутбук от Power Bank? Техника зарядки ноутбука с помощью устройства повер-банк

Power Bank — это универсальное портативное зарядное устройство, при помощи которого можно восстановить заряд смартфона или гаджета, находясь где угодно. Благодаря данному изобретению, легко решается проблема восстановления заряда мобильного устройства. Можно ли заряжать ноутбук от Power Bank? Этот вопрос до сих пор возникает у многих людей. В статье будет подробно рассмотрено решение проблемы о возможности осуществления зарядки лэптопа посредством портативного зарядного устройства Power Bank.

Можно ли заряжать ноутбук от Power Bank

Ноутбук — удобное портативное устройство, которое мы можем брать с собой как на работу, так и в путешествие. Но проблема состоит непосредственно в заряде батареи, объема которой в лучшем случае хватает на 3-4 часа. На вопрос, можно ли заряжать ноутбук от Power Bank, однозначный ответ — да! Технологии с каждым годом улучшаются, и сейчас уже никто не удивится созданию переносного зарядного устройства (Power Bank), которое может нивелировать отсутствие поблизости источника электрического питания, что решает множество проблем для пользователя лэптопа.

Следует отметить, что не каждое такое устройство может стать вам верным помощником при зарядке ноутбука. Для этого Power Bank должен обладать необходимыми характеристиками либо же быть специализированным под заряд лэптопа. Давайте разберемся, как заряжать ноутбук через Power Bank.

Как подобрать Power Bank для зарядки лэптопа

Чтобы разобраться в вопросе, можно ли зарядить ноутбук от Power Bank, следует сделать правильный выбор при его покупке. Покупая мобильное зарядное приспособление, обратите свое внимание на оригинальные устройства с качественными аккумуляторными батареями от популярных фирм-производителей.

Как правило, на китайских подделках стоят низкокачественные батареи. В то же время производители таких устройств обещают потребителю емкость в 20 000 мАч, но в действительности обещанного объема, доступного пользователю, не наблюдается. Соответственно, выходной ток на таком устройстве будет низким и для заряда ноутбука его точно не хватит. Кстати, и подключить такой Power Bank к ПК будет весьма проблематично.

Среднестатистический лэптоп имеет аккумулятор с объемом от 10 000 миллиампер-часов, поэтому для эффективного применения портативного зарядного устройства необходима либо аналогичная его емкость, либо немного меньше. Это позволит зарядить ваш переносной персональный компьютер если не на 100 процентов, то хотя бы на 70-80, что является достаточно неплохим результатом.

Заряд от универсального портативного аккумулятора

Чтобы заряжать ноутбук от Power Bank, следует знать, как правильно «взаимодействовать» с портативным устройством. Это достаточно важный момент, который стоит учитывать перед зарядкой ноутбука. Так, повер-банк необходимо зарядить до 100 процентов перед применением на ноутбуке. Если устройство недавно куплено, его стоит полностью зарядить и разрядить для оптимальной работы аккумуляторных батарей в дальнейшем.

Если устройство не было заряжено до 100 процентов, то особого смысла пробовать заряжать лэптоп нет, ведь разрядится он гораздо раньше, чем заполнится аккумулятор ноутбука. Исключением из такого правила будут повер-банки с емкостью батареи, равной 20 000 мАч и выше.

Требуемые характеристики Power Bank для зарядки ноутбука

Нередко обладатели портативного зарядного устройства задаются вопросом о том, как зарядить ноутбук с помощью Power Bank. Для этого он должен обладать характеристиками, которые будут описаны ниже.

Для осуществления заряда устройство должно иметь выходное напряжение от 18 до 20 вольт и номинальный ток в два ампера. Приведенными параметрами обладают не все переносные зарядные устройства. Как правило, исключение составляют китайские подделки популярных моделей и производителей повер-банков.

Чтобы безошибочно подобрать устройство для зарядки ноутбука, стоит обратить внимание на следующее вещи:

1. Наличие на корпусе портов подключения USB-кабеля в 1А и 2А. Буква (А), следующая после цифры, означает ампераж, который дает на выходе данный порт. Также их можно задействовать одновременно, а цифра, соответственно, указывает на количество Ампер.
2. Для комфортной эксплуатации зарядного устройства и ноутбука повер-банк должен иметь емкость аккумулирующих батарей не менее 10 000 миллиампер-часов (мАч).
3. В комплекте с Power Bank должен быть провод для зарядки лэптопа с определенным размером, поэтому обратите внимание на комплектующие переходники: они должны подходить к тому устройству, которое вы желаете заряжать. В противном случае подключить даже соответствующее по всем параметрам зарядное устройство к ноутбуку не представится возможным.

В завершение описания требуемых характеристик Power Bank для зарядки ноутбука стоит отметить, что есть специализированные зарядные устройства со всеми вышеприведенными характеристиками и требуемыми переходниками. При выборе повер-банка обратите внимание именно на них.

Подключение Power Bank к ноутбуку через USB

Многие пользователи повер-банка думают, что данное устройство можно подключить к ноутбуку посредством USB-кабеля. Это действительно возможно, но при условии, что у вас на ноутбуке имеется новейший USB-порт 3.1. Данный вид подключения также имеет и другое название —Type C.

Если на борту вашего лэптопа нет вышеприведенного типа подключения, а всего лишь USB 2.0 и 3.0, то зарядить ноутбук вы ни при каких условиях через «ЮСБ-кабель» не сможете. Причина этого довольно проста: порты 2.0/3.0 имеют передачу напряжения всего в 4.5 вольта, для планшета и смартфона данная мощность может подойти, а для зарядки ноутбука требуется как минимум 30, а лучше всего — 50 вольт и выше.

Как подключить повер-банк к ноутбуку правильно

Чтобы узнать, как подключить Power Bank к ноутбуку, стоит учесть вышеописанные требования к комплектующему устройству переносного аккумулятора и своему персональному компьютеру, а также узнать, какие порты для подключения различных устройств имеются на вашем переносном ПК.

Исходя из вышесказанного, напрашивается вопрос: как подключить Power Bank к переносному ПК, если вы не обладатель ноутбука с доступным на нем портом Type C 3.1? Ответ на данный вопрос таков: при соблюдении необходимых характеристик вашего зарядного устройства вам необходим переходник от повер-банка к разъему для зарядки ноутбука.

Вряд ли в комплекте с зарядным устройством будет нужный вам переходник — его следует приобрести отдельно. Если подходящий переходник для ноутбука Power Bank у вас имеется, то от порта 2А посредством кабеля его необходимо подключить к разъему питания на лэптопе.

Эффективность зарядки ноутбука при помощи Power Bank

Рассматривая эффективность зарядки лэптопа от портативного аккумулятора, можно с уверенностью сказать, что данный метод весьма хорош. Он упрощает использование ноутбука без доступа к сети электроэнергии.

Только представьте, насколько приятно использовать ноутбук на работе или во время переезда в другой город без блока питания. Батарея вашего ноутбука плюс емкость портативного аккумулятора — это очень удобно. Такой подход предоставит вам в процессе использования портативного ПК около 5-8 часов эксплуатации устройства без подключения к источнику электроэнергии.

Заключение

Итак, вы получили ответ на вопрос о том, можно ли заряжать ноутбук от Power Bank. В данной статье мы выяснили требуемые характеристики портативного зарядного устройства для пополнения заряда лэптопа, а также в полной мере разобрались в том, каким образом подключить универсальное зарядное приспособление к переносному персональному компьютеру.

fb.ru

Бюджетный Power bank для ноутбука!

Всем Доброго дня или вечера!
В данной статье хочу представить портативное зарядное устройство с возможностью регулировки выходного напряжение от 12 до 35 v
Данное устройство изготавливалось для зарядки ноутбука,но также можно использовать и для других устройств, таких как мощных светодиодов.

Принцип работы:
3 последовательно включённых аккумулятора (18650) выдают 12 v далее стоит dc-dc повышающий модуль
повышающий от 12 до 35v и нагрузкой до 150 w (150 w при условии принудительного охлаждения).
Тумблерами выбираются режимы соединения аккумуляторных батарей (ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО,ПАРАЛЛЕЛЬНО)

Для изготовления нам потребуется:

1) Корпус
2) Тумблер 6 PIN (ON-OFF-ON) 2-шт
3) RCA гнезда 2-шт
4) Аккумуляторы 18650 3-шт
5) Плата заряда Li-ION на чипе TP4056
6) Повышающий стабилизатор
7) Мультиметр
8) Паяльник,олово,флюс
9) Провода
10) Дрель
11) Термоклей

Корпус я взял от старого блока питания

Размечаем отверстия под тумблера и сверлим

Дальше всё спаиваем по схеме

Провода были взяты от компьютерного блока питания

Вот так должно получится

Так как для ноутбука необходимо 19 v 3.5a

Необходим повышающий стабилизатор

Преобразователь был куплен в Китае и имеет следующие характеристики:
Входное напряжение — 10…32 В.
Выходное напряжение — 12…35 В.
Выходной ток до 6 А.
Входной ток до 10 А.
Выходная мощность при естественном охлаждении — 100 Вт.
Выходная мощность при обдуве — до 150 Вт.
КПД до 94%.
Ток холостого хода — 25 мА.
Размеры — 6.5 х 5.5 х 2.5 см

Перед сборкой в корпус всё необходимо проверить и настроить

Итог:
В итоге мы получаем зарядное устройство с двумя выходными напряжениями 19 v и 4,1 v при желание можно в корпус добавить USB гнездо с повышающим модулем и в итоге получить уже два в одном.


Демонстрация работы:

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Обзор Mophie Powerstation USB-C XXL — Повербанк для ноутбука

Повербанки особенно полезны для зарядки небольших мобильных устройств на ходу. Однако, есть модели, которые способны заряжать ноутбук. Один из них — Mophie Powerstation USB-C XXL, который я имел возможность испытать на практике.

1. Отличный компаньон для MacBook
2. Powerbank для ноутбука на практике
3. Подзарядка других устройств
4. Подходит для путешествий
5. Как зарядить Mophie Powerstation?
6. Стоит ли покупать?

У меня много повербанков, которые отличаются пропускной способностью, доступными портами и габаритами, но ни один не может обеспечить электроэнергией мой ноутбук. Как только появилась возможность протестировать Powerstation USB-C XXL от Mophie, я сразу же воспользовался ею.

Читайте также: Обзор PNY PowerPack L8000 – Портативный повербанк

Mophie Powerstation USB-C XXL — компаньон MacBook

Вначале следует отметить, что это мощный энергетический накопитель. Он длиннее, шире, толще и тяжелее моего телефона, т. е. IPhone X. Измеряется 150×83,75×23,2 мм при массе 390 г. Я могу простить размеры, из-за ёмкости в 19500 мАч. Это оборудование позволяет несколько раз подзаряжать портативные устройства или один раз ноутбук Apple.

Гаджет имеет форму плоского кубоида, в котором один из краёв слегка срезан. Корпус чёрный, покрыт приятным на ощупь тёмно-серым материалом. Powerbank Mophie Powerstation выглядит необычно и элегантно, он подходит по дизайну к MacBook Space Gray. Но, я боюсь, что после его ношения в рюкзаке это покрытие будет быстро разрушаться.

Читайте ещё: Лучшие портативные зарядные устройства (power bank) для смартфонов

Powerbank для ноутбука на практике

Mophie Powerstation USB-C XXL имеет порт USB-C, поддерживающий технологию USB-PD, необходимую для зарядки ноутбуков (30 Вт). Устройство по умолчанию загружает ноутбук, но также возможна подзарядка и аксессуаров через компьютер.

Всё, что вам нужно делать, это нажимать кнопку на корпусе, для изменения режима работы, меняя направление тока. Независимо, заряжается ли блок питания или он подаёт электричество, меняется порядок, в котором загораются светодиоды в корпусе.

Подзарядка других устройств

В дополнение к порту USB-C имеется классический USB-A (5V/2.4A), который позволяет заряжать гаджеты, отличные от ноутбуков, то есть смартфоны, планшеты, беспроводные наушники, фотокамеры и т. д. Конечно, вам ничто не запретит, сразу заряжать более одного устройства от Mophie Powerstation USB-C XXL, используя порты USB-C и USB-A одновременно.

Вы просто должны помнить, что придётся носить необходимые кабели вместе с аксессуаром в рюкзаке. Жаль — мне больше нравятся повербанки, у которых короткие кабели скрыты в корпусе. Однако, это решение имеет свои недостатки. Вы не сможете подключить аксессуары с любой штепсельной вилкой на конце, а также увеличить расстояние от блока питания.

Powerbank от Mophie идеально подходит для путешествий

Блок питания Mophie Powerstation USB-C XXL начинает заряжать устройства сразу после подключения. Вам не нужно, включать его каждый раз, как в некоторых таких аксессуарах, в основном более старых и более дешёвых.

Производитель также подумал о ситуациях, когда пользователи имеют доступ к ограниченному числу сокетов. Это распространённая проблема, когда выезжаешь за границу, в страны, где гнёзда розеток имеют другую форму, и требуют адаптеров. Mophie Powerstation может быть посредником между сокетом и, например, телефоном.

Как зарядить Mophie Powerstation?

После возвращения домой или в гостиницу, подключите Mophie Power Station USB-C XXL к току через порт USB-C и начнётся зарядка. В то же время можно подключить другое устройство к порту USB-A. Благодаря функции Priority + питание от розетки будет поступать сначала на подключённое устройство, и только потом сам блок будет пополняться.

Производитель, к сожалению, не добавляет сетевое зарядное устройство в комплект. Тем не менее powerbank можно подзаряжать от других устройств, имеющих USB-C или USB-A с портом 2,4 В. Этот гаджет имеет два коротких кабеля: двухсторонний USB-C и USB-C/USB-A. Вам просто нужно помнить, что USB-C используется для зарядки, а не USB-A.

Итог

К сожалению, всё не так хорошо, если речь идёт о цене. Mophie Powerstation USB-C XXL предлагается по цене 11 000 р. В Apple Store вы можете купить его немного дешевле, за 10 000 р. За эти деньги можно купить несколько меньших блоков питания.

Хоть Powerstation USB-C XXL отличается элегантным дизайном, небольшими размерами, а также возможностью зарядки ноутбуков. Нет смысла обманываться — для многих цена Mophie будет просто запредельной. Кроме того, чтобы быстро зарядить iPhone или iPad, нужно будет отдельно приобрести кабель USB-C/Lightning.

Повербанк для ноутбука Mophie Powerstation USB-C XXL — видео

Если вы нашли ошибку, не работает видео, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Виджет от SocialMart

tehnobzor.ru