Как увеличить мощность зарядки от прикуривателя

Обновлено: 06.07.2024

С увеличением ёмкости аккумуляторов телефонов потребовалось увеличить и мощность зарядных устройств, чтобы достичь маленького времени зарядки, для чего и нужно было увеличивать выходную мощность: напряжение, ток. Таким образом зарядные с Quick Charge 3.0 кроме 5 В могут выдавать 9В/12В/20В +возможность регулировки с шагом 0.2 В (до 12 В).

Ввиду распространенности ЗУ с этой технологией появляется интерес использовать их для получения повышенного напряжения без дополнительных преобразователей.

Схема подключения

Представленная схема позволит выводам, настроенным как двухтактный выход, подавать на выводы DN и DP нужные значения напряжения:

Оба вывода к минусу	0 В
Верхний вывод к плюсу, а нижний к минусу	0.6 В
Оба вывода к плюсу	3.3 В

Настройка в STM32CubeMX

Нужно настроить четыре любые выводы общего назначения как двухтактный выход (Output Push Pull) без подтяжки (No pull-up and no pull-down) с соответствующими названиями (ПКМ -> Enter User Label).

Описание протокола Quick Charge

QC 2.0 (из документа CHY100)

После включения в сеть замыкаются выводы DN, DP и начинает следить за уровнем на выводе DP, подаем на него напряжение от 0.325 В до 2 В (обычно 0.6 В) на время не менее 1.25 с и таким образом происходит вход в режим Быстрой Зарядки. Теперь на DN нужно подать минус (чтобы напряжение на нем упало ниже 0.325 В) на время не менее 1 мс. Остается выставить сочетание напряжения, соответствующее необходимому, согласно таблице:

QC 3.0 (из документа FAN6290Q)

В этой версии есть возможность изменять значение напряжения с шагом 200 мВ, для этого нужно выставить сочетание, соответствующее режиму Continuous Mode:

Перейти в него можно из любого другого (5В/9В/12В), а потом для увеличения выходного напряжения (DN: 3.3 В, DP: импульс 0.6-3.3-0.6В), а для уменьшения (DP: 0.6 В, DN: 3.3-0.6-3.3В).

Программирование

Остается завернуть изменение уровней сигнала согласно алгоритму в код с использованием библиотеки HAL, учитывая понятные ярлыки-названия, установленные в Кубе:

Таким образом получились функции:

Проверка работы

Остается подключить всё согласно схеме и выполнить функцию для получения нужного напряжения (для испытания используется безымянная китайская зарядка с QC 3.0):

Причем выходное напряжение можно изменить в любой момент:

При использовании разъема USB Type-C обязательно нужно добавить два резистора 5.1 кОм между CC1, CC2 и GND, чтобы устройство определялось как UFP (Upstream Facing Port).

Определение подключения

В случае, если питание будет подаваться на микроконтроллер уже после подключения, то выполнение нужной функции может выполнятся перед главным циклом один раз.
Если микроконтроллер питается от независимого источника, то выполнение функции можно назначить по внешнему прерыванию (вывод VBUS подключается через стабилизатор 3.3 В) или просто с помощью кнопки — можно сделать свой "триггер".

Проверка на разных ЗУ с USB-A и USB-C

Работоспособность проверена на различных недорогих зарядных, а также на мощных ноутбучных зарядок 65Вт с USB Type-C.

При этом наименьшее выходное напряжение может различаться — так, обычные имели нижний порог 4.2 В, а продвинутые — 3.7 В.

Подробнее в видео

Итого

Хоть стандартом становится технология Power Delivery (PD), но куча современных сетевых зарядных устройств как и многие переносные аккумуляторные ЗУ поддерживают в том числе Quick Charge (QC), что позволит с легкостью получить повышенное напряжения без использования дополнительных преобразователей.

Несмотря на то, что в теории можно получить даже 20 В, но на практике таких зарядок почти нет. Также стоит учесть, что при подключении слишком мощной нагрузки напряжение будет сильно просаживаться, а некоторые ЗУ вообще уйдут в защиту.

Схемотехника рассматриваемого адаптера для зарядки от прикуривателя автомобиля не претендует на оригинальность и использует очень распространенную микросхему MC34063. Однако, печатная плата разработана под маленький корпус Z-43 и занимает мало места. Данный проект будет полезен тем, кто все же хотел бы самостоятельно изготовить зарядное устройство для телефона для автомобиля нежели покупать готовое устройство, так как суммарная стоимость устройств возможно будет одинаковой.

Итак, перейдем к схеме устройства:

Схема построена на микросхеме DC/DC преобразователя MC34063, микросхема используется в корпусе DIP-8, так как рассеиваемая мощность в таком корпусе чуть больше, чем в корпусе SO-8 - так чуть надежнее. Резисторы R2 и R3 образуют обратную связь с выходом схемы, как таковые резисторы образуют делитель напряжения. При этом на пятом выводе микросхемы всегда поддерживается напряжение 1,25 вольта, это значит, что выходное напряжение напрямую зависит от сочетания номиналов в делителе напряжения:

А из этого следует, что можно точно рассчитать выходное напряжение. Если нам нужно получить на выходе 5 вольт, то необходимо произвольно выбрать номинал одного резистора - пусть это будет 1000 Ом, тогда расчет другого резистора будет выглядеть так:

Если бы номиналы получались не столь "красивыми", то необходимо было бы задать в начале другой номинал и заново рассчитать второй резистор.

Как было указано, корпус используется Z-43. Печатная плата с установленными компонентами занимает все пространство корпуса. В корпусе необходимо сделать два отверстия - для USB разъема и для входного напряжения. На фото нижняя крышка немного подпилена для плотного закрывания по причине габаритов разъема для подключения прикуривателя. Небольшая притирка, так сказать. При условии отказа от использования разъема по входу напряжения занимаемый объем в корпусе немного уменьшится и отверстие можно сделать меньше для пропукания провода внутрь корпуса, чтобы подпаяться к контактам на плате. Данная вариация с разъемом зависит от того, что есть в наличии (мне было жалко резать провод прикуривателя, поэтому использовал такой разъем).

На печатной плате в Sprint Layout на синем слое (М1) обозначена перемычка. На готовой печатной плате эта перемычка выполнена синим проводом.

Готовый адаптер выглядит так:

Размер вполне компактный получился.

Адаптер в рабочем положении:

входное напряжение - 12 В
выходное напряжение - 5 В
частота преобразования - 85 кГц
ток выходной части - 500 мА (можно увеличить до 750 мА, заменив резистор R1 на 0,2 Ом - это будет максимальный ток, допустимый микросхемой)
КПД ~ 70-75 %

К статье прилагается печатная плата в программе Sprint-Layout 6, а также проект протеус для симуляции работы схемы преобразователя.

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Топ авторов темы

Yurec66 32 постов

Edward1976 5 постов

Madcat 5 постов

vas320 12 постов

Изображения в теме

Это фигня. Пусть 500 квадратов. Важно, когда - какое падение на транзисторе и ток. Ведь какой резистор, какое питание и т.д. - неизвестно. Может, там просадка дикая и падение на регулирующем транзисторе пара-тройка вольт при токе 0.5А. Там и радиатора тогда не надо. Пластинки хватит.

можно ли зарядник для телефона от прикуривателя переделать, а именно на нем написаны выходные параметры сила тока 1А а простое зарядное устройство от телефона что было при покупке на 2А можно ли переделать зарядник от прикуривателя с 1А на 2А?и вообще не понятно как по амперам подбирать батарея на 3000 мА если я правильно прочитал а зарядник на 2А?
Получается что правило зарядки ни такое как на автомобильный аккумуляторв 0.1А от наменала батареи?
Подскажите если можно переделать то как что перепаять в заряднике?

3000 мА это 3 АМПЕРА.
и вообще- 3000 мА/час - это ЁМКОСТЬ батареи! а 2 ампера- зарядный ток..
То, что у вас ЗУ на 1 ампер, и РАБОТАЕТ (то есть заряжает этот телефон) - ну и пусть заряжает.. Ну, будет заряжать в 2 раза дольше.. Да и вообще- автомобильное ЗУ- это ПОДЗАРЯДКА, а в норме надо заряжать штатным ЗУ.
Перепаивать там нечего, в ЗУ на 1 ампер и ЗУ на 2 ампера используются, скорее всего- разные микросхемы стабилизаторов..

Опубликованы материалы вебинара, посвященного решениям задач освещения с LED-драйверами MEAN WELL. LED-драйверы MEAN WELL насчитывают несколько десятков семейств, которые широко используются, и легко интегрируются в различные светодиодные светильники. На вебинаре были представлены новинки 2022 года. Рассказали о драйверах MEAN WELL, существующих режимах стабилизации, способах повышения устойчивости светильника к имеющимся помехам, а также предложили оптимальные семейства для различных отраслей применения.

Посмотри необходимый ток на родной зарядке гаджета. А так есть миллион готовых схем на какие хочешь токи, гугли DC-DC преобразователь понижающий или можно купить готовый модуль из китая на микрухах XLSEMI и иже с ними. Только учти, китайские параметры лучше сразу делить на два, а то и на три

_________________
Голова - это прибор для создания голограмм
Хелбой, Халк и Аватар - отличное наглядное представление модели RGB

Компания Mornsun расширила существующее популярное семейство неизолированных импульсных стабилизаторов K78xx/500R3 новыми изделиями для монтажа в отверстие (SIP-3) K78xx/500R3-LB и поверхностного монтажа (SMD) K78xxJT/500R3-LB, существенно снизив себестоимость и габаритные размеры.

Список тестируемых устройств

Тестирование

При проведении испытаний я старался следовать рекомендациям двух стандартов:

ISO 16750-2, Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment — Part 2: Electrical loads
ISO 7637-2, Road vehicles — Electrical disturbances from conduction and coupling — Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only. Местный аналог — ГОСТ 28751, Электрооборудование автомобилей. Электромагнитная совместимость. Кондуктивные помехи по цепям питания. Требования и методы испытаний.

Тестирование проводилось по двум схемам включения из стандарта ISO 7637-2:

Voltage transient emissions test
Transient immunity test

Voltage transient emissions test (ISO 7637-2:2004 4.3)

Этот тест предназначен для оценки устройства как источника помех в сети питания. Стенд, собранный по этой схеме, показан на первой иллюстрации.

Осциллограф (Keysight MSO-X 3104T 1GHz)
Пробник осциллографа
Эквивалент сети (самодельный, см. ниже)
Тестируемое устройство (источник помех)
Заземленная поверхность(металлический лист серый)
Источник питания (Keysight DC power analyser N6705B)
Заземление

Где A — контакт источника питания, B — земля, C — конденсатор, L — индуктивность, P — контакт тестируемого устройства, R — резистор.

L = 5 мкГн (без сердечника);
Сопротивление между P и A: < 5 mΩ;
C = 0,1 μF на напряжение 200 В a.c. and 1500 В d.c.;
R = 50 Ω.

Сопротивление катушки вышло чуть больше указанного в стандарте, так что лабораторию по сертификации мне не открыть.

в момент включения входного питания
выключения входного питания
помехи в режиме работы на номинальную нагрузку

Состав стенда как в тесте Voltage transient emissions test. Измерено напряжение на выходе устройства при номинальном токе, потребляемый ток. Нагрузка имитируется тем же прибором N6705B - у него 4 порта, каждый со своим внутренним модулем, некоторые модули можно использовать как нагрузку. Номинальный ток потреблялся только с одного порта USB, для многопортовых устройств данные о КПД и максимальных помехах могут быть неточными. Сняты сопротивления проводов для ввода поправок.

Совместимость с разными устройствами

Проверялась возможность заряда Apple Ipad и Samsung Galaxy, измерялась величина входного тока.

Transient immunity test (ISO 7637-2:2004 4.4)

Эта схема включения предназначена для проведения тестов на устойчивость к переходным процессам. По этой схеме проведены все последующие тесты.

Осциллограф (внутренний осциллограф у Keysight N7973A)
Пробник осциллографа (в нашей конфигурации отсутствует)
Генератор тестовых импульсов (Keysight N7973A 60V 33A)
Тестируемое устройство
Заземленная поверхность(металлический лист серый)
Заземление
Опциональный резистор (в нашей конфигурации отсутствует)
Опциональный диодный мост (в нашей конфигурации отсутствует)

Импульс 2b (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.2b)

Симулирует помехи от моторов постоянного тока, работающих в режиме генератора после выключения зажигания.

Импульс 4 (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.4)

Симулирует просадку питания, вызванную включением стартера ДВС, исключая всплески, вызванные стартом.

Импульс 5b (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.5)

Суть та же, что у импульса 5b, но он определен производителями Audi, BMW, Daimler, Porsche и VW. Взят из брошюры Keysight.

Direct current (ISO 16750-2 п.4.1)

Этот тест проверяет функционирование оборудования в пределах между минимальным и максимальным напряжением питания. Критерий оценки: класс A.

Overvoltage (ISO 16750-2 п.4.2)

Superimposed alternating voltage (ISO 16750-2 п.4.3)

Этот тест симулирует добавленное переменное напряжение поверх постоянного. Частота изменялась 50Гц — 10кГц - 50Гц, в стандарте до 20 кГц, у нас до 10 кГц, источник больше не мог. Критерий оценки: класс А.

Starting profile (ISO 16750-2 п.4.5.3)

Этот тест проверяет поведение тестируемого устройства во время и после старта. Критерий оценки: класс С. По сути, он такой же как Имульс 4 из ISO 7637-2, только дбавилась осцилляция на полочке.

Short circuit protection (ISO 16750-2 п.4.8)

Reversed voltage (ISO 16750-2 п.4.6)

Этот тест проверяет устойчивость устройства к неверной полярности батареи когда используется вспомогательное пусковое устройство. Прикладываем -14В на вход на 60с. Критерий оценки: после замены сгоревших предохранителей класс С. Внешний предохранитель не использовался, был сожжен один 10А стандартный FUSE — на токе 33А это заняло 150 мс, что намного больше чем выдержало любое сгоревшее устройство.

Препарирование

Когда запах горелой электроники подвыветрился, я приступил к разбору всех этих устройств. Привожу все по порядку с комментариями о схеме защиты, схеме подключения USB разъема, общими впечатлениями.

Gerffins CC02

Лучшее из купленных устройств — на входе самовосстанавливающиеся предохранители, супрессор, LC-фильтр, диоды для защиты от обратного напряжения. Разводка аккуратная, устройство сильно усложнено, видимо, из экономии на микросхемах источников. Предусмотрены варианты подключения линий D+ D- к делителям напряжения для Apple, но закорочены. Написано, что разработано в США, изготовлено в Китае, собственность Евросеть. Не хотят у нас разрабатывать…

Samsung Сar adapter

LC-фильтр, плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Аккуратная трассировка.

Phantom PH2163

Deppa Ultra duo

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. IC зашлифована. Аккуратная трассировка.

Ginzzu GA-4415UW

Защита не предусмотрена. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Плата сильно пострадала. Трассировка плоха — расположение дросселя и микросхемы. Зато англоязычным пользователям предлагают 4.8А против 3.1А для русских. В миллиамперах характеристики совпадают!

Stark CC2USBSTWH

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Дроссель далеко от микросхемы. Зато однослойная плата…

GAL UC-1127M

Плавкий предохранитель не сработал. Плата низкого качества.

Ginzzu GA-4015UB

Защита не предусмотрена. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Правда, разбираться какой где пользователю придется самостоятельно. Плотная компоновка, элементы залиты каким-то компаундом. Убиты 2 шт.

Pockets SPECHR-011

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Предусмотрены варианты подключения линий D+ D- к делителям напряжения, но линии закорочены.

Belkin RoadRockstar

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Супрессор, предохранитель, LC-фильтр на штекерной части, предохранитель и фильтр на пассажирской части. Замечательное качество разработки. IC для определения устройства как оригинальной зарядки разными потребителями.

Мой 4USB

Плавкий предохранитель, супрессор, e-Fuse, IC для определения устройства как оригинальной зарядки разными потребителями.

Результаты тестирования

Где Iout — выходной ток устройства; Vout — измеренное напряжение на потребителе; Vout c — напряжение на выходе устройства, с учетом падения на проводе; Iin — потребляемый ток; Pout — выходная мощность; Pt — мощность тепловых потерь в устройстве; n — КПД; Vp-p on, off, noise — размах напряжения при включении, выключении и работе соответственно; F noise — частота помехи.

В ячейках тестов проставлены оценки буквами. Буквы — это классы функционального статуса (ISO 16750-1 п.6):

Класс А. Все функции устройства работают штатно во время и после теста.
Класс B. Все функции устройства работают штатно во время теста. Однако, одна или более выходит за пределы указанного допуска. После окончания теста устройство автоматически вернулось к нормальной работе. Функции памяти по классу А.
Класс C. Одна и более функций устройства не работает как положено во время теста, после окончания теста устройство автоматически вернулось к нормальной работе.
Класс D. Одна и более функций устройства не работает как положено во время теста, после окончания теста устройство не вернулось к нормальной работе, пока не перезапущено пользователем.
Класс E. Одна и более функций устройства не работает как положено во время теста, после окончания теста устройство не вернуть к нормальной работе без ремонта или замены устройства/системы.

Мы можем закрыть глаза на требование стандарта сохранять полную или частичную работоспособность во время теста, ведь для зарядки важно не сгореть и не пожечь заряжаемые устройства. Класс A и C считаю лучше класса B — либо делаем как положено, либо ничего не заряжаем.

Анализ результатов

Честно говоря, ожидал гораздо худших результатов, возгораний и дымовых завес, даже камеру поставил, чтобы всё зафиксировать, но красивых возгораний не было.

По результатам тестирования все ЗУ выдали номинальный ток, некоторые устройства готовы давать больше, чем написано. Только два ЗУ (Belkin и мой) ограничивают ток по портам USB, у остальных порты по 5В запараллелены, ограничением занимается только источник. Заявления на упаковках про ток на портах имеют рекламный характер. Многие производители дают возможность любителям Apple заряжать свои устройства, в основном с помощью резисторов.

КПД устройств от 82% до 90% — вполне прилично, но у устройств малого размера с большим током длительная работа не гарантирована. В дальней поездке Ginzzu периодически надо будет остужать.

Некоторые зарядки дают сильную помеху в сеть (до 7.2 В), что может негативно сказываться на качестве аудио, приеме радио.

Только одно устройство из покупных (Gerffins) оказалось устойчивым к отрицательному напряжению. Причем, некоторые из погорельцев перед смертью выдавали в USB отрицательное напряжение (измерялось только до -3 В, т.к. срабатывала защита источника питания). Кто-то заметит, что при переполюсовке батареи в машине выгорят гораздо более ценные вещи (должны сгореть только предохранители), а происходит это крайне редко у крайне криворуких людей. Но. В стандарте есть ещё импульсы №1(-150 В, длительность 2 мс, группа импульсов), №3(-220 В, длительность 15 нс, группа импульсов), которые возникают и без переполюсовки батареи.

Думаю, тут сошлись три проблемы: КПД, нехватка места и себестоимость. Кроме того, многие микросхемы позволяют работать с повышенным напряжением (34063A имеет максимальное напряжение на входе 40В), а входной конденсатор может сглаживать часть помех. КПД с диодом будет хуже (допустим, — 10%), что для ЗУ, помещающихся в разъем прикуривателя, чревато перегревом (от 3-амперного Ginzzu ждал, что перегреется и сгорит под номинальным током, через час он начал сбрасываться, разогревшись очень сильно, но не сгорел). Для многопортовых ЗУ диод будет рассеивать очень много — у belkin при мощности на выходе 36Вт, общие тепловые потери будут около 10Вт, а сейчас только 4Вт. Если поставить транзисторную защиту — дорого.

Что делать

Если про схемотехнику — ставить диод, фильтр, предохранитель, супрессор. Я вместо диода поставил электронный ключ от TI LM5060, получив высокую себестоимость и хороший КПД. Теоретически, можно и предохранитель с ним не ставить.

Производители пишут что делать:

ST AN3361 Schottky diode avalanche performance in automotive applications
ST AN2689Protection of automotive electronics from electrical hazards, guidelines for design and component selection Automotive Circuit Protection using Littelfuse Automotive TVS Diodes

Заключение

Не все автомобильные зарядки одинаково полезны. Некоторые даже могут вызвать пожар (хотя, может, это Honda виновата).

Устройства, продающиеся для использования в жестких условиях, не подлежат обязательной сертификации на территории РФ. Среди купленных устройств только одно выдерживает тесты, все остальные сгорели.

P.S. Спасибо компании Keysight за предоставленное во временное пользование оборудование и разъяснения. Хорошие анализаторы и осциллограф, надеюсь, софт потом подтянут. Очень порадовала возможность всё это хозяйство синхронизировать и управлять с одного рабочего места по сети. Спасибо dimonfofr за сборку эквивалента сети и помощь по тестированию.

P.P.S. Обращайте внимание на инструкции к ЗУ — там много веселого. Pockets рекомендует выключить мобильный телефон перед зарядкой, Stark — отключать зарядку во время пуска двигателя, Deppa может синхронизировать ваше устройство с компьютером, Phantom рекомендует держать разъем прикуривателя чистым.

Читайте также: