Повербанк своими руками - статья-обзор

Powerbank (повербанк), он же портативный аккумулятор, - вещь полезная и крайне нужная, если пользователю хотя бы изредка приходится долго находиться вдали от сетевых розеток.

Есть ли смысл самому изготовлять повербанк, если на рынке есть огромное предложение повербанков всех параметров, систем и фасонов?!

Такой смысл есть, если от повербанка требуются какие-то особые свойства.

Именно этим вариантом повербанка мы и займёмся в этой статье-обзоре.

Неожиданно окажется, что мы соберём своими руками повербанк на солнечной батарее. Благодаря этому попутно изучим вопрос, есть ли смысл в повербанках со встроенной солнечной батареей.

(Кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

Цена на Алиэкспресс набора, ставшего основой для сборки повербанка своими руками, на момент составления обзора - около $6.5 с учетом доставки в РФ (ссылка). В дальнейшем цена может меняться в любую сторону.

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Теперь приступим к деталям процесса изготовления повербанка.
 

Что нужно для сборки  повербанка своими руками?

В типовом случае для этого потребуются:

1. Плата контроллера повербанка. Она управляет процессом заряда аккумулятора и защищает его от множества неприятностей: перезаряда, переразряда, превышения допустимых токов заряда и разряда, от коротких замыканий и т.п.

2. DC-DC преобразователь (постоянного тока в постоянный).

Поскольку напряжение литий-ионного аккумулятора как такового (3.7 Вольт на секцию) имеет мало полезности, то сначала оно должно быть преобразовано к величине, полезной для потребителя. В типовом случае это 5 В, но при наличии поддержки "быстрой зарядки" это может быть целый "букет" напряжений. Часто DC-DC преобразователь объединяется с контроллером из пункта #1 "в одном флаконе " (чипе).

3. Аккумулятор. Тут пояснений не требуется.

4. Корпус. Он должен быть удобен и пригоден для размещения всего перечисленного выше.

 "Изюминка" повербанка, который мы будем собирать, состоит в том, что к нему будет добавлен постоянно включенный DC-DC преобразователь с выходным напряжением 5 В.

Зачем это нужно?

Дело в том, что все серийные повербанки, представленные на рынке, имеют свойство автоматического выключения при слишком малом токе выхода (45-60 мА). Это сделано с целью предотвращения работы повербанка вхолостую, и, тем самым, для сбережения заряда аккумулятора.

Из-за этого они не могут работать со слабой нагрузкой, а также не могут полностью зарядить устройства с малой ёмкостью аккумулятора (наушники, "умные часы" и т.п.).

Последнее связано с падением тока заряда маломощных устройств, когда уровень их заряда достигает 70-80%; из-за чего повербанк отключается раньше, чем заряд аккумулятора в этих устройствах достигнет 100%.

Итак, для создания повербанка с такими особыми свойствами нам потребуется ещё один компонент: DC-DC преобразователь с микромощным собственным потреблением на холостом ходу (чтобы не требовалось его принудительного отключения при отсутствии нагрузки).

Для сборки повербанка использовался готовый набор с Алиэкспресс и пара дополнительных компонентов.

Готовый набор выглядит так:

Он включает детали корпуса, солнечную панель, плату светодиодов с рассеивателем и плату контроллера повербанка.

Чего здесь не хватает?

Здесь не хватает приспособлений для крепления солнечной панели и рассеивателя для светодиодов к корпусу повербанка. Для их фиксации на верхней и нижней крышках пришлось использовать прозрачный клей "Момент" из личных запасов.

Также не было в комплекте и проводов для соединения всех компонентов (тоже пришлось использовать личные запасы).

Солнечная панель оказалась  сделанной халтурно: активная поверхность солнечных элементов (она - голубого цвета) занимает менее половины всей поверхности платы (она - чёрная). Другой вопрос, что если бы даже активная поверхность занимала 100% площади панели, всё равно от неё было бы мало пользы; но к этому вопросу ещё вернёмся.

 Теперь - дополнительная компонента повербанка: DC-DC преобразователь с микропотреблением на холостом ходу.

 Этот DC-DC преобразователь основан на клоне знаменитого чипа MT3608. Он - не слишком мощный, но зато почти ничего не потребляет на холостом ходу (около 150 мкА), обзор этой платы - здесь.

Для предотвращения возникновения автогенерации преобразователя в этой плате на контакты выхода были напаяны два керамических SMD-конденсатора по 22 мкФ каждый.

Теперь снова вернёмся к основному комплекту повербанка и детально изучим плату контроллера повербанка. По ходу рассмотрения платы будут сделаны существенные критические замечания.

Выглядит эта плата так (в трёх ракурсах):

Плата построена на чипе HOTCHIP HT4936A. Найти его datasheet не удалось, зато нашелся datasheet его очень близкого родственника: HT4936S (datasheet HT4936S, китайский язык с вкраплениями английского).

Этот чип может формировать единственное выходное напряжение 5 В с током (внимание!) до 1 А.

А теперь посмотрим, что написано насчёт отдаваемых токов на передней стороне рамки корпуса повербанка:

Итого, нам обещаны 2 выхода с суммарным  током аж в 3 Ампера!

Неисправимый оптимизм наших китайских товарищей. :)

Не исключено, что применённая модификация чипа контроллера (HT4936A) сможет отдать ток несколько большей величины, чем 1 А, но чуда не ждём (обязательно проверим!).

Теперь - коротко об остальных особенностях платы контроллера.

Маленький 8-ногий чип без маркировки отвечает за функции фонарика. Двойное короткое нажатие - включение светодиода на плате, длительное нажатие - включение панели светодиодов. Простое короткое нажатие свет не включает; оно включает только основной выход повербанка как такового.

Кстати, светодиод на плате сначала ошибочно был принят за синий; но освещение пучком света люминесцентных поверхностей показало, что на самом деле он - ультрафиолетовый! Он выглядит синим только потому, что излучение находится в ультрафиолетовой области, ближней к видимой части спектра.

Зачем он здесь нужен? На многих страницах китайских продавцов ультрафиолетовых фонариков утверждается, что ультрафиолетовый свет помогает обнаружить скорпионов (таково китайское народное поверье). Правда, в наших краях скорпионы встречаются редко; так что можно считать, что мы получили бесплатный детектор подлинности денег (подробности, как это работает, - в обзоре ультрафиолетового фонарика).

В качестве драйверов светодиодов используются банальные резисторы, из-за чего яркость свечения будет сильно зависеть от уровня заряда аккумулятора.

Оба "больших" USB-разъёма на плате запараллелены (по иному и не могло быть, выход-то у чипа только один!). Соответственно, маркировка разъёмов на разную величину тока никакого смысла не имеет.

Важное замечание касательно солнечной панели. Проверка показала, что солнечная панель на холостом ходу может отдать напряжение до 5.6 В, и это напряжение подаётся через диод непосредственно на аккумулятор (минуя контроллер). Из-за этого при длительной зарядке от солнечной панели аккумулятор может быть перезаряжен (его допустимый максимум 4.2 В); и, по этой причине он может досрочно выйти из строя.

Для предотвращения этой возможности (хотя и чисто теоретической) солнечная панель была подключена к аккумулятору через красный светодиод (падение напряжения в прямом направлении около 1.75 В). Таким образом, солнечная панель не сможет зарядить аккумулятор более, чем до 3.85 В; что, хотя и понизит эффективность зарядки (она и так - хуже некуда), но сбережёт аккумулятор (это - важнее).

На переднем крае платы расположены четыре SMD-светодиода, индицирующих уровень заряда аккумулятора.
 

Сборка повербанка своими руками

Главными проблемами оказались закрепление на верхней и нижней крышке рассеивателя панели светодиодов и солнечной панели. Как уже упоминалось выше, для этого пришлось применить прозрачный клей "Момент" (применение непрозрачного клея может испортить внешний вид устройства).

Затем, учитывая, что два USB-выхода, подключенных к одному контроллеру, тут смысла не имеют, было принято решение один из них отсоединить от схемы и использовать для дополнительного (постоянно включенного) канала повербанка. Для этой цели был выбран разъём с маркировкой "1 А", т.к. дополнительный канал в нашем случае предназначен для применения с мало потребляющими устройствами.

Для освобождения разъёма была перерезана металлизация, идущая к положительному контакту разъёма USB, а оставшаяся часть металлизации зачищена для последующего подключения "плюса" от DC-DC преобразователя на основе MT3608. Вот как эта доработка выглядит:

Следующая проблема - закрепление аккумуляторов внутри корпуса: никакого штатного крепления для этого предусмотрено не было.

Осуществлено это было так.

После выравнивания напряжений на трёх аккумуляторах формата 18650 они были спаяны между собой, а также дополнительно в местах соприкосновения друг с другом проклеены всё тем же прозрачным "Моментом".

После всего этого аккумуляторы были обёрнуты в полтора оборота пористой ленты, и в таком виде уложены в корпус повербанка. Пористую ленту тоже можно было бы мазнуть клеем, но, вроде бы, и так неплохо держалось.

После пайки всех проводов в итоге получилась такая конструкция:

Как можно видеть, "мочалка" из проводов получилась знатная. Свой вклад в неё внёс с присущими ему проводами дополнительный постоянно включенный DC-DC преобразователь, приклеенный всё тем же прозрачным клеем к дальней стенке повербанка.

У правого края платы заметны два дополнительно припаянных керамических конденсатора в формате SMD (для поверхностного монтажа).

Провода, идущие к платам от аккумулятора, должны быть максимально толстыми: через них протекают наибольшие токи в системе. К остальным проводам требования - менее строгие, но в принципе и там чем толще - тем лучше.

И, наконец, победный финиш. Верхняя и нижняя крышки пришлось для прикручивания прижимать с заметным усилием, но тем лучше: они помогли удерживать аккумуляторы на своём месте.

Плата со светодиодами никак не была закреплена в корпусе и держалась только за счёт силы прижатия (и держалась надёжно).

Таким получился внешний вид сверху и снизу (все светодиоды включены):

Что выбрать за верх, а что - за низ, - личное дело пользователя. Верхняя и нижняя крышки - абсолютно симметричные и взаимозаменяемые; а ориентиром верх/низ служит только ориентация надписей на переднем торце повербанка.

В чём недостаток созданного устройства?

Здесь плата дополнительного DC-DC преобразователя подключена напрямую к аккумулятору. Из-за этого, если не следить за уровнем заряда, то можно вогнать аккумулятор в состояние глубокого переразряда (так как чип DC-DC преобразователя прекратит работу только при напряжении ниже 2 В, а это уже и есть переразряд).

Если есть желание полностью застраховаться от этой проблемы, то между DC-DC преобразователем и аккумулятором надо вставить плату защиты; она компактна и стоит недорого (обзор одного из вариантов платы защиты).

Повербанк на солнечной батарее своими руками - испытания

Испытания солнечной панели как таковой были проведены ещё до сборки всего устройства целиком. И эти испытания показали плачевные результаты.

Напряжение холостого хода, как уже говорилось выше, составило 5.6 В. Это - нормально для 10-секционной солнечной батареи.

А вот с током короткого замыкания неувязочка вышла; он составил при максимально благоприятных условиях всего лишь 43 мА (прямое Солнце, оптимальное направление, полдень, начало лета).

Таким образом, для зарядки аккумуляторов на условные 5000 мА потребуется 116.3 часа непрерывного солнечного сияния в летний полдень!

Так что, как Вы понимаете, солнечная панель здесь не имеет практической полезности и является просто деталью корпуса (украшением). В принципе, её можно было даже не припаивать к плате контроллера.

И это касается вообще абсолютно всех повербанков со встроенными солнечными панелями. Даже более приличная панель с током в 2-3 раза выше тоже имеет крайне мало полезности; и сгодится только на самый крайний случай острого дефицита энергии в походных условиях.

При нормальных же условиях лучше такой повербанк даже не класть под прямые солнечные лучи: нагрев аккумуляторов тоже сокращает их жизнь.

Теперь - прочие типовые испытания.

Сначала был проверен максимальный ток "основного" выхода повербанка (который идёт от контроллера и обозначен "2 А"). Проверка осуществлялась с помощью мощного переменного проволочного резистора.

При повышении тока выхода до 1.7 А происходило срабатывание встроенной защиты от короткого замыкания. Повербанк жалобно мигал всеми четырьмя светодиодами уровня заряда и выключался.

При установке выходного тока в 1.5 А выключение повербанка происходило не сразу, а примерно через 30 секунд. Возможно, срабатывала защита от перегрева.

И только при выходном токе в 1.3 А стала возможной длительная стабильная работа.

Нагрев платы при этом был умеренным, не угрожающим её здоровью и жизни. Термоснимок платы в таком режиме:

Можно ли таким повербанком выполнить стандартную задачу - зарядить смартфон?

Видимо, можно, но окончательный вердикт будет зависеть от "прожорливости" смартфона. Я испытывал совместно со смартфоном OPPO Reno 5, у него ток зарядки в начале процесса колебался в пределах 1.1 - 1.3 А, в середине упал до 0.82 А, и так и держался почти до конца зарядки.

Что касается второго выхода USB, переоборудованного под выход постоянно включенного DC-DC преобразователя, то он работал штатно и ток до 1 А отдавал без проблем.

Ток заряда самого повербанка составил 0.93 А в начале заряда с последующим постепенным снижением. То есть, одноамперного адаптера для зарядки повербанка будет достаточно, если этот ампер - "честный".
 

Окончательный диагноз по теме "Сделать повербанк своими руками" в общем виде и в частностях

Сначала вернёмся к вопросу, есть ли вообще смысл делать повербанк своими руками.

В большинстве случаев нет, поскольку на рынке можно подобрать повербанк почти с любыми желаемыми характеристиками по вполне доступным ценам.

Но бывают и такие случаи, когда повербанк своими руками может быть полезен.

Во-первых, как в рассмотренном случае, если от повербанка требуются особые свойства (например, возможность работы с очень слабой нагрузкой).

Во-вторых, можно создать повербанк, встроенный в другие устройства.

В-третьих, можно создать повербанк со сменными аккумуляторами.
 

Теперь - к достоинствам и недостаткам рассмотренного варианта сборки повербанка своими руками.

Как достоинства, так и недостатки собранного устройства, определяются, в основном, типом применённого корпуса.

Он - не оптимизирован для применения вместе с аккумуляторами наиболее распространённого типоразмера 18650. Чтобы их более-менее устойчиво расположить в корпусе, приходится применить смекалку и метод "научного тыка".

По максимуму, видимо, в этот корпус можно упаковать до пяти аккумуляторов 18650 параллельно (не забываем выравнивать напряжения перед соединением!).

С другой стороны, такой корпус даёт определённую свободу действий: в него можно установить не только аккумуляторы 18650, но и другие; в том числе не обязательно цилиндрические. Разве что их толщина не должна превосходить 18 мм (с учётом необходимых зазоров для разного рода прокладок и крепежа).

Повербанк получился многофункциональным: он, помимо основной функции, может послужить светильником (источником рассеянного света) и ультрафиолетовым фонариком.

Разве что функция зарядки от солнечной панели оказалась не пригодной ни в щи, ни в Красную Армию. Впрочем, это касается всех повербанков со встроенными солнечными панелями.

Купить набор для самостоятельного изготовления повербанка можно купить, например, здесь. Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Возможны и другие варианты наборов для изготовления повербанков "Сделай сам" (DIY), например, набор для повербанка "сделай сам" для установки тонкого плоского аккумулятора - здесь ($7.5). Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
   14 июня 2022 г.

   В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
  Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов - в Ваших же интересах!

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!