Зарядка аккумуляторных батарей через USB порт
USB (Universal Serial Bus — с англ. «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных, который был введен в 1996 году и стал одним из самых удобных и распространенных интерфейсов для электронных устройств. В его развитие внесли свой вклад такие компании как Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC и Nortel. Разработка USB позволила упростить взаимосвязь периферийных устройств и ПК, а также обеспечить большую скорость передачи данных, чем это было возможно с более ранними интерфейсами. Порт USB также может быть использован для зарядки устройств, но с ограничением силы тока в 500 мА в начальных спецификациях, позже сила тока возросла до 5 А.
Стандартная схема подключения через USB состоит из хоста, чаще всего это компьютер, и периферийного устройства, такого как принтер, смартфон или камера. Поток данных происходит в обоих направлениях, а электропитание всегда однонаправленное, и протекает от хоста к устройству. Хост не может получать электропитание от внешнего источника.
USB 1.0 и 2.0 имеют напряжение 5 В и силу тока 500 мА (USB 3.0 имеет 900 мА), что позволяет производить зарядку небольшого одноэлементного литий-ионного аккумулятора. Существует, однако, опасность перегрузки USB концентратора при подключении к нему слишком большого количества устройств. Зарядка устройства, которое потребляет 500 мА вкупе с другими нагрузками, приведет к падению напряжения и возможному отказу системы. Для предотвращения перегрузок некоторые хосты могут включать в себя специальные токоограничивающие механизмы, которые предотвращают коллапс системы.
| Blue Power IP20 | Blue Power IP65 | Blue Power IP67 |
 |  |  |
| 12/24В, 15-40А | 12/24В, 5-40А | 12/24В, 5-15А |
| Профессиональные портативные зарядные устройства для транспорта и энергетики с интеллектуальным адаптивным алгоритмом заряда. Также могут применяться как источники питания. | ||
С помощью стандартного USB порта можно зарядить только небольшой одноэлементный литий-ионный аккумулятор. Зарядка 3,6 В аккумулятора стартует применением постоянного тока с пиковым значением напряжения 4,2 В; далее следует постепенное снижение зарядного тока и напряжения. (Смотрите BU-409: Зарядка литий-ионных аккумуляторов). Из-за падения напряжения в кабеле и разъемах, составляющее примерно 350 мВ, и потерь в цепи зарядки, 5 В USB порта может оказаться недостаточно для полной зарядки аккумулятора. Но это не особо значительная проблема, так как аккумулятор в любом случае зарядится примерно до 70 процентов, хотя по времени автономной работы и будет уступать заряженному с режимом насыщения. Но хоть время автономной работы и будет меньше, такой недозаряд увеличивает общую долговечность литий-ионного аккумулятора.
Два типа USB разъемов — тип А и тип В, показанные на рисунке 1, имеют по четыре контакта (pin). Pin 1 и pin 4 отвечают за обеспечение электропитания напряжением 5 В, а pin 2 и pin 3, также обозначаемые как D+ и D-, отвечают за перенос данных.
Рисунок 1: Конфигурация контактов (pin) на USB разъеме типа А и В. Pin 1 — напряжение 5 В (красный провод), pin 4 — “земля” (черный провод). Корпус соединяется с “землей” и обеспечивает защиту. Pin 2 (D-, белый провод) и pin 3 (D+, зеленый провод) отвечают за перенос данных.
Помимо стандартных разъемов типа А и В с четырьмя контактами существуют форматы Mini-A, Mini-B, Micro-A и Micro-B, которые имеют специальный согласующий контакт, помогающий обнаружить, с какого конца провода находится хост, а с какого – периферийное устройство. Pin 1 и pin 4 по умолчанию во всех форматах являются отвечающими за электропитание. Как правило, все USB кабели имеют тип А на одном конце и тип В на другом (или Mini-A и Mini-B и т. д.). Развитие USB не стоит на месте — уже существует новый разъем типа С, имеющий целых 24 контакта и отвечающий спецификациям USB 3.1.
Мощностные характеристики
Зарядка производительного смартфона или планшета посредством USB 2.0 имеет некоторые ограничения. Может возникнуть ситуация, когда при одновременной эксплуатации и зарядке устройства, эффект от зарядки будет отсутствовать ввиду превышения разрядных мощностей над зарядными. Существуют также такие устройства, например, внешние подключаемые жесткие диски, для электропитания которых мощности USB в 500 мА мало, и будет требоваться дополнительное подключение источника питания.
В 2009 году была введена спецификация USB 3.0, в которых мощность порта была повышена до 900 мА. Может показаться, что и этот показатель мощности не особо велик, но разработчикам пришлось ограничивать его, так как при больших значениях возникали бы искажения при высокоскоростной передаче данных.
Необходимость обеспечения большей мощности привела к созданию в 2007 году отдельной спецификации — Battery Charging, позволяющей более быструю зарядку от USB-хоста. Суть заключалась в создании зарядного устройства, известного сейчас как “USB зарядка”, которое было бы способно обеспечить силу тока в 1500 мА и быть совместимым со стационарными электросетями и системой электрообеспечения автомобиля. В таких зарядных устройствах, по сути имеющих свой USB порт, контакты D- и D+ соединены друг с другом через сопротивление 200 Ом или меньше. Этот нюанс отличает их USB порт от оригинального, предназначенного для переноса данных. В некоторых гаджетах компании Apple зарядный ток может ограничиваться изменением сопротивления между контактами D- и D+.
USB зарядное устройство может комплектоваться Y-образным кабелем, с помощью которого можно и заряжать устройство, и выполнять обмен данными. Это решение выглядит довольно логичным, но в спецификации соответствия USB говорится о запрете использования Y-образного кабеля периферийными устройствами — “если периферийное USB устройство требует больше энергии, чем допускает спецификация USB, к которому оно подсоединено, то у такого устройства должно быть автономное питание”. Но на практике Y-образные кабели и так называемые вспомогательные зарядные адаптеры используются без видимых трудностей.
Может возникнуть вопрос — не приведет ли к повреждению устройства использование USB зарядного устройства с силой тока, большей номинальных 500 и 900 мА? Ответ будет отрицательным, так как устройство возьмет ровно столько энергии, сколько ему будет необходимо. Аналогией может служить пример подключения к розетке переменного тока лампочки и тостера. Будучи подключенными к одинаковому источнику электроэнергии, эти приборы, тем не менее, имеют разную мощность — лампочка – довольно небольшую, тогда как тостер довольно значительную. Большая мощность зарядного устройства USB в нашем случае даже позволит сократить время зарядки.
Зарядка в спящем режиме
В большинстве случаев выключение компьютера приводит и к отключению USB портов. Но в некоторых компьютерах реализована функция зарядки в спящем режиме, которая подразумевает сохранение напряжения на USB порту и при выключенном состоянии. Такие USB порты могут быть красного или желтого цвета, единого стандарта не существует. Разные компании могут называть эту функциональность по- своему, например Dell назвал свою технологию “PowerShare”, и такие USB порты отмечены значком молнии. Toshiba использует термин “USB Sleep-and-Charge” и маркирует такие порты аббревиатурой USB над рисунком батарейки.
USB 3.1 — разъем типа С
Как и большинство других успешных технологий, USB за время своего существования породил несколько версий разъемов и кабелей. USB зарядные устройства не всегда показывают ожидаемые результаты производительности и время зарядки может быть долгим. Существует и проблема несовместимости между конкурирующими системами, возникающая как случайно, так и осознанно.
| Phoenix Charger | Skylla-i | Skylla-TG |
 |  |  |
| 12/24В, 16-200А | 24В, 80-500А | 24/48В, 30-500А |
| Мощные профессиональные зарядные устройства для яхт, катеров и другого вида транспорта. Предлагаются однофазные и трехфазные зарядные устройства высокой мощности. Многостадийный адаптивный заряд с возможностью ручного управления. | ||
Компании, столкнувшиеся с проблематикой технологии USB, разработали свой собственный разъем и кабель, основанный на стандарте USB 3.1. Вместо использования четырех контактов, как в классических разъемах типа А и В, тип С имеет 24 контакта и является двусторонним, то есть у него нет разной геометрии разъемов для хоста и периферии. Разъем типа С поддерживает как и стандартные 900 мА, так и может обеспечить 1,5 А и даже 3,0 А через шину питания 5 В при потоковой передаче данных. Это приводит к возможности поддержания мощности 7,5 и 15 ватт соответственно, что несколько интереснее стандартных 2,5 ватт. Существуют дальнейшие усовершенствования типа С, экспериментально способные обеспечить силу тока 5 А при напряжении 12 В или 20 В (60 Вт и 100 Вт соответственно).
Несмотря на присутствие на рынке устройств с USB-C и USB 3.1, потребители пока более ориентированны на USB 3.0. В то время как USB 3.1 обратно совместим с более старыми форматами, для USB-C необходимы специальные переходники и адаптеры, которые ограничивают скорость передачи данных.
Источник
ЗАРЯЖАЕМ АККУМУЛЯТОР ЧЕРЕЗ USB
Очень простая схема USB зарядки для пальчиковых (AA) и мизинчиковых (AAA) никель-металл-гидридных аккумуляторов. Схема состоит всего из нескольких деталей, которые очень просто найти каком-нибудь ненужном электроприборе или купить в радиомагазине.
Схема принципиальная для заряда AA от USB
Список деталей устройства
- Импульсный диод 1N4007 — 2x
- Резистор 0.5W 9,7 Ом — 2x
- Резистор 0.25W 10 Ом — 2x
- Светодиод (любой цвет) — 2x
- Вилка USB — 1x
Время зарядки конечно же зависит от тока, который мы будем подавать на аккумуляторы, а также ёмкости самих перезаряжаемых батареек. К примеру китайские аккумуляторы UltraFire с реальной ёмкостью примерно 0,4-0,5 Ампер*часов заряжаются у меня полностью за 2-3 часа.
Естественно, данное «зарядное устройство» в отличии от более сложных не оповещает вас об окончании заряда, поэтому не забывайте следить за процессом, ведь перезаряд может негативно повлиять на Ni-MH аккумуляторы. А два миниатюрных светодиода любого цвета служат как индикатор, они показывают заряжается аккумулятор или нет. Можно для уменьшения размера платы использовать светодиоды для поверхностного монтажа (SMD).
Удобнее всего припаять USB вход прямо на плату зарядки, которая получится весьма компактных размеров. Лично у меня размеры платы получились крайне малы, а именно: 2,8 х 1,5 см.
4.85V, ток зависит от сопротивления применяемых резисторов, при указанных номиналах примерно до 160 mA.
У меня вышел ток зарядки 141.2 mA.
Хочу заметить, что при длительной зарядки наблюдается небольшое нагревание резисторов на 9,7 Ом, и чтобы такого не было, возьмите резисторы мощностью не 0,5 Вт как указано в схеме, а 1 Вт и больше.
В заключение хочу сказать, что качество зарядки таким вот прибором остается желать лучшего. Но если нужно по быстрому собрать схему и зарядить аккумулятор, то это самое то. Я лично заряжал несколько месяцев подряд Ni-MH аккумуляторы родом из поднебесной и ничего — с ними всё хорошо. Также добавлю, что более чем до 1,4 вольт не следует заряжать аккумуляторы во избежание перегрева и износа. Скачать плату можно здесь: usb-charger-aa.lay в архиве. Автор — EGOR .
Форум по обсуждению материала ЗАРЯЖАЕМ АККУМУЛЯТОР ЧЕРЕЗ USB
Схема гитарного комбо-усилителя с блоком эффектов на базе микросхем TDA2052, PT2399 и TL072.
Как управлять подъемным электромагнитом — теория и практика создания схемы подходящего контроллера для этих целей.
Электрофорез «Поток-1» — схема, инструкция и самостоятельное изготовление медицинского прибора.
Источник
Как зарядить аккумуляторные батареи от USB-порта персонального компьютера
Среди публикаций в радиолюбительской литературе нередко можно встретить описания устройств и узлов, разработанных для зарядки аккумуляторов различного назначения от сети переменного тока 220В. Поистине этот поток схем неограничен и разнообразен. Однако в последнее время интерес радиолюбителей все больше вызывают зарядные устройства для различных аккумуляторных батарей, работающие от иных источников напряжения, таких как автомобильные аккумуляторы, различные батареи (элементы питания) и персональные компьютеры. С появлением на общедоступном рынке Ni-Mn- и Ni-Cd- портативных аккумуляторов, имеющих внешний вид сообразно элементам питания типа АА и ААА (пальчиковые батарейки различного диаметра и длины) с рабочим напряжением 1,2 – 1,4 В, потребность в устройствах зарядки данных аккумуляторов только возрастает. Предлагаемые промышленными предприятиями электронные устройства зарядки можно приобрести везде, но их цена вряд ли удовлетворит начинающего радиолюбителя или того, кто способен сделать зарядное устройство своими руками. Тем более что такое устройство не требует дорогостоящих деталей, просто и быстро повторяется и собирается всего за один вечер, надежно в эксплуатации (пожаро- и электробезопасно).
Самым простым устройством подзарядки аккумуляторов с напряжением 1,2 – 1,4 В является электрическая схема, приведена на Рис.1.
Рис.1. Схема устройства для зарядки АКБ от USB
Это устройство рассчитано на подключение к шине USB любого современного персонального компьютера. Как известно, 4 контакта многофункционального порта USB имеют следующие назначения: два – соответственно питание «+» и «–» (5 В), два оставшихся являются информационной шиной обмена данными с устройствами периферии (см. Рис.2).
Рис.2. Распиновка USB — разъема 2.0
В соответствии со схемой на Рис.1 в данном случае используют только два контакта питания ±5 В. С помощью этого устройства можно заряжать портативные аккумуляторные батарейки (АКБ) током примерно 100 мА (см. Рис.1), который ограничивается резистором R1. Поскольку различные пальчиковые аккумуляторы имеют разные энергоемкости, потребуется разное время для зарядки этих аккумуляторов.
Так аккумуляторы емкостью 1400 мА/ч с номинальным напряжением 1,2 В потребуется заряжать с помощью данной схемы примерно 14 ч кряду, а, например другие аккумуляторы с тем же номинальным напряжением 1,2 В, но с энергоемкостью 700 мА/ч потребуется заряжать с помощью непрерывно работающего ПК всего 7 ч, что есть во времени в два раза меньше. Отдача у разных типов АКБ будет различной, главным образом сопоставимой с энергоемкостью каждой конкретной АКБ. Зарядный ток в данной схеме протекает по цепи R1, VD1. АКБ подключается через разъем или съемные контакты. Индикаторная цепь R2, НL1 введена в схему для наглядного представления о режиме работы зарядного устройства. Пока АКБ не подключена, светодиод НL1 не светится, как только зарядной ток в цепи есть (а это происходит при подключении нагрузки, то есть GB1), начинает светиться индикаторный светодиод НL1. Он может быть любого типа, с током до 10 мА. Если в индикации состояния устройства нет необходимости – а это не редкость, так как потребляемый ток в пределах 100 мА является безопасным для USB-порта ПК, к которому возможны подключения даже ультраярких светодиодов и ламп локальной подсветки, — цепь R2, HL1 из схемы исключают. Зарядный ток можно корректировать, изменяя сопротивление резистора R1. При указанных на схеме номиналах элементов зарядный ток составит 100 мА, а при уменьшении сопротивления резистора R1 пропорционально увеличится.
Источник