Вампирчик-Цифра v.7 — «лабораторник на батарейках»
Небольшой обзор накопителя "Вампирчик-Цифра" 7-й версии.
Введение для тех, кто «не в курсе».
Устройство «Вампирчик-Цифра» (далее ВЦ) – это мобильный блок питания (БП) для гаджетов, который дополнительно может работать зарядником для аккумуляторов разных типов, а также имеет некоторые «фишки», которые увеличивают его универсальность и живучесть в полевых условиях.
Называть его powerbank’ом уже как-то язык не поворачивается, тем более, что не так давно в Интернете попался некий аналог ВЦ, похожий даже внешне, который так и назывался – «мобильный блок питания». (Правда, при соизмеримых мощностях, он стоил раз в пять дороже ВЦ.) По сути, сейчас формируется некий новый класс устройств – эдакий «лабораторный БП на батарейках».
Ну, а как известно, в опытных руках с помощью лабораторного БП можно зарядить «что угодно». Правда, для этого нужно понимать «что делаешь», чтобы ничего не спалить, и по этой причине, ВЦ может подойти не всем и часто проще будет приобрести «обычный» повербанк, тем более, что сейчас они бывают достаточно качественные. Т.е. ВЦ не панацея, а, просто, неплохой, как кажется, универсальный инструмент для заряда разной электроники в "поле".
Хватит лирики.
В данной статье описана 7-я версия ВЦ. В ней устранены основные недостатки предыдущей 6-й (и добавлены новые). Поскольку 6-я версия была частично описана в статье «Вампирчик-Цифра v.6. Часть 1», то чтобы не повторяться, рекомендую заглянуть сначала туда, а здесь опишу только изменения ВЦ7 относительно ВЦ6. Т.е. эта статья является, в какой-то мере, продолжением вышеуказанной.
В ВЦ7 устранены два основных недостатка предыдущей версии, а, именно: относительно низкий КПД зарядной части ВЦ, и, второе, ненадежный разъём подключения блока внешних аккумуляторов.
Если в ВЦ6 схема зарядки была смешанная: импульсная плюс линейная, то в ВЦ7 она чисто импульсная, поэтому средний КПД зарядной части около 90%.
Ненадёжность подключения внешних аккумуляторов в ВЦ6 вызывалась довольно «хилым» разъёмом для такого подключения, а также отсутствием какой-либо защиты между внутренними и внешними аккумуляторами. В 7-й версии разъём заменён на нажимную колодку, а также имеется возможность просто подпаять провод от блока расширения, чтобы полностью устранить механический контакт. Также, между внутренними и внешними аккумуляторами в ВЦ7 предусмотрена защита от перепутки полярности и короткого замыкания в цепи внешнего аккумулятора.
Был обновлен корпус для внешнего аккумулятора. Теперь все это выглядит так. (Цвет корпуса может быть различным.)
Рис.1 ВЦ7 с пристегнутым блоком внешних аккумуляторов.
Рис.2. Подключение аккумуляторов из внешнего блока. Вид со снятой крышкой.
Все входные электрические характеристики ВЦ7 также совпадают с предыдущей версией - ВЦ6. (см. указанную выше статью)
В ВЦ7 на нижнюю панель добавился дополнительный разъём 3.5х1.1мм, назначение которого можно менять (см.ниже). А также изменилось назначение первого контакта ДИП-переключателя – теперь он, совместно с подстроечным резистором внутри корпуса, определяет, до какого напряжения будет возможно зарядить внутренние аккумуляторы ВЦ (и блока расширения, если он подключен).
Рис.3. Нижний торец.
Рис.4. Низ со снятой верхней половиной корпуса. Яркостью выделены 1-й контакт ДИП переключателя и резистор подстройки напряжения заряда внутренних аккумуляторов.
Эта функция задания конечного напряжения заряда аккумуляторов в инструкции названа «режим UPS» (режим «бесперебойника», блока бесперебойного питания), который и включается данным ДИП-ом. В отключенном состоянии (переключатель вниз) напряжение зарядки внутренних аккумуляторов составляет стандартные 4.2В. В «режиме UPS» (переключатель вверх) его можно регулировать в пределах примерно 3.8-4.4В, что позволяет устанавливать внутрь ВЦ7 даже LiFePo4 аккумуляторы (у которых конечное напряжение заряда около 3.7В), а также, полностью заряжать «высоковольтные» LiIon аккумуляторы с напряжением заряда 4.35В.
Но, предполагается, что чаще всего регулировку напряжения заряда будут использовать для уменьшения «износа» аккумуляторов, который происходит весьма быстро если аккумулятор долгое время находится полностью заряженным. Если же аккумуляторы заряжать не до конца, то они проживут дольше.
Т.е. теперь ВЦ можно держать постоянно подключенным к сети и «кормить» он него потребителей по необходимости. И если задействован «режим UPS» и аккумуляторы специально недозаряжаются, то они и проживут дольше.
Назначение правого на Рис.4 движка в ДИП-переключателе осталось прежним – включение-отключение режиме настройки на рабочую точку солнечной батареи (MPPT), резистор настройки на которую находится справа на фото от переключателя.
Выходная часть.
Вернемся к структурной схеме ВЦ7, т.к. она немного отличается от ВЦ6.
Рис.5. Структурная схема ВЦ7.
Для повышения напряжения от уровня аккумуляторов 3.7В до выходного (4..15В) используется импульсный повышающий преобразователь. Он обеспечивает мощность до 12...15Вт. Эта мощность ограничена искусственно, чтобы не перегревать плату и не слишком нагружать аккумуляторы большим током. Для большинства гаджетов такой мощности вполне достаточно. Не так много гаджетов, которые, например, требуют 5В при токе более 2А, который легко выдает ВЦ.
Подчеркиваю, заявленная мощность – это реальная долговременная мощность, а не «китайские» ватты, которые надо делить пополам.
Правда, замечу, что если в «холодном» состоянии при «свежих» аккумуляторах ВЦ может отдавать до 14-15Вт, то после прогрева долговременная мощность составит около 10Вт если ВЦ7 просто лежит на столе. Перегрев, а, следовательно, и выходная мощность, контролируется терморезистором, поэтому при работе лучше не укутывать ВЦ, если хотите чтобы он отдавал «по полной».
Повышающий преобразователь в ВЦ7 классического, не синхронного типа. Его КПД зависит от тока нагрузки и выходного напряжения, но в среднем около 80…85%.
Как писал выше, ВЦ последних моделей всё больше приближается по внешнему виду к обычному лабораторному блоку питания. Как и у последнего, у ВЦ есть такие же две ручки задания максимальных напряжения и тока, а также цифровой индикатор для их отображения.
Рис.6. «Морда лица» ВЦ7.
На Рис.6 видны основные органы управления ВЦ7 (они находятся под крышкой, см. Рис.1). Посредине – индикатор, справа от него две кнопки, определяющие, что ему показывать, а также для настройки режима «зарядника». (всё подробно есть в инструкции аж на 6-ти листах)
Под индикатором – ручки задания максимальных выходных напряжения и тока. Всё, как в обычном «лабораторнике».
Между «крутилками» напряжения и тока стоит кнопочка для задания выходного напряжения 5.3...5.4В, независимо от положения ручки установки напряжения. Т.к. напряжение 5В является стандартом для USB гаджетов, то и задавать его придется чаще всего. Чтобы постоянно не крутить резистор настройки и впаяна эта кнопка – одним нажатием получаем на выходе 5В. (точнее, 5.4В – при таком повышенном напряжении зарядка многих 5В гаджетов идёт более стабильно)
Слева от «крутилок» виден переключатель, который разрешает или запрещает работу автовыключения ВЦ, если его выходной ток в течение некоторого времени не поднимается выше примерно 100мА. Т.е. мы можем поставить гаджет на зарядку и лечь спать, когда зарядка закончится и потребляемый гаджетом ток снизится до 100мА, то ВЦ полностью отключится и не будет до утра «молотить вхолостую», пытаясь впихнуть в уже заряженного потребителя еще немного энергии.
Эта функция отключаемая и, если нужно, ВЦ может продолжать работать всегда, независимо от выходного тока. Это задается указанным переключателем.
Для дополнительной индикации состояния, описанных выше кнопки и переключателя, около них расположены ЧИП светодиоды, которые дублируют их включение.
По левому краю корпуса видны три кнопки для включения/отключения выхода ВЦ и фонаря. Фонарь имеет два режима яркости.
Джамперы справа служат для задания напряжений на ножках данных USB выходов. Это нужно для возможной настройки совместимости с разными гаджетами. (да, к сожалению, настройка ножек данных не автоматическая, но она обычно и не требуется, к тому же, в «нижнем», см.Рис.3., USB выходе имеется площадка на плате, куда пользователь может, при желании, самостоятельно впаять микросхему автоматической настройки USB порта типа TPS2513)
Две нажимные колодки (синие кубики на фото), служат: левая – дублирует выводы выходного круглого разъёма ВЦ, правая – для подключения провода от внешнего аккумулятора (см. Рис.2).
В 7-й версии ВЦ добавился так называемый, слот «сделай сам» или «DIY слот». По сути, это всего лишь ряд контактов на плате, на которые выведены различные точки схемы ВЦ (смотри структурную схему на Рис.5.). На фото ниже он выделен яркостью.
Рис.7. Слот «сделай сам».
Конечно, из-за ограниченности места внутри, большую схему в такой слот не впаяешь, но довольно легко помещаются китайские мелкие платки понижающих или повышающих DC-DC преобразователей. В результате мы можем получить, например, внутри ВЦ ещё один понижающий стабилизатор от входа питания ВЦ до USB выхода и можем напрямую питать USB гаджеты через него, не задействуя электронику Вампирчика. Если же мощности на входе ВЦ для такого питания окажется недостаточно или платка «не тянет» нужный ток, то автоматически подключится в работу повышающая часть ВЦ и недостающая энергия будет браться из аккумуляторов ВЦ.
Также, возможно, впаяв в слот низковольтную «повышайку», запитать ВЦ, например, от 1...2В батарейки, т.е. расширить его дипазон по питанию.
Т.к. в слоте есть контакт от разъема 3.5х1.1мм, то и его можно задействовать под независимый вход или выход.
В общем, вариантов много. Жаль только места маловато для всех.
Заканчиваем?
На самом деле, описывать особенности ВЦ7 можно долго. Сейчас же, просто попробую скучным списком перечислить основные его возможности.
Зарядка.
- От любых источников постоянного напряжения от 4.8 до 25В, любой мощности. Даже от дающих несколько мА тока – всё пойдет в дело (внутренние аккумуляторы).
2. От маломощных (в основном динамовтулок) источников переменного напряжения до 20(40)В.
3. Входные разъёмы: круглый 5.5х2.1мм, микро USB.
4. Неплохой КПД зарядной части ВЦ – около 90%.
5. Возможность одновременного подключения и питания от двух источников зарядки. (например, динамки – на круглый и солнечной батареи – на микро USB)
6. Возможность подключить параллельно неограниченное число аккумуляторов для увеличения емкости.
7. Возможность плавной настройки на рабочую точку солнечной батареи (МРРТ) для снятия с неё максимальной мощности. (кстати, использование МРРТ позволяет и с динамовтулки снять с неё не паспортные 2...3Вт, а вдвое-втрое больше).
Выход.
1. От 3.5 до 15В. Плавно регулируемый.
2. Выходная мощность долговременная при 25гр.С около 10Вт (например, 5В, 2А), при охлаждении – до 14...15Вт. (ограничивается ВЦ самостоятельно)
3. Выходные разъёмы: USB-А – 2 шт., круглый 5.5х2.1мм, нажимная колодка.
4. Ток регулируется от, примерно, 50мА до 2.5А. (Максимальный ток зависит от выходного напряжения, чтобы не превысить разрешенную мощность.)
5. При превышении потребления выходного тока, он плавно снижается, что позволяет ВЦ работать, по совместительству, зарядным устройством для внешних аккумуляторов. (В подавляющем большинстве повербанков при перегрузке просто срабатывает защита и «отрубает» выход полностью.)
Защиты.
1. Защиты от переполюсовки по входам и выходам.
2. Термозащита.
3. Ограничение как выходных напряжений и токов, так и выходной мощности.
4. Защита внутренних аккумуляторов от перезаряда и переразряда. Заряд малым током при сильном разряде.
5. Защита от переполюсовки или короткого замыкания при подключении внешних аккумуляторов расширения ёмкости.
Особенности.
1. Возможность использования внутри ВЦ7 и в блоке расширения аккумуляторов разных типов (LiFePo4 - 3.65В, LiIon/LiPol - 4.2В, LiIon - 4.35В). (Рекомендуется LiIon – 4.2В)
2. Эта возможность задается включением «режима бесперебойника», который также служит для уменьшения износа аккумуляторов при постоянном подключении ВЦ к источнику питания.
3. Возможность работы ВЦ, как зарядного устройства для различных (даже неизвестных) типов аккумуляторов.
4. Автоотключение при снижении тока (отключаемое при необходимости).
5. Индикация (состояния заряда, выходного напряжения, выходного тока – яркость ему пропорциональна, пара дублирующих состояние кнопок чип-светодиодов на плате)
6. Покрытие платы лаком для влагозащиты.
7. Возможность самостоятельной перепрошивки микроконтроллера ВЦ. Разные варианты прошивок есть на форуме сайта mobipower.ru.
8. Одновременная зарядка внутренних аккумуляторов и отдача мощности в нагрузку.
Недостатки. (куда ж без них)
1. Не слишком чёткая работа индикатора состояния зарядки (на саму зарядку не влияет) – переключение цвета светодиода происходит при разных токах заряда в разных экземплярах ВЦ (возможно и мерцание, даже при полной зарядке).
2. При использовании LiFePo4 в качестве внутренних аккумуляторов они не будут разряжаться до 100%. Десяток-другой процентов заряда останутся внутри аккумуляторов. ВЦ отключается по низкому разряду при 2.75В, а лиферы можно разряжать до 2.5В.
3. Также при использовании LiFePo4 аккумуляторов они будут немного перезаряжаться, т.к. минимальное задаваемое напряжение конца заряда в режиме «бесперебойника» около 3.7...3.8В, а лиферы рекомендуется заряжать до 3.65В. Однако, такой перезаряд не влияет на безопасность, т.к. лиферы выдерживают заряд до более чем 4В, но увеличивается износ аккумуляторов.
4. Напряжение питания ВЦ7, как постоянного, так и переменного тока, подается на один и тот же разъём, и зарядка ВЦ пойдет при любой полярности этого напряжения, однако, из-за особенностей входного выпрямителя, при зарядке постоянным током надо соблюдать полярность (плюс в центре разъема), иначе будет сильный нагрев схемы выпрямителя при зарядке.
5. Показания цифрового индикатора откалиброваны только в «важных» каналах измерения напряжения на собственных аккумуляторах и выходного напряжения. В других каналах (ток зарядки, выходной ток, напряжение на входе зарядки) может быть погрешность до 10%. Эти каналы не настраиваются при производстве. Также в показаниях при измерении тока зарядки собственных аккумуляторов может присутствовать ненулевой ток до сотни мА даже после окончания заряда – это особенность схемы измерителя тока.
6. Зарядка внешних аккумуляторов с напряжениями конца заряда ниже напряжения внутренних аккумуляторов (2.75...4.2В) происходит с повышенными потерями, т.к. разница между этими напряжениями (например, для зарядки NiMh с 1.2В) просто рассеивается, переходя в тепло, т.е. может теряться до 60% энергии внутренних аккумуляторов. (при зарядке аккумуляторов с напряжением выше внутренних – потери небольшие, около 15...20%)
7. Возможны и другие недостатки, но они уже из серии «на вкус и цвет все фломастеры разные» и я не считаю их существенными.
Итого (ну наконец-то).
Вампирчик 7-й версии получился, как кажется, достаточно удачным. Удачным именно сбалансированностью. Пусть в нем нет самых последних разъемов типа USB-C (и не будет, кстати, т.к. они ненадёжные) или возможности быстрой зарядки по протоколам QC2(3) (а вот это, возможно, и появится), но, зато, заявленные выходные мощности обеспечиваются гарантированно и долговременно. (Тем более, что большинству гаджетов и «обычного» мощного USB выхода хватает.)
Пусть ёмкость ВЦ не самая большая среди обычных повербанков, но мы можем её наращивать до бесконечности, подключая дополнительные аккумуляторы.
Пусть для заряда внешних аккумуляторов используются не самые передовые алгоритмы заряда (просто отключение по достижению напряжения, при остановленном токе заряда), но, зато, мы можем заряжать любые типы аккумуляторов, лишь бы их напряжения окончания заряда были в пределах от 4.2(от 1В с увеличением потерь энергии) до 16В. Напряжение конца заряда задаётся с шагом 0.1В.
Ну и т.д., главное, чтобы в походе мы не остались без помощника, который умеет многое, пусть и не с максимально возможным качеством, как у специализированных устройств (которые остались сидеть дома).
PS: Конечно, этот обзор не охватывает всех особенностей ВЦ7, поэтому оставляйте вопросы в комментариях к статье. Возможно, они послужат базой для следующей статьи.
Автор: Николай Носов 12.03.19
Источник:
http://www.mobipower.ru/