PROJEKTY
Zasilacz urządzeń mobilnych
Zasilacz z akumulatorem Li-Po i wbudowaną
ładowarką
Artykuł przedstawia schemat
oraz projekt miniaturowego,
mobilnego modułu zasilacza do
zastosowania w początkowych
fazach tworzenia prototypów
urządzeń elektronicznych lub
testowania i uruchamiania
modułów radiowych czy GPS.
Rekomendacje: Moduł zasilacza
może być zastosowany jako
 zasilacz  cegiełka dołączany
do płytki prototypowej.
Pomysł na skonstruowanie nieskompli-
kowanego zasilacza wykorzystującego aku-
mulatorek Li-Po zrodził się jakiś czas temu
podczas prac nad kilkoma projektami  te-
renowymi . Testując zasięg nowych modu-
łów radiowych doszedłem do wniosku, że
przydałoby się przenośne z
ródło zasilania.
Oczywiście, w części przypadków dobrym
rozwiązaniem jest użycie koszyczka z bate-
riami, jednak często potrzebna jest stabilna,
stała wartość napięcia zasilania 3,3 V lub
5 V. Ponieważ stosowanie za każdym razem
na płytce prototypowej stabilizatorów czy
przetwornic wiąże się z dodatkowymi kosz- ono również przy uruchamianiu urządzeń podstawowego z
ródła zasilania. Dodatkowo,
tami, opłacalne i wygodne byłoby wykona- wymagających wyjścia poza warsztat, jak na zasilacz wyposażono w układ ładowania
nie mobilnego z
ródła zasilania. Przyda się przykład moduły GPS czy miernik prędko- akumulatorów eliminując tym samym ko-
ści i kierunku wiatru. Takie sytuacje można nieczność używania zewnętrznej ładowarki.
mnożyć, dlatego posiadanie łatwego w uży- Dla zwiększenia funkcjonalności i łatwości
ciu zasilacza przenośnego wydaje się być Podstawowe informacje:
" Zasilanie układów zewnętrznych napięciem 2,5 lub
obowiązkowym dla elektronika konstruktora
3,3 V/2 A oraz 3,3 lub 5 V/280 mA.
" Zastosowanie do zasilania urządzeń przenośnych lub
na każdym poziomie zaawansowania.
stabilizowania dodatkowego napięcia zasilającego.
" Wbudowana ładowarka akumulatora Li-Po lub Li-Ion
Pierwotnie napięcie otrzymywane na
(prąd ładowania do 0,5 A).
wyjściu zasilacza, który postanowiłem zbu- " Zasilanie ładowarki z portu USB komputera PC.
" Napięcie wejściowe od 0,7 V (przetwornica
dować, miało być regulowane, jednak dużo
podwyższająca napięcie).
" Niewielkie wymiary, dwustronna płytka drukowana
współcześnie stosowanych układów wyma-
ze złączem USB oraz złączami szpilkowymi
ga napięcia zasilania 5 V, a coraz częściej Dodatkowe materiały na CD/FTP:
ftp://ep.com.pl, user: 18231, pass: 5awm8742
3& 3,3 V, więc zdecydowałem się na wykona-
" wzory płytek PCB
" karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów
nie zasilacza o  zafiksowanych napięciach
oznaczonych w Wykazie elementów kolorem
wyjściowych. Ostatecznie powstał projekt, czerwonym
Projekty pokrewne na CD/FTP:
którego schemat blokowy pokazano na ry-
(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)
AVT-5348 Uniwersalna ładowarka akumulatorów
sunku 1.
modelarskich (EP 6/2012)
Zastosowanie akumulatorów Li-Ion AVT-2959 A
adowarka procesorowa (EdW 11/2010
AVT-977 Szybka ładowarka akumulatorów NiCd do
oraz Li-Po w telefonach komórkowych oraz
wkrętarek (EP 4/2007)
AVT-913 Uniwersalna ładowarka Ni-MH i NiCd
smartfonach spowodowało, że ceny tych
(EP 1/2006)
akumulatorów są bardzo niskie i już za kil- AVT-2715 A
adowarka akumulatorów ołowiowych
10-200 Ah (EdW 3/2004)
ka, kilkanaście złotych można kupić aku- AVT-2143 Uniwersalny układ ładowania akumulatorów
NiCd i NiMH (EdW 6/1997)
mulator o pojemności około 1000 mAh. Tak
AVT-609 Automatyczna ładowarka akumulatorów
ołowiowych (EP 11/1995)
Rysunek 1. Schemat blokowy zasilacza atrakcyjne warunki zakupu skłoniły mnie do
AVT-1036 A
adowarka akumulatorów NiCd
z procesorem U2400 (EP 6/1995)
przenośnego użycia akumulatorów Li-Ion oraz Li-Pol jako
22 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2012
0
022-024_ladowarka.indd 22 2012-10-31 09:55:26
2
2
-
0
2
4
_
l
a
d
o
w
a
r
k
a
.
i
n
d
d
2
2
2
0
1
2
-
1
0
-
3
1
0
9
:
5
5
:
2
6
Zasilacz urządzeń mobilnych
może dochodzić do
280 mA. Przetworni-
cę wykonano z myślą
o testowaniu starszych
mikrokontrolerów oraz
innych układów wy-
magających zasilania
5 V. Dodatkowo, w za-
silaczu istnieje moż-
liwość przełączenia Rysunek 5. Schemat montażowy zasilacza
trybu pracy tej prze-
twornicy zworką, tak używanego napięcia 3,3 V. Dlatego zdecy-
aby można było z niej dowano się na zastosowanie układu, który
zasilać układy wyma- podczas pracy ciągłej może dostarczyć prąd
gające napięcia 3,3 V. o natężeniu ponad 2 A przy napięciu 3,3 V.
Rysunek 2. Schemat bloku przetwornicy DC/DC MAX1674 Ponieważ jest to Za pomocą zworki można ustalić napięcie
przetwornica podwyż- wyjściowe na wartość 2,5 V.
szająca napięcie, to nie
powinno się stosować A
adowarka akumulatora
konfiguracji 3,3 V, je- Zasilacz może pracować wykorzystując
żeli zasilacz pobiera baterie, akumulatorki lub nawet inny zasilacz.
energię ze standar- Aby nie ponosić dodatkowych kosztów zaku-
dowego akumulato- pu baterii, jako podstawowego z
ródła zasilania
ra Li-Pol o napięciu użyto akumulatorów z telefonów komórko-
3,7& 4,2 V, ponieważ wych, a urządzenie wyposażono w układ bez-
wtedy na wyjściu obsługowego ładowania akumulatorów.
przetwornicy napię- Na rynku jest wiele układów do ładowa-
cie będzie niestabilne nia akumulatorów. Standardowe akumulator-
i zależne od aktualne- ki występujące w telefonach komórkowych
go poboru prądu. Jed- mają pojemność około 1000 mAh, a te używa-
nak tryb pracy 3,3 V ne w najnowszych smartfonach nawet ponad
jest idealna do użycia 2500 mAh. Przyjęło się, że prąd ładowania
w wypadku, gdy z
ró- akumulatorków nie powinien być większy od
dłem zasilania jest jed- 0,1 jego pojemności, jednak ta zasada bardziej
Rysunek 3. Schemat bloku przetwornicy DC/DC MAX1644 na lub dwie baterie AA dotyczy akumulatorów na bazie niklu, nato-
lub AAA, ewentualnie miast akumulatory Li-Po i Li-Ion mogą być
obsługi ładowanie odbywa się poprzez dołą- alkaliczna bateria 3 V. Kolejną ciekawą funk- ładowane większymi prądami i nie powoduje
czenie zasilacza do gniazda USB komputera cjonalnością układu MAX1674 jest możli- to szybkiej ich degradacji. Mając to na uwa-
stacjonarnego lub przenośnego. wość monitorowania napięcia występujące- dze zastosowano układ ładowania MAX1811
go na wejściu LBI. Za pomocą dzielnika rezy- (rysunek 4). Daje on możliwość wyboru, jakie
Przetwornice stancyjnego można ustawić wartość napięcia akumulatorki będą zastosowane w zasilaczu
W zasilaczu zastosowano dwie prze- akumulatora, przy której układ automatycz-  3,6 (Li-Ion) czy 3,7 V (Li-Po) oraz maksy-
twornice firmy Maxim. Pierwsza to prze- nie zasygnalizuje niski poziom napięcia za- malnej wartości prądu ich ładowania: 100 lub
twornica podwyższająca napięcie z układem silania poprzez wyzerowanie wyjścia LBO. 500 mA. Choć można było użyć innego ukła-
MAX1674. Dzięki wbudowaniu w strukturę Drugą zastosowaną przetwornicą jest du, aby skrócić czas ładowania, to prąd mak-
układu scalonego kluczującego tranzystora MAX1644. Jest to przetwornica obniżająca symalny wynoszący 500 mA idealnie pasuje
MOSFET, w otoczeniu układu nie znajdzie- napięcie. Układ również ma wewnętrzny do kolejnej funkcjonalności mini zasilacza,
my zbyt wielu elementów zewnętrznych. tranzystor MOSFET, co upraszcza jego apli- jaką jest ładowanie akumulatorków za pomo-
Schemat tej przetwornicy pokazano na ry- kację (rysunek 3). Wybór układu scalonego cą standardowego gniazda interfejsu USB.
sunku 2. Na wyjściu przetwornicy jest napię- był podyktowany chęcią uzyskania wyso-
REKLAMA
cie 5 V, a pobór prądu podczas pracy ciągłej kiej wydajności prądowej na wyjściu często
Rysunek 4. Schemat bloku ładowarki akumulatorków - MAX1811
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2012 23
0
022-024_ladowarka.indd 23 2012-10-31 09:55:27
2
2
-
0
2
4
_
l
a
d
o
w
a
r
k
a
.
i
n
d
d
2
3
2
0
1
2
-
1
0
-
3
1
0
9
:
5
5
:
2
7
PROJEKTY
zycji rozwarcia jest to napięcie 3,3 V, a w po-
Wykaz elementów
Rezystory: (SMD 0603) zycji zwarcia napięcie 2,5 V.
R1: 270 V
Oprócz wtyku USB służącego do ła-
R2& R6: 100 kV
dowania akumulatora, zasilacz ma jeszcze
R7: 10 V
dwa złącza. Pierwsze to złącze EXTERNAL.
R8: 270 kV
Umożliwia ono diagnostykę napięcia bate-
R9: 0 V (zworka)
Kondensatory: (SMD) rii. Piny na złączu to odpowiednio: masa,
C1: 100 mF
wyjście LBO oraz LBI  identyfikator statusu
C10: 10 mF
procesu ładowania akumulatora. Dzięki wy-
C11, C14: 100 nF
prowadzeniom LBO i LBI można za pomocą
C12, C13, C20: 47 mF
przetwornika A/C w zewnętrznej aplikacji
C15: 4,7 mF
C16: 10 nF (SMD 1206) badać aktualne napięcie na akumulatorze
C17: 470 pF (SMD 0603)
oraz na przykład umożliwić zapis ważnych
C18: 1 mF (SMD 0603)
informacji podczas obsługi przerwania wy- Rysunek 6. Zworki konfiguracyjne zasi-
C19: 220 mF
wołanego alertem o zbyt niskim napięcia lacza
Półprzewodniki:
akumulatora.
LED1: dioda świecąca SMD (0603)
Do drugiego złącza VOLTAGE można
U1: MAX1644
U2: MAX1674
bezpośrednio dołączyć urządzenia zewnę-
U3: MAX1811
trze, które mają być zasilane przez zasilacz.
Inne:
Złącze ma 8 wyprowadzeń: 2 będące wyj-
USB: gniazdo USB - przewlekane
ściem przetwornicy MAX1644, 2 wyjściem
USB_5V: złącze goldpin (1-pinowe)
przetwornicy MAX1674. Przy każdym z nich
2V5/3V3, BATTERY, ON/OFF: złącze goldpin
(2-pinowe)
jest również masa, co umożliwia łatwe dołą-
3V3/5V, SELI, SELV: złącze goldpin
czenie do 4 urządzeń zasilanych.
(3-pinowe)
Pomiędzy złączami EXTERNAL i VOL-
EXTERNAL: złącze goldpin (4 pinowe,
TAGE istnieje możliwość dołączenia wypro-
kątowe)
wadzenia z napięciem bezpośrednio z pinu
VOLTAGE: złącze goldpin (8-pinowe, kątowe)
L1: dławik 22 mH
zasilania złącza USB. Można w ten sposób
L2: dławik 10 mH
albo uzyskać dodatkowe z
ródło zasilania 5 V,
albo mieć możliwość sprawdzania czy jest Rysunek 7. Charakterystyka doboru prądu
Układ ładowania po podłączeniu do dołączona ładowarka USB. ładowania w odniesieniu do napięcia na
gniazda USB pracuje w pełni automatycznie, akumulatorze (z
ródło  dokumentacja
sam dobierając prąd ładowania do aktualnych Dodatkowa funkcjonalność MAX1811)
warunków i stanu naładowania akumulatorka Oprócz wyżej opisanej podstawowej
oraz posiada zabezpieczenie przed przełado- funkcjonalności, podczas korzystania z za- nalnego i ponownie niewielki po naładowa-
waniem oraz przegrzaniem. Do wyjścia CHG silacza okazało się, że umożliwia on rów- niu akumulatora. Na rysunku 7 pokazano
układu została podpięta dioda LED, która sy- nież  ożywienie głęboko rozładowanych charakterystykę natężenia prądu ładowania
gnalizuje aktywny proces ładowania. akumulatorów. Choć współczesne telefony w funkcji napięcia na akumulatorze.
Schemat montażowy zasilacza pokazano komórkowe przeważnie wyłączają się przed
na rysunku 5. Zmontowano go z elementów całkowitym rozładowaniem akumulatora (co Podsumowanie
SMD na dwustronnej płytce drukowanej. umożliwia między innymi podtrzymanie Zasilacz okazał się bardzo przydatny
zegara i uruchomienie budzika, alarmu), to przy uruchamianiu prototypów. Jednym
Konfigurowanie zasilacza czasem zdarza się, że akumulator zostanie z jego alternatywnych zastosowań było sta-
Zasilacz ma kilka zworek, dzięki którym z jakiegoś powodu całkowicie rozładowany. bilizowanie napięcia 3,3 V przy zasilaniu
jest możliwe jego konfigurowanie. Miejsce Taka sytuacja częściej występuje najczęściej ze z
ródła np. 12 V w sytuacji, gdy zespołem
umieszczenia zworek pokazano na rysun- w tanich zabawkach elektronicznych, w któ- przekaz
ników sterował mikrokontroler ARM.
ku 6. Zworka  1 umożliwia wybór mak- rych nie zawsze jest zaimplementowane wy- Jest to funkcjonalność nieoceniona przy uru-
symalnego prądu ładowania akumulatora. łączanie urządzenia przy niskim napięciu chamianiu prototypów. Bardzo przydatną
W pozycji  A maksymalny prąd ładowania zasilania lub priorytetem jest jak najdłuższy funkcją jest ładowanie poprzez złącze USB.
wynosi 500 mA, a w pozycji  B 100 mA. czas działania, nawet kosztem zniszczenia Dzięki niej, jeżeli testujemy nasze urządze-
Zworka  2 umożliwia wybór napięcia akumulatora. Ponieważ układ ładowania nia poza laboratorium, a poziom akumulato-
akumulatora, przy którym proces ładowania MAX1811 sam dostosowuje wartość prądu ra jest niski, zawsze można naładować aku-
zostaje wyłączony. W pozycji A jest to napię- ładowania (maksymalna wartość wybiera- mulator zasilający przy użyciu laptopa lub
cie 4,2 V (odpowiadające akumulatorom Li-Po na poprzez zworkę) na podstawie napięcia netbooka.
3,7 V), a w pozycji  B jest to napięcie 4,1 V na ładowanym akumulatorze jest możliwe Układ scalony MAX1674 pracuje już
(odpowiadające akumulatorom Li-Ion 3,6 V). naładowanie akumulatorów bardzo rozła- przy napięciu wejściowym 0,7 V, zatem do
Zworka  3 umożliwia wybór napięcia dowanych, z którymi niejednokrotnie nie zasilania testowanego urządzenia można za-
wyjściowego przetwornicy MAX1674. W po- radzą sobie układy ładowania w telefonach stosować częściowo zużyte baterie AA lub
zycji  A jest to napięcie 5 V, a w pozycji  B komórkowych. A
adując taki akumulator na- AAA wyczerpując je do samego końca. Jed-
napięcie 3,3 V. leży usunąć zworkę  4 odłączajacą akumu- nak aby w pełni wykorzystać funkcjonalność
Zworka  4 pozwala odłączyć akumula- lator od zasilania przetwornic. Układ łado- zasilacza zaleca się korzystanie ze stosunko-
tor od przetwornic. Została wprowadzona do warki MAX1811 automatycznie dobiera prąd wo niedrogich akumulatorków Li-Po o po-
zastosowania przełącznika wyłączającego. łądowania zależnie od stanu akumulatora jemności co najmniej 1000 mAh.
Zworka  5 umożliwia wybór napięcia  niewielki przy głębokim rozładowaniu, Wojciech Gelmuda
wyjściowego przetwornicy MAX1644. W po- maksymalny po osiągnięciu napięcia nomi- AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
24 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 11/2012
0
022-024_ladowarka.indd 24 2012-10-31 09:55:27
2
2
-
0
2
4
_
l
a
d
o
w
a
r
k
a
.
i
n
d
d
2
4
2
0
1
2
-
1
0
-
3
1
0
9
:
5
5
:
2
7
y
y
y
y
y
y
Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów
oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym