Универсальная "ферма" для гаджетов

Автор: ppp
Опубликовано 17.09.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

Поздравляю Создателя сайта, поздравляю всю мудрую администрацию,  поздравляю терпеливых и мужественных модераторов и, конечно же, поздравляю нас всех, т.е. его пользователей, с этим прекрасным праздником - очередной годовщиной!

9 лет - срок серьезный. Да еще и с конфискацией всего свободного времени. Его за банальную бытовую хулиганку не дают. Для этого нужно сделать что-то весомое. И оно было сделано! Мы тому свидели :)

Однако, не этот светлый всенародный праздник заставил меня взяться за клавиатуру и впервые что-то написать. И не меркантильное желание поиметь на халяву один из выдающихся призов конкурса. Поводом послужила одна из конкурсных статей. Вернее, хлесткие комментарии к ней. Да, очень часто на конкурсе оригинальные и интересные радиолюбительские разработки, реализующие уникальные авторские идеи, не занимают достойные места. А, казалось бы, абсолютная банальщина всеми обласкана и обогрета. А почему? Мне кажется, что чаще всего только из-за того, что не совсем так конкурсные материалы были преподнесены. Обидно.

Вот я и решил, как настоящий ученый, проверить на себе – поможет ли следование простым принципам, соблюдаемым при подаче материала, поднять простое и банальное устройство с последних мест рейтинга голосования (которого оно по моей собственной оценке заслуживает), на место более престижное. Если эксперимент окажется удачным, я этими принципами обязательно поделюсь на форуме с будущими конкурсантами.

И так,

Универсальная "ферма" для гаджетов.

Описываемое ниже устройство позволяет заряжать большой спектр гаджетов от такого же большого количества источников электроэнергии и заменяет собой целую коробку штатных адаптеров.

Было:

 Рис.1 Текущее положение дел.

Стало:

  Рис 2. «Ферма» в работе.

Технические характеристики:

Выходное напряжение……….. 5,2V

Максимальный суммарный ток нагрузки………. 5A

Количество одновременно заряжаемых устройств…….. 3шт.

Проблематика

Предлагаемые сегодня промышленностью гаджеты, как правило, все заряжаются от адaптеров с выходным напряжением порядка 5 вольт. Казалось бы, чего проще – сделай стабилизатор достаточной мощности, добавь нужное количество USB розеток и будь счастлив. Однако, не тут то было. При таком подходе, скорее всего, на экране вместо рисунка радостно помигивающей батарейки увидишь надпись:

«Этот аксессуар, вероятно, не поддерживается».

А происходит это из-за того, что все участники процесса зарядки стали умными. Адаптер обязательно должен сообщить гаджету, какой ток можно от него брать, а гаджет, получив эту информацию, должен настроить свое зарядное устройство, расположенное у него внутри, на этот допустимый для данного адаптера зарядный ток. Нет ответа – нет зарядки. Потому и не горят 500mA USB порты компьютера, когда к ним подключают iPad’ы, потребляющие при заряде ток порядка 2,4A.

Обмениваются этой информацией они между собой по линиям D+ и D- USB разъема. Обмениваются хитро, в течении нескольких первых секунд, а потом гаджет использует эти линии по прямому назначению – для обмена данными (если подключен не к адаптеру питания).

Вроде все просто, но это же еще не все прелести. Засада состоит в том, что каждый производитель эти сигналы придумал свои. Вернее, не каждый. Основная масса придерживается общепринятых правил, а выделились Apple и Sony, и каждый по-своему. А у меня, как на зло, есть и то, и другое. Выход - для каждого девайса свою розетку? Нет, не хотелось бы, а если два iPad'a сразу хочется зарядить?

Самым правильным решением в этой ситуации было бы использование микросхем MAX14566 от компании Maxim Integrated Products. Они умеют детектировать нагрузку и общаться с гаджетами. Собственно, для зарядок и разрабатывались. Тех.документацию вы найдете в конце статьи. 

Однако, нашлось целых два «но», из-за которых по этому правильному пути я не пошел. Во-первых, сколько хочется розеток, столько нужно и микросхем. Что в итоге будет мало отличаться от «пилота» с пятью выключателями и розетками с воткнутыми в них постоянно штатными адаптерами (что дешевле и менее заморочливо, чем возиться с конструированием, не правда ли?). Во-вторых, поди купи эти микросхемы в ближайшем магазине, только под заказ с неизвестным результатом. А хочется, как любому нормальному, из того, что рядом, и прямо вчера.

Потому, пришлось изучать эти самые сигналы. Даташит на MAX14566 плохой помощник. Более наглядно сигналы описаны были в ДШ на MAX14568. Но по какой-то причине на сайте производителя нет ни только ДШ на эту микросхему, но и упоминаний о самой этой микросхеме. Как и не было никогда. К счастью, интернет помнит все и именно интересующий фрагмент документации быстро нашелся:

Рис. 3. Фрагмент тех.документации на MAX14568 от Maxim Integrated Products

 Анализ информации, представленной на Рис.3, а также натурные исследования живого адаптера от iPod 4 (который чисто хронологически не мог быть отражен на рисунке выше и на полной мощности должен потреблять 2,4А от зарядки) позволили придти к выводу, что если соединить линии D+ и D- между собой и установить на них с помощью делителя потенциал +2,75V, то от такой розетки можно будет заряжать ВСЕ мои гаджеты! Вот так: 

Рис.4. Схема распайки делителей на USB разъеме.

 Испытания в железе полностью подтвердили эти предположения: и iPad, и iPad-mini, и iPod, и Sony Experia, не говоря уж о банальных Самсунгах и Нокиях, исправно брали от USB розетки, подключенной к ЛБП, максимальный для себя ток. И таким образом, заряжались минимально возможное время, ничем не отличающееся от времени зарядки от штатных адаптеров.

Схема и её описание

Рис. 5. Схема «фермы».

Схема устройства состоит из двух блоков: стабилизатора напряжения 5,2V (блок А1) и выходных делителей (блок А2). Схема разделена именно так, потому что для работы критичен только блок делителей А2. Стабилизатор же может быть любым, обеспечивающим заданное напряжение на выходе и требуемую мощность, которая подсчитывается исходя из количества и потребляемой мощности одновременно заряжаемых гаджетов. В качестве стабилизатора можно взять даже модный ныне компьютерный блок питания, повесить на него 20 USB розеток и заряжать одновременно гаджеты всех своей лестничной клетке J. В моем же случае таких гаджетов только три - это iPad 4 (2,4А), iPad-mini (1,2A) и Sony Experia (1A). Поэтому стабилизатор построен на микросхеме GS2678, легко переносящей максимальный ток нагрузки в 5A. Схема включения микросхемы типовая, она приведена в даташите (ссылка на ДШ находится в конце статьи). Только вместо рекомендованного там постоянного резистора сопротивлением 10,5Ом установлен подстроечный 15кОм, что позволило более точно устанавливать выходное напряжение в контрольной точке КТ1.

Резисторы R3-R8 задают нужный потенциал относительно общего провода в контрольных точках КТ2-КТ3.

До сих пор мы говорили только об универсальности выхода. Однако, выбор в качестве стабилизатора схемы на МС GS2678 с широким диапазоном входных напряжений (от 3,6V до 25) позволяет говорить и об универсальности по входу. Ниже на рисунке перечислены только те источники электроэнергии, которые были испытаны в работе с этим устройством.

Рис.6. Источники электроэнергии, которые могут быть использованы для питания "фермы"

Используемый источник должен удовлетворять только двум требованиям:

- вырабатывать постоянное напряжение в диапазоне от 7,5 до 25 вольт;

- обеспечивать мощность с учетом КПД, диктуемую суммарной мощностью одновременно подключаемой нагрузки.

Конструкция и детали.

Устройство собрано на макетных платах под пайку, печатные платы не разрабатывались из-за простоты схемы. Платы установлены в промышленном корпусе G407, выпускаемом компанией Gainta и доступном во многих магазинах, торгующих товарами для радиолюбителей.

 Рис.7. Конструкция «фермы»

Микросхема стабилизатора и катушка индуктивности снабжены небольшими радиаторами, т.к. ток в 5А довольно серьезный даже для импульсных схем. По той же причине в корпусе насверлены вентиляционные отверстия.

В качестве разъемов для подключения гаджетов использованы USB разъемы, предназначенные для крепления на кабель. На передней панели, выполненной из фольгированного стеклотекстолита, они закреплены пайкой с внутренней стороны. Лицевая сторона панели окрашена краской.

В устройстве использованы резисторы мощностью 0,125Вт. Номиналы деталей указаны на схеме и замене не подлежат.

Налаживание.

Настройка устройства состоит в установке напряжения в контрольной точке КТ1 (рис. 5) величиной 5,2V с помощью подстроечного резистора R2. После чего необходимо перед подключением гаджетов проверить напряжения в контрольных точках КТ2-КТ4. Они не должны отличаться от указанных на схеме более, чем на 0,02V.

Ну, и перед подключением своих многотысячерублевых гаджетов к этому устройству следует помнить, что:

Производители, все как один, предупреждают об опасности использования неоригинальных зарядных устройств!!!

А мне остается только напомнить, что:

Повторение устройства и подключение к нему каких-либо гаджетов вы производите на собственный страх и риск. 

Успехов!

Файлы:
Datasheet GS2678
Datasheet MAX14566AE-MAX14566E

Все вопросы в Форум.