2.2. Какой зарядкой заряжать аккумулятор дивайс с литий ионным аккумулятором (Часть2)

       2.2.1 коммутация USB выводов зарядных устройств.

          2.2.1.1. Распиновка micro USB разъема

           На сайтах [10,11]  представлена распиновка  microUSB разъема. Причем сделано крайне не удачно рис. 5.1.1

  Рис.5.1.1

На правом разрезе вид выполнен изнутри разъема (сложно догадаться, обычно делают вид со стороны открытой части разъема) Поэтому получается вид в зеркальном изображении по отношению к другим изображениям рис.5.1.2

Рис.5.1.2

Следует также обратить внимание, что разборные  разъемы microUSB приведены на сайтах двух видов Рис.5.13 Распайка получается зеркальная. Разъем изображенный слева соответствует реальному. Разъем изображенный справа не проверял (нет в наличие такого).

 Рис.5.1.3

При распайке следует эти различия учитывать.

Сам я уже перепаивал несколько раз разъем изображенный слева, а распаивал по схеме изображенной справа!!!

        2.2.1.2 Как должны быть коммутированы USB выводы зарядных устройств.

        На мой взгляд, очень важный момент на который практически никто в своих статьях не обращает внимания – это коммутация выводов зарядных устройств. Очень подробно этот вопрос освещен в статьях [ 4, 9 ].

       Вот некоторые выдержки из статей:

«Итак, вы подключили гаджет к левому/самодельному зарядному устройству, а он не заряжается, да ещё и пишет, что зарядное устройство не поддерживается. Это связано с тем, что перед тем как позволить себе заряжаться, некоторые мобильные устройства замеряют напряжения на 2 и 3 контактах USB и по этим напряжениям определяет тип зарядного порта. А некоторые — просто проверяют наличие перемычки между контактами 2 и 3 или ещё и контролируют потенциал этой связки. Если гаджет не рассчитан на подключение к данному типу зарядного порта или тип порта не определён, то зарядное устройство будет отвергнуто.

      Практическая сторона вопроса заключается в том, чтобы гаджет увидел нужные ему напряжения на контактах 2 и 3, а это обеспечивается подключением различных сопротивлений между контактами USB зарядного устройства.» [9]

«Nokia, Fly, Philips, LG, Explay, Dell Venue и многие другие устройства признают зарядное устройство только если контакты Data+ и Data- (2-й и 3-й) будут закорочены или замкнуты резистором не более 200 Ом « [4 ]  Рис 5.1

Рис 5.1

«Samsung, HTC и другие «Корейцы»: один резистор 30 кОм между +5 и перемычкой D-D+; другой резистор 10 кОм между GND и перемычкой D-D+» [4] рис 5.2

Рис 5.2

«Если же зарядное устройство уже обладает выходным шнуром (вместо выходного гнезда), и вам нужно припаять к нему штекер mini/micro USB, то не забудьте соединить 2 и 3 контакты в самом mini/micro USB. При этом плюс паяете на 1 контакт, а минус — на 5-й (последний).» [9] Рис 5.3

Рис 5.3

       Ниже приведены результаты прозвонки некоторых зарядных устройств. Прозвонка проводилась в двух режимах: в режиме измерения сопротивления и в режиме прозвонки диода.

      Зарядные устройства Xiaomi и Lenovo при прозвонке в режиме сопротивления показали не стабильный результат, значение сопротивления плавает в некотором диапазоне! (строки 2 и 3 таблицы)

        Ниже  рис.5.4 приведена кинетики зарядки аккумулятора планшета Lenovo  емкостью 4680 mah зарядным устройством Lenovo 5v 1,5a. Выводы d+ и d-  были разомкнуты. На том же графике нанесена кинетика зарядки аккумулятора при замкнутых выводах d+ и  d-.

Рис.5.4 Кинетика зарядки аккумулятора планшета Lenovo 4680 mah при испоьзовании USb кабеля с замкнутыми выводами d+ d- ( верхняя кривая) и с разомкнутыми d+ d-( нижняя кривая).

     Из рисунка видно, что при разомкнутых выводах d+ d- скорость зарядки аккумулятора существенно ниже и составила около 9 часов, тогда как при замкнутых выводах d+ d-  время зарядки было чуть больше 3 часов. Причем планшет такое зарядное устройство не отверг. Как было сказано ранее, вызвано это тем, что при разомкнутых выводах d+ d- была существенно меньшая сила зарядного тока рис.5.5

Рис.5.5 Сила зарядного тока при зарядке аккумулятора планшета Lenovo 4680 mah с использованием USB кабеля с замкнутыми выводами d+ d- (верхняя кривая) и с разомкнутыми ( нижняя кривая).

     Из данного эксперимента можно сделать еще один важный вывод: контроллер питания планшета Lenovo имеет стабилизатор тока, позволяющий снижать силу зарядного тока до 0,4 а, несмотря на то, что зарядное устройство было на 1,5 ампер. Причем, при зарядке аккумулятора планшет не нагревался, что может свидетельствовать о том, что стабилизатор тока контроллера питания использует импульсный способ стабилизации тока.

   2.2.2. Кинетика зарядки литий ионного аккумулятора

     В многочисленных публикациях по правильной зарядке литий ионных аккумуляторов приводиться идеализированный режим зарядки или кинетика зарядки литий ионного аккумулятора рис.6.1.  [5].

Рис.6.1

      И дается такой комментарий: зарядка проходит в два этапа на первом этапе происходит заряд постоянным током до достижения напряжения на аккумуляторе 4,2 вольта. Затем при постоянном напряжении зарядка продолжатся силой тока постепенно снижающейся [5-7]. И ничего не говорится об уровне заряда самого аккумулятора, который можно оценить по значению напряжения на нем (при выключенном зарядном устройстве). Между тем, конечная  цель зарядки заключается в накоплении аккумулятором определенного заряда. Поэтому обязательно должна быть и третья кинетическая зависимость – уровень заряда аккумулятора, выражаемая либо в процентах, либо в напряжении.

  Было проведено измерение кинетики заряда аккумулятора планшета Lenovo зарядным устройством 5v 1,5a (штатное зарядное устройство) рис.5.2

Рис.6.2

 ЗУ- зарядное устройство; КП – контроллер питания; МЗ – модуль защиты; Акк – аккумулятор; mv- милливольтметр; V1  и V2 –вольтметр.

      Результаты приведены на рисунке 6.3. На верхнем графике верхняя кривая соответсвует напряжению на клеммах аккумулятора во время зарядки. Нижняя кривая соответствует уровню заряда аккумулятора (измерялось при выключенном зарядном устройстве). На нижнем графике приведена сила тока во время зарядки.

Рис.6.3

      Видно, что процесс зарядки осуществляется током постоянного значения до уровня заряда аккумулятора порядка 70-80%  (у данного планшета 4,0 в) и затем продолжается постепенно снижающейся силой тока до уровня заряда 100% (4,27 в). В данном планшете оказалась сдвинутой шкала уровня заряда по непонятной причине. Уровень заряда 0% соответствует напряжению 3,7 в, а 100% 4,27 в. Во многих публикациях даются более низкие значение этих величин. Наприме, верхнее значение, соответсвующее 100% приводится 4.2 вольта.

      На основании проведенных измерений можно построить важную зависимость Вольт амперную характеристику контроллера питания. ВАХ контроллера питания планшета Lenovo при питания его штатным зарядным устройством (5v 1,5a) представлена на рисунке 6.4.

Рис.6.4.  Вольт амперная характеристика контроллера питания планшета Lenovo

        Из зависимости пока не ясно есть ли стабилизатор тока в контроллере питания или силу тока в 1,5 ампера задает стабилизатор тока встроенный в зарядное устройство. После измерения с использованием зарядных устройств разной мощности это можно будет установить.

2.2.3. Зарядка аккумулятора дивайся в обход контроллера заряда

      Как было сказано выше, зарядное устройство для планшета, смартфона и др. выдает стабилизированное напряжение порядка 5 вольт и различается по величине выдаваемого тока. А для зарядки аккумулятора требуется не выше 4,2 вольта.

      Доведение величины напряжения до нужной величины выполняет контроллер заряда. Если контроллер заряда вышел из строя. Если нет возможности отремонтировать контроллер зарядки, предлагаются различные варианты его обхода [5].

       Один из вариантов использовать модуль зарядки, на микросхеме TP4056  рис.7.1

Рис.7.1 

       Вольтамперная характеристика такого модуля заряда приведена на рис 7.2.

Рис.7.2 

       Запитать модуль можно от любой зарядки на 5 вольт с силой тока более 1 ампера или от блока питания с напряжением более 4,2 вольта и током более 1 ампера. Чем выше напряжение источника питания, тем сильнее греется микросхема модуля заряда.

        Данный зарядный модуль был использован для зарядки аккумулятора планшета Huawei (Аккумулятор 3.8v  4650 mAh/17.7Wh   4800mAh/18.3Wh ) в обход контроллера питания. Схема приведена на рис.7.3.

Рис.7.3   Блок схема зарядки аккумулятора в обход контроллера питания

             ЗУ- зарядное устройство; ЗМ- зарядный модуль; КП- контроллер питания; МЗ – модуль защиты; Акк- аккумулятор

           На рис 7.4 приведены кинетические зависимости зарядки аккумулятора. На верхним графике приведены зависимости напряжений: верхняя на клеммах аккумулятора во время зарядки (Vз), нижняя кривая уровень заряда аккумулятора в вольтах (Vакк) (измерено при отключении зарядного устройства).Нижний график сила тока во время зарядки. В качестве источника питания зарядного модуля использовано зарядное устройство от планшета Леново 5в 1,5а.

Рис.7.4 

       Видно, что зарядка заняла достаточно продолжительное время. До полного отключения зарядного модуля потребовалось более 6 часов.

       Для увеличения силы тока можно модули соединить параллельно. Вольт амперная характеристика сдвоенного зарядного модуля показана на рис.9. Видно что сила тока сдвоенного модуля стала 2 ампера. Можно уменьшить силу тока не перепаивая резисторы на самом модуле, а используя зарядное устройство с меньшей силой тока. На том же рисунке приведена вольт амперная характеристика с использованием зарядного устройства 5 в 1,5 а. Видно. Что максимальная сила тока определяется стабилизатором тока зарядного устройства, а стабилизатор тока в зарядном модуле при этом не работает. На рисунке 7.5. показаны кинетические зависимости зарядки аккумулятора от сдвоенного зарядного модуля и питании его зарядным устройством 5в 1,5 а. Видно, что продолжительность зарядки аккумулятора сократилась практически вдвое и составила чуть больше 3 часов. Обозначения на графиках такие же как на рис.7.4.

Рис.7.5

       Видно, что в обоих вариантах с помощью данного модуля реализуется классический режим заряда литий-ионного аккумулятора, а именно: до уровня заряда 50% (напряжение на аккумуляторе порядка 3,9 вольт) зарядка осуществляется током постоянной величины (одиночный модуль порядка 0,8 ампера, сдвоенный модуль порядка 1,6 а). Затем зарядка продолжается постепенно уменьшающимся током до полной зарядки и отключения модуля. В обоих вариантах при напряжении стабилизации 4.2 вольта, выдаваемом модулем заряда, зарядить аккумулятор до 100 % не удалось. Модуль заряда отключается при напряжении на аккумуляторе 4.17 вольт, что соответствует уровню заряда аккумулятора  примерно 91-92% и загорается сигнальный диод ( в моем случае синего цвета). Во время зарядки горит другой диод, в моем случае красного цвета

        На страницах Интернета можно встретить материал по ремонту планшета с неисправным контроллером зарядки с использованием данного модуля []. Предлагается даже установить модуль внутрь планшета. Однако, микросхема модуля очень сильно греется и установка внутрь девайся, на мой взгляд, проблематична.

      При использование модуля заряда для обхода контроллера зарядки в планшете Huawei вызвало следующие неудобства:

                  1. При зарядке включенного планшета индикатор заряда не показывает уровень заряда и после зарядки остается на значении исходного уровня заряда. Данная проблема решена следующим образом: нужно разрядить аккумулятор ниже 10% и затем выключит планшет. После полной зарядки включить планшет. Индикатор заряда показывает правильное значение.

                  2. В планшете Huawei 8” нет места разметить модуль внутри, поэтому пришлось размещать его на подводящем кабеле. А это в свою очередь может привести к ошибке при зарядке с соответствующими последствиями перезаряда. Так как разъем для подключения кабеля один и, по незнанию, можно подключить зарядку обычным кабелем!!!

2.2.4. Какой зарядкой заряжать дивайс или какой мощности можно использовать зарядное устройство.

      На основании полученных данных можно попытаться получить ответ на вопрос поставленный вначале: какой зарядкой можно заряжать дивайс. Или есть ли в составе контроллера питания дивайса стабилизатор тока?. На рис.8.1, 8.2 показаны кинетические зависимости зарядки аккумулятора зарядными устройствами с силой тока 0,7а, 1,0а, 1,5а и 2,0 а.

Рис.8.1 Кинетика зарядки аккумулятора планшета Lenovo (ёмкость аккумулятора 4290 mah) зарядными устройствами разной мощности (5v 2,0a,  5v 1,5a, 5v 1,0а и 5v 0,7а)

Рис.8.2 Кинетика зарядки аккумулятора планшета Huawei (ёмкость аккумулятора 5100 mah) зарядными устройствами разной мощности (5v 2,0a,  5v 1,5a, 5v 1,0а и 5v 0,7а)

        Из рисунков видно, что максимальная сила зарядного тока при использовании зарядных устройств разной мощности увеличивается при увеличении мощности зарядного устройства и при некотором значении стабилизируется. При дальнейшем увеличении мощности зарядного устройства сила зарядного тока не меняется. Это хорошо видно на рисунках 8.1 Б, 8.2 Б, где показана зависимость силы зарядного тока от мощности зарядного устройства (верхняя кривая – сила тока выдаваемая зарядным устройством, нижняя кривая сила зарядного тока при зарядке аккумулятора). К планшетам прилагались зарядные устройства различной мощности: для планшета Lenovo 5v 1,5а. для планшета Huawei 5v 1,0а. Т.е можно сделать вывод, что сила зарядного тока при достижении определенной величины определяется не зарядным устройством, а контроллером питания планшета или встроенным стабилизатором тока дивайса. Иными словами, подтверждается высказывания, приведенные в разделе1 (в начале статьи).

      Было бы интересно проверить все ли устройства снабженные литий ионными аккумуляторами ( в том числе кнопочные телефоны, наушники и др.) имеют встроенный стабилизатор тока? Или нужно с осторожностью подходить к выбору не штатного зарядного устройства для зарядки дивайса.

Ссылки:   ( см.  >>>> )

;

По мере поступления материала страница будет дополнятся.