В продаже существует большой ассортимент автомобильных USB-разъемов, подключаемых к прикуривателю автомобиля. Но не всегда это бывает удобно, к тому же при таком немалом количестве USB устройств, так тесно вошедших в нашу жизнь, вполне неплохо было бы иметь в автомобиле стационарный разъем, не занимающий место в розетке прикуривателя. Об одном из способов как это можно сделать, и будет рассказано в этой статье.
Необходимы материалы и инструменты:
— Стандартный USB-разъем с питанием на 12 вольт;
— Кусок пластика;
— Карбоновая пленка;
— Металлические зажимы и стяжка;
— Паяльник с припоем;
— Нож;
— Отвертка;
— Наждачная бумага.
Шаг 1. Разбираем разъем.
Из стандартного разъема нам понадобится только электронная его часть, корпус не нужен. Поэтому смело разбираем его и достаем плату.
Шаг 2. Передняя панелька.
Поскольку розетка будет вмонтирована в торпеду, делать весь корпус для электронной части необходимости нет, можно ограничится лишь лицевой его стороной. Вырезаем нужный нам по размерам кусочек пластика, внутри него прорезаем прямоугольное отверстие под сам разъем. Если присутствует светодиодный индикатор, то делаем отверстие и под него. Края пластика проходим наждачной бумагой.
Для улучшения внешнего вида можно сверху наклеить кусочек карбоновой пленки.
С помощью металлической стяжки плата с разъемом крепится к внутренней части пластиковой панельки. Желательно, чтобы разъем входил в панельку с минимальным зазором.
Шаг 4. Установка.
Далее к плате следует припаять провода питания. Будьте внимательны, соблюдайте полярность, иначе электроника может выйти из строя.
Другой конец проводов можно подпаять к питанию прикуривателя.
Для начала разберемся, что вообще значит это понятие — USB-розетка? А ничего особенного по сути: USB-порт на панели автомобиля, оснащенный линией питания, но с незадействованной линией передачи данных, то есть, грубо говоря, универсальный интерфейс для питания всяких там USB-примочек от мала до велика и самое главное — для зарядки всего и вся, что способно заряжаться от USB: телефоны, фото-/видеоаппаратура, mp3-плееры и прочее.
К слову сказать, для того, что по умолчанию не заряжается от USB, а только от розетки, всегда можно спаять соответствующий конкретному устройству кабель для зарядки от USB, знай только распиновку — в общем, это несложно.
Итак, приступим к делу давнишней задумки… Для начала разберемся с распиновкой USB-разъема.
Как видно из первой взятой из поисковика картинки, все просто до безобразия! Итак, нам нужно задействовать 1 и 4 контакты разъема: на 1 подать стабилизированные 5 вольт, а 4 закоммутировать на массу. Где взять стабилизированные 5В в автомобиле?
Для этого нам потребуется линейный стабилизатор напряжения LM7805 и пара-тройка емкостей к нему, а именно: два малоемких керамических конденсатора на вход и выход стабилизатора для сглаживания высокочастотных помех и желательно — электролитический конденсатор не очень большой емкости на вход для сглаживания низкочастотных помех, которые в автомобильной бортовой сети — далеко не редкость.
Как видно из картинки, стабилизатор — радиодеталь трехногая, имеет вход, выход и массу. Собираем все это дело и вешаем на вход электролит.
В принципе, на этом можно было и ограничиться, но Влад где-то на просторах интернета поднял схему для зарядки популярных ныне mp3-плееров I-Pod. Как оказалось, продукция фирмы Apple слегка более капризна и требует особых условий, а именно: поднятия напряжения на Data-ножках USB (2 и 3) до 2В, что будет представлять собой управляющий сигнал зарядки для устройства I-Pod.
Реализуется это подключением двух этих ног к стабилизированным 5В через резисторы определенных номиналов. Меньше слов, схема скажет намного больше, лаконичнее и быстрее:
Собственно, в начале пути у нас было (пока еще отдельно друг от друга) следующее:
— линейный стабилизатор напряжения LM7805;
— керамический конденсатор 0,1мкФ — х2;
— электролитический конденсатор 470мкФ, 16В;
— резистор 75КОм — х2;
— резистор 51КОм (ближайший к 49,9) — х2;
— двухразъемный USB-интерфейс;
— кусочек алюминиевой пластинки для использования в качестве радиатора для стабилизатора, который имеет обыкновение весьма сильно нагреваться в процессе работы;
— кусок термоусадки нужного диаметра.
Влад, конечно, выдвигал желание спаять все аккуратненько на маленькой вытравленной платке с использованием SMD-радиодеталей, но вполне естественная лень и вроде бы как простота предприятия взяли свое, и мы сделали все на коленке, навесным монтажем, а потом затянули все это в термоусадку.
Быть может, и не особо аккуратно… Но кто там в недрах моей панели будет ковыряться-то?!
Разъемы расположил возле диагностического, почти под пепельницей, чуть правее — там он не бросается в глаза, в то же время легко доступен. И подключить можно сразу два устройства, а кабели развести в разные стороны, как только пожелается.
Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.
ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).
Автор, нафига все это?
Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.
Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.
Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: " Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины."
Что нам понадобится
1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.
2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.
Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.
3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.
4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.
5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.
6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.
Собираем зарядку
1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:
*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.
Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.
2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.
3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).
Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате
4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:
Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:
У меня получилось так:
Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.
Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.
Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»
5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.
6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!
7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.
Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:
В Машине это выглядит так:
Тесты
Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.
Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).
Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.
К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).
Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.
Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.
Процесс зарядки и выводы
Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:
График усреднен и может варьироваться для разных устройств .
Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.
Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А
Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.
В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.
В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!