Введение
Бывает, что в повербанке выходит из строя контроллер, но аккумулятор при этом остаётся в рабочем состоянии. Причём аккумулятор хороший, с ёмкостью 10000 мА*ч, а то и больше. И повербанк при жизни тоже был хорошим - с поддержкой "быстрой зарядки" (QC).
Что делать в такой ситуации? Можно попробовать найти плату контроллера, которая будет полностью соответствовать сгоревшей по размерам, но это обычно оказывается невозможным (не отдают их производители повербанков в свободную продажу).
Однако есть решение: можно оставить аккумулятор и купить новый корпус с платой контроллера в комплекте. Такой комплект подойдёт и тем, кто хочет собрать повербанк самостоятельно. Это не только даёт некоторую экономическую выгоду, но и полезно для общего технического развития.
В результате может получиться красивое и полностью функциональное устройство, не хуже сгоревшего.
Прежде чем перейти к рабочему процессу, давайте рассмотрим историю проблемы и характеристики корпуса для внешнего аккумулятора с функцией быстрой зарядки.
Стоит отметить, что более корректным названием для такого устройства является "пауэрбанк", однако в дальнейшем мы будем использовать более распространённое в народе название — "повербанк", либо изначальное "power bank", либо научное "внешний аккумулятор".
История вопроса, или откуда берутся «лишние» аккумуляторы
В один прекрасный момент мой внешний аккумулятор перестал работать. Это был аккумулятор от малоизвестного китайского производителя, но я не буду винить его: схема стандартная, никаких схемных "извращений" производитель не добавлял, и такое могло случиться с любым аккумулятором.
Однако внутренний голос подсказал мне, что причиной проблемы мог стать чип, установленный на плате контроллера аккумулятора. Чип был довольно маленьким и не имел радиатора, поэтому мог перегреваться; особенно, учитывая его высокую энергетику в режиме быстрой зарядки. Конечно, в чипе была система защиты от критического перегрева, но если он часто нагревается до максимальной температуры, то постепенно начинает деградировать и в итоге выходит из строя. А собственно сам аккумулятор повербанка как таковой остаётся жив-здоров.
Поэтому при тестировании нового контроллера особое внимание будет уделено его температурным режимам.
Комплект корпуса для повербанка с поддержкой быстрой зарядки
В этом случае под термином «корпус» подразумеваются не только механические детали, но и электроника (плата контроллера).
Все составляющие корпуса можно увидеть на фотографии:
В набор входят:
• корпус из алюминия;
• плата контроллера, основанная на чипе IP5356;
• защитное стеклышко (точнее, прозрачный пластик) для цифрового индикатора заряда;
• кнопка включения;
• пластиковая платформа для установки двух аккумуляторов типоразмера 1260110 (110 мм в длину, 60 мм в ширину и 12 мм в толщину);
• заглушка для задней части устройства;
• два винта для крепления платы на платформе.
В повербанк можно установить как два, так и один аккумулятор. Если пользователь будет устанавливать один аккумулятор, то особенно важно надёжно закрепить его, чтобы он не двигался внутри устройства. При установке двух аккумуляторов у них остаётся гораздо меньше "пространства для манёвра".
Алюминиевый корпус — это преимущество повербанка, так как он лучше отводит тепло, чем пластиковый.
Теперь рассмотрим плату контроллера более подробно.
В основе платы лежит чип IP5356, который не требует большого количества дополнительных компонентов. На плате также расположена индуктивность, необходимая для работы быстрой зарядки. Благодаря ей выходное напряжение может достигать 9 или 12 В, что позволяет увеличить мощность, передаваемую на нагрузку (так работают многие из стандартов быстрой зарядки).
Чип IP5356 поддерживает различные системы быстрой зарядки, такие как QC2, QC3, PD, Samsung и MTK, но не в их максимальных режимах. Максимальная мощность, которую он может передавать, составляет 22,5 Вт. Многие современные системы поддерживают передачу до 50 Вт и более.
Владельцам смартфонов Oppo и Realme следует обратить внимание на то, что здесь нет поддержки протокола быстрой зарядки Super VOOC. Есть только поддержка его более лёгкой версии VOOC. Это означает, что зарядить смартфон за полчаса никак не получится. Однако за полтора часа (или чуть больше) это возможно.
Вид платы контроллера "с лица":
Здесь Вы найдёте:
• кнопку, которая запускает или выключает устройство принудительно (включить - одно нажатие; выключить - двойное нажатие);
• цифровой индикатор, который показывает уровень заряда аккумулятора в процентах;
• индикатор в виде молнии, который показывает, что устройство работает на нагрузку в режиме быстрой зарядки;
• два разъёма USB-A (выходы);
• разъём USB Type-C (двойное назначение: может быть и входом, и выходом);
• разъём micro-USB (вход).
Если посмотреть на плату контроллера снизу, то можно увидеть:
После того как плата была тщательно осмотрена, необходимо обратить внимание на то, чего на ней не хватает. А именно, на ней нет ни одного электролитического конденсатора.
Это не очень хорошо, поскольку обычно электролитические конденсаторы в связке с "керамикой" используются для сглаживания импульсов преобразования энергии.
А здесь используются одни только керамические конденсаторы. Проблема в том, что они сильно теряют свою ёмкость при увеличении рабочего напряжения (статья об этом).
Вследствие этого может наблюдаться увеличение пульсаций выходного напряжения на частоте преобразования. Необходимо провести проверку (и она будет сделана)!
Проверка температурного режима платы контроллера и сборка повербанка
Прежде всего, до окончательной сборки был проведён контроль температурного режима платы контроллера повербанка в условиях, близких к предельным. Выходное напряжение составляло 12 В, выходной ток — 1,5 А, мощность в нагрузке — 18 Вт.
Для переключения выходного напряжения на 12 В использовался QC-триггер (статья о них - что это такое и для чего они применяются).
Тепловизионное изображение показало, что плата контроллера сильно нагрелась, а особенно - чип:
Снимок был сделан с помощью тепловизора UNI-T UTi260M (обзор).
Температура чипа IP5356 достигла 104 градусов. Это сильно много! Хотя чип не должен сгореть, так как у него есть встроенная защита от перегрева, но такие высокие температуры вряд ли полезны для него. Особенно учитывая, что замеры были проведены на открытом воздухе, а в закрытом корпусе температура может быть ещё выше.
Поэтому на чип и на обратную сторону платы, под чипом, были установлены небольшие радиаторы из П-образного алюминиевого профиля. В качестве клея был использован термостойкий силиконовый клей (других вариантов не так много). Вот что получилось (вид платы с радиаторами сверху и снизу платы):
В ходе повторных тепловых испытаний было обнаружено, что температура в области чипа заметно уменьшилась. Однако, скорее всего, это произошло благодаря более эффективному распределению тепла, а не за счёт улучшения теплоотвода (температура платы в целом осталась прежней).
Чтобы радиатор выполнял свою функцию не просто как теплораспределитель, а как полноценный теплоотвод, его площадь должна быть намного больше.
Нужно ли устанавливать такие радиаторы? Возможно, это не является обязательным условием, но уж точно не навредит!
В процессе измерений было зафиксировано падение напряжения на аккумуляторе при подключении нагрузки мощностью 18 Вт. Для одного аккумулятора это значение составило около 0,37 В, что является довольно существенным значением в плохом смысле слова. Температура аккумулятора при этом достигла 32 градусов при температуре окружающей среды 24 градуса.
Такой нагрев вполне ожидаем, поскольку в условиях, близких к максимальным, через аккумулятор протекает весьма значительный ток. При мощности на выходе 18 Вт и КПД преобразователя 90%, а также напряжении на аккумуляторе, равном номинальному (3,7 В), получаем ток 5,4 ампера.
В дальнейшем в обзоре для сравнения будет проверено падение напряжения при использовании двух параллельно соединённых аккумуляторов.
Теперь о самих аккумуляторах и их размерах.
В результате выхода из строя контроллеров в одном из моих собственных внешних аккумуляторов и ещё в двух у знакомых, у меня оказалось три аккумулятора ёмкостью 10000 мА*ч. Вот они, голубчики:
В этой ситуации важно то, что аккумуляторы оказались разных размеров: 1260110 (110 х 60 х 12 мм) и 1260115 (115 х 60 х 12 мм). То есть, длина аккумуляторов различается, а корпус повербанка рассчитан на более короткие аккумуляторы (которые длиной 110 мм).
Наиболее распространены в повербанках аккумуляторы ёмкостью 10000 мА*ч с длиной 110 мм, а аккумуляторы длиной 115 мм — это уже редкость. Мне просто "повезло".
Интересно было попробовать, получится ли поместить аккумуляторы длиной 115 мм в этот корпус повербанка.
Оказалось, что это возможно: контакты нижнего аккумулятора оказались ниже платы контроллера, а контакты верхнего — выше платы.
Нижний аккумулятор был зафиксирован на платформе с помощью тонкого двустороннего скотча толщиной 0,09 мм. Затем аналогичным образом верхний аккумулятор был прикреплён к нижнему. Для дополнительной фиксации оба аккумулятора были скреплены между собой и с задним торцом платформы кольцом обычного канцелярского скотча (заметно на фото).
После этого вся конструкция была проверена на работоспособность и помещена в алюминиевый корпус. Перед окончательной сборкой необходимо убедиться, что контакты верхнего аккумулятора не соприкасаются с внутренней поверхностью алюминиевого корпуса, иначе может произойти внеплановый фейерверк, но Вас он не обрадует :) .
При окончательной сборке будьте внимательны! Крышка заднего торца повербанка закрывается на защёлки! Если Вам потребуется что-то исправить, будет сложно открыть их снова. Поэтому будьте внимательны и делайте всё правильно с первого раза.
Испытания, проведённые перед окончательной сборкой, показали, что под нагрузкой 18 Вт напряжение аккумуляторов снижается всего на 0,16 В. Это означает, что потери энергии в аккумуляторах при их параллельном соединении на внутреннем сопротивлении будут незначительными; и значительно меньше, чем при работе с одним аккумулятором. При испытаниях с одним аккумулятором падение напряжения составило 0,37 В.
Проверка пульсаций на выходе и прочие испытания
Как уже упоминалось, поскольку на плате не было электролитических конденсаторов, это вызывало подозрения в возможности повышенного уровня пульсаций. Ведь для эффективного подавления пульсаций выходного напряжения на частоте преобразования одних керамических конденсаторов могло быть недостаточно.
Проверка пульсаций в условиях, близких к максимальным (12 В, 1,5 А, 18 Вт на выходе), к сожалению, подтвердила эти опасения.
Размах колебаний напряжения оказалась значительным: 270 милливольт.
Кроме пульсаций треугольной формы на частоте преобразования (400 кГц), в выходном напряжении наблюдаются и высокочастотные помехи по фронтам импульсов преобразования.
Эти помехи и пульсации не помешают зарядке телефона, планшета и других устройств, но для устройств, чувствительных к помехам, такой внешний аккумулятор может не подойти.
Но как с этим бороться в случае необходимости? Можно попробовать припаять к плате контроллера небольшой электролитический конденсатор (но с номинальным напряжением не менее 16 В). Это снизит колебания на основной частоте преобразования.
Высокочастотные помехи можно попытаться подавить с помощью ферритовых фильтров, но это уже не внутри внешнего аккумулятора, а снаружи. Поможет ли это — точно сказать не могу.
Впрочем, это может потребоваться только для особых случаев использования внешнего аккумулятора.
Теперь о другом — о возможности быстрой зарядки самого внешнего аккумулятора.
Быстрая зарядка самого внешнего аккумулятора поддерживается, но только в минимальном режиме: теоретически с напряжением 9 В и током 2 А, а на практике — с током только до 1,6 А.
То есть, если вам нужно зарядить внешний аккумулятор с двумя параллельными аккумуляторами на 20000 мА*ч, лучше всего оставить его заряжаться на ночь — к утру он будет заряжен.
Итоги
Корпус для повербанка, который мы протестировали, показал свою эффективность как для ремонта устройств с неисправным контроллером, так и для создания повербанков своими руками. К этому можно добавить классическое "несмотря на отдельные недостатки". :)
В повербанке можно использовать аккумуляторы как стандартного размера 1260110, так и менее распространённого 1260115. Можно использовать как один, так и два аккумулятора. Хотя использование одного аккумулятора не является оптимальным решением, так как конструкция будет иметь большие размеры, чем требуется.
Кроме того, система с двумя аккумуляторами показала более высокий КПД и, следовательно, способна выдавать больше энергии для зарядки устройств, что является основной функцией повербанков.
Существует интересный вариант использования такого корпуса. Если у вас сгорел контроллер повербанка с одним аккумулятором ёмкостью 10000 мА*ч, то можно приобрести ещё один аккумулятор и сделать повербанк с ёмкостью 20000 мА*ч.
Однако у повербанков с аккумуляторами ёмкостью 20000 мА*ч есть и недостаток — они тяжелее. В данном случае вес составил 440 г, в то время как сгоревший повербанк с одним аккумулятором ёмкостью 10000 мА*ч весил 230 г.
Вопрос о необходимости установки дополнительного радиатора для чипа контроллера повербанка остаётся открытым. Если есть желание и подходящий материал, то лучше всё-таки установить радиатор на плату. Это - очень хороший шанс повысить надёжность и долговечность устройства (что в данном случае будет плюсом ручной сборки по сравнению с покупкой готового изделия).
Важно отметить, что перед параллельным соединением аккумуляторов необходимо выровнять напряжение на них. В противном случае ток, перетекающий из более заряженного аккумулятора в менее заряженный, может вызвать критический нагрев аккумуляторов и даже их возгорание и/или взрыв.
Купить протестированный корпус повербанка с контроллером быстрой зарядки можно на Алиэкспресс, например, у этого продавца. Цена на дату обзора - около $7.5 (в дальнейшем может меняться, проверяйте!).
Купить аккумуляторы 10000 мА*ч типоразмера 1260110 можно, например, у этого продавца. Цена за один - около $4.5, за пару - $7.5.
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Всем спасибо за внимание!
Подписывайтесь на этот Дзен-канал, будет ещё много интересного!