Строим универсальную, машинную USB зарядку (попытка номер раз)
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!
Источник
Три USB-коробочки для жестких дисков с Aliexpress: и здесь не без сюрпризов
Как-то в дискуссии под одной из записей прозвучало мнение, что, дескать, за три доллара приличную USB-коробку не купишь. Ну не купишь, так не купишь – может это я от жизни отстал. А то, действительно, как в раздел не зайдешь, так кто-нибудь хвастается совершенно банальными боксиками, но дороже $5, а то и под все $10 – хотя подобные и в Москве бывает по 200-500 рублей на прилавках лежат. Но ничего – покупают, проверяют, даже производительность тестируют. В общем, все при деле 🙂
Я как-то мимо этой темы проходил давно, но тут в закромах Родины обнаружил аж три залежавшихся жестких диска. Исправно работающих, но… 750 ГБ 9,5 мм и девать особо некуда, и продать можно только за сущие копейки. Решено было впихнуть в коробочки – в таком виде применение найдется. Да хотя бы родственникам к роутерам подключить в качестве эмулятора сетевого хранилища – глядишь распробуют современные технологии.
Ехать покупать на местности что-то за 300 рублей не хотелось – «Пятерочка» к дому ближе, вот пусть туда бесплатно и приезжает. Еще хотелось посмотреть – что там у хо… китайцев. Быстрая проверка показала, что выбор – есть, цены – разные, здесь – уже зачастую и дешевле. Особенно если не гоняться за современными технологиями. Но гоняться за ними имеет смысл только при сборке внешнего SSD – но не жесткого диска. А есть ли смысл этим заниматься в таком форм-факторе? По-моему, очень редко – почти никогда. Если только старый мелкий SSD пристроить – но, во-первых, мелкий внешний малоинтересно, а во-вторых, по-назначению их пока пристраивать проще – даже мелкие. Да и в моем случае точно не оно: рабочие тела определены и уже лежат на полке – ждут коробок. А в случае хардов необходимо и достаточно древнего USB 3.0 (после нескольких переименований ставшего USB 3.2 Gen1). Более того – в полном виде даже он избыточен: без UASP больше
250 МБ/с мы не получим, но такие скорости актуальны только для SSD, а внешний SSD лучше собирать, ориентируясь на другие форм-факторы. Передача TRIM для старых жестких дисков тоже не нужна. Для некоторых новых – мягко говоря, не бесполезна, но новый внешник лучше готовым купить (хотя бы потому, что дешевле будет), чем собирать. В общем, если коробочка нужна для ноутбучного винчестера – то контроллер существенного значения не имеет.
Что остается? Разъем. Понятно, что Type-C более универсален, чем micro-USB 3.0, но если накопитель особо не перетаскивать с места на место, то разницы вообще никакой: один раз подключил и забыл. А вот доплачивать за моду до сих пор временами приходится. Чего мне делать совершенно не хотелось, поскольку в данном случае не требовалось. Еще когда-то популярными были пляски вокруг материала корпуса. Но было это на заре распространения внешних винчестеров – потом выяснилось, что дохнут все – и пластиковые гробики, и благородный металл. Или не дохнут – тут больше все от окружающих условий зависит. В данном случае последние, опять же, предопределены: никаких суровых нагрузок, никакой постоянной переноски, ничего подобного скорее всего не будет.
В общем, это все дольше пишется, чем выбирается. Я просто в очередной раз в приложение заглянул – и вижу, что предлагает оно мне купить некий пластиковый прозрачный бокс Rocketek за $4,59 (на момент заказа) с бесплатной доставкой. Заказал, поморщился от того, что доставка предлагалась только почтовая, но оплатил. Решил «одомашнить» еще два жестких диска – ткнул пальцем в самые дешевые Orico 2520U3 по $3,68, заказал и их. После чего получил от али предложение объединить эти два заказа в один – и отправить его в пункт выдачи. Естественно, согласился. Посылка почему-то умудрилась на пару недель задержаться на таможне (так что ее обогнали некоторые более поздние заказы), но все пришло.
Принес домой, извлек из пакета две цветастых картонных коробки от Orico и один пакетик от Rocketek. Комплект поставки меж тем практически одинаковый – коробочка да интерфейсный кабель.
Боксы Orico ничего особо интересного собой не представляют – чистый пластик. Размеры 128 х 80 х 15 мм, поскольку достаточно толстый. Пытались для красоты сделать поверхности похожими на текстурированные.
Стандартный micro-USB некоторыми уже считается недостатком. Я же повторюсь – с учетом целевого назначения, разницы не было. Главное – что так было чуть дешевле.
Конструкция простая и можно даже сказать уже стандартная – половинки корпуса просто сдвигаются относительно друг друга. Кусочек поролона внутри «обеспечивает совместимость» с 7 мм дисками. Под старые винчестеры – не нужен. Тут наоборот нужно смотреть только, чтоб коробка не оказалась слишком новой и модной – а то 9,5 мм туда могут не влезть.
Часть около интерфейсного разъема похожа на клееную, так что просто так контроллер не посмотришь. Впрочем, не нужно – софта достаточно. Обнаружился здесь JMicron JMS578 – нормальное до сих пор актуальное решение, как раз поддерживающее всякие TRIM, UASP и много других нехороших слов. Что забавно – в модели 2020U3 таковых нет, хотя стоит она столько же. Была б дешевле – возможно, и этим способом сэкономить воспользовался. А за бесплатно – пусть будет. Для интереса проверил работу TRIM и прогнал пару тестов в CDM поставив вовнутрь SSD Kingston DC500R – все, как и положено, но об этом чуть позже.
Пока же разберемся с прозрачным Rocketek. Он чуть меньше – 116 х 82 х 14 мм, но имеет аналогичную сдвижную конструкцию. И внутри… все тот же кусочек поролона.
Вот эту фантазию сумрачного китайского гения я так и не понял – бокс, повторяю, прозрачный, так что смотреться это будет понятно как. Но, повторюсь, для 9,5 мм нормально – там это вообще не нужно, поскольку диск встает как влитой.
В данном случае благодаря прозрачности корпуса сразу видно контроллер – VLI VL711S-Q4. Официально должен поддерживать тоже все на свете, однако практическая проверка показала, что ничего не работает – UASP не поддерживается, TRIM не проходит, SSD валится в режим SATA300. Вполне возможно, что проблема из-за какой-нибудь древней прошивки, с которой он годами где-то на складе валялся – но с обновлениями у VLI не все гладко обычно. Покупал бы коробку под SSD – было бы обидно.
И о скорости. Для сравнения взял еще и адаптер от Seagate Backup Plus Portable образца года так 2012. Тут честный SATA300 изначально и UASP никто не обещал. Результаты оказались идентичными Rocketek, хотя по спекам от VLI он должен работать в точности, как Orico – на все 100% возможностей USB 3.0. Меня, правда, с учетом всего вышесказанного насчет назначения коробочек оно не слишком расстроило – поскольку два из обнаруженных винчестеров выше 117 МБ/с и на внешних дорожках не вылазят, а третий вообще 90 МБ/с ограничен, тут хоть 250, хоть 450. Но что более простые и дешевые модели оказались потенциально лучше – забавно. Впрочем, это в любом случае та еще лотерея – особенно когда требуется что-то конкретное под конкретные же задачи. В простом же случае «пристроить» в хозяйстве старые жесткие диски – все варианты нормально справятся.
Источник
