Создание своими руками солнечной USB зарядки для телефона — один из самых интересных и полезных проектов на . Сделать самодельное зарядное устройство не слишком сложно — необходимые компоненты не очень дорогие и их легко достать. Солнечные зарядные USB устройства идеально подходят для зарядки небольших устройств, например, телефона.
Слабым местом всех самодельных солнечных зарядок являются аккумуляторы. Большинство собираются на базе стандартных никель-металл-гидридных аккумуляторов — дешёвых, доступных и безопасных в эксплуатации. Но к сожалению у NiMH аккумуляторов слишком низкие напряжение и ёмкость, чтобы их можно было серьёзно рассматривать в качестве , энергопотребление которых с каждым годом только растёт.
Например, аккумулятор iPhone 4 на 2000 мА*ч ещё можно полностью перезарядить от самодельной солнечной зарядки с двумя или четырьмя аккумуляторами АА, но вот iPad 2 оснащён аккумулятором на 6000 мА*ч, который уже не так просто перезарядить с помощью подобного зарядного устройства.
Решением данной проблемы является замена никель-металл-гидридных аккумуляторов на литиевые.
Из этой инструкции вы узнаете, как своими руками сделать солнечную USB зарядку с литиевым аккумулятором. Во-первых, по сравнению с это самодельное зарядное устройство обойдётся вам очень дёшево. Во-вторых, собрать его очень просто. И самое главное — эта литиевая USB зарядка безопасна при эксплуатации.
Шаг 1: Необходимые компоненты для сборки солнечной USB зарядки.
Электронные компоненты:
- Солнечная батарея на 5 В или выше
- Литий-ионный аккумулятор на 3,7 В
- Контроллер зарядки литий-ионного аккумулятора
- Повышающая USB схема постоянного тока
- Разъём 2,5 мм с креплением на панель
- Разъём 2,5 мм с проводом
- Диод 1N4001
- Провод
Конструкционные материалы:
- Изолента
- Термоусадочные трубки
- Двухсторонняя лента из пеноматериала
- Припой
- Жестяная коробка (или другой корпус)
Инструменты:
- Паяльник
- Пистолет для склеивания горячим клеем
- Дрель
- Дремель (не обязателен, но желателен)
- Кусачки
- Инструмент для зачистки проводов
- Помощь друга
В этом руководстве рассказывается как сделать зарядное устройство для телефона на солнечной энергии. Вы можете отказаться от использования солнечных батарей и ограничиться только изготовлением обычной USB зарядки на литий-ионных аккумуляторах.
Большинство компонентов для этого проекта можно купить в интернет магазинах электроники, но повышающую USB схему постоянного тока и контроллер заряда литий-ионного аккумулятора найти будет не так просто. Далее в этом руководстве я расскажу, где можно достать большинство необходимых компонентов и для чего каждый из них нужен. Исходя из этого вы сами решите какой вариант вам лучше всего подходит.
Шаг 2: Преимущества зарядных устройств с литиевыми аккумуляторами.
Может быть вы не догадываетесь, но скорей всего литий-ионный аккумулятор прямо сейчас лежит у вас в кармане или на столе, а может и в вашем кошельке или . В большинстве современных электронных устройств используются литий-ионные аккумуляторы, характеризующиеся большой ёмкостью и напряжением. Их можно перезаряжать множество раз. Большинство аккумуляторов формата АА по химическому составу являются никель-металл-гидридными и не могут похвастаться высокими техническими характеристиками.
С химической точки зрения разница между стандартным никель-металл-гидридным аккумулятором АА и литий-ионным аккумулятором заключается в химических элементах, содержащихся внутри элемента питания. Если вы посмотрите на периодическую таблицу элементов Менделеева, то увидите, что литий находится в левом углу рядом с самыми химически активными элементами. А вот никель расположен в середине таблицы рядом с химически неактивными элементами. Литий обладает такой высокой химической активностью из-за того, что у него только один валентный электрон.
И как раз именно по этой причине на литий много нареканий — иногда он может выходить из-под контроля из-за своей высокой химической активности. Несколько лет назад компания Sony, лидер в производстве аккумуляторов для ноутбуков, изготовила партию некачественных аккумуляторов для ноутбуков, некоторые из которых самопроизвольно возгорались.
Именно поэтому при работе с литий-ионными аккумуляторами мы должны придерживаться определенных мер предосторожности — очень точно поддерживать напряжение во время зарядки. В этой инструкции используются аккумуляторы на 3,7 В, которые требуют заряжающего напряжения 4,2 В. При превышении или уменьшении этого напряжения химическая реакция может выйти из-под контроля со всеми вытекающими последствиями.
Вот почему при работе с литиевыми батареями необходимо проявлять предельную осторожность. Если обращаться с ними осторожно, то они достаточно безопасны. Но если вы будете делать с ними недопустимые вещи, то это может привести к большим неприятностям. Поэтому их следует эксплуатировать только строго по инструкции.
Шаг 3: Выбор контроллера заряда литий-ионного аккумулятора.
Из-за высокой химической реактивности литиевых аккумуляторов вы должны быть на сто процентов уверены, что схема контроля напряжения заряда вас не подведёт.
Хотя можно изготовить собственную схему контроля напряжения, но лучше просто купить уже готовую схему, в работоспособности которой вы будете уверены. На выбор доступны несколько схем контроля заряда.
На данный момент Adafruit выпускает уже второе поколение контроллеров заряда для литиевых аккумуляторов с несколькими доступными значениями входящего напряжения. Это весьма неплохие контроллеры, но у них слишком большой размер. Вряд ли на их базе получится собрать компактное зарядное устройство.
В интернете можно купить небольшие модули контроллеров зарядки литиевых аккумуляторов, которые и используются в данном руководстве. На базе этих контроллеров я также собрал множество других . Они мне нравятся за компактность, простоту и наличие светодиодной индикации заряда аккумулятора. Как и в случае с Adafruit, при отсутствии солнца литиевый аккумулятор можно зарядить через USB порт контроллера. Возможность зарядки через USB порт является крайне полезной опцией для любого зарядного устройства на солнечных батареях.
Независимо от того, какой контроллер вы выбрали, вы должны знать как он работает и как его правильно эксплуатировать.
Шаг 4: USB порт.
Через USB порт можно заряжать большинство современных устройств. Это стандарт во всём мире. Почему бы просто не подключить USB порт напрямую к аккумулятору? Зачем нужна специальная схема для зарядки через USB?
Проблема заключается в том, что по стандарту USB напряжение составляет 5 В, а литий-ионные аккумуляторы, которые мы будем использовать в данном проекте, имеют напряжение всего 3,7 В. Поэтому нам придётся воспользоваться повышающей USB схемой постоянного тока, которая увеличивает напряжение до достаточного для зарядки различных устройств. В большинстве коммерческих и самодельных USB зарядок, наоборот, используются понижающие схемы, так как они собираются на базе аккумуляторов на 6 и 9 В. Схемы с понижением напряжения более сложные, поэтому в солнечных зарядных устройствах их лучше не применять.
Схема, которая применяется в данной инструкции, была выбрана в результате длительного тестирования различных вариантов. Она практически идентична схеме Minityboost Adafruit, но стоит дешевле.
Конечно вы можете купить онлайн недорогое зарядное USB устройство и разобрать его, но нам нужна схема, преобразующая 3 В (напряжение двух батареек АА) в 5 В (напряжение на USB). Разборка обычной или автомобильной USB зарядки ничего не даст, так как их схемы работают на понижение напряжения, а нам наоборот нужно повышать напряжение.
Кроме того следует учесть, что схема Mintyboost и используемая в проекте схема способны работать с гаджетами Apple, в отличии от большинства других зарядных USB устройств. Устройства от Apple проверяют информационные пины на USB, чтобы знать куда они подключены. Если гаджет Apple определит, что информационные пины не работают, то он откажется заряжаться. У большинства других гаджетов такая проверка отсутствует. Поверьте мне — я перепробовал множество дешёвых схем зарядки с интернет-аукциона eBay — ни от одной из них мне не удалось зарядить свой айфон. Вы же не хотите, чтобы от вашей самодельной USB зарядки нельзя было заряжать гаджеты Apple.
Шаг 5: Выбор аккумулятора.
Если вы немного погуглите, то обнаружите огромный разных размеров, ёмкостей, напряжений и стоимости. Поначалу во всём этом многообразии будет несложно запутаться.
Для нашего зарядного устройства мы будет использовать литий-полимерный (Li-Po) аккумулятор на 3,7 В, который очень напоминает аккумулятор для айпода или мобильного телефона. Действительно, нам нужен аккумулятор исключительно на 3,7 В, так как схема зарядки рассчитана именно на это напряжение.
То, что аккумулятор должен быть оснащён встроенной защитой от перезаряда и переразряда, даже не обсуждается. Обычно эта защита называется «PCB protection» («схема защиты»). Поищите по этим ключевым словам на интернет-аукционе eBay. Из себя она представляет всего лишь небольшую печатную плату с чипом, которая защищает аккумулятор от чрезмерного заряда и разряда.
При выборе литий-ионного аккумулятора смотрите не только на его ёмкость, но и на его физический размер, который преимущественно зависит от выбранного вами корпуса. В качестве корпуса у меня выступила жестяная коробка Altoids, так что я был ограничен в выборе аккумулятора. Я сначала думал купить аккумулятор на 4400 мА*ч, но из-за его больших размеров мне пришлось ограничиться аккумулятором на 2000 мА*ч.
Шаг 6: Подсоединение солнечной батареи.
Если вы не собираетесь делать зарядное устройство с возможностью подзарядки от солнца, то можете пропустить этот этап.
В этом руководстве используется солнечная батарея в жестком пластиковом корпусе на 5,5 В и 320 мА. Вам подойдет любая большая солнечная батарея. Для зарядного устройства лучше всего выбирать батарею, рассчитанную на напряжение 5 - 6 В.
Возьмите провод за кончик, разделите его на две части и немного зачистите концы. Провод с белой полоской отрицательный, а полностью чёрный провод — положительный.
Припаяйте провода к соответствующим контактам с обратной стороны солнечной батареи.
Закройте места пайки с помощью изоленты или горячего клея. Это защитит их и поможет снизить нагрузку на провода.
Шаг 7: Сверлим жестяную коробку или корпус.
Так как в качестве корпуса я использовал жестяную коробку Altoids, то мне пришлось немного поработать дрелью. Кроме дрели нам понадобится ещё и такой инструмент, как дремель.
Перед тем, как начать работу с жестяной коробкой, сложите в неё все компоненты, чтобы убедиться на практике, что она вам подходит. Продумайте, как лучше всего в ней разместить компоненты, и только потом сверлите. Места расположения компонентов можете обозначить маркером.
После обозначение мест можете приниматься за работу.
Вывести USB порт можно несколькими способами: сделать небольшой надрез прямо вверху на коробке или же сбоку на коробке просверлить отверстие соответствующего размера. Я решил сделать отверстие сбоку.
Сначала приложите USB порт к коробке и обозначьте его место. Внутри обозначенной области просверлите дрелью два или больше отверстий.
Зашлифуйте отверстие дремелем. Обязательно соблюдайте технику безопасности, чтобы не травмировать пальцы. Ни в коем случае не держите коробку в руках — зажмите её в тиски.
Просверлите отверстие диаметром 2,5 мм для USB порта. При необходимости расширьте его с помощью дремеля. Если вы не планируете устанавливать солнечную батарею, то в отверстии 2,5 мм нет необходимости!
Шаг 8: Подключение контроллера зарядки.
Одна из причин, по которой я выбрал этот компактный контроллер зарядки, это его высокая надёжность. У него четыре контактные площадки: две впереди рядом с портом mini-USB, куда подаётся постоянное напряжение (в нашем случае от солнечных батарей), и две сзади для аккумулятора.
Чтобы подключить разъём 2,5 мм к контроллеру зарядки, необходимо подпаять два проводка и диод от разъёма к контроллеру. Кроме того желательно воспользоваться термоусадочными трубками.
Зафиксируйте диод 1N4001, контроллер зарядки и разъём 2,5 мм. Расположите разъём перед собой. Если смотреть на него слева направо, то левый контакт будет отрицательным, средний — положительным, а правый вообще не используется.
Один конец проводка припаяйте к отрицательной ножке разъёма, а другой к отрицательному контакту на плате. Кроме того желательно воспользоваться термоусадочными трубками.
Ещё один проводок припаяйте к ножке диода, рядом с которой нанесена метка. Припаивайте его как можно ближе к основанию диода, чтобы сэкономить побольше свободного места. Припаяйте другую сторону диода (без метки) к средней ножке разъёма. Опять же, постарайтесь припаять максимально близко к основанию диода. И в завершение подпаяйте проводок к положительному контакту на плате. Кроме того желательно воспользоваться термоусадочными трубками.
Шаг 9: Подключение аккумулятора и USB схемы.
На данном этапе потребуется всего лишь подпаять четыре дополнительных контакта.
Нужно подсоединить аккумулятор и USB схему к плате контроллера зарядки.
Сначала отрежьте несколько проводков. Подпаяйте их к положительным и отрицательным контактам на USB схеме, которые расположены на нижней стороне платы.
После этого соедините вместе эти проводки с проводками, идущими от литий-ионного аккумулятора. Убедитесь, что вы соединили вместе отрицательные проводки и соединили вместе положительные проводки. Напоминаю, что красные провода у нас положительные, а чёрные — отрицательные.
После того, как вы скрутили проводки вместе, приварите их к контактам на аккумуляторе, которые находятся на обратной стороне платы контроллера зарядки. Перед пайкой проводки желательно продеть в отверстия.
Теперь можно поздравить вас — вы на 100% справились с электрической частью этого проекта и можете немного расслабиться.
На этом этапе неплохой идеей будет проверить работоспособность схемы. Так как все электрические компоненты подсоединены, то всё должно работать. Попробуйте зарядить айпод или любой другой гаджет, оснащённый USB портом. Устройство не будет заряжаться, если аккумулятор разряжен или неисправен. Кроме того поместите зарядное устройство на солнце и посмотрите будет ли заряжаться аккумулятор от солнечной батареи — при этом должен загореться маленький красный светодиод на плате контроллера зарядки. Также вы можете зарядить аккумулятор через mini-USB кабель.
Шаг 10: Электрическая изоляция всех компонентов.
Перед тем, как разместить все электронные компоненты в жестяной коробкой, мы должны быть уверены, что она не сможет стать причиной короткого замыкания. Если у вас пластиковый или деревянный корпус, то пропустите этот этап.
На дне и по бокам жестяной коробки наклейте несколько полос изоленты. Именно в этих местах будет находиться USB схема и контроллер зарядки. На фотографиях видно, что контроллер зарядки у меня остался незакреплённым.
Постарайтесь тщательно всё заизолировать, чтобы не произошло короткого замыкания. Перед тем, как наносить горячий клей или наматывать изоленту, убедитесь в прочности пайки.
Шаг 11: Размещение электронных компонентов в корпусе.
Так как 2,5 миллиметровый разъём необходимо закрепить с помощью болтов, то разместите его в первую очередь.
На моей USB схеме сбоку имелся переключатель. Если у вас такая же схема, то сначала проверьте работает ли переключатель, который нужен для включения и отключения «режима зарядки».
И наконец нужно закрепить аккумулятор. С этой целью лучше использовать не горячий клей, а несколько кусочков двустороннего скотча или изоленты.
Шаг 12: Эксплуатация самодельного зарядного устройства на солнечных батареях.
В завершение поговорим о правильной эксплуатации самодельной USB зарядки.
Заряжать аккумулятор можно через mini-USB порт или от солнца. Красный светодиод на плате контроллера зарядки указывает на процесс зарядки, а синий на полностью заряженный аккумулятор.
Проблемы при зарядке различных устройств через USB часто возникают, когда используются нештатные зарядники. При этом зарядка происходит довольно медленно и не полностью либо вовсе отсутствует.
Следует сказать и о том, что зарядка через USB возможна не со всеми мобильными устройствами. Этот порт у них имеется только для передачи данных, а для зарядки применяется отдельный круглое гнездо.
Выходной ток в компьютерных USB составляет не больше пол-ампера для USB 2.0, а для USB 3.0 – 0,9 А. Ряду девайсов этого может быть недостаточно для нормального заряда.
Бывает, что в вашем распоряжении имеется зарядник, но он не заряжает ваш гаджет (об этом может сообщить надпись на дисплее или будет отсутствовать индикация заряда). Такое ЗУ не поддерживается вашим девайсом, и возможно это из-за того, что ряд гаджетов до начала процесса зарядки сканирует присутствие определенного напряжения на пинах 2 и 3. Для других девайсов может быть важным присутствие перемычки между этими пинами, а также их потенциал.
Таким образом, если устройство не поддерживает предлагаемый тип зарядника, то процесс зарядки не начнется никогда.
Чтобы девайс начал заряжаться от предоставленного ему зарядника, необходимо обеспечить на 2 и 3 пине USB, необходимые напряжения. Для разных устройств эти напряжения тоже могут отличаться.
Для многих устройств требуется, чтобы пины 2 и 3 имели перемычку или элемент сопротивления, номинал которого не больше 200 Ом. Такие изменения можно сделать в гнезде USB_AF, которое находится в вашем ЗУ. Тогда зарядку станет возможно производить стандартным Data-кабелем.
Гаджет Freelander Typhoon PD10 требует той же схемы подключения, но напряжение заряда должно быть на уровне 5,3 В.
В случае если у зарядника отсутствует гнездо USB_AF, а шнур выходит прямо из корпуса ЗУ, то можно припаять к кабелю штекеры mini-USB или micro-USB. Соединения необходимо произвести, как показано на следующей картинке:
Различная продукция фирмы Apple имеет такой вариант соединения:
При отсутствии элемента сопротивления номиналом 200 кОм на пинах 4 и 5 устройства фирмы Motorola не могут осуществить полный заряд.
Для зарядки Samsung Galaxy необходимо наличие перемычки на пинах 2 и 3, а также элемента сопротивления на 200 кОм на контактах 4 и 5.
Полный заряд Samsung Galaxy Tab в щадящем режиме рекомендуется производить при использовании двух резисторов номиналом 33 кОм и 10 кОм, как изображено на картинке ниже:
Такое устройство, как E-ten может заряжаться любым ЗУ, но лишь при условии, что пины 4 и 5 будут соединены перемычкой.
Такая схема реализована в кабеле USB-OTG. Но в этом случае необходимо использовать дополнительный переходник USB папа-папа.
Универсальное ЗУ Ginzzu GR-4415U и другие аналогичные устройства имеют гнезда с различным соединением резисторов для зарядки девайсов iPhone/Apple и Samsung/HTC. Распиновка этих портов выглядит так:
Чтобы зарядить навигатор Garmin, необходим тот же кабель с перемычкой на контактах 4 и 5. Но в этом случае устройство не может заряжаться во время работы. Для того чтобы навигатор мог подзаряжаться, необходимо заменить перемычку на резистор номиналом 18 кОм.
Для зарядки планшетов обычно необходимо 1-1,5 А, но как было упомянуто ранее, USB-порты не смогут нормально заряжать их, поскольку USB 3.0 выдаст максимум 900 мА.
В некоторых моделях планшетов для зарядки имеется круглое коаксиальное гнездо. Плюсовой пин гнезда mini-USB/micro-USB в таком случае не имеет соединения с контроллером заряда аккумулятора. По утверждениям некоторых пользователей таких планшетов, если соединить плюс от гнезда USB с плюсом коаксиального гнезда перемычкой, то зарядка может осуществляться через USB.
А можно и изготовить переходник для подключения в коаксиальное гнездо, как показано на рисунке ниже:
Вот схемы перемычек с указанием напряжения и номиналов резисторов:
В итоге, чтобы осуществлять зарядку различных гаджетов от неродных ЗУ необходимо убедиться в том, что зарядка выдает напряжение 5 В и ток не меньше 500 мА, и внести изменения в гнезде или штекере USB согласно требованиям вашего устройства.
Удобное хранение радиодеталей
Большинство современных гаджетов (мобильных телефонов, смартфонов, плееров, электрокниг и пр.) поддерживает зарядку через гнездо USB mini/micro. Тут может быть несколько вариантов подключения:
- Устройство можно зарядить от ПК через стандартный дата-кабель. Обычно это шнур USB_AM—USB_BM_mini/micro. Если для заряда устройства требуется ток более 0,5 А (это максимум, на который способен USB 2.0), то время заряда может оказаться мучительно долгим, вплоть до бесконечности. Порт USB 3.0 (голубенький такой) выдаёт уже 0,9 А, но и этого кому-то может показаться мало.
- Через тот же дата-кабель ваше устройство можно зарядить от родного зарядного устройства (сетевого или автомобильного), оборудованного 4-контактным гнездом USB-AF , как на компе. Конечно же, это уже не настоящий USB-порт. Гнездо зарядного устройства лишь выдаёт примерно 5 В между 1 и 4 контактами 4-контактного гнезда (плюс на контакте №1, минус на контакте №4). Ну, ещё между разными контактами гнезда могут быть установлены всяческие перемычки и резисторы. Зачем? Об этом колдовстве будет рассказано ниже.
- Гаджет можно подключить к постороннему или самодельному зарядному устройству, дающему 5 вольт. И вот тут начинается самое интересное…
При попытке заряда от чужого зарядного устройства с выходом USB ваш гаджет может отказаться заряжаться под тем предлогом, что зарядное устройство ему якобы не подходит. Разгадка в том, что многие телефоны/смартфоны «смотрят» каким образом расключены провода Data+ и Data- , и если гаджету что-то не понравится, это ЗУ будет отвергнуто.
Nokia, Philips, LG, Samsung, HTC и многие другие телефоны признают зарядное устройство только если контакты Data+ и Data- (2-й и 3-й) будут закорочены. Закоротить их можно в гнезде USB_AF зарядного устройства и спокойно заряжать свой телефон через стандартный дата-кабель.
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).
У Айфонов вообще какие-то оккультные требования к коммутации гнезда зарядного устройства: контакты Data+(2) и Data- (3) должны соединяться с контактом GND (4) через резисторы 49,9 kΩ, а с контактом +5V через резисторы 75 kΩ.
Motorola «требует» резистор 200 кОм межну 4 и 5 контактами штекера USB micro-BM. Без резистора аппарат заряжается не до полной победы.
Для заряда Samsung Galaxy в штекере USB micro-BM должен быть установлен резистор 200 кОм между 4 и 5 контактами и перемычка между 2 и 3 контактами.
Для более полного и «гуманного» заряда планшета Samsung Galaxy Tab рекомендуют другую схему: два резистора: 33 кОм между +5 и перемычкой D-D+; 10 кОм между GND и перемычкой D-D+.
Аппарат E-ten («Енот») не интересуется состоянием этих контактов, и поддержит даже простое зарядное устройство. Но у него есть интересное требование к зарядному кабелю — «Енот» заряжается только если в штекере mini-USB закорочены контакты 4 и 5.
Если нет желания возиться с паяльником, можно купить кабель USB-OTG — у него в штекере mini-USB контакты 4 и 5 уже замкнуты. Но тогда ещё потребуется переходник USB AM-AM, то есть, «папа»-«папа».
Претендующее на универсальность автомобильное зарядное устройство «Ginzzu GR-4415U» и его аналоги оборудованы двумя выходными гнёздами: «HTC/Samsung» и «Apple» или «iPhone». Распиновка этих гнёзд приведена ниже.
Для питания или заряда навигатора Garmin требуется особый дата-кабель. Просто для питания навигатора через дата-кабель нужно в штекере mini-USB закоротить 4 и 5 контакты. Для подзаряда нужно соединить 4 и 5 контакты через резистор 18 кОм:
Отдельная тема — зарядка планшетов
. Как правило, планшету для заряда требуется приличный ток (1÷1,5 ампер), и заряд через гнездо mini/micro-USB во многих планшетах просто не предусмотрен производителем. Ведь даже USB 3.0 не даст более 0,9 ампер.
Правда, некоторые модели планшетов можно медленно и печально заряжать в выключенном состоянии.
На Ютубе один парень предлагает установить в планшете 3Q перемычку между первым контактом гнезда mini/micro-USB (это +5 В) и плюсовым (центральным) контактом круглого (коаксиального) зарядного гнезда. Дескать, тока от USB этому планшету хватает, просто + гнезда USB не подключен к контроллеру заряда аккумулятора. После установки перемычки планшет якобы заряжается. В принципе, это выход, если само круглое зарядное гнездо уже раздолбано.
Напротив, если круглое гнездо в порядке, но по какой-то причине вам хочется брать питание для заряда именно от USB компьютера или зарядного устройства с таким разъёмом, то можно сделать такой переходник:
Все ли micro-USB кабели одинаковые? Почему цены могут отличаться в несколько раз? Какой кабель лучше купить? Я попробую ответить на эти вопросы практическими примерами и экспериментами. Добро пожаловать в шапито!
Эта статья посвящена обычным потребителям, которые знакомы с физикой в рамках школьной программы. Но результаты тестов могут быть интересны и продвинутым пользователям.
Если у вас есть устройство от Apple, и вы думаете, что это вас не касается, и шапито не для вас, то вы очень сильно ошибаетесь. В конце вы прочтёте почему.
Скорость передачи данных по micro-USB кабелю в большинстве случаев нареканий не вызывает. А вот с зарядкой устройств ситуация немного сложнее.
Давайте сначала ознакомимся на пальцах, как устроен процесс зарядки мобильных устройств.
Есть зарядное устройство, которое может выдавать ток с определённым напряжением и определённой силой. Обычно это USB-зарядка, которая выдаёт ток с напряжением 5 В (есть ещё технологии быстрой зарядки с увеличенным напряжением, но их мы затрагивать не будем). Сила тока (иногда указывают просто мощность зарядки) может быть разной для каждого ЗУ. Например, с одним устройством в комплекте будет ЗУ с максимальной силой тока 1 А, а с другим 2,5 А. Естественно, если устройство не может потреблять ток силой больше 1 А, то какую бы вы зарядку не подключили - 1 А или 100 А, разницы не будет.
Есть мобильное устройство: смартфон, планшет, часы и пр., которые нужно зарядить. В мобильном устройстве есть батарея и контроллер заряда. Контроллер заряда регулирует, используя свои алгоритмы, силу потребляемого тока.
ЗУ и мобильное устройство соединяются между собой кабелем. В нашем случае micro-USB. На рынке присутствует огромное количество предложений. Тысячи моделей от известных и неизвестных брендов. Кабели можно купить в ларьке около дома, в салоне связи, в крупном торговом центре, в Интернете, просто везде. С кабелями возникает странная ситуация. С одним кабелем устройство заряжается быстрее, чем с другим, при равных условиях. В некоторых случаях различия могут быть в несколько раз. В основном дело в сопротивление линий питания кабеля.
Чтобы стало понятнее, сразу приступим к практическому тесту.
Нашими инструментами будут:
- Резистор с сопротивлением 2,5 Ом (5 В, 2 А)
- USB тестер Keweisi
- Переходник micro-USB (мама) - USB A (мама)
- Батарейный блок Xiaomi 5000 мА·ч и смартфон Samsung Galaxy S5, которые позаимствовал у жены
- Зарядное устройство Tronsmart TS-UC5PC. Хочу отдельно отметить это устройство. На профильных сайтах есть разборки этого устройства. Это просто потрясающее ЗУ. Я его купил пару месяцев назад по акции со скидкой, заменил своё отличное ЗУ ORICO (у них тоже великолепные ЗУ), т.к. мне понадобился порт с поддержкой Quick Charge 2.0. TS-UC5PC имеет 5 независимых каналов. 4 из которых с технологией VoltIQ (на самом деле это просто «умная обвязка» контактов Data для активации быстрой зарядки любых устройств с такой поддержкой, в том числе Apple, ряда Samsung и пр.), а 1 с поддержкой Qualcomm Quick Charge 2.0. Этот порт способен выдавать напряжение 5 В, 9 В и 12 В. ЗУ легко выдерживает нагрузку 2 А одновременно на всех 5 портах, это я проверял лично резисторами, с очень незначительной просадкой напряжения. По спецификации устройство выдерживает 2,4 А на каждый канал.
Тестировать будем в два этапа. Первый этап - проверим падение мощности на конце кабеля с помощью резистора. Второй этап - проверим силу тока, который будет потреблять смартфон Samsung Galaxy S5 и батарейный блок Xiaomi при зарядке.
Наши артисты:
Кабель LG , 120 см - будем обозначать его LG1. Идёт в комплекте со многими одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Имеет маркировку на кабеле 20 AWG для линий питания. Толстый и очень тугой. Стоит от 2$ до 3$ на eBay и , у нас в оффлайн встречал и за 300, и за 500 рублей.
Кабель Tronsmart , 180 см - будем обозначать его TR1. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными ЗУ, также, продаётся отдельно в упаковках по несколько штук. Толстый и очень тугой. Стоит около 2$ (в пересчёте на один кабель) на Aliexpress и подобных площадках.
Кабель Sony EC803
, 100 см - будем обозначать его SO1. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Средняя толщина, тугой. Стоит около 2$.
Кабель Sony EC801
, 100 см - будем обозначать его SO2. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Средняя толщина, тугой. Стоит около 2$.
Кабель Sony EC450 , 100 см - будем обозначать его SO3. Шёл когда-то в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами. Толстый и тугой, с ферритовыми кольцами. Встречается в продаже редко.
Кабель от батарейного блока Xiaomi , 22 см - будем обозначать его XI1. Идёт в комплекте с батарейными блоками. Плоский, гибкий. Внешний вид не очень впечатляет, т.к. ему уже полтора года.
Кабель noname - будем называть его QC1, 200 см. Именно такой кабель продаётся только у одного продавца (он же ). Возможно, им и производится. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Средняя толщина, гибкий. Это универсальный кабель для активации быстрой зарядки (если она поддерживается устройством) на любых ЗУ. У этого же продавца есть аналогичные кабель на 3 и 5 метров, как micro-USB, так и Lightning (для устройств Apple). Цены выше среднего.
Кабель noname - будем называть его QC2, 65-180 см, «пружинка». Продавец и производитель тот же, что и у предыдущего кабеля. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Средняя толщина, гибкий.
Кабель ASUS - будем называть его AS1, 100 см. Идёт в комплекте с некоторыми устройствами ASUS (в конкретном случае Nexus 7 2013), продаётся отдельно. Средняя толщина, гибкий.
Кабель noname - будем называть его QC3, 40 см. Продаются в магазине Fasttech. Есть маркировка 18 AWG на кабеле. Средняя толщина. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Стоит неприлично дёшево - около 1$.
А теперь чистокровные приблуды (или кабели из подвалов дядюшки Ляо). Их просто сотни разных видов. Продаются они везде, и онлайн, и оффлайн. И даже в магазинах авторитетных ритейлеров их можно найти. Часто стоят очень дешево. Для теста возьму 8 разных штук. У меня дома есть коробка, где лежит штук 50 разных micro-USB кабелей, которые я заказывал в разное время (забегая вперед, эта коробка с «мусорными» по тестам кабелями). Очень часто продаются под брендом (конечно, контрафакт) Samsung и пр.
Кабель noname - будем называть его CN1, 23 см. Тройной - microUSB, Lightning, Apple 30-pin. Тканевая оплётка. Толщина средняя, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN2, 300 см. Тканевая оплётка. Толщина средняя, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN3, 100 см. Тонкий, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN4, 100 см. Плоский, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN5, 80 см. Упругий.
Кабель noname - будем называть его CN6, 200 см. Тканевая оплётка. Плоский, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN7, 100 см. Толстый, гибкий.
Кабель noname - будем называть его CN8, 100 см. Маркировка на кабеле 26 AWG / 28 AWG.
Падение мощности
Подключим резистор и замерим мощность сразу на выходе из ЗУ - 10,2 Вт. Напряжение 5,17 В, сила тока 1,97 А.
Теперь замерим мощность на конце кабелей и сведём все результаты в диаграмму.
LG1 8,82 Вт (4,82 В, 1,83 А)
TR1 8,34 Вт (4,69 В, 1,78 А)
QC1 8,33 Вт (4,71 В, 1,77 А)
SO1 7,97 Вт (4,58 В, 1,74 А)
SO2 8,19 Вт (4,63 В, 1,77 А)
SO3 7,42 Вт (4,62 В, 1,68 А)
QC3 8,87 Вт (4,85 В, 1,83 А)
QC2 8,22 Вт (4,68 В, 1,78 А)
AS1 8,19 Вт (4,63 В, 1,77 А)
XI1 8,27 Вт (4,75 В, 1,74 А)
CN1 8,9 Вт (4,84 В, 1,84 А)
CN2 4,56 Вт (3,48 В, 1,31 А)
CN3 5,42 Вт (3,79 В, 1,43 А)
CN4 5,34 Вт (3,76 В, 1,42 А)
CN5 5,73 Вт (3,90 В, 1,47 А)
CN6 5,84 Вт (3,92 В, 1,49 А)
CN7 5,18 Вт (3,7 В, 1,4 А)
CN8 7,83 Вт (4,55 В, 1,72 А)
Итак, мы видим плохой результат у подавляющего большинства дешевых и безымянных кабелей. Только кабель CN1 удивил. Я им никогда не пользовался после покупки, просто заказал до кучи.
Теперь замерим, с какой силой тока будет заряжаться смартфон Samsung Galaxy S5 (уровень заряда 50%). Конечно, это не лабораторное исследование, но какую-то информацию даст. Контроллер заряда в устройствах работает по своему алгоритму. Тестер во всех случаях показывал выходное напряжение около 5,2 В, так что будет рассматривать только силу тока.
Результат соотносится с предыдущим тестом. Фирменные кабели показывают достойный результат. Дешевые и безымянные кабели показывают невероятно низкий результат. Например, сила тока с кабелем LG в 4,5 (!) раза больше, чем с самых плохим безымянным кабелем. Фирменные кабели Sony демонстрируют посредственный результат.
Для уточнения результата возьмём другое устройство - батарейный блок Xiaomi (практически разряжен). Посмотрим, какие результаты кабели покажут с ним.
Картина повторяется.
Качественными кабелями можно считать: LG, Xiaomi, QC1, QC2, QC3, Tronsmart, CN1. Кабели Sony и Asus показывают средний результат, для фирменных кабелей это не очень хорошо. Остальные безымянные кабели - это 90% (грубо говоря) того, что вам пытаются продать за дешево, полный хлам.
Apple Lightning
В своё обзор я не включил тест кабелей с разъёмом Apple Lightning, потому что у меня не было нужного переходника для подключения резистора. Но в реальных тестах с устройствами кабели ведут себя идентично описанному. У меня два оригинальных кабеля надорваны, как это обычно бывает с кабелями от Apple, у основания. С ними проблем нет. А вот 3 купленных кабеля в диапазоне от 2$ до 5$ показывают существенную просадку по силе тока. Один так вообще выдаёт только 0,26 А. Это не значит, что нужно бежать и покупать кабель от Apple за 20$. За 20$ и рваные у основания кабели компания Apple заслуживает только смачный плевок в лицо. Просто нужно подобрать правильный и проверенный кабель (я думаю, что на профильных форумах рекомендаций уже достаточно). А я в экстренных случаях пользуюсь вот таким переходничком за несколько центов:
Никаких проблем. В комбинации с кабелем LG заряжает iPad и iPhone не хуже оригинальных кабелей.
Выводы
Никогда не покупайте кабели не от авторитетных брендов (LG, Samsung, HTC, Lenovo и пр.), если вы чётко не знаете, что именно хотите. Кабель должен быть толстым и тугим (конечно, есть исключения - в обзоре вы ознакомились с кабелем QC1, QC2 и Xiaomi). Если у вас есть подозрение, что это подделка, например, очень низкая цена в оффлайн - просто не покупайте такой кабель.Все другие кабели можно покупать только в том случае, если вы чётко знаете, что это кабель качественный (его кто-то тестировал). Никогда не слушайте советов консультантов: «А вот возьмите наш фирменный брендированный кабель ЕвросетьСвязнойКабель, его все берут и довольны». Пока консультант вам не покажет замеры этого кабеля тестером, его слова ничего не стоят. Никогда не ориентируйтесь на рейтинг покупателей при покупке кабелей, например, на Алиэкспресс. Если вы видите кабель Samsung с ценой 1$, несколько тысяч заказов и рейтинг покупателей 98%, то с большой долей вероятности этот кабель обычный поддельный хлам.
Если конкретизировать, то одним из самых оптимальных кабелей является кабель от LG. Его можно купить в двух расцветках оффлайн практически в любом салоне связи или онлайн (на eBay и он стоит от 2$ до 3$). Если вам нужен длинный кабель (2, 3, 5 метров), то присмотритесь к кабелям от магазина (он же )- цена немного выше обычного, но вы знаете, за что платите. Если вам нужно несколько кабелей разной длины, то покупайте наборы кабелей от Tronsmart (их в онлайн магазинах полно). Если вам нужен короткий кабель для батарейного блока, то, например, возьмите дешевый кабель от Fasttech.
P.S. Забыл написать небольшое замечание по поводу кабелей с замкнутыми контактами Data из обзора (три штуки). Эти кабели ещё могут быть интересны тем, кто заряжает устройства от ноутбука. С этими кабелями многие устройства думают, что подключены к ЗУ, а не компьютеру, и начинают потреблять ток на максимуме своего потребления. USB порты ноутбука отдадут всё, что умеют. Например, мой ноутбук ASUS с такими кабелями легко отдаёт 1,5 А, хоть в спецификациях это не значится. При этом старенький Lenovo ограничивается 0,5 А в любом случае.
P.S. II. А знаете, какой самый популярный micro-USB кабель на Aliexpress? . 96% положительных отзывов из 21004! Любые цвета. Знакомо? Да, вы не ошиблись, это кабель CN4 из обзора.
Интерфейс USB широко используется в современных электронных устройствах. Практически на всех мобильных устройствах установлен микро- или мини-ЮСБ коннектор. Если разъем перестал работать, то для его ремонта необходимо знать распиновку micro-USB. Ситуация усложняется тем, что многие производители гаджетов выполняют распайку контактов по-своему. Изучив возможные варианты цоколевки, можно справиться с проблемой.
Назначение и виды
Коннектор USB обладает хорошим набором функций. С его помощью можно не только передавать большие объемы информации с высокой скоростью, но и обеспечить девайс питанием. Новый интерфейс довольно быстро заменил на компьютерах старые порты, например, PS/2. Сейчас вся периферия подключается к ПК именно с помощью портов ЮСБ.
На сегодняшний день было создано 3 версии коннектора USB:
Особенности распиновки
При разговоре о цоколевке USB-разъёма необходимо разобраться в обозначениях, указанных на схемах. Начать стоит с вида коннектора - активный (тип А) либо пассивный (тип В). С помощью активного разъема возможен обмен информацией в двух направлениях, и пассивный позволяет только ее принимать. Также следует различать две формы соединителя:
- F - «мама».
- M - «папа».
В этом вопросе все должно быть понятно и без объяснений.
Коннектор стандарта USB
Сначала несколько слов нужно сказать о совместимости трех версий интерфейса. Стандарты 1.1 и 2.0 полностью аналогичны конструктивно и отличаются только скоростью передачи информации. Если в соединении одна из сторон имеет старшую версию, то работа будет проводиться с низкой скоростью. При этом ОС выведет следующее сообщение:
«Это устройство способно работать быстрее».
С совместимостью 3.0 и 2.0 все несколько сложнее. Устройство или кабель второй версии можно подключить к новому разъему, а обратная совместимость существует только у активных разъемов типа А. Следует заметить, что интерфейс ЮСБ позволяет подавать на подключенный гаджет напряжение в 5 В при силе тока не более 0,5 А. Для стандарта USB 2.0 распайка по цветам слева направо имеет следующий вид:
- Красный - положительный контакт постоянного напряжения в 5 В.
- Белый - data-.
- Зеленый - data+.
- Черный - общий провод или «земля».
Схема разъема достаточно проста, и при необходимости починить его будет несложно. Так как в версии 3.0 увеличилось количество контактов, то и его распиновка отличается от предыдущего стандарта. Таким образом, цветовая схема контактов имеет следующий вид:
Разъемы micro и mini
Коннекторы этого форм-фактора имеют пять контактов, один из которых задействован не всегда. Проводники зеленого, черного, красного и белого цветов выполняют аналогичные USB 2.0 функции. Распиновка mini-USB соответствует цоколевки micro-USB. В разъемах типа А фиолетовый проводник замкнут с черным, а в пассивных он не используется.
Эти коннекторы появились благодаря выходу на рынок большого количества устройств небольших габаритов. Так как они внешне похожи, часто у пользователей возникают сомнения о принадлежности разъема к тому либо иному форм-фактору. Кроме некоторого отличия в габаритах, у микро-ЮСБ на задней стороне расположены защелки.
Миниатюризация коннектора негативно повлияла на надежность. Хотя mini-USB и обладает большим ресурсом , через довольно короткий временной отрезок он начинает болтаться, но при этом из гнезда не выпадает. Микро-ЮСБ представляет собой доработанную версию mini-USB. Благодаря улучшенному креплению он оказался более надежным. Начиная с 2011 года этот коннектор стал единым стандартом для зарядки всех мобильных устройств.
Однако производители вносят в схему некоторые изменения. Так, распиновка микро-USB разъема
для зарядки iPhone предполагает два изменения в сравнении со стандартной. В этих девайсах красный и белый провода соединяются с черным через сопротивление 50 кОм, а с белым - 75 кОм. Также есть отличия от стандарта и у смартфонов Samsung Galaxy. В нем белый и зеленый проводники замкнуты, а 5 контакт соединен с 4 с помощью резистора номиналом в 200 кОм.
Зная цоколевку различных видов коннекторов USB, можно найти и устранить неисправность. Чаще всего это требуется в ситуации, когда из строя вышло «родное» зарядное устройство, но у пользователя есть блок питания от смартфона другого производителя.