Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
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.»
Я смелый!
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 .
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!
Большинство современных мобильных телефонов, смартфонов, планшетов и других носимых гаджетов, поддерживает зарядку через гнездо USB mini-USB или micro-USB. Правда до единого стандарта пока далеко и каждая фирма старается сделать распиновку по-своему. Наверное чтоб покупали зарядное именно у неё. Хорошо хоть сам ЮСБ штекер и гнездо сделали стандартным, а также напряжение питания 5 вольт. Так что имея любое зарядное-адаптер, можно теоретически зарядить любой смартфон. Как? и читайте далее.
Распиновка USB разъемов для Nokia, Philips, LG, Samsung, HTC
Бренды Nokia, Philips, LG, Samsung, HTC и многие другие телефоны распознают 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.
Распиновка USB разъемов на штекере
Если зарядное устройство уже обладает выходным шнуром (вместо выходного гнезда), и вам нужно припаять к нему штекер mini-USB или micro-USB, то не нужно соединить 2 и 3 контакты в самом mini/micro USB. При этом плюс паяете на 1 контакт, а минус - на 5-й (последний).
Распиновка USB разъемов для Iphone
У Айфонов контакты Data+ (2) и Data- (3) должны соединяться с контактом GND (4) через резисторы 50 кОм, а с контактом +5V через резисторы 75 кОм.
Распиновка зарядного разъема Samsung Galaxy
Для заряда Самсунг Галакси в штекере USB micro-BM должен быть установлен резистор 200 кОм между 4 и 5 контактами и перемычка между 2 и 3 контактами.
Распиновка USB разъемов для навигатора Garmin
Для питания или заряда навигатора Garmin требуется особый дата-кабель. Просто для питания навигатора через кабель нужно в штекере mini-USB закоротить 4 и 5 контакты. Для подзаряда нужно соединить 4 и 5 контакты через резистор 18 кОм.
Схемы цоколёвки для зарядки планшетов
Практически любому планшетному компьютеру для заряда требуется большой ток — раза в 2 больше чем смартфону, 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. Поэтому ставится отдельное гнездо (часто круглого типа). Но и его можно адаптировать под мощный ЮСБ источник питания, если спаять вот такой переходник.
Распиновка зарядного гнезда планшета Samsung Galaxy Tab
Для правильного 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+.
Распиновка разъёмов зарядных портов
Вот несколько схем напряжений на контактах USB с указанием номинала резисторов, позволяющих эти напряжения получить. Там, где указано сопротивление 200 Ом нужно ставить перемычку, сопротивление которой не должно превышать это значение.
Классификация портов Charger
- SDP (Standard Downstream Ports) – обмен данными и зарядка, допускает ток до 0,5 A.
- CDP (Charging Downstream Ports) – обмен данными и зарядка, допускает ток до 1,5 A; аппаратное опознавание типа порта (enumeration) производится до подключения гаджетом линий данных (D- и D+) к своему USB-приемопередатчику.
- DCP (Dedicated Charging Ports) – только зарядка, допускает ток до 1,5 A.
- ACA (Accessory Charger Adapter) – декларируется работа PD-OTG в режиме Host (с подключением к PD периферии – USB-Hub, мышка, клавиатура, HDD и с возможностью дополнительного питания), для некоторых устройств – с возможностью зарядки PD во время OTG-сессии.
Как переделать штекер своими руками
Теперь у вас есть схема распиновки всех популярных смартфонов и планшетов, так что если имеете навык работы с паяльником — не будет никаких проблем с переделкой любого стандартного USB-разъема на нужный вашему девайсу тип. Любая стандартная зарядка, которая основывается на использовании USB, предусматривает использование всего лишь двух проводов – это +5В и общий (минусовой) контакт.
Просто берёте любую зарядку-адаптер 220В/5В, от неё отрезаете ЮСБ коннектор. Отрезанный конец полностью освобождается от экрана, в то время как остальные четыре провода зачищаются и залуживаются. Теперь берем кабель с разъемом USB нужного типа, после чего также отрезаем от него лишнее и проводим ту же самую процедуру. Теперь остается просто спаять между собой провода согласно схемы, после чего соединение изолировать каждое отдельно. Полученное в итоге дело сверху заматывается изолентой или скотчем. Можно залить термоклеем — тоже нормальный вариант.
Бонус: все остальные разъёмы (гнёзда) для мобильных телефонов и их распиновка доступны в единой большой таблице — .
В iPhone 3GS управлением заряда аккумуляторной батареи заведует микросхема 338S0533-AE. Фото взято с сайта ifixit.com .
Фрагмент основной платы iPhone 4S. Оранжевым цветом обведен контроллер питания - микросхема с маркировкой 338S0973. Фото взято с сайта ifixit.com .
Ко всем вышеперечисленным особенностям можно еще добавить странное поведение вашего устройства при использовании неоригинальной зарядки. Например, ваш iPhone или iPad могут долго заряжаться, или, к примеру, продолжать разряжаться при выполнении каких-то «тяжелых» задач или программ будучи подключенным к сети.
А теперь, собственно, техническая часть. Сначала в Китае, а следом и в Европе, приняли стандарт зарядных устройств для портативной техники на базе USB. При этом не следует забывать, что по спецификациям порта USB 2.0, он может давать ток до 0.5 А. В то-же время, многие смартфоны и планшеты потребляют больше. Например, iPad может заряжаться током в 2.1 А, как-же так происходит? В стандартном разъеме USB 2.0 типа A находится 4 контакта, а именно «нулевой» контакт, контакт питания и два информационных - D+ и D-. Именно D+ и D- используются в современных устройствах для идентификации зарядного устройства, после чего контроллер питания гаджета переключится в режим «быстрой» или «медленной» зарядки. В общем случае, существует стандарт, который описывает взаимодействие устройств с USB шиной в целях зарядки, включая стандарт обмена данными с USB-портом компьютера, благодаря которому устройства «договариваются» о максимальном токе. Но вернемся к недорогим AC или автомобильным (DC) зарядным устройствам. В случае самых простых и недорогих (или просто старых), внутри источника питания разведены только питающие контакты. При этом заряжающееся устройство не может определить тип зарядного устройства, и, в целях безопасности, переходит в режим медленной зарядки. Возможно, вы наблюдали, что от автомобильной зарядки, купленной на рынке, телефон заряжается медленнее? Иногда при большом потреблении (например, при навигации с использованием онлайновых карт) случается, что батарея Android-смартфона разряжается, даже когда он включен в зарядное устройство:) Причина в том, что Android готов за 5 минут выжрать батарейку. Причина не в том, что зарядка «не может дать больше тока», а в том, что сам гаджет «больше не берет». А для того, чтобы телефон «взял больше», он должен быть уверен в том, что ему можно это сделать. Для этого в фирменных зарядных устройствах центральные контакты D- и D+ закорочены между собой. По сути, короткое замыкание контактов D- и D+ является сигналом телефону, что можно заряжаться током до 850 мА. Так делают почти все крупные производители, и, в результате, можно быть уверенным, что зарядка от HTC зарядит телефон Samsung или LG. И если у вас есть зарядное устройство или портативная батарея , от которой телефон заряжается медленно, и вы абсолютно уверенны, что схема устройства может дать ток до 850 мА с стабильным напряжением и без помех под нагрузкой, то можно аккуратно разобрать корпус и замкнуть центральные контакты.
Схемы идентификации зарядных устройств Apple и Sony. Источник DMAX14568EMAX/14568AE Datasheet.
Но не все пошли таким путем. Нашлись и те, кто решил изобрести и запантетовать велосипед сделать свой вариант. К таким производителям относятся Apple и Sony, которые остановились на своих проприетарных решениях. Схема, предложенная Apple, более сложная для телефона (фактически, на входе в телефоне должны стоять два компаратора, которые сравнивают напряжение на D+ и D- с некими опорными уровнями), но предусматривает разные варианты значений, и как следствие - хорошую совместимость между устройствами и зарядками. Так iPad (сетевое зарядное устройство которого рассчитано на зарядный ток до 2.1 А) может заряжаться от зарядного устройства для iPhone, которое расчитано на ток 1 А или даже 0.5 А. Перегрузки блока питания не будет - гаджет правильно идентифицирует устройство, к которому он подключен, и переключится на один из режимов медленного заряда. Следует понимать, что вследствие использования проприетарной схемы, устройства Apple могут неправильно заряжаться от USB блоков питания сторонних производителей (читай: дешевые китайские побрякушки, которыми наводнены подземные переходы и рынки столицы). Поэтому при покупке заряжающих устройств для iPhone, iPad или iPod необходимо обращать внимание на упаковку. А именно на соответствующий
Устранение неполадок в популярных смартфонах iPhone может быть непростой задачей из-за их встроенных АКБ. А ведь они часто могут быть причиной проблемы. Чтобы определить и исправить это дело, был создан небольшой прибор, который может зарядить аккумулятор Айфона, также есть возможность для проверки состояния батареи, которое можно считать микроконтроллером или другим способом. Устройство состоит из 6 плат-разъемов батареи (для iPhone 4, 4С, 5, 5С/с, 6, 6+) и основной платы зарядки.
Схема тестера аккумуляторов Айфона
Иногда аккумуляторы показывают отсутствие напряжения при испытании с помощью обычного мультиметра. Вполне возможно, что LiPo клеток на самом деле полностью мертва, хотя обычно это означает, что батарея ушла в режим защиты. Это может быть вызвано различными причинами, в том числе повреждения контроллера или короткого замыкания. Данная система может заново активировать аккумулятор, который вошел в режим защиты, просто подключив его к основной плате зарядки.
Платы подключения к батарее
АКБ iPhone могут быть подключены к основной плате через 6 контактный разъем с ключом для предотвращения неправильного подключения. Тут присутствует также возможность добавления дополнительных плат соединения с батареями разных типов в будущем (6с, 6с+, Samsung, и т. д.).
Зарядная плата
ЗУ плата содержит схему зарядки, microUSB порт питания и разъемы. На микросхеме MCP73831 выполнена литиевая зарядка. . Она предназначена для 3.7 В напряжение батареи, но также может быть использован для зарядки и под более высокие значения. Напряжение отсечки 4.2 вольта. Два светодиода обеспечивают индикацию состояния зарядки. Есть предохранитель на 2 А для предупреждения перегрузки по току - это защита порта microUSB. Резистор программирования (R2) определяет максимальный ток заряда. Значение 2К, задаёт MCP73831 максимум 500 мА ток заряда.
Цоколёвка разъёма
- VBAT: подключен напрямую к аккумулятору плюсовой вывод (и выход зарядки MCP73831)
- GND: масса
- 5V: вход разъема microUSB
- GAS: контакт защиты
- NTC: термистор батареи
- STAT: Можно использовать для чтения состояния зарядки микроконтроллером
- PROG: Может использоваться, чтобы установить зарядный ток или отключить зарядку
Компания Apple как вы знаете не продает запчасти, так что единственный вариант - подобрать нужные самому. Все детали в схеме распространённые и должны быть доступны в большинстве крупных торговых интернет площадках.
