Come realizzare un caricatore USB per telefoni cellulari

Caricatore USB

Tutti noi abbiamo il problema d'essere reperibili oggigiorno e, sebbene i nostri cellulari siano sempre più capaci di fare un numero impressionante di cose, la loro autonomia tende ad essere sempre più esigua. E così, un viaggio può essere davvero difficile da affrontare. Vi siete mai chiesti come si può fare un caricatore per telefoni cellulari, che magari utilizzi batterie stilo? Vediamolo insieme.

Le soluzioni SMPS sono molto interessanti perché propongono alte efficienze e costi molto ridotti. Certamente la maggior parte dei telefoni cellulari possono anche essere caricati attraverso una porta USB standard, proveniente da qualunque computer fisso o portatile. Questo perché si sta cercando, ed è evidente, di trasformare tutti i dispositivi cellulari in periferiche compatibili con il collegamento diretto al computer. Ciò nondimeno, molto spesso, questo collegamento potrebbe essere difficile da realizzare perché, magari, si è in viaggio. Ed è proprio in queste situazioni che questa soluzione si rivela particolarmente interessante.

Il vero e proprio cuore pulsante di questo progetto è un integrato della Linear Technologies, l'LTC3127. Prima di andare avanti, e per fare un po' d'ordine, vi segnialiamo direttamente il datasheet del componente dove troverete tutte le info utili per prenderci subito dimestichezza.

  • massimo valore di corrente in ingresso programmabile (da 0.2 a 1 A) con accuratezza media ±4%;
  • uscita regolabile con la tensione di ingresso (superiore, inferiore oppure uguale);
  • range di tensione in ingresso: da 1.8V a 5.5V;
  • range di tensione in uscita: da 1.8V a 5.25V;
  • 0.6 A di corrente continua in uscita (VIN > 1.8V);
  • 1 A di corrente continua in uscita (VIN > 3V);
  • "Synchronous Rectification": efficienza massima 96%;
  • "Burst Mode® Operation": IQ = 35μA (Pin Selectable)
  • disconnessione dell'uscita in spegnimento (corrente in spegnimento <1μA);
  • package: 10-Lead (3mm × 3mm × 0.75mm) DFN e 12-Lead MSOP.

Il chip di cui vi stiamo parlando è piuttosto versatile se avete necessità di realizzare applicazioni di tipo SMPS; oltre a quella di cui vi parliamo oggi, tra le altre applicazioni per cui è idoneo compaiono:

  • alimentatori USB per modem GSM;
  • caricatori per supercondensatori;
  • strumentazione di misura portatile;
  • terminali Wireless.

Quando effettuiamo la connessione tra un dispositivo ed un altro utilizzando lo standard USB 2.0 il carico, in corrente, è di circa 100 mA mentre nel caso dello standard versione 3.0 è di circa 150. Un dispositivo singolo può "comportare" un carico massimo pari a cinque unità (500 mA) nel caso di USB 2.0 mentre per la versione successiva il valore sale a quello di sei celle, ovvero 900 mA.
Questo caricabatterie opera su valori di tensione compresi tra 2.4 e 3 V. È progettato, come abbiamo avuto modo di dire, utilizzando un convertitore LTC3127 unitamente ad alcuni componenti discreti. Il risultato complessivo è una conversione dal valore di 2.4 V (o 3) a 5 V in uscita.

Nella figura appena riportata si vede chiaramente come i pin SW1 (il pin 2) e SW2 (che corrisponde all'11) vengano utilizzati per effettuare la connessione dell'induttore. SHDN è deputato allo spegnimento dell'integrato quando si trova nello stato basso.
Il pin 5 è utilizzato per cambiare la modalità operativa da PWM a burst: se il pin Mode è basso, avremo PWM mentre se è alto sarà in modalità burst.
Il pin 6, denominato PROG, viene utilizzato per impostare la soglia del valore medio di corrente in ingresso (che, come abbiamo detto nella descrizione, è selezionabile).
Il pin 9 (Vc) viene utilizzato per effettuare la connessione di componenti di compensazione che conferiscono stabilità al regolatore.

Nel progetto vanno anche definiti i valori delle resistenze R1 ed R2, che permettono di definire il livello della tensione d'uscita secondo la relazione che segue:

VOUT = 1.195 × (1 + R2/R1)

pertanto, se vogliamo ottenere una tensione d'uscita pari a 5 V, possiamo considerare qualunque coppia di resistori il cui rapporto sia pari a 3.184. In figura, infatti, vengono riportati due resistori di valori 320 e 100 kOhm. Ovviamente si potrebbe raggiungere lo stesso risultato con valori più piccoli anche di un paio di ordini di grandezza.

La maggior parte dei telefoni cellulari possiede un connettore USB maschio; pertanto viene richiesto un connettore femmina dal lato caricatore. Realizzare il circuito su una piccola scheda, e prevedere un piccolo box, richiede la connessione del connettore così come mostrato in tabella.
Ovviamente sarà necessario anche prevedere un "battery pack" che contenga al suo interno due batterie alcaline di tipo AA da 1.5 V oppure due batterie Ni-Cd o agli ioni di litio da 1.2 V.

Facile e divertente questa applicazione, non trovate? Che ne pensate, vi sembra un'idea utile? Se lo voleste migliorare, cosa cambiereste?

14 Comments

  1. Antonello.90 12 gennaio 2014
  2. Piero Boccadoro 13 gennaio 2014
  3. Piero Boccadoro 13 gennaio 2014
  4. Antonello.90 13 gennaio 2014
  5. Antonello.90 13 gennaio 2014
  6. Giorgio B. 27 febbraio 2013
  7. Emanuele 27 febbraio 2013
  8. ElectraTorinoSystem90 27 febbraio 2013
  9. bartolomeo.d.pierro 28 febbraio 2013
  10. Emanuele 28 febbraio 2013
  11. bartolomeo.d.pierro 28 febbraio 2013
  12. delfino_curioso 1 marzo 2013
  13. Piero Boccadoro 1 marzo 2013

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