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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?

 

 

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ritratto di Giorgio B.

Beh, l'applicazione è un po'

Beh, l'applicazione è un po' banalotta ma, come sempre, siete chiari e completi.
Soluzione da provare subito!

ritratto di delfino_curioso

Personalmente non credo che

Personalmente non credo che l'applicazione sia banale, anzi molto utile.
Penso piuttosto che la filosofia d'uso a monte del dispositivo possa essere resa più accattivante se ottimizzata.
Se per avere il cellulare sempre carico praticamente mi devo portare appresso un pacco batterie ed un piccolo circuito, tanto vale portarmi dietro una batteria di riserva da tenere sempre carica; l'ingombro sarebbe senz'altro di meno.....
Pensate invece a questo scenario: siete in giro per strada (senza auto), il telefono si scarica e non avete nient'altro che....le gambe. Se invece di collegare una batteria all'integrato in oggetto collegaste un qualche piccolo sistema di energy harvesting, o un meccanismo tipo piccola dinamo o altri dispositivi di conversione di energia meccanica in energia elettrica, potreste ricaricare il telefono senza la necessità di portarsi appresso le batterie (che tra l'altro si scaricano e quindi devi provvedere periodicamente a ricomprare o ricaricare). Anzi, lasciando sempre attivo questo tipo di collegamento, il telefono arriverebbe difficilmente a scaricarsi.
Alcuni ci hanno già provato con dei risultati (se non sbaglio delle ragazze di una scuola italiana non molto tempo fa).
Sarebbe interessante, a mio avviso, sostituire la batteria nel circuito in oggetto con una sorta di interfaccia generale con tali dispositivi di recupero energetico.
Non che io abbia in mano già qualche soluzione pronta e "valutabile" ma almeno spero di aver dato uno spunto di riflessione....

ritratto di Piero Boccadoro

In effetti si :)

In effetti si :)

ritratto di Emanuele

Più che banale direi integrata ;)

Più che banale direi integrata ;)

Ormai l'integrazione è la strada che hanno preso tutti i vari produttori di IC quindi andremo sempre di più verso soluzioni "in un chip" e quindi anche semplici.

ritratto di ElectraTorinoSystem90

Schema utilissimo

Ottima pensata...se si utilizassero componenti SMD e una batteria litio per lettori MP3 oppure batterie per auricolari bluetooth, il tutto starebbe in un contenitore grande quanto una chiavetta USB...ottimo schema mi piace compliementi

ritratto di bartolomeo.d.pierro

Dove posso acquistare

Dove posso acquistare ltc3127?

ritratto di Emanuele

LTC3127 Farnell

Da Farnell, ho verificato ora, lo hanno a stock ;)

ritratto di bartolomeo.d.pierro

Grazie

Grazie

ritratto di Antonello.90

Buonasera a tutti, ho appena

Buonasera a tutti,
ho appena letto l'articolo e mi ha parecchio interessato. avrei una domanda: Vedo, dallo schema, che i pin Data+ e Data- del connettore USB non vengono usati. Io avevo letto in giro che per i dispositivi Apple questo rappresenta un problema, perché si caricano solo se viene anche inviato un segnale su questi due pin (almeno questo è quello che ho capito io). Credo sia vero, perché a casa ho un piccolo caricatore di emergenza, che funziona proprio con due stilo, che mi carica il cellulare ma non l'i-Touch.
Ho visto anche che molti ovviano a questo problema inserendo una resistenza da pochi ohm su ciascuno dei pin, in modo da "ingannare" l'i-device che si sta caricando. In questo caso una simile soluzione può essere utile o non serve?

Ottima l'idea dell'energy harvesting, è sicuramente un punto su cui riflettere!! :)
Ciao

Anto

ritratto di Piero Boccadoro

Sinceramente non lo

Sinceramente non lo sapevo.
Immagino che se davvero basta un resistenza da pochi Ohm questo vuol dire che gli basta che ci sia un valore diverso da 0...
Non ne capisco il senso, però..

Penso di sì, ma non te lo so dire... Facciamo che mi documento su questa cosa. Nel frattempo, Emanuele, tu ne sai niente?!

ritratto di Giorgio B.

Parli di

ritratto di Piero Boccadoro

Beh ma 10k non sono "pochi"

Beh ma 10k non sono "pochi" Ohm... ;)

ritratto di Antonello.90

Ciao, sì, qualcosa del

Ciao,
sì, qualcosa del genere, ma siccome l'ho letta in due o tre parti diverse, è possibile che si possa fare in più modi. Forse però il più efficace è quello del partitore di tensione, come illustra l'utente dell'ultimo post nel link. E comunque nel tutorial che avevo letto (forse su instructables, non ricordo bene) usavano resistenze da 150-200ohm o giù di lì!

ritratto di Antonello.90

Ecco un tutorial:

Ecco un tutorial: http://www.instructables.com/id/Modify-a-cheap-USB-charger-to-feed-an-iPod-iPhone/
leggete soprattutto il punto 1, "a little theory"! ;)

 

 

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