Зарядное устройство для сотовых телефонов с индикацией состояния и автоматической регулировкой выходного тока 

Сотовые телефоны комплектуются собственными зарядными устройствами. Эти зарядные устройства нельзя назвать универсальными. Поскольку разновидностей сотовых телефонов много, напряжение питания их аккумуляторов также различно. Так сотовый телефон фирмы Motorola нельзя заряжать с по¬мощью зарядного устройства для сотового телефона фирмы Samsung или Sony Ericsson не только потому, что телефоны имеют разные разъемы для подключения внешнего питания, но, главное, потому, что у этих телефонов различное номинальное напряжение аккумуляторных батарей.
Большинство современных моделей сотовых телефонов имеют встроенное "умное" устройство, автоматически прекращающее зарядку аккумулятора при достижении им полной емкости. Поэтому оставлять такие сотовые теле¬фоны на постоянной подпитке от зарядного устройства практически безопасно для самого телефона и его аккумулятора. То же касается и зарядного устройства, включенного в осветительную сеть 220 В. Потребляемый ток (от сети 220 В) зарядным устройством очень мал, и не превышает 8—10 мА (при полностью заряженном аккумуляторе). Внешне можно лишь зафиксировать незначительный (до +30 °С) нагрев корпуса зарядного устройства при заряд¬ке телефона и охлаждение этого корпуса в режиме насыщенного аккумулятора.
Такое устройство можно собрать как по "классической" схеме, понизив сете¬вое напряжение обычным трансформатором и регулируя пониженное напряжение, так и по более современной импульсной схеме, поставив стабилизатор и высокочастотный преобразователь в высоковольтную часть схемы.
Преимущество "стандартной" компоновки схемы — простота схемы стабилизатора и большая безопасность при настройке схемы. Но есть и недостатки, отсутствующие в импульсной схеме— нужен трансформатор довольно больших размеров, сильный нагрев регулирующего транзистора, чувствительность схемы к колебаниям сетевого напряжения...
Импульсные источники питания работают на высокой частоте — десятки ки¬логерц, поэтому трансформатор может быть буквально "микроскопическим" (трансформатор в виде куба со стороной 20 мм выдает в нагрузку до 3—5 Вт полезной мощности, т. е. до 1 А тока; ток в высоковольтной части схемы в коэффициент трансформации раз (30—40) меньше тока в низковольтной час¬ти). Поэтому нагрев транзистора также значительно меньше, тем более что он работает в ключевом режиме; ну а благодаря ШИМ (широтно-импульсной модуляции) устройство будет нечувствительно к колебаниям сетевого на¬пряжения в пределах 150—250 В и более.
Для тех же, у кого нет штатного зарядного устройства (кто приобрел б/у сотовый телефон на распродаже), будет полезным самодельное зарядное уст¬ройство с индикацией состояния и автоматической регулировкой зарядного тока. Электрическая схема этого простого в повторении и налаживании уст¬ройства представлена на рис. 1.7.

На схеме показано "классическое" зарядное устройство для заряда никель-металлогидридных (Ni-MH) и литиевых (Li-ion) аккумуляторов для сотовых телефонов с номинальным напряжением 3,6—3,8 В.
Такое номинальное напряжение имеют аккумуляторные батареи сотовых те¬лефонов Nokia различных модификаций (например, Nokia 3310, Nokia 1610 и др.). Однако спектр применения этого зарядного устройства можно существенно расширить таким образом, чтобы оно стало универсальным и помогало заряжать сотовые телефоны других фирм (с иным номинальном напряжением аккумулятора). Для переделки зарядного устройства (изменения значения выходного напряжения и тока) достаточно изменить в принципиальной схеме значения только некоторых элементов (VD2, R5, R6)— об этом написано чуть дальше.
Чтобы понять, какое номинальное напряжение аккумулятора у вашего сото-вого телефона, достаточно снять верхнюю крышку аппарата и рассмотреть запись на аккумуляторе.
Как правило, аккумуляторные батареи телефонов Nokia, Motorola, Sony Erics-son и некоторых моделей Samsung имеют номинальное напряжение 3,6— 3,8 В. Это наиболее популярное напряжение среди современных моделей со¬товых телефонов.
Первоначальный ток зарядного устройства 100 мА. Это значение определяет¬ся выходным напряжением вторичной обмотки трансформатора Т1 и величи¬ной сопротивления резистора R2. Оба эти параметра можно корректировать, подбирая другой понижающий трансформатор или иное сопротивление огра¬ничивающего резистора.
Переменное напряжение осветительной сети 220 В понижается силовым трансформатором Т1 до 10 В на вторичной обмотке, затем выпрямляется ди¬одным выпрямителем (собранном по мостовой схеме) VD1 и сглаживается оксидным конденсатором С1.
Выпрямленное напряжение через токоограничивающий резистор R2 и усили-тель тока на транзисторах VT2, VT3 (включенные по схеме Дарлингтона) по¬ступает через разъем XI на аккумулятор и заряжает его минимальным током. При этом свечение светодиода HL1 свидетельствует о наличии зарядного то¬ка в цепи. Если данный светодиод не светится, то значит аккумулятор заря¬жен полностью, или в цепи зарядки нет контакта с нагрузкой (аккумулято¬ром).
Свечение второго индикаторного светодиода HL2 в самом начале процесса зарядки не заметно, т. к. напряжения на выходе зарядного устройства недос¬таточно для открывания транзисторного ключа VT1. В это же самое время составной транзистор VT2, VT3 находится в режиме насыщения и зарядный ток присутствует в цепи (протекает через аккумулятор).
Как только напряжение на контактах аккумулятора достигнет значения 3,8 В (что говорит о полностью заряженном аккумуляторе), стабилитрон VD2 от¬крывается, транзистор VT1 также открывается и загорается светодиод HL2, а транзисторы VT2, VT3 соответственно закрываются и зарядной ток в цепи питания аккумулятора (X1) уменьшается почти до нуля.
 
1.7.1. Налаживание
Для полноценного и эффективного налаживания устройства потребуются два однотипных аккумулятора для сотового телефона с номинальным напряже-нием 3,6—3,8 В. Один аккумулятор полностью разряженный, а другой соответственно полностью заряженный штатным зарядным устройством, идущим в комплекте вместе с сотовым телефоном.
Налаживание сводится к установке максимального зарядного тока и напря-жения на выходе устройства, при котором светится светодиод HL2. Этот мак-симальный ток устанавливается опытным путем так.
К выходу зарядного устройства (точки А и Б, разъема XI, см. рис. 1.7) через (последовательно соединенный) миллиамперметр постоянного тока подклю¬чают заведомо разряженный сотовый телефон, например, фирмы Nokia 3310 (который после длительной эксплуатации выключился сам из-за разряженной аккумуляторной батареи), и подбором сопротивления резистора R2 выстав¬ляют ток 100 мА. Для этой цели удобно использовать стрелочный миллиам¬перметр М260М с током полного отклонения 100 мА. Однако можно исполь¬зовать и иной аналогичный прибор, в том числе стрелочный ампервольтметр (тестер) Ц20, Ц4237 (и подобные им), включенный в режиме измерения тока на пределе 150 —250 мА. В этой связи применять цифровой тестер не жела¬тельно из-за инерции считывания и индикации показаний.
После этого (предварительно отключив зарядное устройство от сети пере¬менного тока) эмиттер транзистора VT3 отпаивают от других элементов схемы и вместо сотового телефона с "севшим" аккумулятором к точкам А и Б на схеме подключают сотовый телефон с нормально заряженным аккумулято¬ром (для этого переставляют аккумуляторы в одном и том же телефоне). Те¬перь подбором сопротивления резисторов R5 и R6 добиваются зажигания светодиода HL2. После этого эмиттер транзистора VT3 подключают к другим элементам согласно схеме.
Внешний вид (фото) готового устройства показан на рис. 1.8.

1.7.2. О деталях
Трансформатор Т1 любой, рассчитанный на питание от осветительной сети 220 В 50 Гц с вторичными (вторичной) обмотками, выдающими напряжение 10— 12 В переменного тока, например, ТПП 277-127/220-50, ТН1-220-50 и аналогичный.
Транзисторы VT1, VT2 типа КТЗ15Б—КТЗ15Е, КТ3102А—КТ3102Б, КТ503А—КТ503В, КТ3117А или аналогичные по электрическим характери¬стикам. Транзистор VT3 — из серий КТ801, КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом. Необходимости в установке этого транзистора на теп-лоотвод нет.
К точкам А и Б (на схеме) припаивают штатный провод от зарядного устрой-ства сотового телефона соответствующей модели с тем, чтобы оконечный разъем на другом конце этого провода подходил к разъему сотового теле¬фона.
Все постоянные резисторы (кроме R2) типа МЛТ-0,25, MF-25 или аналогич¬ные. R2 — с мощностью рассеяния 1 Вт.
Оксидный конденсатор С1 типа К50-24, К50-29 на рабочее напряжение не ниже 25 В или аналогичный. Светодиоды HL1, HL2 типа АЛ307БМ. Свето-диоды можно применить и другие (для индикации состояния различными цветами), рассчитанные на ток 5—12 мА.
Диодный мост VD1 — любой из серии КЦ402, КЦ405, КЦ407. Стабилитрон VD2 определяет напряжение, при котором зарядной ток устройства умень¬шится почти до нуля. В данном исполнении необходим стабилитрон с напря¬жением стабилизации (открывания) 4,5—4,8 В. Указанный на схеме стабили¬трон можно заменить КС447А или составить из двух стабилитронов на меньшее напряжение, включив их последовательно. Кроме того, как было отмечено ранее, порог автоматического отключения режима зарядки устрой¬ства можно корректировать изменением сопротивления делителя напряже¬ния, состоящего из резисторов R5 и R6.
1.7.3. Оформление
Элементы устройства монтируют на плате из фодьгированного стеклотексто¬лита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (исполь¬зованным автором) является оформление платы устройства в корпус от ис¬пользованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).
Альтернативный вариант зарядного устройства можно собрать с помощью импульсного стабилизатора напряжения, который рассмотрим далее.
1.7.4. Схема импульсного стабилизатора
Схема импульсного стабилизатора ненамного сложней обычного (рис. 1.9), но она более сложная в настройке. Поэтому недостаточно опытным радиолю¬бителям, не знающим правил работы с высоким напряжением (в частности, никогда не работать в одиночку и никогда не настраивать включенное уст¬ройство двумя руками — только одной!), не рекомендую повторять эту схему.
На рис. 1.9 представлена электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения для зарядки сотовых телефонов.

Схема представляет собой блокинг-генератор, реализованный на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Диодный мост VD1 выпрямляет переменное сете¬вое напряжение, резистор R1 ограничивает импульс тока при включении, а также выполняет функцию предохранителя. Конденсатор С1 необязателен, но благодаря ему блокинг-генератор работает более стабильно, а нагрев транзи¬стора VT1 чуть меньше (чем без С1).
При включении питания транзистор VT1 слегка приоткрывается через рези-стор R2, и через обмотку I трансформатора Т1 начинает течь небольшой ток. Благодаря индуктивной связи, через остальные обмотки также начинает про¬текать ток. На верхнем (по схеме) выводе обмотки II положительное напря¬жение небольшой величины, оно через разряженный конденсатор С2 приоткрывает транзистор еще сильней, ток в обмотках трансформатора нарастает, и в итоге транзистор открывается полностью, до состояния насыщения.
Через некоторое время ток в обмотках перестает нарастать и начинает сни¬жаться (транзистор VT1 все это время полностью открыт). Уменьшается на¬пряжение на обмотке II, и через конденсатор С2 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1. Он начинает закрываться, амплитуда напряжения в обмотках уменьшается еще сильней и меняет полярность на отрицательную. Затем транзистор полностью закрывается. Напряжение на его коллекторе увеличивается и становится в несколько раз больше напряжения питания (индуктивный выброс), однако благодаря цепочке R5, С5, VD4 оно ограничи¬вается на безопасном уровне 400...450 В. Благодаря элементам R5, С5 генера¬ция нейтрализуется не полностью, и через некоторое время полярность напряжения в обмотках снова меняется (по принципу действия типичного колебательного контура). Транзистор снова начинает открываться. Так про¬должается до бесконечности в цикличном режиме.
На остальных элементах высоковольтной части схемы собраны регулятор напряжения и узел защиты транзистора VT1 от перегрузок по току. Резистор R4 в рассматриваемой схеме выполняет роль датчика тока. Как только паде¬ние напряжения на нем превысит 1...1,5 В, транзистор VT2 откроется и замк¬нет на общий провод базу транзистора VT1 (принудительно закроет его). Конденсатор СЗ ускоряет реакцию VT2. Диод VD3 необходим для нормаль¬ной работы стабилизатора напряжения.
Стабилизатор напряжения собран на одной микросхеме— регулируемом стабилитроне DA1.
Для гальванической развязки выходного напряжения от сетевого использует¬ся оптрон VOL Рабочее напряжение для транзисторной части оптрона берет¬ся от обмотки II трансформатора Т1 и сглаживается конденсатором С4. Как только напряжение на выходе устройства станет больше номинального, через стабилитрон DA1 начнет течь ток, светодиод оптрона загорится, сопротивле¬ние коллектор-эмиттер фототранзистора VOl.2 уменьшится, транзистор VT2 приоткроется и уменьшит амплитуду напряжения на базе VT1. Он будет слабее открываться, и напряжение на обмотках трансформатора уменьшится. Если же выходное напряжение, наоборот, станет меньше номинального, то фототранзистор будет полностью закрыт и транзистор VT1 будет "раскачи¬ваться" в полную силу. Для защиты стабилитрона и светодиода от перегрузок по току, последовательно с ними желательно включить резистор сопротивле¬нием 100...330 Ом.
Налаживание
Первый этап: первый раз включать устройство в сеть рекомендуется через лампу 25 Вт, 220 В, и без конденсатора С1. Движок резистора R6 устанавли-
 
вают в нижнее (по схеме) положение. Устройство включают и сразу отклю¬чают, после чего как можно быстрей измеряют напряжения на конденсаторах С4 и Сб. Если на них есть небольшое напряжение (согласно полярности!), значит, генератор запустился, если нет— генератор не работает, требуется поиск ошибки на плате и монтаже. Кроме того, желательно проверить тран¬зистор VT1 и резисторы R1, R4.
Если все правильно и ошибок нет, но генератор не запускается, меняют мес¬тами выводы обмотки II (или I, только не обоих сразу!) и снова проверяют работоспособность.
Второй этап: включают устройство и контролируют пальцем (только не за металлическую площадку для теплоотвода) нагрев транзистора VT1, он не должен нагреваться, лампочка 25 Вт не должна светиться (падение напряже¬ния на ней не должно превышать пары Вольт).
Подключают к выходу устройства какую-нибудь маленькую низковольтную лампу, например, рассчитанную на напряжение 13,5 В. Если она не светится, меняют местами выводы обмотки III.
И в самом конце, если все нормально работает, проверяют работоспособность регулятора напряжения, вращая движок подстроечного резистора R6. После этого можно впаивать конденсатор О и включать устройство без лампы-токоограничителя.
Минимальное выходное напряжение составляет около 3 В (минимальное па¬дение напряжения на выводах DA1 превышает 1,25 В, на выводах светодио¬да—1,5В).
Если нужно меньшее напряжение, заменяют стабилитрон DA1 резистором сопротивлением 100...680Ом. Следующим шагом настройки требуется уста¬новка на выходе устройства напряжения 3,9...4,0 В (для литиевого аккумуля¬тора). Данное устройство заряжает аккумулятор экспоненциально умень¬шающимся током (от примерно 0,5 А в начале заряда до нуля в конце (для литиевого аккумулятора емкостью около 1 А/ч это допустимо)). За пару ча¬сов режима зарядки аккумулятор набирает до 80 % своей емкости.
О деталях
Особый элемент конструкции — трансформатор.
Трансформатор в этой схеме можно использовать только с разрезным ферри-товым сердечником. Рабочая частота преобразователя довольно велика, поэтому для трансформаторного железа нужен только феррит. А сам преоб¬разователь— однотактный, с постоянным подмагничиванием, поэтому сер¬дечник должен быть разрезным, с диэлектрическим зазором (между его поло¬винками прокладывают один-два слоя тонкой трансформаторной бумаги).
Лучше всего взять трансформатор от ненужного или неисправного анало¬гичного устройства. В крайнем случае его можно намотать самому: сечение сердечника 3...5 мм2, обмотка I— 450 витков проводом диаметром 0,1 мм, обмотка II— 20 витков тем же проводом, обмотка III— 15 витков прово¬дом диаметром 0,6...0, 8 мм (для выходного напряжения 4...5 В). При намот¬ке требуется строгое соблюдение направления намотки, иначе устройство будет плохо работать, или не заработает совсем (придется прикладывать усилия при налаживании — см. выше). Начало каждой обмотки (на схеме) вверху.
Транзистор VT1 — любой мощностью 1 Вт и больше, током коллектора не менее 0,1 А, напряжением не менее 400 В. Коэффициент усиления по току П2ь должен быть больше 30. Идеально подходят транзисторы MJE13003, KSE13003 и все остальные типа 13003 любой фирмы. В крайнем случае, применяют отечественные транзисторы КТ940, КТ969. К сожалению, эти транзи-сторы рассчитаны на предельное напряжение 300 В, и при малейшем повы¬шении сетевого напряжения выше 220 В они будут пробиваться. Кроме того, они боятся перегрева, т. е. требуется их установка на теплоотвод. Для транзи¬сторов KSE13003 и MJE13003 теплоотвод не нужен (в большинстве случаев цоколевка — как у отечественных транзисторов КТ817).
Транзистор VT2 может быть любым маломощным кремниевым, напряжение на нем не должно превышать 3 В; это же относится и к диодам VD2, VD3. Конденсатор С5 и диод VD4 должны быть рассчитаны на напряжение 400...600 В, диод VD5 должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки. Диодный мост VD1 должен быть рассчитан на ток 1 А, хотя потребляемый схемой ток не превышает сотни миллиампер — потому что при включении происходит довольно мощный бросок тока, а увеличивать сопротивление ре¬зистора Юдля ограничения амплитуды этого броска нельзя — он будет силь¬но нагреваться.
Вместо моста VD1 можно поставить 4 диода типа 1N4004...4007 или КД221 с любым буквенным индексом. Стабилизатор DA1 и резистор R6 можно заме¬нить на стабилитрон, напряжение на выходе схемы будет на 1,5 В больше напряжения стабилизации стабилитрона.
"Общий" провод показан на схеме только для упрощения графики, его нельзя заземлять и (или) соединять с корпусом устройства. Высоковольтная часть устройства должна быть хорошо изолирована.
1.7.5. Оформление
Элементы устройства монтируют на плате из фольгированного стеклотексто-лита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (использованным автором) является оформление платы устройства в корпус от использованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).