Схема зарядного устройства от прикуривателя для видеорегистратора
Есть у меня в машине видеорегистратор, и всё бы хорошо, но напрягают три вещи:
1) регистратор пишет максимум 30 секунд после того, как зажигание выключено, а иногда хочется чтобы он хотя бы ещё часик-другой позаписывал, что происходит около машинки. Особенно актуально, когда машина ставится около каких-нибудь магазинов, где снуют кто ни попадя.
2) Иногда, когда забираю карточку домой, бывает забываю воткнуть регистратор обратно. Хотелось бы иметь звуковую напоминалку, что провод из регистратора вынут.
3) Ну и, самое главное: прикуриватель постоянно выдвинут, постоянно занят, провод регистратора торчит на торпедо. Хотелось бы прикуриватель освободить, а схему питания спрятать куда-нибудь в нутро.
Если бы только 3й пункт, то самая простая идея была бы разодрать в клочья штатный зарядник регистратора и прикрутить его где-нибудь внутри, снаружи пустив только провод по периметру лобового стекла. Но, мы не ищем лёгких путей! К тому же есть ещё 2 хотелки, на которые нужно что-то придумать
Состряпал вот такую схему:
В основе всего лежит ST1S10PHR — понижающий импульсный регулятор напряжения, рассчитанный на ток до 3А и работающий на частоте 900кГц.
Основные отличия этого регулятора:
1) высокая частота, в результате он требует маленькую индуктивность и небольшие конденсаторы на входе и выходе.
2) наличие встроенных верхнего и нижнего ключа. Обычные регуляторы обладают только одним ключом, и возвратный ток через индуктивность заворачивается в цепь при помощи отдельно стоящего диода Шоттки. Но тут совсем другая картина, тут ключ есть как с верхней, так и с нижней стороны, и попеременно вход индуктивности то сажается на линию питания верхним ключом, то заворачивается на землю нижним. В итоге повышается эффективность, так как нет потерь на Шоттки.
Микросхемка работает при входных напряжениях до 2.5 до 18 Вольт. Выходное напряжение задаётся делителем. Микросхема поддерживает на входе fb напряжение 0,8 Вольт.
В качестве входных конденсаторов я использовал танталовый электролитический 15мкФ/35В и керамический, непосредственно около входа Vin_sw: 2,2мкФ/50В (на схеме — C1 и C2).
В качестве выходных я использовал два керамических SMD конденсатора (C5 C6) на 10мкФ/16В размера 1206.
Индуктивность L1 — IHLP2525CZER4R7M01 на 4,7мкГн и ток 5,5А в квадратном корпусе SMD 6,5мм
Для измерения выходного тока использую шунт — резистор 1% размера 1206 на 0,1 Ом, напряжение с которого попадает на вход МК через НЧ фильтр, образованный резистором R15 и конденсатором C4.
Выходное напряжение выбирается на уровне 5,2…5,3 Вольта при помощи делителя R12, R13, 56кОм и 10кОм. Повышенное напряжение нужно чтобы компенсировать падение напряжения как на шунте-измерителе тока, так и в длинных проводах до регистратора.
В качестве излучателя звука HC0903A, подключенный через транзистор.
Для управления этим всем используется микроконтроллер ATtiny13A-SSU, который также питается от выходного напряжения регулятора.
Транзистор VT1 IRLML9301 рассчитанный на ток до 5А, позволяет полностью обесточивать схему.
Всё это чудо я изготовил на двусторонней плате размером 55 на 15 миллиметров.
Проводники на разных сторонах соединяются в семи местах, не считая трёх сквозных отверстий под термоподложкой микросхемы регулятора, которые залиты припоем.
Поскольку площадь для охлаждения небольшая, то номинальным для работы является ток не более 1 Ампер. Впрочем, этого вполне достаточно для питания регистратора.
Алгоритм работы
При появлении напряжения на входе "зажигание" схема включается, и затем микроконтроллер продолжает держать транзистор VT1 открытым, питая регистратор, даже если зажигание выключено.
На протяжении всей работы контролируется падение напряжение на шунте R14, и если ток через него меньше примерно 40мА в течение 0,4 секунды, то микроконтроллер сигнализирует об этом несколько раз. Сигнал повторяется если зажигание было выключено и затем включено снова, либо если напряжение на шунте превысит пороговый уровень и затем упадёт вновь.
Когда зажигание выключено контролируются следующие параметры:
— Время работы. Схема отключается через примерно 3 часа работы.
— Напряжение на входе. Через делитель, образованный резисторами R8 и R9, замеряется напряжение в бортсети автомобиля. Если в течение примерно 7 секунд подряд замеры напряжения оказываются ниже примерно 11,75 Вольт, схема отключается. Это сделано чтобы не нагружать разряженный аккумулятор автомобиля.
— Потреблённая мощность. Замеряемый ток на выходе интегрируется. Поскольку напряжение стабильное, то полученное значение пропорционально потреблённой мощности. Схема отключается, если потреблённая мощность превышает 35 Ватт*часов, что соответствует 7 А*ч на выходе, и примерно 3 А*ч на входе. Это поможет предотвратить быстрый разряд аккумулятора автомобиля, если регистратор вдруг начал потреблять повышенный ток.
При каждом из этих событий подаётся свой собственный звуковой сигнал.
Пока что схема испытана только "на столе", в машину буду внедрять на следующей неделе.
UPD от 28.06.2014
Изменил время работы на 2 часа, нижнюю границу напряжения поднял до 12 Вольт.
С проблемой выхода из строя автомобильных USB зарядок знаком каждый автомобилист, особенно если они не фирменные, а куплены в первом попавшимся переходе. Сегодня у нас в статье ремонт USB зарядного устройства от прикуривателя, которое мы специально приобрели в заведомо неисправном состоянии. Интересно? Читаем далее…
Предисловие. Гуляя по рынку случайно натолкнулся на лоток с зарядками, где было выставлено пол ящика различных зарядок по броской цене, всего 5 грн (12 руб или 0,2 у.е). Продавец клялся, что они новые, продавал их на запчасти и говорил: «может контакт где-то отошел…». Понимая, что эти все зарядки скорей всего принесли обратно покупатели, у которых они сгорели в первые часы работы, решено было прикупить парочку адаптеров для вскрытия и описания возможной процедуры ремонта.
Ремонт USB зарядного устройства от прикуривателя
Адаптер имеет логотип с надписью DRAFT, модель CC21-2USB, выходное напряжение 5 В, ток 2 А.
Корпус не разборной на торце находятся два USB порта.
Для вскрытия пришлось разрезать клеевой шов вдоль корпуса. Так выглядит начинка этого устройства.
Основу USB зарядного адаптера от прикуривателя составляет микросхема DC-DC конвертер RZC2013. Если присмотреться, то на ней видны явные следы повреждения.
Схема USB адаптера практически ничем не отличается от схемы типового включения RZC2013.
По сути, необходимо просто заменить микросхему DC-DC конвертер RZC2013 новой. Но, увы, в продаже RZC2013 просто нет, заказывать с AliExpress такую мелочь не было ни желания ни времени. Решено было искать максимально приближенный доступный аналог, им стал DC-DC конвертер AСТ4060 SH.
Как видим, назначение ножек, и большинство других параметров практически совпадают. Но есть несколько важных нюансов, о которых будет указано далее. Выпаиваем RZC2013 и устанавливаем на его место AСТ4060 SH.
Если произвести пробное включение, то мы увидим, что адаптер работает, но не стоит спешить и собирать его в корпус. Если произвести замер выходного напряжения, то мы увидим, что оно отличается от нужных 5 В и составляет 7,25 В. Это много для зарядки девайсов, необходимо его откорректировать, и почему же оно стало другим?
Выходное напряжение рассчитывается по формуле:
Vout = (R3 + R4)/R4 х Vfb
- R3 = 51 кОм
- R4= 11 кОм
- Vfb RZC2013 = 0.925 В
- Vfb AСТ4060 SH= 1,293 В
При одних и тех же значениях R3 и R4 значения выходного напряжения для микросхем будет разным.
Vout RZC2013 = (R3 + R4)/R4 х Vfb = (51 + 11)/11 х 0,925 = 5,21 В
Vout AСТ4060 SH = (R3 + R4)/R4 х Vfb = (51 + 11)/11 х 1,293 = 7,28 В
В общем, как раз то, что мы наблюдаем на выходе. Нам нужно скорректировать R3.
Таким образом, на плате заменяем резистор 51 кОм на резистор 33 кОм, выходное напряжение станет уже 5,2 В.
После замены резистора ремонт USB зарядного устройства от прикуривателя завершен, уже можно склеить корпус и пользоваться адаптером.
Важным нюансом станет то, что у AСТ4060 SH входное напряжение рассчитано только до 20 В, такой конвертер нельзя использовать в автомобилях с напряжением бортовой сети 24 В.
Схемотехника рассматриваемого адаптера для зарядки от прикуривателя автомобиля не претендует на оригинальность и использует очень распространенную микросхему MC34063. Однако, печатная плата разработана под маленький корпус Z-43 и занимает мало места. Данный проект будет полезен тем, кто все же хотел бы самостоятельно изготовить зарядное устройство для телефона для автомобиля нежели покупать готовое устройство, так как суммарная стоимость устройств возможно будет одинаковой.
Итак, перейдем к схеме устройства:
Схема построена на микросхеме DC/DC преобразователя MC34063, микросхема используется в корпусе DIP-8, так как рассеиваемая мощность в таком корпусе чуть больше, чем в корпусе SO-8 - так чуть надежнее. Резисторы R2 и R3 образуют обратную связь с выходом схемы, как таковые резисторы образуют делитель напряжения. При этом на пятом выводе микросхемы всегда поддерживается напряжение 1,25 вольта, это значит, что выходное напряжение напрямую зависит от сочетания номиналов в делителе напряжения:
А из этого следует, что можно точно рассчитать выходное напряжение. Если нам нужно получить на выходе 5 вольт, то необходимо произвольно выбрать номинал одного резистора - пусть это будет 1000 Ом, тогда расчет другого резистора будет выглядеть так:
Если бы номиналы получались не столь "красивыми", то необходимо было бы задать в начале другой номинал и заново рассчитать второй резистор.
Как было указано, корпус используется Z-43. Печатная плата с установленными компонентами занимает все пространство корпуса. В корпусе необходимо сделать два отверстия - для USB разъема и для входного напряжения. На фото нижняя крышка немного подпилена для плотного закрывания по причине габаритов разъема для подключения прикуривателя. Небольшая притирка, так сказать. При условии отказа от использования разъема по входу напряжения занимаемый объем в корпусе немного уменьшится и отверстие можно сделать меньше для пропукания провода внутрь корпуса, чтобы подпаяться к контактам на плате. Данная вариация с разъемом зависит от того, что есть в наличии (мне было жалко резать провод прикуривателя, поэтому использовал такой разъем).
На печатной плате в Sprint Layout на синем слое (М1) обозначена перемычка. На готовой печатной плате эта перемычка выполнена синим проводом.
Готовый адаптер выглядит так:
Размер вполне компактный получился.
Адаптер в рабочем положении:
- входное напряжение - 12 В
- выходное напряжение - 5 В
- частота преобразования - 85 кГц
- ток выходной части - 500 мА (можно увеличить до 750 мА, заменив резистор R1 на 0,2 Ом - это будет максимальный ток, допустимый микросхемой)
- КПД
К статье прилагается печатная плата в программе Sprint-Layout 6, а также проект протеус для симуляции работы схемы преобразователя.
Для многих автолюбителей видеорегистратор является тем прибором, который помогает в разрешении споров, возникших на дороге.
К сожалению, массовость производства видеорегистраторов сказывается на их качестве и надёжности.
Наиболее частые неисправности видеорегистраторов – это механические поломки разъёмов и коннекторов. Также могут иметь место выход из строя электронных компонентов из-за чрезмерного нагрева от жарких солнечных лучей, например, летом.
Стоит также отметить, что в каждом видеорегистраторе имеется небольшой литиевый аккумулятор. А, как известно, чрезмерный нагрев литиевого аккумулятора может привести к его взрыву или "вспучиванию".
Устройство видеорегистратора.
Для начала заглянем "под капот" рядового видеорегистратора, познакомимся с его электронной начинкой.
В качестве экземпляра для изучения возьмём видеорегистратор xDevice Black Box-29.
Чтобы вскрыть корпус видеорегистратора xDevice Black Box-29 понадобится тонкая крестовая отвёртка. Как оказалось, подходящую найти довольно трудно. Можно применить универсальную отвёртку для вскрытия корпусов сотовых телефонов.
Данный видеорегистратор оснащён двумя видеокамерами. Та, что служит для записи салона авто, жёстко закреплена на печатной плате. По бокам установлено 2 инфракрасных светодиода. Они необходимы для фоновой подсветки объекта при отсутствии освещения.
Камера, которая служит для записи происходящего на дороге, смонтирована на небольшой печатной плате и установлена в поворотном пластмассовом корпусе.
С главной печатной платой её соединяет гибкий шлейф. Он перфорирован – между проводниками сделаны прорези. Благодаря этому модуль камеры можно поворачивать на 270 0 .
На печатной плате можно обнаружить датчик освещённости – фоторезистор.
В качестве резервного источника питания используется литиевый аккумулятор. Емкость его небольшая, судя по размерам, порядка 300 – 400 mA/h. Он не является основным – питание видеорегистратора осуществляется от преобразователя 12v/24v – 5.5v (2A), который подключается к прикуривателю.
Литиевый аккумулятор служит неким буфером, который питает устройство во время кратковременного отключения питания видеорегистратора.
К основной плате через гибкий шлейф подключается плата цветного LCD-дисплея.
Ядром устройства являются 3 микросхемы. К сожалению, маркировка их почему-то затёрта. Маркировка чётко различима лишь на корпусе микросхемы SDRAM-памяти (elixir N2SV12816FS-6K) объёмом 64Mb.
Также на печатной плате можно обнаружить микросхемы периферии: преобразователи напряжения, маломощный усилитель ЗЧ, память EEPROM.
Кроме этого есть микросхема, которая очень похожа на микросхему 3-ёх осевого акселерометра.
Судя по всему, именно она выполняет функцию G-сенсора. Благодаря G-сенсору современные видеорегистраторы могут протоколировать ускорения, удары, резкое торможение, вращение. Такие данные могут пригодиться при разборе ДТП.
Также к печатной плате подключаются микрофон и миниатюрный динамик.
Ремонт видеорегистратора.
Теперь поговорим о ремонте видеорегистратора xDevice Black Box-29. Как уже говорилось, механические поломки разъёмов – это рядовой случай для таких устройств. У данного видеорегистратора из-за "холодной" пайки разъём mini USB попросту отвалился. Мало того, он просто рассыпался.
Казалось бы для человека, который знаком с электроникой такая поломка – плёвое дело. На самом деле, замена такого разъёма – весьма хлопотное занятие. Всё из-за того, что в качестве USB-разъёма применён 10-ти пиновый (10 pin) разъём. Такой разъём за счёт увеличенного числа контактов является универсальным. Например, некоторые видеорегистраторы комплектуются специальным шнуром miniUSB – RCA, который позволяет подключать видеорегистратор напрямую к телевизору.
Обычно стандартный USB-разъём имеет 4 контакта. По двум из них подаётся питание (+ и -) 5 вольт, а по оставшимся 2 передаются данные. Разъём mini USB 5 pin имеет ещё 1 контакт, который соединяется с общим проводом (GND).
В разъёме mini USB 10 pin монтируется уже 10 контактов. Расстояние между контактами такого разъёма очень мало, и запаивать его на печатную плату при замене довольно сложно. Мало того, найти 10 pin’овый разъём сложнее, чем широко распространённый 5 pin’овый разъём mini USB.
Поэтому в некоторых случаях есть смысл вместо неисправного mini USB 10 pin запаять mini USB 5 pin. Основная задача такого ремонта – подключить контакты питания «+» и «-», чтобы обеспечить возможность зарядки встроенного аккумулятора и электропитания видеорегистратора. Также можно подпаять контакты данных разъёма USB. Это стоит сделать, если в комплекте с видеорегистратором есть шнур mini USB - USB для подключения к компьютеру.
Остальные контакты, которые идут к 10 pin’овому разъёму mini USB на печатной плате можно укоротить ножом, чтобы они не мешали. Естественно, делая такую замену, стоит учитывать, что после замены USB-разъёма некоторые функции видеорегистратора, возможно, не будут доступны.
Пару слов о преобразователе питания.
Преобразователь питания видеорегистратора xDevice Black Box-29 подключается к штатному прикуривателю (12V) автомобиля, а к видеорегистратору - шнурком со штекером miniUSB.
Преобразователь реализован на микросхеме LSP5502. Сама схема рассчитана на входное напряжение 12v/24v и на выходе способна выдавать 5,5v (2A).
Выходная цепь 5v преобразователя защищена супрессором P6KE6.8A. В случае нештатной ситуации и выхода из строя преобразователя, супрессор P6KE6.8A ограничит опасный для схемы видеорегистратора всплеск напряжения.
Также в зарядное устройство устанавливается рядовой плавкий предохранитель.
Вот типовая схема включения микросхемы LSP5502 в режиме понижающего DC/DC-преобразователя. Схема взята из даташита на LSP5502.
Если есть необходимость запитать видеорегистратор в условиях мастерской (от сети 220V), то есть смысл временно отпаять соединительный шнур питания от преобразователя и припаять его к стандартному зарядному устройству с 5-ти вольтовым выходом. Так, например, сделал я.
Итак, принесли мне платку, это зарядник, владелец уже разобрал его с корпуса и хотел сам отремонтировать, думал что сгорел предохранитель после того как его умный друг что-то закоротил в прикуривателе и зарядное перестало весело светить сигнальными огоньками, а также давать зарядный ток потребителю.
Конструктивно зарядное представляет собой высоко эффективный dc–dc преобразователь и контроллер, который дает работать не только всем устройствами и нормально их заряжать по интерфейсу usb, но и айфоны.
Два разъема, каждый из которых может дать 5 вольт 1 амперу, разделенные каналы.
При осмотре предохранитель был найден не в корпусе, где его искали чудо мастера, а на плате, 21 век - все SMD, и там его и следовало искать, слегка он был виден что подгорел, но для верности прозваниваем – и оказывается сопротивление предохранителя стремится к бесконечности, а значит нужно искать замену.
Ставить обычную перемычку из проволоки как-то не безопасно, зная опыт коротких замыканий у владельцев, и при очередном замыкание уже могло выгореть вообще все.
Поэтому на место предохранителя было решено замонтировать планарный резистор с нулевым сопротивлением типоразмера 1206, который, как правило, выдерживал ток в 2 ампера, а потом выгорал. Это не так надежно как предохранитель, но все же лучше, чем никакой защиты вообще.
Ставим его на плату, но зарядное сразу не запускается, как оказалось в каждой из веток вторички накрылись еще и быстрые диоды, их тоже требуется заменить. После замены все становится на свои места, каждый разъем начинает выдавать нужное напряжение и стабильно заряжать устройства.
Плата выполнена двухсторонним монтажем для экономии места, это не очень удобно, так как производить ремонт тяжело – приходится вертеть плату туда сюда обратно, и вызванивать еще и переходы между сторонами платы, а также проверять все с двух сторон – вот такая расплата за компактность. Ремонт провёл Redmoon.
Читайте также: