Hola Habr! Quiero hablar sobre mi visión de una fuente de energía portátil programable universal. Cómo llegué a esto, para qué terminó el proyecto en hardware, por qué es necesario y las opciones de aplicación, así como su desarrollo posterior. Obviamente, un artículo no será suficiente, por lo tanto, con el debido interés en este proyecto, el siguiente artículo estará dedicado a los momentos de desarrollo y las soluciones utilizadas con todo detalle. Pido un corte, ¡realmente quiero contarte sobre mi proyecto!
En este material quiero compartir no solo la descripción y el propósito del dispositivo, sino también el componente ideológico que me motivó en esta creación. Por lo tanto, quiero disculparme de antemano con los lectores, que pueden parecer cierto volumen de este material. Simplemente no podría escribir de otra manera.
Génesis
Estoy seguro de que algún día la humanidad podrá llegar a una solución unificada para la transferencia de energía, pero hasta ahora estamos en un zoológico de diversos estándares. Sí, USB-C Power Delivery todavía no es tan omnipresente en tecnología portátil como nos gustaría, pero no será una panacea para los más avanzados.
Quería una fuente de correo electrónico verdaderamente universal y flexible. energía Para que los profesionales en su campo puedan encontrar una herramienta confiable y más versátil para sus tareas. Para que sea posible viajar, llevar cualquier equipo sin preocuparse, a veces, por su repentina transformación triste en una carga muerta y al mismo tiempo ser flexible en términos de peso / capacidad. En casa sobre la mesa era como una fuente de alimentación de laboratorio. Y en general, en el trabajo y la vida cotidiana no decepcionó. Sin embargo, por alguna razón, un dispositivo tan obvio no estaba a la venta. Con una excepción, titulada: "Vampiro". Me gustó el concepto y el enfoque, pero sus características, a saber, el poder, claramente no eran suficientes.
Pasó el tiempo, seguí "cultivando colectivamente" varias decisiones según fuera necesario. Esta situación ya comenzaba a ser bastante aburrida. ¡Durante todos estos años, se ha formado una comprensión muy clara del concepto del dispositivo deseado, y se ha acumulado una "masa crítica" de motivación para ir por este camino usted mismo! Lo admito, resultó ser muy largo y aún no terminado.
Si el concepto de complejidad no tenía la palabra, entonces, con la base de componentes y los circuitos, todo no era tan simple. Era necesario determinar exactamente qué se convertiría en la base no solo de esta versión, sino también de las posibles variaciones posteriores. En busca de la solución más equilibrada, se diseñaron y fabricaron varios prototipos, en los cuales realicé todos los experimentos imaginables e impensables. Francamente, no perdí el tiempo en esta etapa. Por supuesto, como escribió en la introducción, esto merece un artículo separado. El resultado de todas estas iteraciones es lo que se muestra en la foto de arriba y abajo. En general, estoy satisfecho!
Concepto
Este es un almacenamiento de energía universal programable con dos inversores de alta eficiencia en la entrada y salida. Todo esto se gestiona a través de una aplicación móvil, así como a través de una aplicación en una PC. Asegure de inmediato a los oponentes de este enfoque. Hay una función conveniente para guardar ajustes preestablecidos en el dispositivo con la configuración a través de la aplicación, el trabajo posterior con el que se lleva a cabo con un solo botón y ya sin ninguna aplicación. En la versión básica, puede acumular aproximadamente 45 W * h de energía en forma de 4 celdas del tipo 18650. Muchos pueden notar una capacidad no tan alta de la batería interna, pero ese es el precio por el tamaño y peso adecuados. De una forma u otra, debido al conector especial, tiene la flexibilidad de aumentar la capacidad de las unidades externas o cualquier batería del mismo tipo. La potencia de salida no está limitada y por un corto tiempo puede exceder significativamente los 100 W, 50-75 W continuos dependiendo de la temperatura. En los extremos de ambos lados se encuentran los conectores más comunes para conectar cualquier cosa y todo.
Con el tiempo, quiero llegar a una API abierta y permitirle cambiar no solo las baterías incorporadas, sino incluso algunos componentes;)
TTX:
- Salida: 3 - 25 V / 0.01 - 10 A / 50-100 W dependiendo de la temperatura
- Entrada: 4.5 - 25 V, MRI
- Capacidad: ~ 45-50 W * h (13600 mAh) en forma de 4 x 18650 elementos
- Eficiencia de cada convertidor 90-96%
- Trabajar en modo de carga (por tipo de UPS)
- Capacidad hipotética para aumentar infinitamente la capacidad.
- Bluetooth LE y microUSB para control desde un teléfono para Android / iOS y PC
- Soporte de carga rápida para entrada microUSB
- Soporte para carga acelerada para Apple y otras salidas
- Dimensiones: 133x84x31 mm
- Peso: 300 gramos.
Concepto acento
Inicialmente, el objetivo principal era la eficiencia. Todo dependía de ella. Cuánta potencia se puede obtener en la salida antes de que comience el sobrecalentamiento. Cuánta energía preciosa se perderá en calor cuando se convierta en condiciones de campamento, donde cada gramo de batería cuenta y, por supuesto, afecta su tamaño. Junto con la eficiencia, se presta gran atención a las pequeñeces, porque determinan la calidad de uso del dispositivo. Igualmente importante fue la alta precisión de los valores de salida, que tampoco se perdió.
Por supuesto, a pesar de su excelente interfaz TTX miserable, podría arruinar instantáneamente la "usabilidad" de todas las funciones. Al darme cuenta de esto, también me concentré en este momento, ya que solía estar en el hardware sin mirar atrás en ese momento.
Concepto Diseño
Aquí no puedo decir exactamente cómo usarlo, solo el vuelo de tus pensamientos y necesidades determinará su lugar en tu vida. Es más fácil dar algunos ejemplos.
Imaginemos que eres un camarógrafo. La videografía es un negocio muy intensivo en energía y no obtendrá suficientes baterías regulares para la cámara. Puede comprar una costosa unidad portátil de marca, que, recuerde, a menudo consiste en baterías y / o enchufes normales en un tomacorriente. ¡Y puede comprar un adaptador de batería estándar barato con un cable en Ali y conectarlo a mi dispositivo! Incluso las baterías incorporadas en el dispositivo serán 3-4 veces más potentes que una batería original típica, pero esta no es la fuerza. Puede colocar el dispositivo en el cinturón junto con paquetes de baterías externas adicionales (o tirarlo en una mochila) en cuyo caso el suministro de energía será realmente enorme.
En la naturaleza, al conectar una batería solar, puede cargar baterías desde un dron o incluso un automóvil, alimentar una computadora portátil y cargar el teléfono. La energía excesiva cargará simultáneamente el dispositivo en sí mismo para el futuro. Si lo dejó, y el sol se puso, él continuará suministrando energía a su equipo de "reservas propias", trabajando como UPS. Los perfiles integrados en la aplicación simplificarán la carga de baterías directamente.
En casa, en el escritorio, se convertirá en su fiel asistente en sus aspiraciones de bricolaje debido a la alta potencia y precisión de los valores de salida. El software para la computadora, además de las funciones básicas de administración y monitoreo, incluso permitirá escribir scripts.
En los procesos diarios ubicuos, será un Powerbank indispensable y muy confiable. Su potencia es suficiente para cargar computadoras portátiles, cámaras, teléfonos, tabletas, etc.
Conectores
Todos los conectores están agrupados, tanto los que reciben por un lado, como los que dan energía en el lado opuesto. Para el grupo host, puede conectarse a la toma de corriente, conectar las fuentes de alimentación desde una computadora portátil, la fuente de alimentación desde una computadora (cable de alimentación de la CPU), otras baterías, paneles solares, un generador de CC de bicicleta, generador termoeléctrico, simplemente cargando desde un teléfono, etc. En consecuencia, todo lo que cargará y encenderá está conectado a las salidas: consumidores.
Cada conector no tiene sentido para describir, son idénticos, tanto en la entrada como en la salida. Algunos puntos aún deben aclararse, a saber, los bloques de terminales incorporados se eligen para una menor confusión con la polaridad, donde "+" se encuentra en el centro y "-" en los lados. Dos conectores de CC redondos en la salida tienen diferentes espesores del pin central (2.1 y 2.5 mm). También se debe tener en cuenta que dos microUSB en la entrada tienen soporte para carga rápida, pero dos USB en la salida ya no están allí, pero para eso admiten carga acelerada para Apple y equipos de otros fabricantes. Es probable que se agregue Quick Charge actualizando el firmware más tarde, como otras tecnologías de carga rápida, pero aún no. Todos los conectores están protegidos de la polaridad inversa, en otras palabras, en caso de que confunda el más con el menos. Aquí está la lista de conectores:
- DC redondo 5.5x2.1 / 2.5 mm
- Terminales push-in para cables pelados
- Dos entradas microUSB con QuickCharge
- Dos salidas USB (Apple 2.4 A, carga de batería USB )
- Molex 4 pin: cómo alimentar la CPU en la placa base. Siempre puede encontrar este cable de la fuente de alimentación ATX quemada. Lo encontré simple y confiable.
Conectores Molex especial
Una excepción a los conectores entrantes es un Molex. En el caso de uso básico, este conector está diseñado para conectar paquetes de baterías externas o el mismo tipo de batería en un número ilimitado. Sin embargo, en el próximo artículo planeo revelar todas las características técnicas del dispositivo, y comprenderá cuán versátil y versátil es este conector, y un mayor desarrollo de la interfaz actualizará su funcionalidad.
Interfaz
Como indiqué en el dispositivo anterior, solo dos botones y tres LED son responsables de indicar el estado general o el preajuste seleccionado actualmente. Si un botón es responsable de las funciones generales y los preajustes, el segundo para la parada de emergencia.
Hay un poco más de opciones para usar el dispositivo que muchas y es imposible prever todo. Era lógico implementar la lógica básica del trabajo y la interfaz de interacción con el dispositivo a nivel de software. Por lo tanto, planeo continuar mejorando la interfaz y los algoritmos en el futuro agregando nuevas funciones al actualizar el software. Sí, y debe comprender que algunos requieren la forma más sencilla y económica de interactuar, mientras que otros necesitan funciones avanzadas profesionales. Todo esto es fácil de hacer en la aplicación.
Odiaría salir de esta sección sin una descripción detallada de la interfaz, el dispositivo móvil y la aplicación para PC. Dado que hay confianza y un poco de orgullo, obtuve una interfaz funcionalmente única y no menos universal sin adornos, que es ideal para la mayoría de los escenarios de aplicación. Pero no hay ningún deseo de convertir esta sección en una instrucción aburrida. Aún así, no puedo dar una breve descripción.
Al iniciar la aplicación, accede a la pantalla principal, en la que puede manipular los tres valores principales: voltaje (U), corriente (I) y potencia (P). Tenga en cuenta que U se enfatiza en la pantalla, lo que significa que el voltaje es actualmente el voltaje objetivo, es decir, Al configurarlo, el dispositivo admitirá el voltaje de salida que establezca. También con corriente y potencia. Si, además del valor objetivo, establece los otros dos, entonces serán el límite superior, el límite.
Déjame darte un ejemplo: tienes una computadora portátil, está asociada con el color rojo (por ejemplo, tiene elementos de diseño hechos de rojo). Debe pasar a la siguiente pantalla, que se ve exactamente igual, pero no está decorada en verde, sino en rojo, que corresponde al color del LED en el dispositivo, que a su vez es responsable de este preajuste. En él, desplaza el voltaje al deseado, por ejemplo, 19,5 V. Eso es todo. Puede aplicar inmediatamente lo que enciende el dispositivo o simplemente cerrarlo para guardarlo automáticamente como un valor predeterminado rojo. Cuando necesite cargar, con solo presionar un botón seleccione un valor predeterminado correspondiente al LED rojo sin la participación del teléfono.
Mayor desarrollo
Dado que inicialmente diseñé el diseño modular no solo de hierro, sino también de software, esto me permitirá hacer al menos algunas variaciones. Definitivamente habrá una variación con USB-C Power Delivery. Realmente quiero hacer una versión compacta sin baterías, como una alternativa económica a una fuente de alimentación de laboratorio con la capacidad de programar, posiblemente incluso en un diseño de múltiples fases / canales. Basado en la junta existente, obviamente, será prof. revisión con aumento de potencia y voltaje hasta 36 V, sin importar el costo.
Eso es todo por ahora. ¡Espero que lo hayas disfrutado!
Quiero expresar mi agradecimiento especial por las recomendaciones intransigentes y urgentes al escribir este artículo
maiorovx