Olá Habr! Quero falar sobre minha visão de uma fonte de energia portátil programável universal. Como cheguei a isso, para que o projeto terminou em hardware, por que é necessário e opções de aplicativos, bem como seu desenvolvimento adicional. Obviamente, um artigo não será suficiente, portanto, com o devido interesse neste projeto, o próximo artigo será dedicado aos momentos de desenvolvimento e às soluções usadas em detalhes. Peço um recorte, quero muito falar sobre o meu projeto!
Neste material, quero compartilhar não apenas a descrição e o objetivo do dispositivo, mas também o componente ideológico que me motivou nesta criação. Portanto, quero pedir desculpas antecipadamente aos leitores, que podem parecer um certo volume deste material. Eu simplesmente não sabia escrever de outra maneira.
Gênesis
Estou certo de que a humanidade algum dia poderá chegar a uma solução unificada para a transferência de energia, mas até agora estamos em um zoológico de vários padrões. Sim, o USB-C Power Delivery ainda não é tão onipresente na tecnologia portátil quanto gostaríamos, mas não será uma panacéia para os mais avançados.
Eu queria uma fonte de e-mail verdadeiramente universal e flexível. energia Para que os profissionais de sua área possam encontrar uma ferramenta confiável e mais versátil para suas tarefas. Tornar possível viajar para transportar qualquer equipamento sem se preocupar, às vezes, com sua súbita e triste transformação em carga morta e ao mesmo tempo ser flexível em termos de peso / capacidade. Em casa, em cima da mesa, parecia um PSU de laboratório. E, em geral, no trabalho e na vida cotidiana não decepcionou. No entanto, por algum motivo, um dispositivo tão óbvio não estava à venda. Com uma exceção, intitulada: "Vampiro". Gostei do conceito e da abordagem, mas suas características, ou seja, poder, claramente não eram suficientes.
Com o tempo, continuei a "fazenda coletiva" várias decisões, conforme necessário. Essa situação já estava começando a ficar entediada. Ao longo de todos esses anos, formou-se uma compreensão muito clara do conceito do dispositivo desejado e uma "massa crítica" de motivação se acumulou para seguir você mesmo! Eu admito, acabou sendo muito longo e ainda não terminou.
Se o conceito de complexidade não tivesse a palavra, então, com a base e o circuito dos componentes, tudo não era tão simples. Era necessário determinar exatamente o que se tornaria a base não apenas para esta versão, mas também de possíveis variações subseqüentes. Em busca da solução mais equilibrada, vários protótipos foram projetados e fabricados, nos quais conduzi todos os experimentos concebíveis e impensáveis. Francamente, não perdi tempo nesta fase. Obviamente, como ele escreveu na introdução, isso merece um artigo separado. O resultado de todas essas iterações é o que é mostrado na foto acima e abaixo. Em geral, estou satisfeito!
Conceito
Este é um armazenamento de energia universal programável com dois inversores de alta eficiência na entrada e na saída. Tudo isso é gerenciado por um aplicativo móvel, bem como por um aplicativo em um PC. Tranquilize imediatamente os oponentes dessa abordagem. Existe uma função conveniente para salvar predefinições no dispositivo com configuração através do aplicativo, trabalho subsequente com o qual é realizado com um único botão e já sem aplicativos. Na versão básica, ele pode acumular cerca de 45 W * h de energia na forma de 4 células do tipo 18650. Muitos podem notar uma capacidade não tão alta da bateria interna, mas esse é o preço para tamanho e peso adequados. De uma forma ou de outra, devido ao conector especial, você tem a flexibilidade de aumentar a capacidade de unidades externas ou de baterias do mesmo tipo. A potência de saída não é limitada e, por um curto período, pode exceder significativamente 100 W, 50-75 W contínuos, dependendo da temperatura. Nas extremidades dos dois lados estão os conectores mais comuns para conectar tudo e qualquer coisa.
Com o tempo, desejo acessar uma API aberta e permitir que você troque não apenas as baterias internas, mas também alguns componentes;)
TTX:
- Saída: 3 - 25 V / 0,01 - 10 A / 50-100 W, dependendo da temperatura
- Entrada: 4,5 - 25 V, MRI
- Capacidade: ~ 45-50 W * h (13600 mAh) na forma de 4 x 18650 elementos
- Eficiência de cada conversor 90-96%
- Trabalhe no modo de carregamento (por tipo de UPS)
- Capacidade hipotética de aumentar infinitamente a capacidade
- Bluetooth LE e microUSB para controle de um telefone para Android / iOS e PC
- Suporte de carga rápida para entrada microUSB
- Suporte para carregamento acelerado para Apple e outras saídas
- Dimensões: 133x84x31 mm
- Peso: 300 gramas
Concept.Accent
Inicialmente, o objetivo principal era eficiência. Tudo dependia dela. Quanta energia pode ser obtida na saída antes do superaquecimento começar. Quanta energia preciosa será perdida no calor quando convertida para as condições do acampamento, onde cada grama da bateria conta e, é claro, afeta seu tamanho. Juntamente com a eficiência, é dada muita atenção às ninharias, porque elas determinam a qualidade de uso do dispositivo. Igualmente importante foi a alta precisão dos valores de saída, que também não foi perdida.
Obviamente, apesar de sua excelente interface miserável TTX, ela pode estragar instantaneamente a "usabilidade" de todas as funções. Percebendo isso, eu também me concentrei nesse momento, como costumava estar no hardware sem olhar para trás na época.
Concept.Design
Aqui não sei dizer exatamente como usá-lo, apenas a fuga de seus pensamentos e necessidades determinará seu lugar na sua vida. É mais fácil dar alguns exemplos.
Vamos imaginar que você é um cinegrafista. A videografia é um negócio que consome muita energia e você não recebe baterias regulares suficientes para a câmera. Você pode comprar uma unidade portátil de marca cara, que, lembre-se, geralmente consiste em baterias e / ou plugues comuns em uma tomada. E você pode comprar um adaptador de bateria padrão barato com um fio Ali e conectar ao meu dispositivo! Mesmo as baterias embutidas no dispositivo terão 3-4 vezes mais capacidade do que uma bateria original típica, mas essa não é a força. Você pode colocar o dispositivo no cinto junto com baterias externas adicionais (ou jogá-lo em uma mochila). Nesse caso, o suprimento de energia será realmente enorme.
Na natureza, ao conectar uma bateria solar, você pode carregar baterias de um drone ou mesmo de um carro, alimentar um laptop com ele e carregar o telefone. A energia excessiva cobrará simultaneamente o próprio dispositivo para o futuro. Se você o deixou e o sol se pôs, ele continuará fornecendo energia a seu equipamento a partir de "reservas próprias", trabalhando como UPS. Os perfis incorporados no aplicativo simplificam o carregamento direto das baterias.
Em casa, na área de trabalho, ele se tornará seu fiel assistente em suas aspirações de bricolage, devido à alta potência e precisão dos valores de saída. O software para um computador, além das funções básicas de gerenciamento e monitoramento, permitirá que você escreva até scripts.
Em processos diários onipresentes, será um Powerbank indispensável e muito confiável. Seu poder é suficiente para carregar laptops, câmeras, telefones, tablets, etc.
Conectores
Todos os conectores estão agrupados, recebendo por um lado e fornecendo energia no lado oposto. Para o grupo host, você pode conectar-se à tomada, conectar fontes de alimentação de um laptop, PSU de um computador (cabo de alimentação da CPU), outras baterias, painéis solares, um gerador DC de bicicleta, gerador termoelétrico, apenas carregar de um telefone, etc. Consequentemente, tudo o que você carregará e ligará está conectado às saídas - consumidores.
Cada conector não faz sentido descrever, eles são idênticos, tanto na entrada quanto na saída. Alguns pontos ainda precisam ser esclarecidos, a saber, os blocos de terminais integrados são escolhidos para menos confusão com a polaridade, onde “+” está localizado no centro e “-” nas laterais. Dois conectores DC redondos na saída têm espessuras diferentes do pino central (2,1 e 2,5 mm). Note-se também que dois microUSBs na entrada têm suporte para o Quick Charge, mas dois USBs na saída não estão mais lá, mas suportam o carregamento acelerado para equipamentos da Apple e de outros fabricantes. É provável que o Quick Charge seja adicionado atualizando o firmware posteriormente, como outras tecnologias de carregamento rápido, mas ainda não. Todos os conectores são protegidos da polaridade reversa, em outras palavras, caso você confunda o mais com o menos. Aqui está a lista de conectores:
- DC redondo 5.5x2.1 / 2.5 mm
- Terminais de encaixe para fios desencapados
- Duas entradas microUSB com QuickCharge
- Duas saídas USB (Apple 2.4 A, carregamento por bateria USB )
- Molex 4 pinos - como alimentar a CPU na placa-mãe. Você sempre pode encontrar esse fio da ATX PSU queimada. Achei simples e confiável.
Conectores Molex Especial
Uma exceção aos conectores de entrada é um Molex. No caso de uso básico, esse conector foi projetado para conectar baterias externas ou o mesmo tipo de bateria em um número ilimitado. No entanto, no próximo artigo, pretendo revelar todos os recursos técnicos do dispositivo, e você entenderá o quão versátil e versátil esse conector é, e o desenvolvimento adicional da interface atualizará sua funcionalidade.
Interface
Como sugeri no dispositivo acima, apenas dois botões e três LEDs são responsáveis por indicar o status geral ou a predefinição atualmente selecionada. Se um botão é responsável por funções e predefinições gerais, o segundo para parada de emergência.
Há um pouco mais de opções para usar o dispositivo do que apenas muitas e é impossível prever tudo. Era lógico implementar a lógica básica do trabalho e a interface de interação com o dispositivo no nível do software. Assim, pretendo continuar melhorando a interface e os algoritmos no futuro, adicionando novas funções atualizando o software. Sim, e você deve entender que alguns exigem a maneira mais simples e acessível de interagir, enquanto outros precisam de recursos avançados profissionais. Tudo isso é fácil de fazer no aplicativo.
Detestaria sair desta seção sem uma descrição detalhada da interface, do dispositivo móvel e do aplicativo para PC. Como há confiança e um pouco de orgulho por ter uma interface funcionalmente única e não menos universal sem frescuras, o que é ideal para a maioria dos cenários de aplicativos. Mas não há desejo de transformar esta seção em uma instrução monótona. Ainda assim, não posso dar uma descrição muito breve.
Iniciando o aplicativo, você acessa a tela principal, na qual é possível manipular os três principais valores: tensão (U), corrente (I) e potência (P). Observe que U é enfatizado na tela, o que significa que a tensão atualmente é a tensão alvo, ou seja, Ao configurá-lo, o dispositivo suportará a tensão de saída definida. Também com corrente e potência. Se, além do valor desejado, você definir os outros dois, eles serão o limite superior, o limite.
Deixe-me dar um exemplo: você tem um laptop associado a cor vermelha (por exemplo, possui elementos de design feitos de vermelho). Você precisa deslizar para a próxima tela, que parece exatamente a mesma, mas decorada não em verde, mas em vermelho, que corresponde à cor do LED no dispositivo, que por sua vez é responsável por essa predefinição. Nele, você rolar a tensão para a desejada, por exemplo, 19,5 V. É isso. Você pode aplicar imediatamente o que liga o dispositivo ou simplesmente fechar, que o salva automaticamente como uma predefinição vermelha. Quando você precisar carregar, apenas pressionando um botão, selecione uma predefinição correspondente ao LED vermelho sem a participação do telefone.
Desenvolvimento adicional
Desde que eu coloquei o design modular não apenas do ferro, mas também do software, isso me permitirá fazer pelo menos algumas variações. Definitivamente, haverá uma variação no USB-C Power Delivery. Eu realmente quero fazer uma versão compacta sem baterias, como uma alternativa barata a uma fonte de alimentação de laboratório com a capacidade de programar, possivelmente mesmo em um layout de várias fases / canais múltiplos. Com base no quadro existente, obviamente, será prof. revisão com aumento de potência e tensão de até 36 V, sem considerar o custo.
Por enquanto é tudo. Espero que tenham gostado!
Quero expressar meus agradecimentos especiais pelas recomendações intransigentes e urgentes ao escrever este artigo
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