يزودنا هذا الشاحن بـ 5 فولط، ويتميز بانه بسيط، صغير وخفيف الوزن يستخدم في حالات لا يتوفر فيها شاحن، ويستخدم مع الاجهزة التي يمكن شحنها عن طريق مقبس USB، مثل اجهزة mp3، بعض الكاميرات او مع الهواتف الخلوية الحديثة.

بعد دراسة عدة انواع من منظمات الجهد التي تزودنا بـ 5 فولط تبين انها تهدر كمية لا بأس بها من الطاقة على شكل حرارة في المقاومة الداخلية للمصدر او كتيار تنظيم لمنظمات الجهد، الامر الذي يؤثر على احد اهداف اي مشروع ألا وهو الجدوى الاقتصادية. لنأخذ مثالاً للتوضيح:

بطارية 9 فولط و منظم جهد 7805 الذي لا تصل كفاءته لأكثر من 72%، هو نظام شهير للحصول على 5 فولط، ولكن الكثير من المشاكل تحيط بالنظام ابرزها:

·       بطارية 9 فولط حسب التجارب ليس لديها الكثير من التيار لكل ساعة تشغيل (500 ميليأمبير/ ساعة) وبالتالي نهاية سريعة للبطارية.

·       المقاومة الداخلية عالية لبطارية ذات الجهد 9 فولط (أي حوالي 2 أوم ) مقارنة بالبطاريات الأخرى. فلو فرضنا ان النطام يزود الحمل 250 ميليأمبير فإن الجهد الكهربائي المفقود في المقاومة سيكون 0.5 فولط.

·       المنظم 7805 عبارة عن منظم خطي، وهذا يعني أنه إذا وضعت حملا يحتاج 100 ميليـأمبير من 5 فولط سيسحب 100 ميليأمبير من 9 فولط، وبالتالي هناك 4 فولط بتيار 100 ميليـأمبير تضيع كحرارة في المنظم (0.4 واط).

إن بطاريتين 1.5 فولط (3 فولط في المجموع)، على خلاف بطارية 9 فولط فهما ارخص سعراً وأعلى طاقة حيث تصل الى ضعف طاقة بطارية 9 فولط. وذلك لأن مقدار التيار لكل ساعة تشغيل عالي نسبيا (500 ميليأمبير/ساعة)، إلا انه لا يمكن استخدام المنظمات الخطية معها لتزودنا بـ 5 فولط، ومن هنا جاءت فكرة المشروع الذي يعمل على مبدأ محول الدفعة. حيث أنه عن طريق 3 فولط (بطاريتين) يمكن ان نحصل على 5 فولط، والذي تصل كفائته الى 85% تقريبا في ما يتعلق بالطاقة المستغلة.

في هذا المقال سنقوم بشرح تفصيلي للشاحن بداية من اختيار القالب وتصميم البطاقة الإليكترونية مرورا بتجميع القطع الى ان نصل الى الشكل النهائي للمشروع.

مكونات نطام محول الدفعة

1.    محث.

2.    صمام ثنائي من نوع شوتكي.

3.    حمل خارجي (مثل جهاز iPod).

4.    مكثف على الخارج لتنعيم اشارة الخرج.

5.    جهد الدارة وهو عبارة عن بطارياتي المدخل.

6.    مفتاح يتحكم به اوتوماتيكيا عن طريق دارة تحكم (ويكافئ المتكاملة MAX756).

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

منظم كهربائي (تيار مستمر – تيار مستمر)

Step-up DC-DC Switching Regulators

1

مقبس المنظم

Regulator socket

Socket de Regulateur

1

صمام ثنائي نوع (شوتكي)

Schottky diode

1

المكثف

Capacitor

Condensateur

2

2

المحث

Inductor

Bobine

1

مقبسUSB

USB socket

1

حاملة بطاريات

Battery holder

Support de batterie

1

بطارية

Battery

Batterie

2

بعض الادوات اللازمة

1.     قصدير لحام 60\40، ويجب اختيار نوعية جيدة حيث ان النوعية السيئة تسبب انسداد ثقوب اللحام وتبردها وكله يؤدي الى صعوبة في اللحام.

2.     ملتيميتر او راسم الاشارة، ويستخدم لفحص الفولطية والتوصيل. 

3.     كاوي اللحام او مسدس اللحام بنوعيه الحراري او العادي، ويفضل الحراري لان فيه متحكم بدرجة الحرارة ومرفقات تحسن عملبة اللحام .

4.     اداة ازالة اللحام بنوعيها انبوب الشفط وجديلة النحاس، وتستخدم لازالة قصدير اللحام من الثقوب في حالات اللحام الخاطئ.

5.     اليد الثالثة بالاضافة الى مكبر، ليست ضرورية جدا لكنها تسرع وتسهل تركيب الدارة.

6.     قطاعة اسلاك، لقطع الاسلاك القريبة من البطاقة الإليكترونية، ولتعرية الاسلاك لغايات اللحام.

7.     الإضاءة الجيدة، مهمة اكثر من المتوقع.

فكرة جيدة ان تختار القالب قبل كل شئ لان ذلك يمنحك خيارات اوسع في التصميم. يمكنك اختيار اي قالب مناسب (بلاستيك، المنيوم ... الخ)، ويفضل الالمنيوم لخفة وزنة وسهولة فتح ثقوب تناسب القطع الطرفية، يراعى في اختيار القالب ان يتسع لكل من البطاريتين وحاملة البطاريتين وكذلك الدارة الكهربائية.

مرحلة توزيع النظام ضمن القالب: مرحلة مهمة وهي تعطي تصور اولي لكيفية توزيع القطع داخل القالب، بداية نختار حاملة للبطاريات تناسب القالب الموجود، ثم نضعهم في القالب. ثانيا نقوم بقياس المساحة المتبقية في القالب لغاية تصميم الدارة الكهربائية للمشروع.

سنتعامل مع عملية طباعة الدارات الكهربائية على صفائح نحاسية من أجل تشكيل البطاقة الإليكترونية النهائية. إذا كنت لا تعرف في هذه العملية شيئا فيمكن إلقاء نظرة خاطفة على:

• الشرائح الإليكترونية 1
  
• الشرائح الإليكترونية 2
  
• تحويل الدارات إلى بطاقات إليكترونية
  

 

الدارة الكهربائية العامة للشاحن هي كالتالي:

حسب المساحة المقاسة في المرحلة السابقة نصمم الدارة الالكترونية باستخدام برنامج مناسب مع مراعاة ان تكون وصلة USB وثقوب تغذية الدارة طرفية تناسب القالب. او يمكن استخدام المخططات التالية.

يمكنك تحميل تصميم البطاقة تم تنفيذها بواسطة البرنامج Eagle.

قم بفتح البرنامج واستخراج صورة البطاقة لطبعاتها على ورق:

5Vboostproto.sch

5Vboostproto.brd

ملاحظة: إذ لم تفهم كيف فقم بترك تعليق أسفل المقال.

لطبع البطاقة على لوحة، فلا بد وأن ترجع إلى ما أشرنا له في "لا بد من قرائته".

قبل البدء بتصميم الدارة كبطاقة إليكترونية يفضل طباعة المخطط على ورقة وتجميع القطع عليه لاختبار هل هو مناسب للقالب أم لا وكذلك لإجراء أي تعديلات عليه.

لحساب كفاءة الجهاز نقوم بالتالي:

نضع حملا ذا مقاومة محددة على المخرج (يمكن ان يكون الجهاز المطلوب شحنه) ونقوم بالتالي:

·       قياس جهد المدخل: مثال من الجدول (3 فولط).

·       قياس تيار المدخل:مثال من الجدول (200 ميليأمبير).

·       قياس فولطية المخرج: مثال من الجدول (5.01 فولط).

·       حساب تيار المخرج: عن طريق قسمة الجهد الكهربائي للمخرج على مقاومة الحمل ( قانون اوم).

·       حساب الكفاءة باستخدام القانون:

الكفاءة =(فولطية المخرج×تيار المخرج)÷(فولطية المدخل×تيار المدخل)=83%

ملاحظة: كلمة فولطية تعني الجهد الكهربائي.

 يمكنك تحميل تصميم البطاقة تم تنفيذها بواسطة البرنامج Eagle. قم بفتح البرنامج واستخراج صورة البطاقة لطبعاتها على ورق:

5Vboostlbi.sch

5Vboostlbi.brd

الوجه العلوي

الوجه السفلي

1- ثبت البطاقة الإليكترونية بحمالة مناسبة (اليد الثالثة، ملزمة ...الخ )

2-  ابدء بوضع القطع الاصغر حجما في اماكنا ثم اثني احد الاطراف بزاوية 45درجة لتثبت في البطاقة الإليكترونية، او ثبتها باي طريقة تناسبك ( كل 3 قطع تلحم على حدا)

3- اقلب البطاقة الإليكترونية راسا على عقب (جهة اللحام) ثم الحم الاطراف من اخرها ثم قص الطول المتبقي باستخدام القطاعة.

4- كرر ذلك مع باقي القطع مراعيا التدرج بالحجم من الصغير الى الكبير لسهولة التجميع، اترك القطع الطرفية للاخر.

عند لحام في مقبس USB المقبس الطرفي، تأكد من وضع الكثير من قصدير اللحام في الثقوب الجانبية الكبيرة، وهي مهمة لتثبيت الوصلة حتى لا تنكسر. وبعد الانتهاء من تجميع جميع القطع قم بتوصيل اطراف التغذية الى مكانهاالمناسب وتاكد من القطبية الموجب مع الموجب والسالب مع السالب.

لحساب كفاءة الجهاز نقوم بالتالي:

نضع حملا (يمكن ان يكون الجهاز المطلوب شحنه) ذا مقاومة محددة على المخرج ونقوم بقياس  التالي:

·       قياس جهد المدخل: مثال من الجدول (2.5 فولط ).

·       قياس تيار المدخل:مثال من الجدول (640 ميليأمبير).

·       قياس فولطية المخرج: مثال من الجدول (4.68 فولط ).

·       حساب تيار المخرج: عن طريق قسمة الجهد الكهربائي للمخرج على مقاومة الحمل (قانون اوم) (234 ميليأمبير).

·       حساب الكفاءة باستخدام القانون:

الكفاءة = (فولطية المخرج × تيار المخرج)÷(فولطية المدخل × تيار المدخل)=68%

قبل تشغيل الجهاز لا بد من اجراء بعض الفحوصات للتأكد من سلامة التوصيلات:

فحص للتأكد من ان طرفي مصدر التغذية ليس بينهما قصر، لان القصر يؤدي الى انهاء عمر البطارية بشكل سريععند تشغيل الجهاز.

الرمز OL في اجهزة الفحص الرقمية تشير الى انه لا يوجد قصر بين نقطتي الفحص.

فحص للتأكد من ان طرفي خرج الدارة ليس بينهما قصر.

الرمز OL في اجهزة الفحص الرقمية تشير الى انه لا يوجد قصر بين نقطتي الفحص.

فحص الجهد الكهربائي لـكل من الدخل والخرج، بعد اجراء الفحصين السابقين وتركيب البطاريتين.

نقوم بتجهيز القالب وتهيئته ليناسب القطع الطرفية باستخدام مقص صاج   

يفضل وضع لاصق بوجهين لسببين:

·       عزل الدارة عن القالب وبالتالي لا يحدث قصر في الدارة

·       تثبيت الدارة ضمن القالب بحيث لا تتحرك

نقوم بالتجميع النهائي للدارة ثم نضع البطاريات لكي تصبح الدارة جاهزة للاستخدام.

ملاحظة 1: كفاءة الاصدار الثاني افضل من كفاءة الاصدار الاول.

ملاحظة 2: يمكن تغيير مقبس USB بمقبس من نوع آخر يلائم أجهزة اخرى تحتاج نفس جهد الشحن، مع مراعاة توصيل القطبية بشكل سليم.