شاحن USB

شاحن USB

image001

نقدم في هذا المقال وصفا لطريقة صنع جهاز شحن USB باستخدام بطاريتين من صنف1.5  فولط.


تقديم

 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.


إشكالية

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).

image002


الحل

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.

image003

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).


الأجزاء الرئيسية

image004 

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

منظم كهربائي (تيار مستمرتيار 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


الأدوات

 image005

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.


مرحلة اختيار القالب

 

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.


لا بد من قراءته

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:

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 1

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 2

اصنعها إليكترونيا – تحويل الدارات إلى بطاقات إليكترونية


الدارة الكهربائية

 

الدارة الكهربائية العامة للشاحن هي كالتالي:

 image006


الإصدار 1: بوجه واحد + محث DN2474

 

تصميم البطاقة

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.

image007

 

تركيب

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.

 

إمتحان كفاءة الإصدار الأول

 

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.

image008


الإصدار 2: بوجهين محث 18R223

 

تصميم البطاقة

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

5Vboostlbi.sch

5Vboostlbi.brd

image009

الوجه العلوي

الوجه السفلي

 

تركيب

 

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.

 

امتحان كفاءة الاصدار الثاني

 

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%

image010

 

امتحان عمل الجهاز سواءً الاصدار الاول او الثاني

 

 

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

image011

 

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.

image012

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.

image013

image014

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

image015

 

تركيب نهائي

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.

 image017

 image018

 image016


تأليف

 

تأليف: ladyada موقعها (http://www.ladyada.net)

ترجمة بتصرف: محمد صري (عمان - الأردن)

البريد الإليكتروني: عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

 

{jumi [*3]}


المراجع

 

http://www.instructables.com/id/MintyBoost!---Small-battery-powered-USB-charger/?ALLSTEPS

التعليقات   

 
ahmed damasy
0 # ahmed damasy 2015-07-09 19:53
كنت عايز نفس الدائرة بس الخرج بتاعها يكون 9 فولت لاني عايز احول سيارة بريموت كنترول من استهلاك 4 بطاريات 1.5 فولت ل بطاريات تشحن ( بطاريتين موبايل )
- كنت حابب اعرف ازاي اعمل حاجه زي كده
رد | رد مع اقتباس | اقتباس | تقرير إلى المدير
 
 
waad
0 # waad 2014-08-20 13:27
السلام عليكم اخي وبارك الله فيك عله هذا الشرح الوافي ز ولاكن لم افهم كيفية ربط

(تصميم البطاقة)
ممكن شرح اوضح ؟
رد | رد مع اقتباس | اقتباس | تقرير إلى المدير
 

أضف تعليق


كود امني
تحديث

المزيد في هذه الفئة :


Go to top