Construyendo un cargador USB para acampar

Estaba buscando construir un cargador USB alimentado por batería para acampar. Se me ocurrió que los cargadores para automóviles están preconstruidos y funcionan con 12 V. Si hiciera un paquete de baterías con 8 baterías de 1,5 V en serie y las conectara a la electrónica de un cargador USB para automóvil, ¿funcionaría como un simple, barato y solución efectiva?

¿También puedo calcular las cargas del paquete sumando los mAh de las 8 baterías y dividiendo por los mAh de la unidad a cargar o la eficiencia del dispositivo no es despreciable?

Geesh, si vas a acampar, deja el teléfono, el reproductor de MP3, la tableta, el gameboy y todas esas otras tonterías en casa ¡ya! ¿También vas a recibir pizza cuando tengas hambre?
No estoy seguro del autor original, pero vamos a "Car Camping" para ahorrar el costo de una habitación de hotel. Con los teléfonos inteligentes y la mayoría de los parques de casas rodantes que tienen WiFi gratis, es útil tener una forma de cargar un teléfono por la noche.

Respuestas (4)

Puede usar convertidores comerciales existentes de 12 V a USB (= 12 V a 5 V efectivamente) o CUALQUIER convertidor de "X" voltios a USB ya disponible.

Algunas unidades USB de 12v usan un regulador lineal, por lo que tienen una eficiencia de 5V/12V ~= 40% :-(.
Muchas usan algún tipo de regulador de conmutación.
Por lo general, tienen una eficiencia de alrededor del 80 - 85%, pero también es posible más o menos. I he visto algunos que usan el venerable MC34063 , y hay muchas otras opciones.

Energía desperdiciada:

Al 80% desperdicias el 20% de la energía.
Con un 40 % (véase más arriba), se desperdicia un 60 %.
Entonces, un SMP no demasiado eficiente desperdicia 3 veces menos energía que un regulador lineal.

Entrada de alimentación

Para 1 unidad de potencia de salida (digamos 1 vatio)
, una unidad con una eficiencia del 40 % necesita 1 W/0,40 = 2,5 vatios.
Una unidad con una eficiencia del 80 % necesita 1 W/0,8 = 1,25 W.
Por lo tanto, un regulador lineal necesita 2,5/1,25 = el doble de potencia

Tenga en cuenta que la potencia necesaria y la energía desperdiciada están relacionadas pero no en la misma proporción entre los suministros lineales y smps.

Si desea intentar hacerlo usted mismo, el venerable MC34063 no es tan eficiente como algunos circuitos integrados modernos, pero está razonablemente cerca y es económico y muy flexible.
Ejemplos de bricolaje MC34063 al final.

Batería de ácido de plomo: si tiene control total sobre el diseño, una buena opción puede ser una celda de gel de ácido lad sellada de 6V. Estos dan buena energía por $ y pueden durar bastante bien si se tratan bien.
Incluso con un regulador lineal, una batería de 6V dará una eficiencia de 5V/6V ~= 83%, por lo que puede hacerlo mejor con un smps, pero no mucho en muchos casos.
por ejemplo, un smps con una eficiencia del 90 % utiliza 83/90 =!~ un 8 % menos de potencia que un suministro lineal de 6 V. A medida que el voltaje cae por debajo de 6 V, aumenta la eficiencia del regulador lineal.
Para usar una batería de 6 V para una salida de 5 V, necesita un regulador de caída baja baja baja. Esto se puede lograr con un MOSFET de canal P y una sección opamp.

Voltaje de descarga de ácido de plomo: Las siguientes curvas son solo indicativas de los voltajes que se esperan de una batería de ácido de plomo. Estos eran para una marca de celdas grandes de descarga profunda y las celdas pequeñas de gel serán diferentes PERO da una idea de lo que se puede esperar. Si usa una batería de 6V 7Ah, entonces si la salida USB es 1A (= cargue una batería de teléfono celular de 1000 mAh a la tasa máxima permitida. Entonces la tasa de descarga máxima de 1A = 1A/7 Ah = C/7.
Voltaje de punto final para una batería de 6V la batería sería ~= 5,25 V = suficiente.
Si carga EyeFones o EyePadz con capacidades de batería de aproximadamente 1600 mAh o incluso 3000 mAh, entonces puede tener un pico de 1,6 A y 3 A. Incluso 3 A es 3 A/7 Ah ~= C/2,5.
A C/2,5, el voltaje de la batería sería de aproximadamente 10,5 V a aproximadamente el 70 % de la capacidad utilizada; sigue siendo muy útil y ayuda a que la vida útil no se descargue profundamente.
Con 3 Ah de una batería de 7 Ah, teóricamente podría cargar 2 baterías de 3 Ah. O quizás 5 o 6 baterías de celular de 1000 mAh.

Para el ácido de plomo, la marca de la batería es importante. Yuasa son excelentes y en realidad tienen varios grados destinados a diferentes usos y rangos de precios y hay buenos datos disponibles.
Panasonic son buenos. Casi todo lo que hace Panasonic es bueno :-) (no tengo ninguna relación con ellos). Algunos otros son buenos, pero las baterías baratas pueden ser muy malas. O no.

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MC34063: Hoja de datos y guía de aplicación {otra vez}

El siguiente ejemplo es 25 V de entrada, 5 V 500 mA de salida. Tomaría 12 V tal como está, excepto que reduciría a la mitad Rsc y garantizaría un tamaño de núcleo adecuado para el inductor. La eficiencia de ~84% puede ser ligeramente inferior a 12 V.
¡Cuente las partes externas!.
Si bien puede haber muy pocos más que en algunos diseños minimalistas, el mismo IC puede hacer Boost, buck boost y cualquier otra cosa que se desee.

Diseños de PCB: consulte la hoja de datos para conocer los circuitos de impulso e inversión.

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Gracias. Te daría un voto a favor, pero soy nuevo :( Has confirmado mi sospecha de que un cargador USB para encendedor de cigarrillos no sería eficiente. Sin embargo, no sé casi nada sobre electrónica, así que la mayor parte de esto se me pasó por la cabeza. Solo para confirmar: ¿Funcionará soldar baterías de 8 celdas C en serie a un cargador USB de encendedor de cigarrillos?
@Lunix: no dije que los cargadores de encendedor NO son malos, solo que algunos lo son: es decir, "Algunas unidades USB de 12v usan un regulador lineal, por lo que tienen una eficiencia de 5V / 12V ~ = 40% :-(. Muchos usan alguna forma del regulador de conmutación".
El plomo-ácido es la opción más pesada posible para llevar en una mochila.
@Vorac: puede obtener baterías más pesadas si lo desea :-) (NiFe, ...) pero el ácido de plomo probablemente sea tolerable. Como dijo acampar y no ir de excursión (o caminar o ir de mochilero), asumiría que el peso y el tamaño son importantes pero no cruciales. Una batería de 6V 7Ah, por ejemplo, no sería una imposición total a menos que la caminata sea una pluma ocho, y con una capacidad de energía de aproximadamente 40 vatios por hora sería inmensamente útil. Una batería de 40 Wh convertida a 5 V puede ser muy eficiente. Incluso con un regulador lineal, la eficiencia del caso de trabajo para 5 V de salida a 6 V de entrada = 5/6 = 83 %. Entonces, 40 Wh dan aproximadamente 30 Wh en USB de 5 V o 6 Ah = 3+ x carga de iPhone.
Solo quiero dejar explícitamente claro que plomo-ácido -> barato, seguro. Polímero de litio -> ligero . También este sitio . Aparte de eso, encuentro su respuesta excelente y muy práctica.
Gracias a todos. Este intercambio fue muy útil para responder a esta pregunta. El hecho de que el convertidor USB para automóvil con un chip Buck Converter haga el truco con una eficiencia justa me ahorrará una gran cantidad de tiempo y dinero, sin afectar mis escasas habilidades de diseño de circuitos.
Para el adaptador USB de 12 voltios a 5 voltios del encendedor de cigarrillos, si la corriente que entra y sale es aproximadamente la misma, entonces es una solución lineal (alrededor del 40% de eficiencia), y si la corriente que sale es aproximadamente la mitad de lo que está entrando, entonces es un convertidor reductor (alrededor del 80% de eficiencia).
@MicroservicesOnDDD Su comentario es correcto Y coincide con lo que dije en mi respuesta y comentario.
Si dupliqué parte de tu respuesta, te pido disculpas. Solo tenía la intención de brindarle al usuario menos experimentado de este sitio una forma de probar si tienen un adaptador lineal o un adaptador de conmutación, ya sea con la misma corriente o con la mitad de la corriente, y quería conectar esa información a los porcentajes que nombraste en su respuesta... para conectar los puntos para ellos, por así decirlo. Me disculpo si di una impresión equivocada, ya que soy un gran admirador de su trabajo en China, su RSG, y aspiro a hacer algo similar, con suerte, pronto. Gracias por su tiempo, señor. Sin embargo, si dijiste media corriente, no puedo encontrarlo. ¿Está ahí?
@MicroservicesOnDDD Lo siento si eso pareció duro. Me preguntaba cuál era tu punto, que has explicado. Y - tiene pleno derecho a hacer cualquier comentario que desee :-). | Tienes razón en que no dije "la mitad de corriente" en esas palabras. Lo insinué pero no lo "especifiqué". Para la conversión lineal de 12V a 5V, obtienes 5/12 de energía y la misma corriente, que es de lo que tratan mis párrafos iniciales, pero asumí que la gente vería que lineal implicaría "la misma corriente". De hecho, decirlo es, de hecho, más claro, como dices.

Si va a acampar en un automóvil, le recomendaría obtener un panel solar para cargar la batería de su automóvil.

Si estuviera hablando de pilas alcalinas C, le recomendaría 10 pilas AA de NiMH. Más ligero, aproximadamente de la misma capacidad y funciona a 1,2 V relativamente constante. Rango de voltaje de 12-14 V (NiMH) frente a 10-12 V (alcalino).

Hoy en día también puede buscar cargadores USB LiIon que son más livianos que NiMH. ¡La mayoría también se puede cargar con un panel solar!

+1 para los puntos de inicio de investigación importantes: "carga flotante", "los cargadores USB LiIon son más livianos".

Puede hacer cargas USB con muchos tipos diferentes de baterías. Puede usar voltajes más altos que el voltaje USB y luego regularlos hasta el nivel USB. Incluso puede usar voltajes inferiores a 5 voltios y usar un convertidor elevador de CC a CC para elevarlo a un nivel utilizable.

Para calcular cuánto tiempo su dispositivo puede cargar algo, necesita encontrar el consumo actual del dispositivo y la capacidad de la batería. La mayoría de las baterías tendrán una clasificación de mAH (miliamperios hora). Si tiene un dispositivo que usa 500 mA (la corriente más alta que puede emitir un puerto USB estándar) y una batería que tiene una capacidad de 1000 mAH, puede cargar este dispositivo durante aproximadamente 2 horas.

Este tipo de dispositivo es un proyecto de bricolaje popular y existe mucha documentación. Para una variante realmente famosa, echa un vistazo a Minty Boost de Adafruit . Viene con documentación completa y lista de piezas.

Por cierto, si está usando baterías, asegúrese de usar un regulador de conmutación si no desea que casi el 50 % de la energía de sus baterías se desperdicie por el calor.
¿La electrónica del cargador USB del encendedor de cigarrillos no eliminará la necesidad de la parte de bricolaje más complicada que siento que todavía no estoy del todo preparada porque acabo de aprender a soldar?

Resulta que los reguladores reductores de 12-24 V a 5 V CC-CC sellados y resistentes a la intemperie son bastante baratos en estos días y pueden manejar suficiente corriente para alimentar 5 tomas USB de 2 A. ¡Pulcro!

Sí. Amazon y Ebay son buenas opciones para los Estados Unidos. Para Europa, buscaría en los sitios chinos con entrega gratuita, por ejemplo, dx.com.
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