Зарядное устройство с питанием от солнца для мобильного телефона

Charles Wenzel

Для зарядки 6-вольтового NiCd аккумулятора в этом небольшом устройстве используется миниатюрная 3-вольтовая солнечная батарея. От аккумулятора, в свою очередь, можно заряжать многие модели сотовых телефонов и других портативных устройств. Схема преобразует солнечную энергию в импульсный ток для капельного подзаряда аккумулятора. Подгружая солнечную батарею, преобразователь поддерживает на ее выходе потенциал на уровне около 1.5 В. КПД схемы, равный 70% при токе солнечной батареи 100 мА, падает до 30% при снижении тока до 25 мА. Это нельзя назвать высокой эффективностью, однако простота и дешевизна схемы, а также отсутствие в ней экзотических элементов оправдывает ее применение в данном устройстве.

Замечание:
Эта схема предназначена для заряда аккумулятора от источника с более низким напряжением. Не используйте ее для заряда аккумуляторов с тем же, или более низким напряжением, чем генерирует солнечная панель. Для правильной работы схемы обязательно необходим аккумулятор. Разные модели мобильных телефонов предъявляют разные требования к заряду, и, возможно, данное устройство не сможет работать со всеми телефонами без исключения. 

Принцип работы

Когда напряжение на эмиттере Q1 слегка превысит 1.5 В, оба транзистора, охваченных положительной обратной связью через резистор R5 и конденсатор С2, быстро откроются. Протекающий через транзистор Q2 ток дросселя L1 начнет возрастать, а напряжение на солнечной батарее, соответственно, падать. При падении напряжения ниже 1.5. В, оба транзистора выключаются, напряжение на коллекторе Q2, скачком увеличившись, открывает диод D1, и дроссель начинает отдавать ток в аккумулятор. Как только дроссель разрядится, процесс повторится снова. Схема может выдавать более высокое напряжение без каких-либо доработок, поскольку индуктивные выбросы напряжения на дросселе при выключении транзисторов достаточно велики. По этой причине, преобразователь не должен функционировать без аккумулятора, который ограничивает импульсы на уровне собственного напряжения. Можно взять и 12-вольтовый аккумулятор, при этом номинал резистора R5 необходимо увеличить вдвое. Автор остановился на никель-кадмиевых аккумуляторах, которые хорошо переносят перезаряд, преобразуя избыточный зарядный ток в тепло.

Взятая от аккумуляторного ландшафтного светильника солнечная панель, при ярком свете имеет напряжение холостого хода 3 В и максимальный выходной ток 100 мА. Хотя схема может работать и при больших токах, не следует применять солнечные батареи с выходным током более 250 мА. Дроссель должен иметь низкое сопротивление обмотки и наматывается на ферритовом сердечнике, выбор которого достаточно некритичен. Свой дроссель автор сделал из куска ферритовой антенны, что позволило без труда разместить его в ограниченном объеме корпуса устройства. Другой дроссель состоял из 10 витков, намотанных на ферритовом кольце длинной 25 мм и диаметром 12 мм, применяемом в фильтрах сетевых проводов, и также работал вполне нормально. Индуктивность дросселя некритична и может быть в диапазоне от 40 до 300 мкГн. При этом, период повторения импульсов на коллекторе Q2 составляет несколько десятков микросекунд. Период переключения описываемого устройства порядка 40 мкс, а дроссель имеет индуктивность около 50 мкГн.

Для подбора дросселя и других компонентов схемы необходимо заменить никель-кадмиевый аккумулятор стабилитронами с соответствующим напряжением стабилизации, а вместо солнечной батареи использовать 3-вольтовый блок питания с последовательным резистором около 22 Ом для имитации умеренного солнечного света. Измерьте ток через стабилитроны и рассчитайте мощность (ток умножается на напряжение стабилизации), а также мощность потребления устройства (3 В умножить на ток потребления). Если мощность, рассеиваемая на стабилитроне, составляет более половины мощности, потребляемой от блока питания, дроссель подходит для применения в схеме.

Обязательно установите предохранитель на одну из клемм аккумулятора, так как при коротком замыкании он может быть источником больших токов. На фото виден маленький зеленый предохранитель, расположенный вдоль нижнего края аккумулятора.

Зарядное устройство прекрасно работает! Автор просто оставляет его на торпеде автомобиля, а затем заряжает телефон. С несколькими моделями Nokia устройство работало без каких-либо проблем. Это оказалось удобнее, чем адаптер, подключаемый к прикуривателю, так как зарядное устройство можно носить вместе с телефоном, а после зарядки оно перестает нуждаться в солнечном свете и может служить дополнительным источником питания телефона в долгой поездке. Мобильные телефоны заряжаются довольно быстро, и автор подумывает об увеличении сопротивления выходного термистора, так как считает, что быстрая зарядка вредит аккумуляторам телефонов.