Thursday, 21 October 2010

Batteria / Dock mobile per Xperia X10 mini / X10 mini Pro


Ebbene, avevo anticipato in un post precedente che avrei portato avanti un progetto di questo tipo, ora andrò a descriverlo.
Si tratta di un oggetto semplice, pensato perché lo fosse; sia per realizzabilità sia per disponibilità dei componenti; ma non per questo lo troverete meno utile (quanto meno ci spero). Pensato per essere utilizzato preferibilmente per il SE X10 mini / X10 mini Pro, si presta bene ad essere usato anche con altri dispositivi.

Di seguito elenco i componenti che ci saranno necessari per la costruzione; in particolare il cuore del progetto LM2940CT-5 e poi:

  • una piastrina ramata singola faccia
  • x6 batterie ricaricabili Ni-MH da 1.2V (o simili)
  • resistore 5.6 Ω 1/4W
  • resistore 330 Ω 1/4W
  • resistore 1k Ω 1/4W
  • resistore 2.2k Ω 1/4W
  • transistor pnp BD138
  • transistor npn BD139
  • due fogli di pelle di dimensione A4

Lo schema del circuito è il seguente;

Fig. 01
 
Il componente fondamentale di questo circuito, come anticipato, è LM2940CT-5, un regolatore di tensione con la caratteristica, fondamentale nel nostro caso, di avere un basso dropout dell’ordine dei  0.5-0.4V. Questo significa che si può ottenere in uscita dalla serie delle 6 batterie ricaricabili i 5V tipici di una porta usb fino a che tutte le batterie non arriveranno alla scarica completa, cioè fino a che ogni singola batteria non raggiungerà i 0.9V partendo da 1.4-1.5V di tensione a piena carica e a vuoto (Fig. 02).

Fig. 02

Fig. 03

La soluzione di accoppiare al raddrizzatore un transistor pnp ha lo scopo di far fluire la corrente richiesta dal carico, separatamente sul transistor pnp e sul raddrizzatore, abbassando in questo modo il lavoro fatto da ciascuno dei due nel dissipare il calore che inevitabilmente viene prodotto durante la fase di conversione lineare. A proposito di ciò, per voler semplificare questo circuito la scelta è caduta su di un regolatore lineare. Quest'ultimo, proprio perché lineare, ha un’efficienza intorno al 60-70%, ma è più semplice (Fig. 04) da utilizzare di un circuito di tipo switching; sicuramente di maggior efficienza, anche se è da considerare lo switching preso in considerazione. Un circuito switching sarebbe risultato più complicato, questo perché bisogna far uso di induttori difficili da trovare o ancor peggio da realizzare.

Fig. 04

Fig. 05

La realizzazione su singola faccia (Fig. 05) vuole proprio seguire la stessa filosofia; tra l’altro il pcb ha una risoluzione accettabile sia da chi volesse svilupparlo con metodi fotolitografici sia con metodi più casalinghi che obbligano a una risoluzione contenuta. È presente solo un ponticello, che come si può vedere, si può realizzare direttamente dal lato del pcb.
Come detto, transistor pnp e regolatore si dividono la corrente in uscita, per cui ognuno non verrà attraversato da più di 250mA (qualche mA in più per il regolatore, se consideriamo che deve alimentarsi), e produrranno calore che innalzerà la temperatura da dissipare in uscita, ma questa non supererà i 47°C. Anche perché si è pensato di realizzare lato pcb una superficie di dissipazione (Fig. 05), che tramite un piccolo contatto metallico da saldare sul botton e da collegare (anche tramite pasta termico-conduttiva ) al lato metallico del regolatore e del transistor pnp, dissiperà il calore in eccesso mantenendo la temperatura sotto controllo (un sistema utile anche a supportare per tutto il tempo di scarica, l’efficienza di batterie e regolatore). Tutto ciò per aumentare, per quanto possibile, la compattezza del circuito che alla fine si ridurrà ad una scheda tipo bancomat.
Ultimo, ma non meno importante, è lo stadio di limitazione di corrente, responsabile dell’adattamento del carico in uscita. Questo stadio non è altro che un transistor npn collegato a collettore aperto, polarizzato in modo tale da fornire per l’appunto, un massimo di 500mA come corrente di uscita. Se il carico dovesse richiedere maggior corrente, semplicemente il transistor npn in questa configurazione ne fornirà di meno, ma manterrà stabili i 5V in uscita, per tutto il tempo di scarica delle batterie.
Questo permette di non superare le caratteristiche di progetto scelte per il circuito e di allungare la vita delle batterie, che tenuto conto di tutti gli accorgimenti presi in considerazione, si attesta a 12 ore come mantenimento in carica (quando il cellulare collegato ha batteria pari al 100%) e 2-3 ore nel caso di ricarica della batteria, ad esempio quando questa fosse intorno all’80% (Fig. 06).

Fig. 06

Insomma, se prima di navigare il rete, vi ricordate di collegarlo alla dock, supererete di certo la giornata ed eviterete di dover ricaricare o smettere d’aver il cellulare in rete solo perché volete risparmiare la vostra batteria per arrivare a fine giornata. Questo significa notifiche ed mail in push a tutto spiano e dire mai più al pannello di switch-off della rete inserito dalla SE sul nostro X10 mini!
Per carità molto utile, ma cosa ci fate con un android se non siete in rete?
Di seguito le immagini di progetto, quelle della cover in pelle e del suo montaggio. Segue il filmato di commento.





Qui potete scaricare lo schema.


P.S. 
Dimenticavo, per usarlo nello stato attuale, è necessario cortocircuitare i due ingressi centrali della porta installata (Fig. 04). In futuro verrà sviluppato un circuito di controllo per la protezione delle batterie da una scarica eccessiva. Alla prossima quindi.

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