Powerbank + ładowarka na 4 akumulatory w formacie 18650

W gruncie rzeczy urządzenie jest dostępne na rynku już od dłuższego czasu, ale w tym przypadku sprzedawane jest pod marką Tlife.
Urządzenie występuje w czterech wersjach: czarnej i białej, z akumulatorami w zestawie lub bez nich.
Do mnie trafiła wersja bez akumulatorów, ponieważ sklep ma pewne problemy z ich wysyłką.

Deklarowane parametry:
Możliwość wymiany akumulatorów
Wyświetlacz LCD
Sterowanie mikrokontrolerowe
Zabezpieczenie przed przeładowaniem
Zabezpieczenie przed zwarciem

Pojemność – 53,3 Wh
Wejście – 5 V, 1 A
Wyjście – 5 V, 1 A i 2 A
Samorozładowanie – 2 mAh na dobę.


W zestawie znajdują się:
1. Powerbank Tlife
2. Kabel USB-microUSB
3. Instrukcja


Instrukcja jest wprawdzie po angielsku, ale bardzo szczegółowa. Zresztą moim zdaniem z takim urządzeniem można sobie poradzić intuicyjnie.


Kabel USB-microUSB jest krótki, ma około 30 cm. Nie ma linii danych, więc kabel służy wyłącznie do ładowania. Wtyczki wchodzą bardzo ciasno.


Wspomniałem wyżej, że obudowa jest dostępna w dwóch kolorach. Wybrałem białą.
Wymiary: 130 × 83 × 25 mm. Moim zdaniem urządzenie jest dość duże.


Na spodzie znajduje się również nazwa sklepu Tmart, ponieważ urządzenia te są sprzedawane pod jego marką.


Pusta obudowa jest dość lekka i waży 116 g. Z akumulatorami będzie to około 300 g (4 akumulatory × 45 g).


Z przodu znajduje się wyświetlacz, i to matrycowy, co jest dość zaskakujące. Zwykle na ekranie są po prostu gotowe piktogramy. Podejrzewam, że ten wyświetlacz znacząco podniósł cenę urządzenia.
Z tyłu znajdują się złącza i przycisk zasilania.
1. Przycisk zasilania. Urządzenie potrafi włączać się automatycznie po podłączeniu obciążenia, ale czasem obciążenie nie jest w stanie od razu „złapać” prądu ładowania, więc przycisk może się przydać. Co najmniej jedno z moich urządzeń wymagało jego naciśnięcia.
2. Wyjścia 2 A i 1 A — podczas rozbierania będzie jasne, czym się różnią.
3. Wejście microUSB do ładowania samego powerbanku.


Górna pokrywa przesuwa się do tyłu, odsłaniając komorę akumulatorów. W obu położeniach trzyma się pewnie.


Dodatnie styki są nieco zagłębione w obudowie, ale zapewniają dobry kontakt nawet z akumulatorami z płaskim biegunem dodatnim. Właśnie takich akumulatorów użyłem podczas testu.
Styk ujemny wykonano w postaci sprężyn, co ma zarówno zalety, jak i wady.
Zaletą jest to, że sprężyny dociskają akumulatory o różnej długości (z zabezpieczeniem i bez).
Wadą jest duża rezystancja tych sprężyn — później zmierzę ten parametr.
Sprężyny dobrze trzymają akumulatory. Podczas testu powerbank często leżał u mnie „do góry nogami”, a akumulatory ani razu nawet nie próbowały wypaść.


W teście użyłem akumulatorów Sony VTC4, które pojawiły się w moim teście akumulatorów.


Kilka słów o trybach pracy i wskazaniach.
1. Po włączeniu (przyciskiem lub automatycznie) wyświetla się napis „Power-on”.
2. Podczas ładowania wyświetlana jest animacja, ale nie jest ona powiązana z napięciem ani poziomem naładowania. Animacja jest — akumulatory się ładują, animacji nie ma — akumulatory są naładowane. Animacja jest jednak osobna dla każdego akumulatora.
3. Bez obciążenia wyświetlany jest poziom naładowania akumulatorów.
4. Poziom naładowania jest wskazywany osobno dla każdego akumulatora. Ponieważ w praktyce są one połączone równolegle, sens takiego rozwiązania jest wątpliwy. Po wyjęciu któregoś akumulatora w odpowiednim miejscu nie będzie piktogramu.
5. Podczas zasilania podłączonych urządzeń wyświetlana jest animacja podłączonego złącza oraz prąd ładowania. Co jakiś czas na krótko pojawia się poziom naładowania akumulatorów. Wyświetlacz jest domyślnie stale włączony, ale krótkie naciśnięcie przycisku zasilania pozwala wyłączyć podświetlenie.
Ponieważ powerbank ma funkcję automatycznego włączania i wyłączania, sprawdziłem, jak zachowuje się przy niewielkim obciążeniu. W moim przypadku przy prądzie ładowania 0,05 A wszystko działało, ale przy niższym prądzie ładowania urządzenie się wyłączy, czyli ładowanie bardzo małych urządzeń będzie problematyczne, a ładowanie może zostać przerwane, zanim osiągnie 100%.


Przejdźmy do testów i innych eksperymentów.
Na początek pokażę, jak wskazanie prądu ładowania ma się do rzeczywistej wartości.
Za pomocą obciążenia elektronicznego sprawdziłem urządzenie w zakresie prądów 0.5–2.5 A, co 0.5 A.
Jak widać na zdjęciu, miernik zawyża wskazania.


Napięcie wyjściowe przy maksymalnym prądzie obciążenia spadło do 4.92 V, chociaż na wyświetlaczu powerbanku mieściło się w zakresie 5.06–5.05 V. Wynika to z układu urządzenia, ale w każdym razie zarówno 5.06, jak i 4.92 mieszczą się w dopuszczalnym zakresie 4.75–5.25 V.


Przy prądzie obciążenia powyżej 2 A zadziała zabezpieczenie przeciążeniowe i wyjście powerbanku zostaje odłączone. Dzieje się to bardzo szybko — obciążenie nawet nie zdążyło tego zarejestrować, ale dzięki bezwładności wyświetlacza powerbanku udało mi się sfotografować prąd tuż przed odłączeniem.


Kilka testów w warunkach zbliżonych do rzeczywistych oraz prąd w zależności od podłączonego wyjścia.
1, 2. Smartfon. Tutaj popełniłem drobny błąd, bo ładowałem go „pełnym” kablem; na dołączonym do zestawu prąd był taki sam. Stało się tak, ponieważ przy użyciu pełnego kabla ładowarka telefonu sama zmniejszała prąd ładowania. Przy podłączeniu pozostałych urządzeń ten efekt nie występował.
3,4. Tablet PIPO — w obu wariantach prąd wynosił około 0.9 A, a z oryginalnej ładowarki około 1.8–2 A.
5,6. Tablet CUBE (Android). Tablet ten może bez problemu pobierać z ładowarki prąd 2 A, ale w pierwszym gnieździe (1 A) prąd był przekraczany, a w drugim (2 A) ograniczany przez sam tablet do 0.5 A.


1, 2. Wydajny tablet Teclast. W tym przypadku tablet był całkowicie rozładowany, a powerbank przechodził w tryb zabezpieczenia po podłączeniu do dowolnego gniazda. Wielu z was pewnie zna sytuację, gdy całkowicie rozładowany tablet po podłączeniu do ładowarki próbuje włączyć ekran, a potem zaczyna cyklicznie się wyłączać. Tutaj działo się mniej więcej to samo, tyle że wyłączał się sam powerbank.
3,4. Jeśli jednak zostawić go tak na dłużej, tabletowi w końcu nudzi się wyłączanie i zaczyna ładować się prądem 0.45 A. Po kilku minutach ładowania w tym trybie przełączyłem go do drugiego gniazda (2 A) i dalej ładowanie przebiegało już normalnie, prądem 2.24 A.
Swoją drogą, gniazda łatwo zapamiętać: pierwsze — prąd 1 A, drugie — 2 A, czyli 1-1, 2-2.
5,6. Nowszy smartfon, który może ładować się prądem do 2 A. W pierwszym przypadku zadziałało zabezpieczenie, w drugim prąd ładowania wynosił zaledwie 0.91 A. Nie mogłem tu podłączyć kabla dołączonego do powerbanku, ponieważ smartfon ma złącze USB-C i ładuje się własnym kablem. Myślę, że przy użyciu zwykłego (nieprzesyłającego danych) kabla prąd ładowania w drugim gnieździe wyniósłby 2 A.


Pierwszy etap testów mamy za sobą, przejdźmy do rozbiórki i analizy wnętrza.
Urządzenie rozbiera się bardzo łatwo. Najpierw lekko odginamy górną pokrywę i zdejmujemy ją. Należy to robić przy całkowicie otwartej pokrywie.
Następnie wsuwamy coś ostrego między połówki obudowy i rozdzielamy je. Plastik obudowy jest bardzo dobrej jakości i dość elastyczny, więc trudno go złamać.


Obudowa składa się z trzech części oraz płytki, ale jest jeszcze przycisk, który ciągle próbuje wypaść i się zgubić — uważajcie.


Na pierwszy rzut oka wykonanie jest bardzo staranne.


Przy dokładniejszym oględzinach widać jednak ślady topnika, a miejscami także niezbyt staranne lutowanie. Jasne, nie wpływa to szczególnie na działanie urządzenia, ale pozwala wyrobić sobie ogólne zdanie o kulturze produkcji.
Przypominam, że wszystkie zdjęcia można powiększyć po kliknięciu.



Na płytce jest całkiem sporo elementów. Widać mikrokontroler, osobne układy ładowania itd. Zwraca też uwagę duża liczba elementów pasywnych.


1. Mikrokontroler PIC16F1933 firmy Microchip.
2. Osobne układy ładowania zrealizowane za pomocą odpowiedników/klonów LTC4054. Sprawa jest prosta: obok znajduje się rezystor 2.2 kΩ, więc prąd ładowania wynosi około 0.5 A. Na samym początku podałem parametry powerbanku, wśród których widniał prąd wejściowy do 1 A, a w rzeczywistości wynosi on do 2 A — trzeba to uwzględnić przy wyborze zasilacza.
3. Układ scalony przetwornicy podwyższającej DC-DC. Zastosowano dość znany układ G5177C. Zgodnie z kartą katalogową zapewnia on ciągły prąd wyjściowy 2,1 A i gwarantowany krótkotrwały prąd 3 A. Częstotliwość pracy wynosi 500 kHz.
4. Wyjściowe złącza USB. Właśnie tu kryje się sekret różnicy w prądach wyjściowych. Linie danych są podłączone inaczej, dlatego podłączone urządzenia ustawiają różne prądy ładowania.
5,6. Oprócz różnego podłączenia linii danych są też różnice „sprzętowe”. Przy każdym złączu znajduje się tranzystor polowy, który je załącza, ale jest tam również bocznik pomiarowy. Dla pierwszego złącza bocznik ma rezystancję 0.1 Ω, a dla drugiego — 0.05 Ω.

Prądem wyjściowym steruje więc mikrokontroler, ale jego wartość zależy od podłączenia złączy i logiki działania odbiornika. Właśnie dlatego czasem zdarza się, że powerbank może, ale odbiornik nie chce, a innym razem odbiornik jest gotowy pobrać 2 A, lecz powerbank nie jest w stanie zapewnić takiego prądu na pierwszym złączu. Kabel bez żył danych może częściowo rozwiązać ten problem, ale moim zdaniem bardzo brakuje „inteligentnych” kontrolerów, które same potrafiłyby ustawiać odpowiednie sygnały na liniach danych. Nie jest przy tym aż tak ważne, czy powerbank będzie obsługiwał tryb QC — takie kontrolery przydałyby się nawet bez tej funkcji.

Warto osobno zaznaczyć, że nawet jeśli przetwornicę DC-DC można wyłączyć programowo, urządzenie potrafi odłączać obciążenie za pomocą osobnych tranzystorów, niezależnie dla każdego wyjścia.


Układ przetwornicy jest podłączony zgodnie z notą katalogową, dlatego przy określaniu maksymalnego prądu wyjściowego korzystałem z podanych tam danych.


Po drugiej stronie płytki prawie nie ma elementów, większość powierzchni jest pusta.


Obok złączy USB znajduje się dławik i dioda. Dławik ma parametry zgodne z opisem układu przetwornicy, a przeznaczenie diody pokażę później.
Za to sprężyny zupełnie mi się nie spodobały — drut jest zdecydowanie za długi.


Nie rysowałem pełnego schematu ideowego, bo nie widziałem w tym sensu, ale pokażę zasadę działania tego powerbanku.
Najpierw zasilanie trafia do czterech identycznych układów ładowania, które ładują akumulatory niezależnie od pozostałych elementów układu.
Cztery diody (D2-D5) zabezpieczają przed włożeniem akumulatora z odwrotną polaryzacją. Dzięki nim mikrokontroler może też niezależnie monitorować napięcie każdego akumulatora.
Za diodami napięcie trafia do przetwornicy podwyższającej, która zapewnia na wyjściu 5 V przy prądzie do 2.1(3) A. Mikrokontroler steruje pracą przetwornicy, okresowo włączając ją na krótki czas. Ten tryb jest potrzebny do wykrywania podłączenia obciążenia i automatycznego włączania powerbanku.
Ujemny styk złączy USB jest podłączony przez tranzystor kluczujący i bocznik pomiarowy. Napięcie na boczniku mierzy mikrokontroler, a na ekranie wyświetlane są dane o pobieranym prądzie. Tranzystor, sterowany przez mikrokontroler, odłącza obciążenie po przekroczeniu dopuszczalnego prądu.
Napięcie wyjściowe również mierzy mikrokontroler, ale ponieważ między ujemnym stykiem złącza USB a masą pozostałej części układu znajdują się bocznik i tranzystor, na wyświetlaczu widzimy stabilne 5.06 V, podczas gdy w rzeczywistości przy prądzie 2 A na wyjściu jest tylko 4.92 V. Różnica odkłada się na tych elementach. To fundamentalne ograniczenie, dlatego wskazanie powerbanku to raczej tylko orientacyjny odczyt.

Osobno warto wspomnieć, że oprócz niezależnego ładowania akumulatorów, sterowania wyjściami i zabezpieczeń urządzenie ma funkcję UPS, czyli może jednocześnie ładować akumulatory i zasilać obciążenie. Po podłączeniu zasilania do powerbanku wejściowe 5 V trafia przez osobną diodę (D1) na wejście przetwornicy. Ponieważ to napięcie jest wyższe niż napięcie akumulatorów, urządzenie jest zasilane z zewnętrznego zasilacza.

Często pytacie mnie, jak zrobić prosty zasilacz awaryjny 5 V. Oto typowy przykład: ładowarka na układzie TP4054 (4056), dwie diody (dla jednego akumulatora) i przetwornica podwyższająca.

Ogólnie rzecz biorąc, rozwiązanie układowe jest „łopatologiczne”, czyli bez żadnych sztuczek — wszystko jest proste i przejrzyste. Wadą takiego rozwiązania jest niska sprawność, ponieważ separacja diodowa oznacza dodatkowy pobór energii.


Aby ocenić sprawność urządzenia, postanowiłem porównać rzeczywistą pojemność akumulatorów z energią oddaną do obciążenia. Obciążyłem urządzenie prądem 1.5 A i włożyłem dwa akumulatory.
Według moich danych pojemność akumulatorów wynosi około 7.3 Wh, więc dwa akumulatory dadzą 14.6 Wh.
Od razu zaznaczę, że sprawność zależy od prądu obciążenia i liczby włożonych akumulatorów, dlatego przy mniejszym prądzie i czterech akumulatorach będzie nieco wyższa.


Na wyjściu uzyskałem 11.46 Wh, co daje sprawność około 78.5%.


Jak się domyślacie, chciałem uzyskać więcej, dlatego kupiłem wydajniejsze diody 30BQ015. Oryginalne miały spadek napięcia około 0.34 V, a na nowych przy tym samym prądzie wynosił on 0.24 V. Chciałem kupić diody o spadku napięcia około 0,15 V, ale nie było ich w sprzedaży :(


Na próbę wlutowałem najpierw parę diod. Są wyraźnie większe, a pola lutownicze nie są do nich przystosowane, więc musiałem najpierw pocynować wyprowadzenia diod, a następnie, podgrzewając je, „wcisnąć” na miejsce.


Wynik się poprawił, choć nieznacznie. Zamiast 11,46 „wyciągnąłem” 12,03, a sprawność wyniosła 82,4%


Podczas testu kontrolowałem temperaturę podzespołów. Stare diody nagrzewały się do 80 stopni (wszystkie testy przeprowadzałem pod koniec rozładowania, przy największym prądzie), a nowe tylko do 54,4. Układ scalony przetwornicy nagrzewał się zaledwie do 56,6 stopnia, co moim zdaniem jest bardzo dobrym wynikiem.
Nawiasem mówiąc, w przeciwieństwie do tranzystorów polowych, które znajdują się w układzie przetwornicy i na wyjściu, spadek napięcia na diodach maleje wraz ze wzrostem temperatury. Czyli im wyższa temperatura diody, tym mniejszy jest na niej spadek napięcia, dlatego wysoka temperatura diody nie zawsze jest czymś złym.


Po wymianie diod nieco poprawiłem sprawność, ale jak zwykle chciałem więcej.
Na początek ustaliłem, że na ścieżkach przed diodami spadek wynosi około 0,02 V, a na ścieżce od dalszej diody do przetwornicy spada kolejne tyle. Łączny spadek wynosi więc 0,04 V.
Zmostkowałem ścieżki przewodem o przekroju 0,5 mm.
Przy okazji, jako drobne ulepszenie, zamontowałem jeszcze jeden kondensator przed przetwornicą (po prostu było na niego wolne miejsce), diodę zabezpieczającą na wejściu 5 V (na nią też było miejsce, a poza tym została mi po wymianie) i nieco skorygowałem bocznik pomiarowy drugiego kanału, lutując równolegle rezystor 1 Ω.


Jeszcze większym zaskoczeniem był pomiar spadku napięcia na sprężynach styków akumulatorów: 0,17 V! To więcej, niż zyskałem na wymianie diod i przelutowaniu ścieżek.
Wziąłem przewód i zmostkowałem nim sprężyny. Oczywiście najlepiej użyć do tego bardzo elastycznego przewodu, takiego jak w szczotkach elektronarzędzi, ale musiałem skorzystać ze zwykłego.


Efekt okazał się bardzo wyraźny, sprawność wzrosła do 87,6%.
Ostatecznie uzyskałem następujące spadki napięcia na poszczególnych odcinkach przed i po przeróbce:
Sprężyny – ścieżka przed diodami – diody – ścieżka za diodami
0,17 - 0,02 - 0,34 - 0,02 = 0,55 V !!!
0,05 - 0,003 - 0,24 - 0,004 = 0,3 V.

Poprawa sprawności wynika nie tyle z tego, że urządzenie wyłącza się przy niższym napięciu akumulatora, ile z tego, że napięcie na wejściu przetwornicy jest teraz wyższe. Wraz ze wzrostem napięcia maleje prąd pobierany na wejściu, dzięki czemu energia jest wykorzystywana efektywniej.


Przewiduję następne pytanie: co jeszcze można poprawić? Niewiele. W najlepszym razie można zastosować diody 95SQ015, ale są droższe, a sprawność wzrośnie tylko nieznacznie. Można też wymienić tranzystory kluczujące na wyjściu, ale w niektórych sytuacjach nie da to absolutnie nic.
Sprawność samego układu scalonego wynosi około 94% przy zasilaniu napięciem 3,5 V i prądzie obciążenia 1,5 A. W moim przypadku wyszło około 87,6%. Różnica 6,5% jest oczywiście dość duża, ale niestety dalsze modyfikacje są kosztowne i mało skuteczne.


Dlaczego zamiast diod nie zastosowałem znanego układu zabezpieczającego z tranzystorem polowym? Ten układ nie nadaje się z dwóch powodów:
1. Działa tylko z jednym akumulatorem. Jeśli połączymy choćby dwa takie układy, to wystarczy, że jeden z dwóch akumulatorów będzie włożony prawidłowo, a drugi tranzystor również się otworzy.
2. Ponieważ tranzystor otwiera się pod wpływem napięcia na wyjściu, nie dałoby się zrealizować funkcji „zasilacza awaryjnego”.


Czasami pytają mnie, jak zrobić prosty „zasilacz awaryjny” 5 V. Jednym z rozwiązań może być uproszczony układ zastosowany w tym powerbanku.
Jak to mówią, wyrzućmy wszystko, co zbędne, i zostawmy tylko to, co konieczne.


To chyba wszystko. Jedyne, czego nie sprawdziłem, to prąd pobierany w trybie czuwania. Ponieważ jednak pobór ma charakter impulsowy, jego pomiar nie jest zbyt wygodny.

Zalety.
Wygodna konstrukcja
Niezależne ładowanie akumulatorów
Obsługa funkcji „zasilacza awaryjnego”
Zabezpieczenie przed przeciążeniem i zwarciem wyjść
Zabezpieczenie przed odwrotnym włożeniem akumulatorów
Wyświetlacz

Wady.
Niezbyt wydajny układ, duże straty na diodach separujących.
Duże straty na sprężynach styków ujemnych biegunów akumulatorów.
Automatyczne wyłączanie przy prądzie pobieranym poniżej 0,05 A — nie będzie pasować do wszystkich urządzeń. Można też ładować dwa urządzenia jednocześnie.
Niewielki pobór własny.

Moja opinia. O ile mogę ocenić, ten powerbank to całkiem niezła „baza” do przeróbek, ale w gotowej postaci nie jest zbyt wydajny, ponieważ ma niską sprawność.
Miłym zaskoczeniem jest możliwość jednoczesnego ładowania akumulatorów i zasilania podłączonego urządzenia. Trzeba jednak pamiętać, że w takim przypadku prąd pobierany przez sam powerbank będzie nieco większy niż suma prądu ładowania i prądu pobieranego przez obciążenie. Na przykład: ładowanie 2 × 500 mA + obciążenie 2 A + straty na przetwarzaniu = około 4,5 A. Dlatego nie polecałbym używania tego trybu przy „ciężkich” obciążeniach. Warto też starannie dobrać zasilacz.
Powerbank można również wykorzystać po prostu jako ładowarkę do akumulatorów 18650.
Jeśli zależy nam na szybkiej i skutecznej przeróbce, wystarczy wzmocnić przewodem sprężyny i ścieżki prądowe. Wymiana diod również poprawi wynik, ale efekt będzie dwa razy mniejszy niż po przylutowaniu ścieżek i sprężyn.

To już wszystko. Mam nadzieję, że recenzja była przydatna.
Sklep udostępnił kupon TC01, z którym cena powinna wynieść 12,99 USD. Kupon jest ważny do 14 lutego.