Napolnimo baterije!

Brezžični in klasični polnilni napajalniki so vir energije za vse večjo množico domačih mobilnih naprav. Jih lahko izdelamo sami? Se lahko napajajo brezkontaktno ali s sončno energijo? Bi namesto množice napajalnikov raje polnilno postajo?

Večina sodobnih mobilnih naprav ima vgrajene krmilnike polnjenja baterij, a se lahko iz omrežne vtičnice napaja le, če imamo ustrezen (originalni) polnilni napajalnik. Čeprav slednjega (navadno) kupimo skupaj z napravo, se nemalokrat pokvari ali pa ga kam založimo. Cena izvirnega nadomestnega napajalnika pogosto ne odtehta nakupa nove naprave. Zamisel o polnilni postaji z različnimi polnilnimi priključki pa tudi z možnostjo brezžičnega polnjenja je zato naravnost genialna. Vsekakor lahko pride prav tudi doma izdelan nadomestni napajalnik.

Doma narejen brezkontaktni polnilnik

Polnilne postaje

Vsem sodobnim mobilnim napravam je skupno, da delujejo na konstantno enosmerno napetost, ki jo zagotavlja vgrajena baterija ali zunanji napajalni vir. Razen tistih, ki delujejo na klasične baterijske vložke, imajo vgrajeno vezje za nadzor polnjenja, katerega pravilno delovanje je še posebej pomembno pri uporabi litijevih akumulatorskih baterij, ki lahko ob nepravilnem polnjenju celo zagorijo.

Polnilno postajo si lahko predstavljamo kot električni švicarski nož, s katerim lahko naenkrat ali posamično, odvisno od izvedbe, polnimo vse zdržljive mobilne naprave. Med izvedbami polnilnih postaj ločimo tiste, ki jih napajamo iz električnega omrežja, in take, ki dobivajo električno energijo iz avtomobilske vtičnice. Vsem je skupno, da jim je priložen nabor različnih priključkov, pa tudi seznam preverjenih modelov mobilnih naprav različnih izdelovalcev, ki jih lahko iz njih napajamo. Zmogljivejše imajo po več vtičnic za hkratno polnjenje naprav.

Danes so pogoste brezžične polnilne postaje za pametne mobilne naprave, ki omogočajo brezkontaktno polnjenje in polnilne postaje z več priključki USB. Oboje lahko izdelamo tudi v domači elektrotehnični delavnici, saj predstavlja jedro polnilne postaje dovolj zmogljiv in dovolj prilagodljiv napajalnik, ki zagotavlja konstantno enosmerno napetost.

Napajalnik za iPod iz klasične 9 V baterije prek priključka USB

Napetostni pretvornik iz stabilizirane napetosti (npr. iz 12 V akumulatorja) na 5 V s priključkom za naprave USB

Mnogi se izdelave lastne polnilne postaje lotevajo tudi zaradi estetike. Med enostavnimi projekti je tako tudi zamenjava ohišja industrijsko izdelane brezžične postaje za iPhone ali iPod z doma izdelanim lesenim ohišjem, ki nevednemu obiskovalcu daje vtis, da se mobilna naprava polni sama od sebe, ko jo odložimo na leseno ploščo na delovni mizi. Izkušeni domači mojstri znajo polnilnik vdelati celo v mizo.

Kadar želimo imeti vse polnilnike na enem mestu, pa je dovolj, da v škatlo vgradimo električni razdelilnik, nabavimo ali izdelamo nadomestne polnilnike za vsako od domačih mobilnih naprav. Skozi luknje v delu ohišja pa napeljemo izvirne polnilne kable.

Kakorkoli, če želimo izdelati zares svojo polnilno postajo, se moramo najprej lotiti izdelave lastnega napajalnika.

Komercialni brezkontaktni polnilnik za mobilni telefon LG v doma narejenem stilskem ohišju

Kako delujejo napajalniki?

Princip delovanja napajalnika je za osnovno razumevanje sorazmerno enostaven. Napetost iz električnega omrežja, avtomobilskega akumulatorja, sončnih celic ali drugega vira pretvori v enosmerno napetost v razponu, ki ga za posamezno mobilno napravo določi izdelovalec. Nominalna napetost in največji napajalni tok sta pogosto označena na ohišju naprave ali izvirnega napajalnika. Če nista, ju navadno najdemo v tehničnem delu navodil za uporabo.

Večina napajalnikov, ki napajajo naprave prek električnih vtičnic, deluje po preklopnem načelu. Sestavljajo jih napetostni filter, usmernik, preklopno vezje, navadno pa tudi napetostni stabilizator. Naloga filtra je preprečevanje posledic blažjih napetostnih sunkov iz električnega omrežja; vsekakor pa potrebujemo pred udari strele dodatno zaščito. Usmernik in preklopno vezje pretvorita izmenično napetost (230  V~) na nivo, primeren za stabilizacijo na napajalno napetost za mobilno napravo. Stabilizator sestavljajo kondenzatorji, ki zgladijo polvaljno enosmerno napetost iz usmernika, ter tranzistorski napetostni regulator, ki ohranja želeni napetostni nivo, ne glede na trenutno porabo.

Nekateri izdelovalci raje vgrajujejo stabilizatorje v mobilne naprave, zato jih lahko polnimo tudi z enostavnejšimi enosmernimi napajalniki, brez napetostnih regulatorjev.

Filtriranje vhodne napetosti

Iznajdljivost je pri izgradnji lastnega nadomestnega napajalnika vsekakor dobrodošla. A številni domači mojstri izdelajo lastni napajalnik brez vhodnega filtra tipa PI, za katerega je treba vse prej kot le osnovno znanje elektrotehnike, in se nato čudijo, ko se začne priključena naprava čez čas čudno obnašati. Zato ni slabo, če ustrezen napetostni filter kupimo kar v obliki modula. Za cenejše filtre bomo odšteli 5 evrov in več (zmorejo okoli 5 A vhodnega toka), za najdražje, ki jih uporabljajo predvsem za natančne merilne naprave, pa tudi 100 evrov.

Če se lotimo izdelave polnilnika na podlagi klasičnih baterijskih vložkov, napetostnega filtra ne potrebujemo, saj je napetost iz akumulatorske ali navadne baterije idealne enosmerne oblike.

Prilagoditev napetosti

Domači napajalnik moramo načrtovati glede na vrsto napetostnega vira, ki ga nameravamo uporabiti, in želeno višino izhodne napetosti. Pri napajanju iz omrežne napetosti (230 V~) si lahko omislimo standardni napajalnik (za vtičnico), pri napajanju iz avtomobilske vtičnice (navadno 12 V=) pa standardni avtomobilski napetostni pretvornik, ki oba že vsebujeta napetostni filter in stabilizator. Če je izhodna napetost, moramo dodati le enostavni napetostni regulator in ustrezen priključek, ki ga lahko odrežemo tudi s pokvarjenega izvirnega napajalnika.

Če želimo sami izdelati tudi pretvornik z omrežne na enosmerno napetost, lahko namesto zapletenega preklopnega vezja za zniževanje vhodne napetosti uporabimo (toroidni) transformator, ki sicer zavzame nekoliko več prostora, a je za domače projekte varnejši in ga je enostavneje uporabljati. Vsekakor pa ne pozabimo na vhodni napetostni filter.

Nivo enosmerne napetosti lahko z ustreznim napetostnim množilnikom tudi zvišamo in nato stabiliziramo na ustrezno raven. Toda ključen del takega napajalnika je razsmernik, ki temelji na oscilatorju. Izdelava je za začetnike zapletena. Zato se vsekakor splača izbrati enosmerni vir napajanja, ki ima okoli 50 % višjo nominalno napetost od tiste, ki jo želimo na izhodu stabilizatorja. Pri višjih napetostnih razlikah se stabilizatorji radi močno segrevajo.

Izdelava stabilizatorja za 5 V= napajanje prek priključka USB iz avtomobilskega akumulatorja je, denimo, preprosta, če stabilizator sestavimo iz dveh zaporednih regulatorjev za 9 V= (npr. 7808) in za 5 V= (npr. 7805). S tem napetost znižujemo v dveh korakih, kar dopušča tokovno obremenitev do okoli 100 mA tudi brez hladilnih reber.

Toda, pozor! Med delovanjem avtomobilskega motorja zaradi številnih močnih električnih porabnikov, vžigalne tuljave in dinama lahko nastanejo napetostne motne, ki jih je treba filtrirati.

Sončna energija

Za napajanje ob pomoči svetlobne energije kot osnovnega vira energije uporabljamo sončne celice, ki dajejo idealno enosmerno napetost. A sončne celice ne morejo zagotavljati toka tudi ponoči, obenem pa tudi ne hitrega polnjenja. Zato potrebujemo še akumulatorski bateriji, ki zagotavljata hitro polnjenje, tudi ko ni dovolj sončne svetlobe. Več na: www.instructables.com/id/Solar-Altoids-iPhone-iPod-Charger.

Doma izdelan polnilnik za iPhone in iPod na sončne celice

Brez žic

Brezžični napajalnik je nadgradnja klasičnega napajalnika, saj napetostnemu stabilizatorju sledi močnostni oscilator, ki napaja polnilno navitje z izmenično napetostjo, s čimer ustvari elektromagnetno polje. Toda prek elektromagnetnega polja lahko napajamo samo posebej prilagojene mobilne naprave, z vgrajenim navitjem, prek katerega iz polja črpajo energijo.

Potrebna napetost in jakost elektromagnetnega polja je odvisna od mobilne naprave, ki jo želimo polniti. Podobno kot pri transformatorju moramo paziti na število žičnih ovojev, da prek inducirane napetosti ne preobremenimo stabilizatorja v mobilni napravi.

Brezkontaktna polnilna ploščica IKEA v stilskem lesenem ohišju

Kako začeti?

Vse potrebne elektronske komponente za gradnjo lastnega napajalnika ali napajalne postaje najdemo v slovenskih (spletnih) trgovinah z elektronskimi komponentami. Težave utegnemo imeti le pri nakupu ustrezne (transformatorske) žice, iz katere lahko izdelamo navitje, a se kljub temu v EU prek spleta dobi vse. Potrebujemo le še spajkalnik, nekaj izkušenj in mirno roko. Električni elementi stanejo najpogosteje okoli 10 evrov, lahko pa tudi več 100 evrov; odvisno od tega, kakšno vrsto napajalnika ali polnilne postaje želimo zgraditi.

Na lastno odgovornost!

Odgovornost za pravilno delovanje polnilnega napajalnika, pa tudi za morebitno škodo zaradi morebitne napačne sestave ali napake v članku ali spletnih straneh, na katere se članek nanaša, v celoti prevzamete sami. Če nimate vsaj osnovnih elektrotehničnih izkušenj, prosite za pomoč prijatelja ali znanca.

Načrti v spletu

•sites.google.com/site/pcusbprojects/2-home-automation/h-innovative-ups-for-small-home-applications

•www.instructables.com/id/Make-a-USB-iPhone-iPod-Charger-

On-The-Cheep

•www.instructables.com/id/Solar-Altoids-iPhone-iPod-Charger/

•www.homemade-circuits.com/2012/03/how-to-make-simple-dc-to-dc-cell-phone.html

•www.digitaltrends.com/mobile/best-wireless-chargers

•snapguide.com/guides/create-a-bedside-charging-station-for-iphoneipad/

•www.circuit-finder.com/categories/power-supply/battery-charger/709/mobile-phone-battery-charger-circuit

Trgovine z elektronskimi komponentami

•www.farnell.com (Velika Britanija)

•www.mouser.com (Nemčija)

•www.ic-elektronika.si (Slovenija)

•www.hte.si (Slovenija)

•www.ebay.com  (ZDA)