Bezdrátová nabíječka telefonů a pan doktor přes USB nabíjení

Nedávno jsem si koupil Qi bezdrátovou "nabíječku" pro telefon a kolega +Kamil K si teď koupil věcičku honosně nazvanou USB CHARGER Doctor, tak jsem je dal dohromady:

Bezdrátová nabíječka je ta podložka vlevo. Je velmi krásná, na blízký pohled a dotyk jakoby sametová, tenká a lehoučká. Má microUSB konektor, takže se jednoduše zapojí mezi telefon s Qi standardem bezdrátového nabíjení a jeho zdroj, který obvykle mívá také microUSB konektor, díky naší skvělé Evropské unii.

Zezadu má bezdrátová nabíječka napsáno, že žere až 2 ampéry a vysílá až jeden, takže je dost silná na všechny dnešní telefony. Už z rozdílu mezi příkonem a výkonem je možné vytušit, že za bezdrátové pohodlí se platí daň v podobě menší než poloviční účinnosti přenosu energie, ale aspoň člověk nezapomene telefon nabít - prostě ho jen položí na správné místo:

USB CHARGER Doctor je ta věcička s displejem napravo, která se pak jednoduše zařadí do jakékoliv USB přípojky a ihned začne zobrazovat napětí a proud. Majíc jen jeden displej, přepíná Doktor mezi ukazatelem napětí a proudu sám v pravidelných a na můj vkus příliš dlouhých 8sekundových intervalech. Kolikrát bych potřeboval sledovat proud a musím 8 sekund čekat...

Vražednou slabinou Doktora je čitelnost displeje na denním světle (neřku-li na slunci). Málem jsem se vyboural v autě, když jsem se za jízdy pokoušel vyluštit, kolik zrovna odebírá proudu telefon s aktivní navigací. Nepřečetl jsem ale nic. Situaci zhoršuje podobnost 0 a 8, a v horším světle i 7, 1 atd. Už jsme asi odvykli sedmisegmentovým displejům...

Další zajímavostí je, že měří proud až do hodnoty 3 A. Fakticky ale měří úbytek napětí na vnitřním rezistoru 0,05 ohmu, takže vlastně sám napětí o něco málo sráží. "Naštěstí" dávají běžně dostupné zdroje k telefonům napětí v širokém rozmezí 4,9 - 5,2 V, takže se desetinka spálená v Doktorovi lehce ztratí.  Škoda také přesnosti jen na desítky miliampér - kvůli tomu vím, že prázdná Qi nabíječka nežere víc než 10 mA, ale kolik přesně, to Doktorem nezměřím:

Pro porovnání jsem ještě telefon připojil ke zdroji přímo, drátem, abych se pokusil porovnat účinnost bezdrátového s drátovým nabíjením. A tady ukázal USB CHARGER Doktor svou silnou stránku:

Nejdřív odhalil, že nabíječka od Apple, která sama dává až 2,1 A (pro iPad1), nevoní telefonu od LG, takže ten ji vyhodnotil jen jako USB zdroj z PC a odvážil se brát maximálně 0,43 A. To je vtipné, protože na fotce výše ten samý zdroj v klidu dodává do Qi 0,8 A. Qi má tedy jinak zadrátované vyhodnocování, je-li zdroj proudu USB z PC nebo ze zdi.

No a telefon připojený na svůj originální zdroj LG, který dává až 1 A, správně vyhodnotí, že se teď nabíjí ze zdi (AC), ale kupodivu si bere jen 0,26 A! Takže vlastně ničemu nerozumím a účinnost bezdrátového přenosu energie takto nespočítám (je to buďto 0,43 / 0,78, anebo 0,26 / 0,78, anebo nějaké ještě jiné číslo). Holt telefon si řídí nabíjení sám a bere si kdy chce kolik chce.

Což mi připomíná další věc, kterou bych rád zmínil, a sice že se tato bezdrátová nabíječka při práci nesmírně zahřívá. Po hodině je na ní ležící telefon tak rozpálený, že se bojím o jeho zdraví. Že pálí i samotná podložka je mi fuk, v ní se nemá moc co pokazit.

Poslední věcí, která mi trošku kazí radost z bezdrátového nabíjení telefonu, je fakt, že nabíječka vysílá poměrně dost elektrického smogu i v době, kdy už je telefon plně nabitý. Doktůrek naměřil odběr nabíječky 0,3 A, což je minimálně 1,5 wattu. Takže moje představa, že budu mít nabíječku na nočním stolku, kam si každý večer telefon položím a ráno ho vezmu plně nabitý, zatím nedošla realizace. Nechce se mi nejdřív 2 hodiny telefon rozpalovat a potom si dalších 5 hodin nechat zbytečně vysílat pořádnou porci elektromagnetického vlnění u hlavy...

EDIT (o pár hodin později): tak jsem s pomocí Doktora zjistil pro mě překvapivou skutečnost: i nabitý telefon připojený ke zdroji (USB kabelem) pořád saje energii, a to klidně 0,2 - 0,3 A. Je to vlastně logické - plně nabitý akumulátor si nechává v záloze a jede na energii z elektrické sítě. To znamená, že i na bezdrátové nabíječce si bude brát všechnu vyzářenou energii pro sebe a celou noc na ni pojede.  Tím je vlastně předchozí odstavec anulován. Přehřívání zkusím vyřešit podložením telefonu (asi budou stačit dvě párátka nebo tak něco) a bezdrátové nabíjení už bude mít jen samé plusy a pozitiva :)

Stavba retro laboratorního zdroje zadarmo

Všechna předchozí měření těch různých step-up, step-down a jiných konvertorů jsem prováděl v práci na půjčeném laboratorním zdroji tvrdého elektrického napětí. Zdroj bohužel nebyl pokaždé k dispozici, měření se různě komplikovalo a tak jsem nakonec (až jsem všechno doměřil) dozrál k rozhodnutí postavit si vlastní regulovatelný zdroj stejnosměrného napětí, neboť jsem dodneška žádný neměl (vláčkové trafo z roku 1983 nepočítám, neboť má velmi měkký nefiltrovaný výstup a proudu dá maximálně 1 ampér).

vláčkové trafo z osmdesátých let opravdu neposlouží jako dobrý zdroj

Srdcem celého zařízení musí být spínaný zdroj, aby měl dostatečný výkon a byl zároveň lehký a malý. Jako obvykle jsem položil důraz na pořizovací cenu, takže vítězem se stal ATX zdroj z vyřazeného počítače, který byl zadarmo. Vyroben byl v srpnu 2003, takže už opravdu leccos pamatuje.

Zřejmě díky svému stáří je vevnitř velmi jednoduchý. Řídí ho obvod KA7500B, který je dostatečně podobný obvykle používanému TL494, takže jsem mohl postupovat podle návodu pro úpravy zdrojů s TL494. Návodů na doplnění regulace výstupního napětí jsem našel několik, přičemž ten nejjednodušší byl na dalších webech shazován jako nefunkční, protože ho prý blokují kontroly na podpětí, přepětí a podobně a pak regulace funguje sotva od 8 do 12 voltů.

štítek ATX zdroje, který jsem použil

Můj starý ATX zdroj zdá se žádné takové kontroly nemá, protože po odpájení rezistoru k 12V větvi (a samozřejmě i k 5V větvi) a nahrazením potenciometrem 100 kOhm (jiný jsem neměl po ruce) jsem mohl regulovat napětí od krásných 2,50 V (což je referenční napětí řídicího obvodu KA7500B) až po 13,60 V. Pokud jsem pootočil potenciometrem ještě kousíček víc, zdroj zhasl (zřejmě zaúřadovala přepěťová ochrana) a musel jsem ho vypnout+zapnout, aby  se znovu rozeběhl.

Změřil jsem si tedy, kolik činí maximální hodnota odporu, kdy zdroj ještě jede - 20,8 kOhm - a přemýšlel, co s tím. Ve starých zásobách jsem našel jsem ještě jeden potenciometr, tentokrát 10 kOhm, což je zrovna polovina z těch potřebných 20 kOhm. Jiný jsem neměl, tak jsem se rozhodl použít tento. Musel jsem tedy zpolovičnit hodnotu rezistoru od vývodu č.1 řídicího obvodu k zemi, aby poměr napěťového děliče zůstal stejný. Normálně je tam 4,68 kOhm, tak jsem z jiného mrtvého zdroje vzal ten samý rezistor a připájel ho paralelně ke stávajícímu. Dokonce tam můj zdroj měl i vývody, kde kdysi nějaký rezistor byl připájený, a pak ho zřejmě v QA ucvakli nůžkama, tak jsem ten paralelní dal na jeho místo a vypadá to líp než originál.

takto jsem zapojil regulaci napětí na 12V větvi

Teď zdroj už krásně fungoval a napětí šlo regulovat v celém rozsahu potenciometru. Akorát se výrazně zpomalil jeho ventilátor, sotva se točil a to ještě v závislosti na mnou nastaveném výstupním napětí (pokud jsem měl méně než 5 V, tak se ani neroztočil). O tom se návody také zmiňují a doporučují přepojit ventilátor zdroje na VSB větev +5 V (fialový vodič na ATX napájecím konektoru). Toto napětí je nezávislé a zůstane zachováno i po výše popsané úpravě s potenciometrem. Takže jsem vystopoval, kam vede fialový drát z ATX napájecího konektoru do zdroje, odpájel ho z desky, vzal červený drát od ventilátoru a přepájel ho do místa uvolněného fialovým drátem na desce zdroje. Všechno pečlivě opět sešrouboval a slavnostně spustil.

Bohužel se teď ventilátor točil až moc divoce, a opět jeho rychlost závisela na nastavení výstupního napětí. Chvíli jsem se pokoušel předstírat, že mi to vůbec nevadí a že je dokonce fajn znát nastavenou velikost napětí jen podle sluchu - možná, že po trošce cviku nebudu ani potřeboval voltmetr - ale nakonec ve mě převážila obava, kudy vlastně ten proud ventilátorem vevnitř proboha teď teče, a tak jsem zdroj znovu celý rozdělal. Chápal jsem, že když se napětí na červeném drátu od ventilátoru nemění (je +5 V) a přitom se ventilátor točí divoce, mění se asi napětí na černém drátu, o kterém jsem si předtím bláhově myslel, že je připojený na zem.

originální zapojení ventilátoru v ATX zdroji na -12 V větev

Na webu danyk.cz jsem našel i hromadu schémat zdrojů a tak jsem si je prošel a našel pravděpodobné zapojení toho mého zdroje. Velmi zajímavé! Ventilátor je ve skutečnosti připojen na záporných 12 V ve zdroji! Ventilátor jsem tím pádem omylem zapojil mezi +5 a -12 V, takže běžel až na 17 V (plus moje regulace, mínus regulace dle teploty ve zdroji díky termistoru). Není divu, že dělal zvuky jak vrtulník při startu... No, rychle jsem přepojil černý drát na skutečnou zem ve zdroji a ventilátor se už točí pěkně potichu a netůruje podle toho, jak nastavuju výstupní napětí :-)

Dalším krokem je vestavění voltmetru, abych viděl, jaké výstupní napětí zrovna mám nastaveno. Podařilo se mi z prastarých zásob vylovit modul LCD voltmetru, který jsem si někdy koncem minulého století koupil proto, aby mi ukazoval napětí v palubní síti mého prvního vozidla Škoda 105. Tento vůz totiž za vlhka často odmítal startovat, tím velmi trpěla baterie, díky tomu byla obvykle neustále téměř vybitá a tak jsem měl snahu vestavět do auta voltmetr, který by mi ještě před otočením klíčku ukázal, jestli ten den jedu do práce autem nebo autobusem.

historický displej zepředu

Bohužel tento LCD voltmetr má jednu zásadní vadu - potřebuje pro svůj chod nezávislý zdroj napětí, který není ani zemí spojen s měřeným napětím. V praxi jsem prostě musel mít u displeje další 9V baterii, která se taky často vybila a tak to celé ztratilo půvab, Škoda 105 zrezivěla a tento LCD voltmetr upadl na desítky let v zapomnění. Dnes jsem si na něj vzpomněl a řekl si, že by to bylo celé velmi retro, kdybych ho do zdroje dokázal zabudovat. Akorát kde pro něj vzít ten oddělený zdroj napětí?

historický displej zezadu

Na Ebay jsem našel nějaké "isolated DC/DC converter", ale bohužel byly jen z 5 V na 5 V, zatímco displej potřebuje 9 V. Už už jsem zvažoval, že kromě toho izolovaného převodníku napětí využiju ještě i některý ze step-up konvertorů, které jsem nakoupil při minulých měřeních, a představoval si, jaké to zřetězení konvertorů bude, ale pak mi Vesmír přihrál řádově dokonalejší řešení. V diskusi pod tímto dotazem na můj displej kdosi poradil, že na starých síťových kartách ještě s BNC konektory jsou převodníky napětí z 5 na 9 V a jsou izolované! Znovu jsem se zahrabal do zásob a našel kartu z konce minulého století, která byla určena pro zasíťování mého Atari Falcon. Hle, mám další totálně retro přídavek do laboratorního zdroje!

síťová karta do ISA s BNC a KUS-0509 čipem

Mimochodem, nedařilo se mi vygooglovat, jak má tento KUS zapojených svých 10 vývodů, a tak jsem připájel na ISA sběrnici napájení a proměřil ten obvod voltmetrem, abych našel jeho vstupy a výstupy.

síťová karta zezadu + testovací napájení 5V

Když už jsem byl v ráži, napadlo mě, že správný laboratorní zdroj měří kromě napětí i výstupní proud. Nechtělo se mi shánět další měřidlo, a tak jsem se rozhodl pro přepínání LCD voltmetru mezi měřením výstupního napětí a proudu. Už mi chyběl jen rezistor s odporem 0,01 ohmu, který vydrží proud přes 10 A (což je maximum tohoto zdroje na 12V větvi). Chvíli jsem takový odpor zkoušel najít jako hotovou součástku, pak jsem se probíral nabídkou odporových drátů, ale pořád mi vycházela jejich potřebná délka v milimetrech, což bych těžko udělal přesně.

Nakonec jsem se rozhodl namotat si odpor 10 mOhm sám přímo z měděného drátu. Jako síťař mám po ruce akorát tak CAT5E kabely, tak jsem jeden popadl a změřil, že 663 cm modrého drátu 24AWG má odpor 576 mOhm, což téměř odpovídá tabulkové hodnotě 84,2 mOhm na metr. Informace o maximálním proudu se trošku liší - někde píší 0,58 A, jinde až 3,5 A. Nakonec jsem našel, že vydrží proud až 10 A (když budu tolerovat ohřátí o 50℃). Pro jistotu jsem se rozhodl navinout ten odpor ze tří 34,5 cm drátů paralelně a bylo to.

CAT5E kabel v nouzi poslouží i jako rezistor

V tuto chvíli jsem měl elektroniku kompletní a chyběla akorát bižuterie - jeden spínač pro zapnutí zdroje (tedy uzemnění zeleného drátu z ATX konektoru), jeden přepínač pro přepínání mezi měřením proudu a napětí a dve banánkové zdířky. Jelikož jsem do této chvíle utratil za tento laboratorní zdroj přesně 0 korun, vzal jsem to jako výzvu a rozhodl se dokončit ho za stejnou cenu. Vypínač a přepínač jsem tak vymontoval ze starých kancelářských telefonů (zespodu jsou přepínače pulzní/tónová volba), banánkové zdířky se mi podařilo vyhrabat ze svých dětských zásob a teď už zbývalo jen to nejtěžší - vsadit všechno do elegantního panelu a nějak ho připojit k stávajícímu ATX zdroji.

První logická volba, tedy vytisknout panel či celou krabici na naší 3D tiskárně, bohužel nebyla možná, protože tiskárna je už déle než měsíc na nemocenské a kdo ví, kdy ji +Jaroslav Gajdošík  dá dohromady a bude-li zase tisknout jako dřív (nebo lépe). Bohužel nemám nářadí pro práci s plechem, takže tudy cesta také nevedla. Ze dřeva by to bylo možná elegantní, ale jistě příliš mohutné, málo uzemněné a docela hořlavé.

Po dlouhém dumání jsem ve sklepě našel starší reklamní ceduli, která je z nějakého měkkého plastu tloušťky 5 mm a jal se vyřezávat panel z něj. Nejdřív pracně a nepřesně pilou + rašplí+ pilníkem + vrtákem + lupenkovou pilkou. Až když byl přední panel hotový, zjistil jsem, že se ten plast dá řezat i obyčejným odlamovacím nožem, pokud je nový, ostrý a fest se přitlačí.

Doufal jsem, že plast půjde pevně slepit sekundovým lepidlem, ale na poslední chvíli jsem vyměkl a kolmé spoje pro jistotu zpevnil hliníkovými úhelníčky. Celé to trvalo neúměrně dlouho, ale po třech týdnech jsem to jaksi dokončil.

Hliníkovou lištu jsem nakonec použil i zvenčí, abych umocnil vzhled (a zakryl nepřesné řezy). Do montážních otvorů jsem zasadil jednotlivé součástky a tavnou pistolí vše zalil do nerozebiratelného stavu.

vnitřnosti panelu a dráty propojující jej s ATX zdrojem

Nakonec jsem se tam násilím pokusil vecpat velké množství drátů (dva žluté 12 V, čtyři černé zemnicí, zelený spínací, fialový napájecí, dva dráty k potenciometru plus to klubko tří 34,5 cm drátů tvořících odpor 0,01 ohm) a celek rychle přišroubovat k ATX zdroji. Vzhledem k tomu, že dráty neustále vylézaly jak klubko hadů, povedlo se mi to zvěčnit až zvenčí a to ještě raději potmě, s bleskem. Výsledek mi přijde docela krutopřísný.

přednímu panelu ještě chybí popisky

Jiný pohled odhaluje, jak inovativně jsem to celé napojil na krabici původního zdroje. Lepší je ale pokochat se dvěma USB konektory z boční strany. 5 V ze zdroje lze šikovně použít na napájení/nabíjení až dvou USB zařízení (USB konektory jsem vypáčil z mrtvého notebooku, takže celková cena stále 0,-).

Ačkoliv jsem s výsledkem mimořádně spokojen, už nikdy bych to nechtěl opakovat. Je potřeba zprovoznit 3D tiskárnu a panel jednou v CADu vymodelovat a pak jednoduše víckrát vytisknout bez všech těch nepřesných řezů, sekundových lepidel, hliníkových lišt a boje v nepřístupném vnitřním prostoru.

Dobrá zpráva je, že ten elektrický postup úpravy ATX zdroje je poměrně jednoduše reprodukovatelný, neboť jsem už stejně upravil druhý kus a chystám se na dva další. Mechanickou stránku věci je ale potřeba ještě pořádně doladit :-)

Test USB nabíječek do auta

Nadpis je docela nepřesný, ale takto to holt lidé znají. Jedná se samozřejmě o převodníky napětí z 12 V (pasující do zdířky cigaretového zapalovače v autě), jejichž výstupem je 5 V v USB zásuvce, což se dá použít pro napájení či nabíjení telefonů/tabletů a dalších mobilních zařízení v autě. Pěkný obrázek vydá za tisíc slov:

V minulých testech modulů pro převod napětí jsem se docela zklamal, ale ještě pořád živím naději, že někde existuje kousek dobrého hardware, který převádí napětí s účinností blížící se ideální 1. Kdysi jsem totiž proměřil od oka ten GRIFFIN na obrázku a vyšla mi 90% účinnost, což je parádní.

Bohužel je docela těžké koupit originál GRIFFIN či jinou dobrou nabíječku do auta, jelikož kluci čínští šikovní valí ven množství k nerozeznání podobných kopií, ale s horšími vnitřnostmi. Proto jsem si vymyslel určité vodítko: pokud je deklarovaný výstupní proud jen 1 A, nemá smysl to ani kupovat, bude to absolutní šunt jak výkonem, tak účinností. Pokud je ale deklarovaný výstupní proud 2 či dokonce 3 ampéry, plyne z toho určitá naděje na vysokou účinnost, protože v opačném případě by se ztrátové teplo z převodu nemělo kde rozptýlit a hrozil by požár vozidla.

Nakoupil jsem proto postupně několik různých typů těchto "USB nabíječek" doufaje, že alespoň jedna z nich bude ta pravá griffinovská, já ji rozpitvám a konečně budu mít potřebný modul.

Kromě co nejvyššího výstupního proudu jsem šel přímo po dvouzdířkových, protože tam je větší naděje, že skutečný výstupní proud se bude blížit inzerovanému (neboť při napájení dvou zařízení odběr jistě překročí 1 A, s čím snad počítá i výrobce a prodejce).

Takže si představme naše hrdiny, postupně zleva do prava: ten první, jednozdířkový, je vyfocen jen pro výstrahu, co určitě nekupovat. Nedokázal dodat ani 1 ampér, napětí mu klesalo pod 5 V a naštěstí už sám umřel, takže jsem ho nemusel obřadně utratit.

Druhý zleva je můj favorit GRIFFIN, zřejmě originál, který mi před lety někdo z Ebay či DX omylem prodal za cenu kopie. Slibuje proud 1 ampér na každé zásuvce, celkem tedy zřejmě 2 A.

Prostřední budu nazývat BÍLÝ, protože se nijak nejmenuje. Prý je pro "iPad" a na horní zásuvce slibuje 1 A, zatímco na dolní celých 2,1 A. Dokáže to dodat zároveň (1 + 2,1 = 3,1), nebo je 2,1 A maximum? Měření vše odhalí!

Předposlední se jmenuje USAMS, a koupil jsem ho proto, že vypadal nejvíc podobně jako GRIFFIN a samozřejmě především proto, že slibuje fantastických 3,1 A, což je prý vhodné i pro "iPad 2" :-)

Poslední jsem vlastně nekoupil, ale půjčil mi ho kolega, který není žádný troškař, a proto koupil poměrně drahý výrobek pyšnící se výstupním proudem 2x 2,1 A, takže zřejmě až 4,2 ampéry! Budu mu říkat VCLOO.

Tak soutěžící jsou představeni, měřicí metodika zůstává stejná jako v minulých testech, takže můžeme jít rovnou na výsledky. První řádek tabulky ukazuje klidový odběr, aneb za jak dlouho nenastartuju auto, když zapomenu nabíječku v zapalovači. Druhý řádek pak výstupní napětí bez zátěže, které by vlastně mělo být 5,0 V, ale není tomu tak vždy. Třetí řádek je při připojené zátěži 5,1 ohmu a poslední pak zahřívá odpor 2,3 ohmu.

nabíječka	Griffin	Bílá	Usams	Vcloo
odběr naprázdno	8 mA	4 mA	26 mA	10 mA
napětí naprázdno	5,39 V	5,16 V	5,28 V	5,23 V
napětí/účinnost při 1 A	5,18 V / 89 %	4,90 V / 60 %	5,10 V / 87 %	5,01 V / 88 %
napětí/účinnost při 2,1 A	4,93 V / 80 %	padá pod 3,3 V	4,84 V / 80 %	4,75 V / 83 %

Výsledky jsou velmi zajímavé. První si vyškrtneme Bílou, která sice vítězí v odběru naprázdno, ale má katastrofální účinnost při mírné zátěži a když po ní chceme ještě víc, úplně se odporoučí (napětí začne klesat a během sekund padne pod 3 V). Tohle byl pro mě důvod k reklamaci, která se mimochodem povedla. Při placení Paypalem na Ebay má člověk opravdu silnou páku na prodejce.

Dál můj favorit Griffin a jeho vyzyvatel Usams - měření účinnosti převodu ukazuje, že jejich vnitřnosti jsou zřejmě shodné (pokud si odmyslím spotřebu naprázdno). Griffin sice na oko vítězí ve stabilitě výstupního napětí, ale je to vlastně jen díky drobnému podvodu - tím, že má nastavené vyšší napětí v klidu. V zátěži pak poklesne o 0,2 V na ampér, úplně stejně jako Usams.

No a na závěr papírově nejlepší Vcloo: podle měření je prakticky stejně dobrý jako Griffin/Usams, takže jeho jedinou výhodou ospravedlňující mnohem vyšší cenu (oproti ostatním) by mohl být ten maximální proud, který jsem ale neměl jak ověřit (20W rezistor se mi kupovat nechtělo a žárovka se už dříve prokázala jako velmi špatná zátěž při měření). Zároveň mu ale podezřele nejvíc padá napětí - troufám si odhadnout, že při odběru 3 A už by neměl ani 4,5 V a nechci vidět, co by dělal při 4 A...

Samostatnou kapitolou je zapojení datových vodičů v USB zásuvkách. Zařízení připojené do USB zdířky totiž smí normálně odebírat maximálně 500 mA (spíš tedy jen 100 mA, ale může se dohodnout s počítačem až na 500 mA, mluvíme-li o USB 2.0). Ve skutečnosti by většina PC zvládla dodat mnohem silnější proud, ale mobilní telefon/tablet do USB připojený si to většinou raději netroufne odebírat - napíše, že se nabíjí z USB, omezí svůj odběr na max. 500 mA a plné nabití mu pak trvá několikrát déle, než když se nabíjí ze své nabíječky připojené do el. sítě.

Pokud mu ale přes USB datové vodiče zdroj napětí dokáže signalizovat, že není PC, ale jen hloupý silný zdroj napětí a proudu, vezme si připojené zařízení mnohem víc, klidně i ty 2 ampéry. Takže úkolem těchto auto nabíječek je krom jiného signalizovat, že nejsou PC a že dokáží v klidu dodat X ampér. Na toto mimochodem neexistuje žádný rozumný standard a tak si to každý výrobce pytlíkuje po svém. Například Apple vyžaduje velmi přesný poměr napětí na D- a D+, který se v praxi dociluje rezistorovou děličkou s netypickými hodnotami odporů 49K9, 43K2 a 75K.

Dobrá zpráva je, že Griffin má na jedné zdířce tuto signalizaci funkční minimálně pro Motorolu, HTC a LG, takže odtamtud se zařízení nabíjí stejně jako z domácí nabíječky (resp. zdroje, nabíječka je opět špatný ale už zažitý slang). Mobil rovnou napíše: "AC charging", "Nabíjí (AC)" nebo nějak podobně. Na druhé zásuvce to ale nemá, tam se nabíjí pomalu jako z USB PC. Bílá  naopak nemá správnou děličku ani na jedné zdířce, takže např. telefon LG se nabíjí pomalu jako z USB. Kdo ví, jestli to není i schválně, když stejně není schopna dostát deklarovaným hodnotám. U Usams jsou správnou děličkou napětí vybaveny obě zdířky, takže z obou se dá nabíjet plnou rychlostí všechny tři výše zmíněné značky mobilních telefonů. No a Vcloo momentálně nemám jak vyzkoušet, ale věřím, že tuto signalizaci má funkční na obou USB zásuvkách.

Každopádně se mi zdá, že v těch lepších auto USB nabíječkách (v tomto testu všechny kromě Bílé a samozřejmě té mrtvoly nalevo) jsou použité nějaké lepší součástky/zapojení než v těch DC step-down modulech, které jsem proměřoval minule, a které se k 90% účinnosti při odběru 1 A (resp. 80% účinnosti při 2 A) neblížily ani náhodou. Zbývá mi tak jedině sehnat další originál Griffin, protože Usams bere příliš mnoho proudu v klidu a to se mi nehodí ani v zaparkovaném autě, ani v mém uvažovaném přístroji, pro který už delší dobu sháním úsporný a účinný převodník.

Velký test DC step-down konvertorů

Po minulém testu DC step-up konvertorů ("zvyšovačů napětí") se v tomto příspěvku zaměřím na step-down konvertory ("snižovače napětí"). Už před rokem jsem koupil řekl bych klasika v této kategorii s čipem LM2596S, u kterého jsem později zjistil slabou účinnost a velký odběr naprázdno:

převodník LM2596S

Začátkem letošního roku jsem pak přikoupil další tři moduly, neboť čínští prodejci v jejich popisech na Ebay zmiňovali čím dál vyšší účinnost (nejdřív 96 %, pak dokonce až 98 %!), na což slyším a tak jsem neodolal a utrácel:

Tři převodníci a 1 Kč pro srovnání velikosti

Je vidět, že miniaturizace pokročila docela dramaticky, přitom výkon zůstal a účinnost papírově ještě vzrostla. Nelze ale věřit všem reklamním řečičkám a je potřeba tu drobotinu podrobit poctivému měření v naší laboratoři vybavené stabilizovaným zdrojem silného napětí, čtyřmi digitálními multimetry a sadou výkonových rezistorů.

Nejdřív si ty moduly pojmenujeme a ukážeme si, jak je prodejci vychválili. LM2596S bude prostě "LM2596S", zatímco ty tři další budu nazývat jednoduše "velký", "střední" a "malý" (dle fotografie).

LM2596S má vstupní napětí 3,2 - 40 V, výstupní 1,25 - 35 V (samozřejmě vždycky nižší než vstupní), výstupní proud až 3 A a účinnost až 92 % (chacha). Pracuje na frekvenci 150 kHz a prodává se za méně než dvacetikorunu.

převodník "Velký"

"Velký" má vstupní napětí 4,75 - 24 V, výstupní 0,93 - 18 V, výstupní proud 2,5 A (špičkově až 4 A) a účinnost až 98 % (óó). Nestojí víc než 35 korun a vypadá poměrně robustně - pěkné svorky pro vstup i výstup a dokonce spínací tlačítko.

"Střední" má vstupní napětí 4,5 - 28 V, výstupní napětí 0,8 - 20 V, výstupní proud 3 A a účinnost až 96 % (kéž by). Jeho srdcem je čip MP1584 a může pracovat na frekvenci až 1,5 MHz. Jakou frekvenci má nastavenou na tomto modulu jsem nenašel/nezjišťoval. Cenově kolísá kolem třicetikoruny.

převodník "Malý"

"Malý" má vstupní napětí 4,75 - 20 V, výstupní 1,0 - 17 V, výstupní proud 1,8 A (špičkově až 3 A), účinnost neuvedena, ale prý se hodí pro modely letadel. Podrobným studiem fotografií u prodejců jsem odhalil, že používá čip MP2307, který je i na "velkém", takže by teoreticky měl mít stejnou účinnost jako on, tedy až 98 %.

Mnohem později (ano, až po koupi) mě napadlo najít si dokumentaci výrobce tohoto čipu a tam jsem si přečetl, že skutečná účinnost MP2307 se sotva dotýká 95%, což je ale vlastně pořád ještě skvělá hodnota:

účinnost MP2307

Logické pak bylo zkontrolovat i dokumentaci čipu MP1584 a přišlo první vystřízlivění - k 96 % udávanými prodejci "středního" modulu se křivky jaksi ani neblíží. Neatakují dokonce ani hranici 90 %...

účinnost MP1584

Je na čase uveřejnit hodnoty mnou naměřené hodnoty (v únoru 2014). Při měření jsem se soustředil na tři situace, do kterých plánuji tyto moduly časem nasadit: jednak snížení napětí z notebookového zdroje 19,8 V na napětí 12 V a 5 V (např. pro harddisk, monitor či USB) a druhak snížení napětí z 12 V (např. autobaterie) na 5 V (např. pro USB).

Nejprve se podíváme na klidový odběr (bez zátěže na výstupu):

měnič	LM2596S	Velký	Střední	Malý
odběr naprázdno při 19,8 → 12 V	6 mA	19 mA	0 mA	22 mA
odběr naprázdno při 19,8 → 5 V	5 mA	27 mA	0 mA	12 mA
odběr naprázdno při 12 → 5 V	6,4 mA	25,8 mA	0,22 mA	12 mA

Už tato tabulka ukazuje naprosto dramatické rozdíly. Některé moduly opravdu nejde nasadit pro provoz z baterie, neboť by ji záhy vysály do mrtě. Jiné jsou naopak výborné a v klidu zdroj zatěžují málo či dokonce neodebírají prakticky žádný proud (je zřejmé, že první dva řádky tabulky jsem měřil s méně citlivým ampérmetrem než řádek třetí, takže tam chybí desetiny miliampér - hodnoty je však možné brát jako zaokrouhlené na jednotky mA).

Další tabulka už ukazuje provoz se zátěží, která se snaží z výstupu modulu odebírat přibližně 1 ampér. Vždy je uvedeno kam až pokleslo výstupní napětí a jaká byla účinnost převodu:

měnič	LM2596S	Velký	Střední	Malý
zátěž 12R3 při 19,8 → 12 V	11,77 V / 86 %	11,68 V / 91 %	11,66 V / 92 %	11,84 V / 91 %
zátěž 5R1 při 19,8 → 5 V	4,96 V / 73 %	4,75 V / 81 %	4,56 V / 82 %	4,74 V / 85 %
zátěž 5R1 při 12 → 5 V	4,75 V / 72 %	4,86 V / 77 %	4,35 V / 76 %	4,77 V / 83 %

Bohužel, účinnost nedosahuje prodejci deklarovaných hodnot. Je ale vidět, že novější převodníky jsou přece jen o kousek lepší než starší LM2596S. Jen ten střední modul docela nezvládá udržet nastavené výstupní napětí.

Pokusil jsem se ještě proměřit moduly s výstupním napětím 5 V při odběru zhruba 2 A:

měnič	LM2596S	Velký	Střední	Malý
zátěž 2R3 při 19,8 → 5 V	4,80 V / 75 %	4,46 V / 79 %	4,11 V / 73 %	4,49 V / 79 %
zátěž 2R3 při 12 → 5 V	4,75 V / 59 %	4,66 V / 66 %	3,80 V / 61 %	4,51 V / 67 %

Tady je situace ještě horší. Střední nezvládl udržet výstupní napětí a tak úplně vypadl ze hry. Navrch zde získal starý poctivý LM2596S, který sice propadá v účinnosti, ale alespoň udrží napětí nejblíž nastavenému. Celkově je to ale naprostá bída. Když totiž účinnost padá až někam k 50 %, je už skoro lepší vykašlat se na veškerou složitou elektroniku, střídače na vysokých frekvencích, cívky a usměrňovače a raději spálit rozdíl napětí (12 - 5 = 7) v něčem jako je lineární stabilizátor 7805. Tomu ale říkám prohra...

Jelikož mám pořád ještě v paměti skvělou účinnost (kolem 90 %)  převodníku napětí pro nabíjení přes USB v autě, nakoupím zkrátka ty adaptéry do auta, proměřím je a vítěze rozeberu na součástky. Tak se snad konečně dostanu k solidnímu obvodu s vysokou účinností. Výsledky měření už jsou venku.

Ručně vyrobený akupack a pravda o Li-Ion

Stále ještě oslněn mým nedávným objevem fantastických čínských Li-Ion akumulátorů s obrovskou kapacitou 4500 mAh (tj. přes 16 Wh!) za pouhých 40 korun (na Ebay) jsem přemýšlel, co z nich vyrobit. A vzpomněl jsem si, že +Ondřej Caletka mi na LinuxAltu 2012 půjčil v hospodě přenosnou nabíječku mobilních telefonů, což je takový váleček jen o málo delší/tlustší než ten Li-Ion akumulátor, který má na konci dva USB konektory: jedním, tím mini, se doma v klidu energie nalévá z USB nabíječky do vnitřního akumulátoru, no a tím větším USB konektorem se pak někde venku daleko od zdrojů elektřiny vypouští ven, do telefonu či jiného přenosného zařízení s nabíjením přes USB. Tak jednoduché, a přitom v terénu s vybitým mobilem k nezaplacení.

komerční řešení přenosné nabíječky

Napadlo mě, že na to mám vlastně veškeré součástky i know-how po ruce: mám akumulátor, mám měnič napětí z 3,7 V na 5 V (dokonce se správným výstupním USB konektorem), no a na Ebay jsem bleskově našel i nabíjecí modul Li-Ion akumulátorů (už mě ani nepřekvapilo, že má opět ten správný mini-USB konektor na vstupu):

veškeré nutné součástky ke stavbě vlastní mobilní nabíječky za 100 korun

Teď už chyběla jen vhodná krabička. Dopředu jsem věděl, že ji vytisknu na naší 3D tiskárně, jen jsem netušil, jestli ji budu muset celou navrhnout a nakreslit, nebo se mi podaří najít něco vhodného na Thingiverse. A světe div se, našel jsem PŘESNĚ tu správnou, do které všechny součástky pasovaly úplně vzorně:

zkouška krabičky - vše perfektně sedí

Takže teď stačilo těch pár kontaktů propojit mezi sebou a bylo hotovo. Poslední tuning zahrnoval vyvrtání mikrodírek pro paprsky světla od indikačních LEDek (celkem tři - nabíjím, nabito, vybíjím). Teď už jen zbývá sehnat někde světlovodivá vlákna a zatavit je do vyvrtaných dírek, ať svítí ven vždy jen ta pravá LED. Do té doby se je pokusím odstínit pomocí kousku papírku nalepeného na víčku...

propájeno a zkompletováno

Výsledek, slepený tavnou pistolí, vypadal mimořádně robustně a první krátký test absolvoval na výbornou. Akumulátor se přes mini-USB nabil a pak i dobíjel můj mobil. Super! Na poslední chvíli jsem přidal reklamní polep a výsledek předal jako ručně vyrobený (a tudíž velmi cenný) dárek synovi k narozeninám. Pozn.: akumulátor byl před finální kompletací vyměněn a vevnitř je skutečně 4500 mAh, nikoliv ten slabý 3800 mAh figurant na prvních fotkách :-)

finální verze včetně reklamy

Netrvalo dlouho a přišla reklamace. Prý to nejenže mobil nenabije, ale dokonce ho to vybije! Pracně jsem tu pečlivě slepenou krabičku rozdělal, abych mohl najít chybu. Žádná očividná tam nebyla. Všechno fungovalo správně - akumulátor se přes USB skutečně nabil na plnou kapacitu, a pak se začal vybíjet přes měnič do připojeného mobilu. Ale ouha - z poloviny vybitý mobil (s 1300 mAh baterií) to nedokázalo dobít ani do plné kapacity, aniž by se ten skvělý čínský 4500 mAh akumulátor nevybil úplně do mrtva (pod 2 volty).

Jelikož matematicky to nevycházelo (4500 mAh je přece mnohem víc než z poloviny vybitý 1300 mAh) a na chybu v zapojení to nevypadalo, začal jsem nakonec podezřívat samotný akumulátor. Potřeboval jsem ho proměřit, abych zjistil, má-li plně nabitý opravdu 4500 mAh. Nebo-li dokáže-li dodávat proud o určité hodnotě (třeba 500 mA) skutečně po dobu 9 hodin v kuse, než se vybije. No, nakonec jsem pro jednoduchost zvolil vybíjení do konstantního odporu 7,3 ohmu, což zhruba odpovídá 500 mA odběru.

Abych nemusel skákat kolem voltmetru a ampérmetru s hodinkama/stopkama v ruce a celý den to kontrolovat a zapisovat si údaje na papír, který potom ztratím, postavil jsem raději během chvilky digitální voltmetr s vestavěným web serverem, přes který se dají vyčítat naměřené hodnoty na analogových vstupech Arduina (měření s 10bitovou přesností, tj. +-2,5 mV). Tedy vzal jsem jedno Arduino, k němu připojil Ethernet štít, napsal krátký prográmek, který změří aktuální napětí a zobrazí ho na webové stránce a hotovo.

digitální internetový voltmetr = Arduino+Ethernet shield

Pak už stačilo jen napsat kratičký skript v shellu na mém serveru, volaný z cronu každou minutu, který přečte aktuálně naměřené napětí z webové stránky běžící na tom Arduinu a zapíše do CSV souboru (nebo by mohl i posílat do RRD pro graf v reálném čase). Výsledný CSV jsem naimportoval do Google Documents a jedním klikem si nechal vygenerovat graf. Výsledek je docela drsný:

Ano, akumulátor s udanou kapacitou 4500 mAh vydržel zahřívat připojený rezistor místo očekávaných 9 hodin jen necelou hodinu a půl! Když zintegruji danou křivku, vychází mi kapacita pekelných 666 mAh. To je téměř sedmkrát horší, než udaná. Už chápu, proč to nedokáže připojený mobil dobít ani z poloviny...

Pro zajímavost jsem změřil i druhý velký (18650) akumulátor, ten s udanou kapacitou 3800 mAh. Výsledek už nepřekvapil:

Tentokrát je realita (reálná kapacita) dokonce osmkrát horší než sliby prodejce. Opět studená sprcha.

Ještě jsem zběžně proměřil další články, které jsem v původním nadšení nakoupil, tentokrát typu 14500 (velikost našich AA), s udanou kapacitou 1600 mAh. Výsledek = 219 mAh (stejný výsledek u dvou různých kusů). Poměr slib : realita = 7,3 : 1.

Různé články, různá kapacita, ale společný koeficient lži

Když se nad tím zamyslím, je až s podivem, že všechny 4 články o různých kapacitách, od různých prodejců (ale možná stejného výrobce) shodně na obalu tvrdí, že mají 7-8 krát vyšší kapacitu než ve skutečnosti. Jedná se snad o nějakou nepsanou čínskou dohodu, že se na obalu bude udávat 8x vyšší kapacita, aby se články lépe prodávaly?

Teprve teď mě napadlo zeptat se, co o tom ví ostatní. Tento test článků o kapacitě 5000 mAh v podstatě potvrzuje moje zkušenosti (i když tam autor dospěl jen k pětinásobně přepálené udané kapacitě).

Je na místě zavrhnout tyto Li-Ion akumulátory úplně? Tento článek říká, že ne - jen je potřeba vyhnout se nesmyslně vysoké kapacitě a podezřele nízké ceně - skutečný akumulátor typu 18650 má bohužel kapacitu maximálně 3000 mAh, za to cenu má minimálně 5x vyšší, než za jakou jsem nakoupil tyto svoje pomníčky...

Nicméně se vůbec nevzdávám: mám v plánu rozbít akumulátor od nefunkčního notebooku, vytrhat z něj poctivé články a znovu oživit tento akupack, snad už se skutečnou kapacitou v řádu celých ampérhodin. Plus mám nápad, jak vylepšit elektroniku pro současné nabíjení vnitřního akumulátoru i připojeného mobilu. Ale o tom zas až příště...

P.S. ten digitální síťový voltmetr s webserverem se pro měření dlouhých dějů naprosto osvědčil. Asi mu vytisknu krabičku a napíšu komplet software na míru, abych měl prostě digitální multimetr s internetovou konektivitou.

Krmivo pro 3D tisk už jedině z JZD

Naši 3D tiskárnu už všichni znají. Podobně jako u obyčejné 2D tiskárny je do ní potřeba kupovat nějakou náplň, aby měla čím tisknout. Místo inkoustu žere tzv. filament, což je označení pro nekonečné vlákno z plastu. Z jakého plastu? Z nějakého, který jde dobře tavit (teplota tání by měla být tak pod 250 ℃). Nejčastěji se pro 3D tisk používají ABS nebo PLA, ale čile se experimentuje s mnoha dalšími. My jsme pro začátek konzervativně zvolili ABS, což je materiál, ze kterého jsou například Lego dílky, takže jsme měli docela dobrou představu, jaké pevnosti by výsledné výtisky měly dosáhnout.

Naše tavicí hlava umí zpracovávat vlákna obou nejčastějších průměrů - 1,75 mm a 3 mm. Pro úvod jsme zvolili průměr 3 mm a jali se na webu hledat nejlevnějšího dodavatele. Nakonec jsme vybrali czechreprap.eu, na kterém je zajímavé, že je to česká firma mající web i ceny komplet v angličtině/eurech. Po dlouhém dohadování jsme vybrali neutrální šedou barvu a koupili 900 gramů té plastové struny, která nakonec vyšla asi na 600 Kč. Levněji to na jaře nikdo neuměl. Dá se říct, že jeden metr té struny vyšel na zhruba pětikorunu, což je poměrně drahé, když uvážíme, že kdejaká drobnost si vezme metr či dva té struny, větší věci metrů klidně třeba šest.

Pak jsme půl roku zkoušeli tisknout a nebudu kecat, když řeknu, že přes polovinu materiálu jsme vyplýtvali na neúspěšných pokusech. Při 3D tisku se totiž může pokazit asi tak třicet šest různých věcí a většinou se i pokazí. Kluci vytiskli pár holčičích soch, já jsem si vytiskl pár krabiček na mé elektronické zázraky (s poměrem tak 3 nepovedené na 1 povedenou), zkusili jsme vytisknout náhradní díly na Reprap a to byl konec, šedá struna došla...

Začali jsme tedy zkoumat, kam se za půl roku pohnuly ceny filamentu a především nenapadlo-li některé JZD, které s plastem už dělá (dnes většina bývalých družstev nekrmí krávy granulemi, ale tiskne/stříká z plastového granulátu spoustu různých výrobků), vyrábět také ty struny pro 3D tiskárny. Osobně jsem se snažil v (JZD) Zálesí přesvědčit je o důležitosti výroby strun, ale nepovedlo se. Náhodou mi ale +Jan Krupka řekl o jiném družstvu, z Haňovic, kde to správní lidé pochopili a struny už valí.

Naštěstí v Haňovicích také pochopili, že rozumná cenová politika je klíčem k úspěchu a nasadili poloviční ceny než zbytek světa! Tak to má být. Navíc se s nimi dá velmi dobře mluvit, pan ing. Přindiš mi dokonce poslal vzorky PLA (takže konečně zkusíme tisknout z kukuřice nebo z čeho to je) a nějakého jejich speciálního ABS, které prý trpí menší smrštitelností při chládnutí (smršťování při chládnutí je jedna z bolestí 3D tisku, která umí zle pocuchat výrobky větších rozměrů).

Samozřejmě jsme byli zvědaví, co za plast nám dorazí a jak bude tisknout. Barvu jsme tentokrát vybrali žádnou, tj. "natural" (bezbarvý, resp. neobarvený přírodní) a čekali. Plastová struna přišla na pěkné kartonové cívce (což je pokrok oproti czechreprap.eu, kteří to poslali jen smotané jak napínací drát na plot a museli jsme kvůli tomu vyrobit cívku). Dokonce byla zatavená v sáčku spolu s takovým tím malým pytlíčkem soli, co s ním babička vždycky posype oříšky, u kterých taky bývá (už jsem jí řekl, že je to jedovatý pohlcovač vzdušné vlhkosti a že to sypat na jídlo nemá :-)

No a jak to teda tiskne? Jedním slovem VÝBORNĚ! Výsledné výtisky jsou přesnější (méně přetoků), vrstvy jsou lépe "slité" a hlavně je výsledek mnohem pevnější. Z nějakého důvodu jsou naše výtisky teď jakoby lépe "propečené" a jednoduše řečeno vypadají velmi "solidně" ve všech významech tohoto slova. Oproti šedivé struně od předchozího dodavatele je to jednoznačné zlepšení, ze kterého jsme nadšeni.

Takže pokud váháte, kde objednat strunu (ne do kytary), jděte rovnou na PV Plasty Mladeč, vyberte si kromě materiálu, průměru a barvy navíc taky tvrdost - aha, ceník online ještě nemají, tak si ho vyžádejte a uvidíte sami. Pan Přindiš mi ještě psal, že se po Novém roce chystají na vodou ředitelné PVA, což by umožnilo jednoduše tisknout rozpustitelné podpory pro dnes netisknutelné tvary (např. stojící hříbek). No budu je po očku sledovat, a pokud s nimi máte sami zkušenost, podělte se v komentářích níže.

Zvyšujeme napětí až na pět (DC step-up)

Po menším zklamání s 9V napájením jsem se pro přenosné napájení Arduin (a jiných 5V hraček) zaměřil na tužkové monočlánky. Jaké máme možnosti, Kowalski?

Kowalski má vždy po ruce několik možností

Tak určitě můžu použít AA (nebo dokonce AAA) 1,5V články, nebo raději rovnou dobíjecí NiMH akumulátory, které mají obvykle jen 1,2 V. Mohl bych zmínit i nabíjecí články Pure Energy s 1,5 V, kterých mám doma několik desítek, ale nechci si zaneřádit blog sprostými slovy. Takže máme článek o napětí 1,2 V. Z nich by se dal postavit zdroj o vyšším napětí, když bych jich zapojil víc do série. 3 kusy jsou ještě málo (jen 3,6 V), 4 kusy už jsou moc (plně nabité by daly kolem 6 V, a to už by Arduino nebylo rádo). Navíc 3-4 kusy jsou i docela objemné a těžké...

2 NiMH akumulátory a jeden alkalický dobíjecí článek

Další možností je použít Li-Ion akumulátory, které jsou u nás v tužkové podobě dost neznámé, zatímco celá Asie na nich frčí ve velkém stylu. Dělají se v mnoha různých kapacitách a velikostech, kdy některé  (např. typ 14500) jsou prakticky stejně velké jako naše AA. V čem se ale Li-Ion od "našich" NiMH liší zásadně je napětí - Li-Ion má standardně 3,7 V. Ovšem problém je podobný jako výše - napětí polovybitého článku kolem 3 V Arduinu nestačí, a po sériovém zapojení dvou Li-Ion článků bych dostal 7,4-8,4 V a to už je zas moc.

Li-Ion 14500 a 18650 články

Třetí možností přenosného zdroje elektrické energie by mohl být solární panel. V létě jsem totiž trošku experimentoval se solárními panely z takových těch malých zahradních lampiček, co se jen zapíchnou do země a ve dne se nabíjí a v noci svítí. Změřil jsem, že v nich ten maličký, větrem ošlehaný a časem zašlý panýlek dává kolem 1 voltu, v ideální situaci plného přímého poledního Slunce pak dokonce přes dva volty. Tak jsem chvíli uvažoval i o tomto jako možném zdroji (než jsem zjistil, že ten panel není schopen dodat téměř žádný proud, což ale přičítám tomu zubu času).

1857 mV - podzimní slunce mezi mraky za oknem

Ale jak z nízkého napětí získat poctivých 5 voltů? V tu chvíli opět vstupuje na scénu měnič napětí, tentokrát ale směrem nahoru, "zvyšovač", anglicky tedy step-up DC converter. V mém oblíbeném obchodě značky Ebay.com jich mají hned několik typů, lišících se minimálním vstupním napětím a účinností. Rovnou vynechám převodníky s nastavitelným výstupním napětím a pro účely Arduina použiju měniče s výstupem na USB, tedy 5 volty.

naši tři kandidáti na holení

Konkrétně jsem našel tři typy (na fotce zleva doprava): s napětím od 0,9 V a neuvedenou účinností, dále s napětím od 0,9 V a inzerovanou až 96% účinností (juchů!) a pak třetí, který dokáže zvyšovat napětí až od 3 V. Ten jsem rovnou ze sestavy vyloučil, protože by nestačil ani na solární panel, ani na dva Ni-MH články v sérii. Takže jsem postupně kupoval jednotlivé měniče, vždy po zklamání jsem objednal další typ a tím jsem nakonec získal neobyčejnou možnost je všechny porovnat, proměřit a podělit se s vámi o dalších pár slepých uliček, které jsem s chutí prošlapal.

Nejdřív jsem si koupil ten první měnič, který vypadal tak nějak nejméně integrovaný, starší, protože jeho čip měl jen čtyři nožičky. Připojil jsem ho k solárnímu panýlku a NIC. Ukázalo se, že inzerované nejnižší napětí 0,9 V není pravdivé. Ani při 1,0 V nebylo na výstupu víc než 4,7 V. Při 1,5 V má výstup 4,91 V a indikační dioda začíná mírně žhnout. Při vstupním napětí 2 V je na výstupu 4,95 V a indikační dioda už svítí tak poloviční intenzitou. Je tedy zjevně připojena na vstupní napětí. Bohužel tak vysoko se ten solární panýlek nedostane, tak jsem ho vyřadil z možných zdrojů napětí a dál počítal už jen s nabíjecími články či bateriemi z nich.

Zároveň jsem objednal ten druhý měnič, který také tvrdí, že funguje od 0,9 V, a navíc inzeruje fantastickou účinnost až 96 %. Když dorazil, vypadal tak nějak nověji/moderněji, víc integrovaně, neboť jeho čip má šest nožiček. Test u solárního panýlku dopadl o něco lépe, alespoň vizuálně, neboť indikační dioda je u tohoto typu připojená na výstup, takže vždy svítí plnou intenzitou bez ohledu na vstupní napětí. Bohužel ta dioda sama spotřebuje poměrně dost energie - například při vstupním napětí 1 V bere převodník naprázdno celých 10 mA, které všechny vysvítí ta dioda. Nakonec jsem tedy vyměkl, rozhodl se používat pouze Li-Ion články a tak mohl objednat i třetí převodník (ten, který vyžaduje nejméně 3 volty):

Tento typ se ukázal jako zdaleka nejlépe vymyšlený. Jeho indikační dioda totiž jen rychle poblikává, takže spotřebuje 4x méně energie, což už je v trvalém provozu docela zanedbatelné. Navíc jako jediný z převodníků inzeruje výstupní proud až 1 ampér, ti druzí dva si troufají jen na 600 mA (v některých inzerátech dokonce jen 200 mA).

Přišel čas zanést všechny tři převodníky do naší laboratoře. Nejdřív jsem je všechny proměřil naprázdno (bez zátěže), abych tušil, je-li možné je nechat trvale zapnuté i bez připojeného spotřebiče. Dále jsem jim nastavil na vstupu tři různá nízká napětí, abych viděl, jestli vůbec fungují podle popisů prodejců (na výstupu měly zátěž 220R - na větší proudový odběr než pár desítek mA si rozhodně při tak nízkém vstupním napětí netroufly).
A nakonec jsem jim na vstupu nastavil tvrdé napětí 3,6 voltu (jako by měl jeden Li-Ion článek, nebo 3x NiMH) a postupně k jejich výstupům připojil rezistory o odporu 10R (pro odběr kolem 0,5 A, jako bych nabíjel mobilní telefon), 49R (pro odběr kolem 100 mA, řekněme Arduino s podsvíceným displejem) a 220R (pro odběr kolem 23 mA, řekněme nějaké úspornější zapojení Arduina s jednou LED nebo tak něco). Výsledky měření jsou v následující tabulce, která v posledních 6 řádcích ukazuje, při jakém vstupním napětí a jaké zátěži bylo jaké napětí na výstupu a s jakou účinností v tu chvíli převod napětí probíhal:

měnič	4 nohy	6 noh	od 3 V
odběr naprázdno při 4 V	2,1 mA	1,8 mA	0,43 mA
napětí naprázdno při 3,6 V	5,06 V	5,14 V	5,19 V
napětí/účinnost při 1,0 V a 220R	4,70 / 73%	5,05 / 69%
napětí/účinnost při 1,5 V a 220R	4,91 / 85%	5,07 / 74%
napětí/účinnost při 2,0 V a 220R	4,95 / 84%	5,29 / 64%
napětí/účinnost při 3,6 V a 220R	5,09 / 84%	5,39 / 78%	5,17 / 89%
napětí/účinnost při 3,6 V a 49R	5,00 / 84%	5,48 / 65%	5,17 / 88%
napětí/účinnost při 3,6 V a 10R	4,57 / 69%	4,04 / 70%	5,17 / 88%

Myslím, že výsledky jsou jasné. První dva převodníky se rozhodně nehodí na nabíjení mobilních telefonů - neudrží napětí při odběru 0,5 A. První typ dokonce ani nedosáhne plného výstupního napětí, pokud nemá na vstupu aspoň 2,5 V. Za to si ale udržuje solidní účinnost 84 %, pokud po něm nechceme příliš velký výstupní proud. Dokážu si ho představit s jedním Li-Ion článkem v nějakém zařízení, které se spokojí s max. 100 mA odběrem.

Druhý převodník, co jej prodávají s údajnou 96% účinností, v ní nakonec dopadl nejhůře - většinou klopýtá kolem či pod 70 %, jen při výjimečně dobrých podmínkách (velké vstupní napětí a minimální  zátěž) je trošku lepší, pořád ale nejhorší ze všech. Zároveň mu utíká výstupní napětí až moc vysoko (5,5 V?!). Na druhou stranu jako jediný dokázal opravdu trošku fungovat od 1 voltu, což je hrdinské. Myslím, že u tohoto typu výrobce nezamýšlel větší výstupní proud než 200 mA - těch 600 mA mu přiřadili až někteří ziskuchtiví prodejci. Pokud se někdy octnu v situaci s jen jedním či dvěma NiMH články, tak tento převodník by z nich těch 5 voltů vyždímal, za cenu 30% ztrát.

Třetí převodník je jasný vítěz: dodává stabilní výstupní napětí bez ohledu na zátěž, má nejnižší vlastní odběr a zdaleka nejvyšší účinnost dotýkající se až 90 %! Myslím, že tento kus je vhodný na stavbu nabíječek mobilních zařízení s velkým odběrem, a stejně dobře poslouží i v přenosných Arduino hračkách s odběrem minimálním. Jsem rád, že jsem se k němu nakonec prokousal, a jiné typy už teď nekupuji :-)