Мобильные страдания

Практически каждый владелец мобильного телефона когда-либо сталкивался с проблемой в виде "неожиданно" севшего аккумулятора. По закону Мерфи, это обычно случается именно в тот момент, когда вы ожидаете особенно важного звонка или хотите срочно назначить деловую встречу. Например, как-то в журнале попалось интервью с молодой "звездой", которая поведала душераздирающую историю о севшем в поездке аккумуляторе. (Вообще-то, если вам приходится много ездить – запаситесь сменным аккумулятором повышенной емкости – и нет проблем! Ну или почти нет…) При поездках в поездах дальнего следования мне нередко приходилось наблюдать драматическую сцену под названием: "Поединок владельцев мобильных телефонов за право подключения зарядного устройства к единственной работающей в вагоне розетке для электробритвы, расположенной в конце коридора". Хорошо, что дело обычно обходилось без кровопролития, но караулить свой мобильник в течение нескольких часов, стоя рядом на сквозняке или поминутно выглядывая из купе с другого конца вагона – занятие для мазохистов. А если и эта розетка не работает?.. Чтобы самому избежать подобных ситуаций в будущем, мне пришлось озаботиться изучением многочисленных статей и перерыть кучу различных материалов. Теперь вашему вниманию предлагается информация, которая может сделать жизнь хозяина мобильника хоть немного спокойнее. Да и для обладателей КПК эта статья тоже может быть полезна.

-А что там, в рюкзаке за спиной?

-Как это что? Батарейки для мобильника…

Источники питания (аккумуляторы) для мобильных телефонов в основном используются таких типов:

• никель-кадмиевые (NiCd)
• никель-метал-гидридные (NiMh)
• литий-ионные (Li-Ion)
• литий-полимерные (Li-Pol)

Никель-кадмиевые аккумуляторы – самые дешевые, чуть ли не самые распространенные на рынке. Их положительные свойства – достаточно высокая энергетическая плотность, большое количество циклов заряд-разряд (иногда до 1500), дешевизна и надежность. Скорость саморазряда не очень большая, обычно не превышает 20% в месяц. Еще один плюс – в процессе разряда напряжение на них падает достаточно медленно, оставаясь постоянным практически до полного разряда. Для производителей портативных электронных приборов это очень удобно. Ну а недостаток – кадмий очень сильный яд, и использованные аккумуляторы весьма вредны для окружающей среды. Еще один недостаток, с которым в свое время столкнулись космонавты – наличие у аккумуляторов этого типа "эффекта памяти". Проявляется он в том, что при зарядке аккумулятора, если перед этим его не полностью разрядить, он не зарядится до нужной емкости, а "запомнит" емкость, которую он отдал при предыдущем неполном разряде, и затем выдаст только ее. Чтобы этого избежать, периодически аккумулятор нужно полностью разряжать, но не до полного "нуля", как могут подумать многие, а всего лишь до конечного напряжения разряда – это примерно 0,9…1 Вольт на элемент, значит, батарею из 3-х элементов можно разряжать до 3-х Вольт. Тренировать батарею необходимо примерно раз в месяц. В вашем телефоне, скорее всего, стоит батарея другого типа – более современная.

Никель-метал-гидридные аккумуляторы стали использоваться сравнительно недавно, но уже занимают значительное место на рынке. Теперь в аккумуляторах нет ядовитого кадмия, и повышена плотность батареи. Проще говоря, при сопоставимых размерах мощность таких батарей раза в полтора выше, чем у кадмий-никелевых. Они заметно легче, чем батареи предыдущего типа. Но вот количество циклов заряд-разряд у них поменьше – около 500, так что вы вполне можете его замучить насмерть до того, как смените телефон на более современный. Процент саморазряда весьма высок – примерно 30% в месяц, и еще они не любят сильных колебаний температуры. "Эффект памяти" здесь тоже присутствует, но в меньшей степени. Тренировать их советуют примерно раз в три месяца. Сейчас, пожалуй, это наиболее легкие и тонкие аккумуляторы, наряду с литий-ионными.

Литий-ионные аккумуляторы обладают большой плотностью и мощностью. При одинаковых габаритах они могут работать втрое дольше никель-кадмиевых. Скорость саморазряда у них примерно 4-5% в месяц, и полностью отсутвует эффект памяти. Выдерживают они примерно 300-400 циклов заряд-рязряд. Это маленькие, легкие и не критичные к периодичности заряда аккумуляторы. Такие батареи могут выпускаться со встроенной схемой заряда и без нее. Первые могут заряжаться с помощью "простого" зарядного устройства, а для батарей второго типа нужны специальные зарядники с контролем тока заряда (эти батареи очень критичны к режиму, в котором проходит заряд, их легко вывести из строя при неверно выбранном токе заряда). А еще при температуре окружающей среды –10 град. С они теряют свои свойства. Да и дешевыми их назвать точно нельзя. Литий-ионные аккумуляторы хранить нужно в заряженном состоянии, и срок хранения составляет всего два-три года, так что при покупке лучше будет посмотреть на дату выпуска – вдруг он окажется уже старым, хотя выглядит еще совсем как новый (шутка).

Литий-полимерные аккумуляторы еще легче литий-ионных, принципиально они почти не отличаются от предыдущих, но используют не жидкий, а гелевый электролит и могут иметь практически любую форму, например, плоскую. В них встроена схема контроля тока заряда, они сохраняют работоспособность при температурах до

–20 град. С. Количество циклов – по данным из разных источников, от 200 до 350 (наверное, кому как повезет с производителем). Саморазряд составляет примерно 1-2% в месяц. Учтите, они очень не любят коротких замыканий выводов, при замыкании может перегореть предохранитель на плате контроля заряда или выгорают элементы на плате! (Впрочем, это касается всех аккумуляторов со встроенными платами контроля заряда.) Устанавливаются они чаще всего в дорогие телефоны.

Напоследок необходимо отметить, что при низких температурах воздуха телефон лучше всего держать во внутреннем кармане одежды, а не в сумочке, как это принято у дам, чтобы потом не пришлось удивляться – почему это разрядилась только вчера заряженная батарея. Емкость на морозе теряют все батареи, просто одни из них дохнут быстрее, другие – медленнее (это из печального жизненного опыта…). Еще многие телефоны на большом удалении от базовой станции или просто в зоне неуверенного приема быстрее расходуют энергию аккумуляторов. Поэтому, наверное, будет лучше при длительном путешествии в поезде включать мобильник только вблизи населенных пунктов – среди бескрайних степей ретрансляторы встречаются довольно редко. И еще: если вы вдруг решили купить мобильник "не первой свежести" – рекомендуется поискать к нему новый аккумулятор, пока они еще есть в продаже.

А вот какую информацию можно увидеть в инструкции к мобильному телефону "Siemens":

Так что "…думайте сами, решайте сами – играть или не играть!"

Продлить срок автономной работы от аккумулятора можно элементарной доработкой телефона. Необходимо просто припаять параллельно проводам, идущим к аккумулятору (соблюдая полярность) электролитический конденсатор емкостью 1000…3000 мкФ с рабочим напряжением немного выше, чем напряжение аккумулятора. Потребление тока в мобильном телефоне стандарта GSM носит импульсный характер – передатчик при разговоре работает примерно 1/8 часть всего времени. Поэтому при установке конденсатора импульсы тока будет отдавать он, а на протяжении всего остального времени конденсатор будет заряжаться от аккумулятора. Иногда продолжительность работы увеличивается больше чем в два раза! Отметим, что в Siemens C25, например, такой конденсатор уже установлен, другие производители подобной заботы о пользователях не проявляют.

Помните, что данную доработку лучше производить по окончании гарантийного срока и только при наличии "умелых рук"!

Загадочные черные коробочки

Зарядные устройства для сотовых телефонов чаще всего имеют корпуса, изготовленные из пластмассы черного цвета, вставляются непосредственно в розетку и шнурком подключаются непосредственно к мобильнику или подставке для него. На этом сходство обычно заканчивается. В принципе, можно выделить три основных варианта схемных решений для данных устройств:

1. зарядные устройства простейшего типа (трансформатор и выпрямитель)
2. зарядные устройства с трансформаторным выпрямителем и электронным стабилизатором напряжения (и/или тока заряда)
3. импульсные преобразователи напряжения (например, 220=>5 Вольт).

Каждая фирма-производитель стремится отличаться от других, причем во всем – от разьемов для зарядки на корпусе мобильника до напряжения на выходе зарядного устройства. В магазине, торгующем сотовыми телефонами, удалось провести небольшое исследование, и вот результаты:

Nokia:

230 В, 50 Гц / 21 мА, 4,8 Вт

3,7 В / 355 мА 1,3 Вт

"китайское" зарядное устройство (импульсное):

100…220 В, 47…63 Гц,

4,5…5,5 В / 400 мА

Panasonic:

100…240 В

5,5 В / 700 мА

Maxon:

90…254 В, 50…60 Гц

6,5 В / 200 мА

Motorola:

230 В, 50 Гц,

3,6 В / 600 мА

Как можно убедиться, "в каждом мобильном монастыре свой устав". Зарядные устройства для многих моделей сотовых телефонов практически все одинаковые, отличаются только размером корпусов (различна мощность трансформаторов). Самые маленькие и легкие – это, конечно, импульсные преобразователи. Ремонт каждого типа зарядного устройства имеет свои особенности.

- это простейший блок питания с выходным напряжением 12 Вольт и максимальным током 500 мА. Абсолютно ничего сложного в нем нет, разве что корпус обычно заклеен намертво. Но при наличии некоторого терпения лобзиком его можно распилить по шву, поковыряться, а затем аккуратно склеить так, что следов вмешательства практически не будет видно. Конденсаторы (кстати, необязательные), установленные паралельно диодам, служат для подавления помех, их емкость составляет порядка нескольких десятков пикофарад. Провода питания обычно окрашены: коричневый – "плюс", черный – "минус". Нагрузочное сопротивление на выходе - мощностью 1 Ватт. Напряжение на выходе блока может быть и 4…5 Вольт, но это не принципиально (зависит от модели телефона). Главное – что определять момент окончания заряда должна схема, расположенная непосредственно в аккумуляторе или телефоне.

<схема 1–зарядное устройство Alcatel >

Вот простой вариант ЗУ для Nokia – здесь используются обычные транзисторы. В данном случае можно рассмотреть работу блока поподробнее ("Радиоаматор", №6 за 2003 г, автор статьи – С. М. Абрамов).

<схема 2 –Зарядное устройство для Nokia 6110>

Это обычный импульсный блок питания с автогенерацией. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором С1. Транзистор VT1 открывается смещением, поступающим с резистора R1. При этом через первичную обмотку трансформатора Т1 и резистор R3 протекает ток. Отрицательное напряжение с вторичной обмотки трансформатора через диод VD7 заряжает конденсатор С2. При достижении пробоя стабилитрона VD6 закрывается транзистор VT1. Если ток, потребляемый устройством, превысит определенное пороговое значение, то падение напряжения на резисторе R3 достигнет уровня открывания диода VD5. Открывается транзистор VT2, который в свою очередь закрывает силовой транзистор VT1.

Напряжение с обмотки III трансформатора Т1 выпрямляется диодом VD8, сглаживается конденсатором С4 и поступает в нагрузку. Светодиод - двухцветный и служит для индикации перегрузки. Пока напряжение на резисторе R8 недостаточно для открывания транзистора VT3, ток течет от плюсового провода через резистор R6, светодиод HL1 и резистор R9 – светодиод светится зеленым цветом. При перегрузке транзистор открывается, ток протекает через него, светодиод и резистор R7 – светодиод загорается красным цветом.

Следующий вариант зарядного устройства – "китайский" импульсный преобразователь напряжения ("Радио", №11 за 2002г., автор статьи – А. Паньшин). Максимальное выходное напряжение – 12 Вольт, максимальный выходной ток – 500 мА. Момент окончания зарядки определяет "сам сотовый телефон", т.е. аккумулятор в этом случае также должен быть со встроенной схемой контроля тока заряда. С телефоном ЗУ соединяется шнуром с разъемом на конце. Собрана схема на обычных "китайских" транзисторах. В "походных" зарядных устройствах могут использоваться похожие схемные решения.

<схема 3 – Импульсное зарядное устройство>

При замене деталей необходимо учитывать мощность того элемента, который вышел из строя и мощность вновь устанавливаемой детали – она не должна быть меньше. Придется внимательно просмотреть информацию в справочниках, без этого обойтись нельзя, если хотите, чтобы ваш девайс работал долго и надежно. В неисправном ЗУ, например, оказались пробиты транзисторы VT1, VT2, VT3 и оборван резистор R1. Пробой транзистора VT3 произошел, вероятнее всего, из-за конденсации влаги под крышкой корпуса во время хранения, так как места паек на плате не покрыты лаком, а расстояние между контактными площадками стока и затвора VT3 - не более 1,5 мм.

Транзистор VT3 был заменен на IRFBE30, VT1 – на КТ209А. Плата была покрыта несколькими слоями цапонлака. В крышке корпуса желательно просверлить несколько отверстий напротив транзистора VT3, так как он установлен без теплоотвода.

После ремонта ЗУ успешно используется для зарядки батареи из трех никель-кадмиевых аккумуляторов в сотовом телефоне фирмы "Эриксон".

Самый замороченный вариант зарядного устройства – с использованием специализированных микросхем. Их подробное описание бывает очень трудно найти, поэтому возникают проблемы с заменой выгоревших компонентов. Следующая схема - как раз такой случай.

<схема 4 –Зарядное устройство для Nokia>

Если на схеме возле конденсатора отстутствует его номинал – его не удалось измерить приборами, имевшимися в наличии. То же относится к "неопознанным" диодам на плате.

Характерной особенностью зарядных устройств, собранных по схеме импульсного преобразования, является то, что при включении без нагрузки они иногда могут выйти из строя (сам видел ключевые транзисторы, разлетевшиеся в буквальном смысле слова "вдребезги", так что становится невозможным прочитать маркировку, а следовательно - подобрать замену).

А вот как происходит процесс зарядки аккумуляторов в реальном телефоне.

Например, поставляемая в комплекте с аппаратом Siemens ME45 (S45) стандартная литий-ионная батарея имеет емкость 840 мА-ч при напряжении

4,2 В. Заряд батареи начинается немедленно после подключения зарядного устройства, независимо от того, включен телефон или выключен.

В процессе заряда на дисплее отображается символ заряда. Аккумуляторную батарею всегда следует держать в заряженном состоянии. Ток заряда батареи величиной 350...600 мА проходит через электронный ключ, расположенный в телефоне.

По окончании заряда он отключает батарею от зарядного устройства. Для корректировки тока заряда при изменении температуры окружающей среды используется датчик — термистор с отрицательным ТКС сопротивлением 10 кОм при температуре 25 град. С.

Следует иметь в виду, что литий-ионная аккумуляторная батарея имеет встроенную электронную схему защиты и самовосстанавливающийся предохранитель для защиты от глубокого разряда, перезаряда и короткого замыкания (эх, если бы всегда эта система срабатывала так, как нужно!). Более того, для опознавания аккумуляторной батареи зарядным устройством она имеет встроенный резистор сопротивлением от 8,2 до 56 кОм, используемый в качестве датчика кода производителя.

Причем батареи определенного производителя имеют свое значение этого резистора: батареи производства PANASONIC — 8,2 кОм, NEC - 15 кОм, SANYO -27 кОм, другие производители -56 кОм.

Если зарядное устройство батарею не распознает (сопротивление не соответствует приведенным значениям), ее заряд не происходит. Для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей следует использовать только специальные зарядные устройства.

Их особенностью является очень малый допуск напряжения заряда: выходное напряжение 4,2 Вольта не должно отличаться от номинала более чем на ±50 мВ. Заряд батареи гарантируется при температуре 5...40 град. С. При других значениях окружающей температуры заряд батареи не производится.

Процесс нормального заряда не может быть начат (электронный ключ заряда батареи будет закрыт), если напряжение батареи менее 3,2 Вольт.

В этом случае микросхема управления питанием ASIC, измеряя ток, протекающий через резистор шунта, управляет внешним полевым транзистором, который линейно регулирует ток заряда: при напряжении менее 2,8 В его величина составит 20...50 мА, при более высоком напряжении - вплоть до 3,75 В -50...100 мА. Максимальное время такого заряда, называемого восстановительным, составляет 1 ч.

Во время восстановительного заряда мобильный телефон находится в выключенном состоянии, и индикация заряда отсутствует. По достижении напряжения батареи 3,2 В ASIC автоматически включает индикацию, и начинается режим обычного быстрого заряда.

Иногда после включения телефона он может вновь выключиться. В этом случае опять инициируется восстановительный заряд, но теперь порог напряжения включения и перехода телефона во включенное состояние составит 3,75 В, а необходимое для такой подзарядки время составит около 20 мин.

При использовании нештатного зарядного устройства телефон может выйти из строя: при выходном напряжении зарядного устройства более 15 В из строя выйдут резисторы и конденсаторы источника тока телефонов, при напряжении более 20 В - ключевой транзистор и ASIC. Так что рекомендуется хорошо подумать, прежде чем использовать для заряда "левые" блоки питания.

Cхемы зарядных устройств удалось найти на