Begränsa ström med fast ut-spänning

[Joohansson]

Jag håller på att konstruera en laddare till bland annat en iPhone 4s. Den ska matas med en energikälla som är ganska begränsad vad gäller effekt. Efter lite mätningar så har jag konstaterat att iPhone 4s drar 500mA vid 5V (om USBkontakten modifieras enligt den här sidan, längst ner: http://www.ladyada.net/make/mintyboost/icharge.html). Jag har också konstaterat att den klarar av att ladda med så lågt som 150mA om man begränsar strömmen med ett switchat nätaggregat. Vad jag vill göra är då att konstruera en krets som begränsar strömmen till 200mA och då även begränsar matningseffekten. Enklare strömbegränsare (current-limiter) bränner ju bort överskottet och det vinner jag ingenting på. Jag är ute efter en current-limiter som begränsar både ut- och in-ström. Den måste också kunna hålla en fast ut-spänning på 5V (eller samma som inspänning för jag har redan en step-up spänningsregulator).

Hur fungerar t.ex. en sådan här krets? Kan den hålla en fast utspänning på 5V, begränsa ut-strömmen och samtidigt begränsa inströmmen? Eller finns det någon fysisk lag som gör det omöjligt?
http://datasheets.maximintegrated.com/e ... X4995C.pdf

[Icecap]

Det kan du inte! Extremfallet är en kortslutning och måste 5V finnas kvar då kräver det extrema energimängder och värmeutvecklingen blir livshotande, alltså är "begränsat ström" och "fast spänning" samtidig en fysikalisk omöjlighet.

Enda sättet att begränsa strömmen (när den ska begränsas) är att sänka spänningen! Om du redan har en stepup omvandlare är det "bara" att bygga ut den så att den sänker spänningen vid 200mA.

Alternativt får du hitta på et sätt att meddela aj-fånen att den inte får dra så mycket ström fastän spänningen finns - och jag är mycket tveksam till att det kan lyckas.

[Joohansson]

Ok misstänkte det. Step-up converten reglerar ner spänningen automatiskt när strömmen överstiger tillåten gräns men det innebär att telefonen slutar ladda eftersom det inte längre är 5V.
Vid 4V in kan den klara 5V/500mA ut men så fort det går under 4V så börjar den sänka spänningen. Det är en Max757. Ska byta ut mot LT1302 för den klarar 500mA ner till 2V men jag har fortfarande problemet att det blir för hög totaleffekt..

[TomasL]

Gissar väl att det är telefonen som hanterar strömbegränsningen, beroende på vad för USB-uttag man sätter den i, har för mig att man löser detta genom att manipulera D+ och D-, och på så sätt tala om att den är ansluten till en hög/resp lågeffekts USB-uttag.

[Joohansson]

Ja det stämmer, man väljer antingen 1A eller 500mA. Kanske finns något sätt att begränsa ännu mer men har googlat som en tok efter ett svar.

[Joohansson]

Enda sättet att begränsa strömmen (när den ska begränsas) är att sänka spänningen!

Hur fungerar ett switchat spänningsaggregat med en ratt som begränsar strömmen men behåller spänningen? Jag har det hemma och det fungerade som sagt för att ladda mobilen långsamt.

[adent]

Som tidigare sagts så är det en omöjlighet. Antagligen finns där ett litet spänningsfall från 5V.

Men det kan vara så att när du vrider på strömbegränsningen på nätagget så sjunker spänningen, men då känner mobilen av det och sänker laddströmmen varvid nätagget kan höja spänningen tillbaka till nästan 5V för att ge den lägre strömmen.

Mobilen är "smart". Jag kan också vara ute och cykla, men grundprincipen är iaf att enda sättet att begränsa strömmen är att minska spänningen.

MVH: Mikael

[TomasL]

Eftersom USB-standarde förutsätter att ett USB-uttag skall kunna lämna 500 mA så är det det du får gå efter, möjligt att smarta hubbar och liknande kan förhandla med telefonen om en lägre laddström.

[Joohansson]

Som tidigare sagts så är det en omöjlighet. Antagligen finns där ett litet spänningsfall från 5V.

Men det kan vara så att när du vrider på strömbegränsningen på nätagget så sjunker spänningen, men då känner mobilen av det och sänker laddströmmen varvid nätagget kan höja spänningen tillbaka till nästan 5V för att ge den lägre strömmen.

Mobilen är "smart". Jag kan också vara ute och cykla, men grundprincipen är iaf att enda sättet att begränsa strömmen är att minska spänningen.

MVH: Mikael

Ok jag får testa det igen och mäta lite noggrannare. Det låter logiskt det du säger.

[TomasL]

Tanka ned standarden, så får du all information du behöver.

[mrfrenzy]

Du skriver inte något om vad din energikälla består i eller hur långvarig den är, men ett alternativ skulle ju kunna vara något enligt nedan:

1) Ladda upp en energilagringskomponent (tex stor kondensator eller ett NiMh/Li-Ion-batteri) med 200mA i X sekunder
2) Koppla in laddning av telefonen i 0,66*X sekunder
3) Koppla ifrån telefonen och börja om på 1)

[Joohansson]

Ja det är en intressant idé. Min energikälla är stabil under lång tid. Var inne på pulsbreddsmodulering, så telefonen "ser" 5V men med lågt energiinnehåll. Vet dock inte hur elektroniken skulle må av det..

Edit:
Har gjort lite fler mätningar och Apples produkter är skumma precis som jag läst av andra. Började med iPhone 3gs. Den drar 440mA vid 5V. Börjar man begränsa strömmen så händer något precis när spänningen går under 5V. Telefonen ställer om sig till 370mA och spänningen håller sig kvar på strax över 5V. Sänker man spänningen under 5V ännu en gång så säger den att "tillbehöret stöds ej" och stänger av laddningen men fortsätter att dra 100mA. Så den är minst sagt kräsen!

iPhone 4s däremot är smartare. Den drar 500mA vid 5V. Begränsar man strömmen så sänks spänningen, så samma resultat gäller om man sänker spänningen manuellt. Den verkar inte ha någon begränsning utan jag kunde ladda ända ner till 10mA vid ca. 3,55V. Men om man går från låg spänning och ökar långsamt så börjar den inte ladda förrän vid 4,5V vilket den då drar 200mA. Så min lösning är så fall att ge den ca. 4,6V och på så sätt ladda den långsamt. Men telefonens resistans är inte konstant utan den reglerar på något intelligent vis. 5V och 500mA motsvarar 10ohm men 4,5V och 200mA motsvarar 22,5ohm.

[TomasL]

Jag tror att du är ute på en "farlig" väg när du laborerar med detta, skall du bygga en USB-laddare, så är det lämpligt att följa standarden, eftersom telefonen i fråga är tänkt att fungera ihop med den, konstigheter kan hända om man går utanför.