Переделка аккумуляторной бритвы на сетевую
Перезаряжаемая электробритва, преобразованная в литиевую батарею
Автор: SSMix
Опубликовано 03.10.2021
Создано с помощью CotoRed.
Большинство перезаряжаемых электробритв, особенно выпущенных в предыдущие годы, работают от никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Срок их службы обычно составляет от 0,5 до 1 года, после чего они теряют значительную емкость и сильно саморазряжаются. В результате бритву приходится заряжать каждый день, а если она простаивает несколько дней, ее приходится заряжать снова. Это особенно раздражает, если процесс зарядки происходит при низком токе и длится около 8 часов.
Замена батареи решает проблему максимум на 0,5-1 год. Поэтому более радикальным способом восстановления нормальной работы электробритвы является замена никелевых батарей на одну литиевую. Он будет иметь те же размеры, но емкость будет выше, а саморазряд будет минимальным. Единственная проблема заключается в том, что многие электробритвы имеют электронную плату управления с микроконтроллером, запрограммированным специально для процесса заряда-разряда никелевых батарей. Кроме того, микроэлектродвигатели обычно рассчитаны на напряжение 2,4 В (два элемента Ni-Cd), в то время как литиевые батареи ограничены рабочим напряжением 4,2 В.
Поэтому при дальнейшей потере возможностей имеющейся электробритвы Микма-307
Было решено разработать и изготовить новую плату микроконтроллера для литиевой батареи, сохранив все функции штатной. На самом деле, этих функций не так много. Включение/выключение осуществляется с помощью одной кнопки. При включении устройства измеряется напряжение батареи, а уровень заряда отображается на 5 светодиодах. Если напряжение батареи ниже критического уровня, устройство отключается. Во время работы уровень заряда батареи отображается зелеными светодиодами (20%, 50%, 80%, 100%), а полная разрядка — красным светодиодом. При зарядке от сети отображается уровень заряда. Когда аккумулятор бритвы достигает полного заряда, все светодиоды начинают мигать.
Разработанная схема может быть использована практически с любой аккумуляторной электробритвой, единственное, что может потребовать доработки — это пересборка печатной платы под конкретный случай. Вот схема новой печатной платы:
Литиевый аккумулятор легче всего заряжается через USB от обычного зарядного устройства для мобильного телефона. Поэтому оригинальная плата сетевого преобразователя, включая материнскую плату, и старая никелевая батарея удаляются. Литий-ионный аккумулятор GB1 3,7 В можно использовать от старого мобильного телефона. Таких лакомств в наши дни очень много. В данном случае я использовал аккумулятор Nokia BL-4S емкостью 860 мАч. Для зарядки мы используем простую китайскую плату TP4056. Можно использовать простую версию платы без дополнительной защиты (DW01A и FS8205A), так как батареи мобильных телефонов уже имеют их, но в данной схеме выбрана полная версия для будущей возможной замены батареи без встроенной защиты. Также на этот случай предусмотрен самосбрасывающийся предохранитель FU1, ведь с литиевыми батареями, как известно, не шутят.
Сама плата защиты была немного модифицирована путем добавления подтягивающих резисторов 100 кОм, чтобы информация о процессе зарядки аккумулятора передавалась на микроконтроллер. По умолчанию ток зарядки на плате задается резистором R3 и составляет 1 А. В этом случае ток зарядки выбирается на уровне примерно 0,4 от номинальной емкости батареи. Поэтому значение резистора R3, который устанавливает ток зарядки, увеличивается с 1,2 кОм до 3,3 кОм. Сопротивление резистора рассчитывается следующим образом: R3 (кОм) = 1200 / Isar (мА). Рекомендуется выбирать зарядный ток, не превышающий 0,3…0,4 от номинальной емкости батареи.
Используемый микроконтроллер DD1 — это ATtiny24 в корпусе SOIC-14 с 2 Кб флэш-памяти, 128 байт ОЗУ и 128 байт EEPROM. Внутренний тактовый генератор работает на частоте 128 кГц. Спящий режим PowerDown используется для минимизации энергопотребления в режиме ожидания. Микроконтроллер питается от батареи через фильтр R7, C2, C3, который подавляет выбросы от работы двигателя. Напряжение батареи контролируется через делитель R3, R4 на линии PA7 (ADC7) микроконтроллера. Линии PA5 и PA6 используются для управления процессом зарядки аккумулятора с помощью сигналов STDBY и CHRG от платы зарядки. Линии PA0…PA4 управляют индикаторными светодиодами HL1…HL5. Линия PB0 используется для управления микромотором, фактически понижающим преобразователем. Поскольку сам двигатель является низковольтным (2,4 В), нет смысла подавать напряжение напрямую от батареи с рабочим напряжением до 4,2 В. Можно, конечно, отключить избыточное напряжение на одном или двух диодах и переключить питание двигателя силовым транзистором, но это существенно изменит скорость при разряде батареи, а заряд батареи будет расходоваться нерационально. Поэтому был использован понижающий синхронный повышающий преобразователь на микросхеме RT8072 от Richtex. Эта ИС может работать в диапазоне напряжений от 2,9 В до 5,5 В, имеет встроенный синхронный выпрямитель на базе MOSFET, регулируемую частоту преобразования от 300 кГц до 2 МГц через внешний резистор, КПД до 95% и обеспечивает выходной ток до 5 А.
Частота преобразования в этой схеме установлена на типичную частоту 1400 кГц, рекомендованную производителем. В этом случае резистор R13 равен 28,7 кОм. Напряжение встроенного источника опорного напряжения RT8072 составляет 0,8 В. Номиналы сопротивлений делителя R16, R17 рассчитаны для этого напряжения, чтобы получить выходное напряжение 2,9 В. Это немного выше, чем напряжение двух свежезаряженных никелевых батарей (2,8 В), что обеспечивает более комфортное бритье. Остальная часть жгута выбирается в соответствии с рекомендациями производителя, приведенными в техническом паспорте. Особое внимание следует уделить выбору дросселя L1 мощностью 0,47 мкГн. Для достижения высокой эффективности преобразования его внутреннее омическое сопротивление должно быть как можно ниже, а рабочий ток — как можно выше. В этом случае, поскольку выходной ток составляет менее 1,5 А, можно использовать дроссель IHLP-4040DZ 30 A от Vishay с внутренним сопротивлением 1,53 мОм или дроссель IHLP25CZER 17 A с внутренним сопротивлением 4 мОм.
Диод VD1 ограничивает индуктивные выбросы во время работы двигателя, конденсаторы C6, C7, C12, C13 являются шумоподавителями. Разъем X1 предназначен для прошивки микроконтроллера.
Единственная кнопка управления подключена к линии PB2 микроконтроллера через ограничительный резистор R5. Установка этого резистора обязательна. Дело в том, что китайские кнопки таймера обычно не работают очень долго. Со временем их контакты окисляются, и для их активации необходимо сильнее нажимать на них, также выбирая угол нажатия. В этой схеме автоматический сброс контактов кнопки импульсом тока смачивания реализован программно. Обычно длительность импульса составляет несколько десятков миллисекунд, а ток — несколько десятков мА. В этом случае используется импульс тока около 10 мА (определяется сопротивлением резистора R5 и напряжением батареи) и длительностью 10 мс.
Вся схема собрана на односторонней пленочно-стеклопластиковой плате размером 53×35 мм. Контур платы аналогичен стоковой плате, чтобы совпадали монтажные отверстия:
Переделка аккумуляторной бритвы Panasonic ES-RT33 для работы от сети 220В
Переделываем аккумуляторную бритву на работу от сети
Список компонентов:
C1 = 0,47 (1206)
C2 = 10,0×10 В (тантал, корпус A)
C3 = 1,0 (1206)
C4 = 0,01 (0805)
C5 = 100,0×6,3 В (тантал, корпус B)
C6 = 10,0 (1206)
C7 = 10,0 (1206)
C8 = 0,1 (0805)
C9 = 0,47 (0805)
C10 = 0,1 (0805)
C11 = 100,0×6,3 В (тантал, корпус B)
C12 = 10,0 (0805)
C13 = 10,0 (0805)
DA1 = RT8072GSP (SO-8)
DD1 = ATtiny24A-SSU (SO-14)
FU1 = 5A, 30В (автоматическое отключение)
GB1 = 3.7V (Li-Ion 900mAh Nokia BL-4S)
HL1-HL3 = зеленый. (2x3x4 мм)
HL4 = ЖЕЛТЫЙ (2x3x4 мм) = экстра желтый. (2x3x4 мм)
HL5 = красный (2x3x4 мм)
L1 = 0.47uH;17.5A (IHLP2525CZERR47M01)
R1, R2 = 100k (0805)
R3 = 3M (1206)
R4 = 1M (1206)
R5 = 330 (MF-12)
R6 = 220 (0805)
R7 = 1k (1206)
R8 = 30k (0805)
R9, R10 = 1k (0805)
R11 = 100k (0805)
R12 = 220 (1206)
R13 = 28,7k (1206)
R14 = 1k (1206)
R15 = 1k (0805)
R16 = 20k (0805)
R17 = 62k (0805)
R18-R20 = 15k (0805)
R21 = 1,3k (0805)
R22 = 3,3k (0805)
SB1 = тактовая кнопка (6x6x4 мм SMD)
VD1 = SK56 (SMB/DO-214AA)
X1 = WSR-6 (шаг 2 мм, угловой разъем на плате)
Используются прямоугольные выводы 2х3х4 мм. HL4 имеет желтый цвет в отличие от оригинала. Выводы светодиодов аккуратно загибаются по бокам, чтобы припаять их к площадкам для пайки на плате. Чтобы сделать границы между светодиодами более четкими, каждый светодиод обмотан полоской алюминиевого скотча. Вот фотография собранной платы (я не смог бы очистить ее лучше с помощью щетки):
Всего имеется 10 уровней индикации напряжения батареи в виде шкалы:
верхний зеленый свет 4.14В. 4,20В
мигание 4.07. 4.13В
зеленый свет 4.00. 4,06В
мигает 3,93. 3,99В
зеленые огни 3,86. 3,92В
мигание 3.79. 3.85В
желтый при 3,71 3,78В
мигание 3.64. 3.70В
низкий красный свет 3,57. 3,63В
вспышки 3.50. 3.56В