입력 전압 범위가 7~38Vdc인 LM2576을 사용하여 2개 출력을 가진 스마트폰 충전기를 만들어 봅시다.

[덤보]

입력 전압 범위가 7~38Vdc인 Step−Down Switching Regulator LM2576을 사용하여 2개 출력을 가진 스마트폰 충전기를 만들어 봅시다.

일반적인 스마트폰 충전기는 아답타(직류전원장치)와 비슷한 충전기를 사용하여 충전을 한답니다.

이 충전기 내부 회로를 자세히 살펴보면 특별한 장치 없이 입력전원 220VAC/60Hz의 일반적인 RCC 방식 SMP로 구성되어 있고, 출력단이 USB 콘넥터로 구성되어 있는 것을 알 수 있답니다...

특히 정격출력을 살펴보면 출력전압은 일반적인 허용오차를 적용하여 5Vdc±0.25V 정도가 되고, 출력전류는 1A~2A로 다양한 것을 알 수 있답니다.

아마도 출력전류가 다양한 것은 충전 시간을 단축하기 위함인 듯합니다.

그런데, 한 가지 재미있는 현상은 동일한 USB 연결 케이블 가지고, 스마트폰과 충전기를 연결하여 충전을 하게 되면 스마트폰의 배터리 설정에 충전기 연결이 표시되고, PC와 연결하면 USB로 표시된다는 것이지요..

이것은 충전기 내부를 보다 세밀하게 살펴보게 되면, 충전기 USB 콘넥터의 data+, data- 핀이 내부적으로 연결된 상태를 발견하게 되는데요..

충전기 USB 콘넥터의 data+, data- 핀을 인위적으로 단선 시킨 후, 스마트폰과 USB 연결케이블로 연결하여 스마트폰의 배터리 설정을 확인해 보면 USB가 연결되었다고 표시되는 것을 볼 수 있어, 이것이 충전기 또는 PC 연결을 구별하는 인식 회로라 생각됩니다(이것으로 판단하건데.. 일반적인 스마트폰의 충전기는 5Vdc±0.25V, 1A~2A의 정격출력을 가진 일반적인 어댑터를 사용해도 될 듯합니다..)

그런데 지금 만들고자 하는 것은 입력 전압 범위가 7~38V인 Step−Down Switching Regulator LM2576을 사용하여 2개의 

출력을 가진 일반적인 스마트폰 충전기를 만들기 위한 것이므로 위에서 살펴본 내용은 충전기를 만들 때 참고 하시기 바랍니다.

입력 전압 범위가 7~38Vdc 로 큰 이유는, 가정에서 사용하는 어댑터(9, 12, 24, 36Vdc용(1A이상)) 또는 12V 배터리, 24V 배터리를 사용하는 차량 등에서도 스마트 폰을 충전하기 위함이랍니다.

회로도

자세한 회로도, 부품 배치도, 패턴도, 부품 목록은 여기를 클릭하세요

http://cafe.daum.net/funny-circuit/M2lg/66

부품을 준비해 봅시다.

품명	규격	수량	적용	비고
콘덴서	100uF/25V	1	C1
콘덴서	1000uF/10V	2	C2,C3
다이오드	1N5822	2	D1,D2
Jack	DC Jack PWR 2mm	1	J1
콘넥터	5267-2	1	J2
콘넥터	5264-2	1	J3
콘넥터 터미널	5263	2	J3
LED	GRN 3mm	2	LED1,LED2
인덕터	100~150uH, 13pi	2	L1,L2
저항	100	2	R1,R3
저항	300	2	R2,R4
스위치	KCD11-102_mini	1	SW1
USB 콘넥터	USB-A, Vertical	2	USB1,USB2
IC	LM2576-5	2	U1,U2
패턴 와이어	단선	필요량	패턴용	0.3mm, 주석도금
전선	연선	필요량	배선용	AWG24~26
PCB	만능 PCB

부품이 준비되었으면 만들어 봅시다.

부품 배치도

패턴도

완성품

참고 : 완성품은 케이스에 실장하기 위해 만능 기판의 사용하지 않는 부분을 제거하여 만들었답니다.

일반 콘덴서를 사용하다보니 콘덴서 높이로, 본의 아니게 USB 콘넥터 높이가 낮아지게 되어 케이스에 삽입했을 때 USB 연결 케이블이 삽입되지 않는 관계로 PCB를 두조각으로 구성해서 높이를 맞췄답니다.

그래서 빨간 점퍼선으로 전원을 아래 pcb와 위 pcb로 연결하기 위해 사용했고요...

좌측의 빨간 점퍼선은스위치 on/off led를 넣을 까??? 생각하다... 출력단에 led가 스위치와 같이 동작해서 회로를 꾸미지 않고 

그대로 놔둔 상태입니다...

부품을 구입하실 때 콘덴서 높이를 꼭 확인하여 높이를 맞추세요....

케이스 제작 

CASE는 ABS 판재를 자르고, 깍고, 밀고, 뚫고, 붙이고 해서 만들었습니다..

조립완료

동작을 시켜봅시다.

충전동작에 사용된 입력전원은 12V2A 어댑터를 사용했답니다...

 지만, 스마트폰 충전기는 필요에 의해 자작 또는 구입해서 사용하지만, 스마트폰과 함께 출하된 인증된 정품 충전기를 사용하는 것이 가장 좋습니다.

스마트폰 충전기에 대한 부연 설명을 한다면요..

기존 2G 또는 3G 일부 휴대폰에는 24핀 표준형 충전기(TTA)를 사용하여 충전을 했는데요..

최근 스마트폰은 표준형 충전기(TTA)가 아닌 5V 1.5A 또는 5V 2.0A 출력의 일반적인 어댑터(직류전원장치)와 비슷한 충전기를 사용하여 충전을 한답니다.

이러한 충전기의 사용은 충전회로가 충전기 내부에 구성되어 있는지, 아니면 휴대폰 내부에 구성되어 있는지에 따라 적용하는 충전기가 각각 다르게 된답니다.

따라서 충전회로가 휴대폰 내부에 구성되어 있는 스마트폰 충전은 충전회로가 구성되어 있는 충전기를 사용할 필요가 없고, 

일반적인 어댑터 형태의 충전기를 사용하는 것이랍니다.

주의할 것은 스마트폰을 충전하기 위한 전압과 전류로 스마트폰에서 요구하는 정격 전압과 충전 허용전류를 공급하면 된답니다.

여기서, 스마트폰 충전 허용전류는 스마트폰 내부의 충전회로에서 제어하므로 전류역시 외부 충전기에서 제어할 필요가 없고 

단지 입력 전압 5Vdc를 정격으로 사용하는 것이 중요하답니다.

또한 정격전압도 일반적인 허용오차를 적용하게 되면 5Vdc±0.25V 정도가 되는데.. 허용오차는 (+)가 적용된 것이 좋답니다..

참고로 시중에서 판매되고 있는 정품 스마트폰 충전기(직류전원장치)의 정격은 5V1A ~ 5V2.0A를 사용한답니다.

(내부 회로구성은 RCC 스위칭 방식을 적용하고 있답니다.)

일반적인 스마트폰 충전기의 충전 속도와 충전기 인식에 대해 대략적으로 알아봅시다.

일반적으로 충전 속도는 시간당 공급 전력량에 비례하고, 전력은 전압과 전류의 곱이므로,

전력(W) = 전압(V) x 전류(A)가 된답니다.

여기서, 충전기 전압은 5Vdc로 고정되어 있으므로 결국 충전 속도를 결정짓는 것은 전류가 되는데요.. 

공급 전류가 커지면 전력이 커지기 때문에 충전 속도가 빨라지게 된답니다.

만약에 가지고 있는 스마트폰 충전 배터리 용량이 2,100mAh이고 3.8V라고 한다면, 이 배터리는 1시간동안 2.1A를 사용할 수 있다는 것이고, 배터리 충전 전력량은 2,100mAh x 3.8V = 7.98Wh 가 된답니다.

이러한 배터리를 충전한다면, 충전기 출력 전압은 5V로 고정되어 있으므로 출력 전류에 의해 충전 시간이 결정되므로,

충전 전류가 각각 1A, 2A일 때 소요되는 충전시간은 대략 다음과 같이 계산될 수 있겠네요..

충전 전류가 1A일 경우에는 7.98Wh/(5Vx1A) = 1.59h 이 되므로 약 1시간 35분 정도가 소요되고,

충전 전류를 2A로 높이면 7.98Wh/(5Vx2A) = 0.798h 이 되므로 약 50분 정도가 소요되는 것으로 계산 되네요..

그런데 여기서 잠깐 생각해 봐야 하는 것이 스마트 폰에는 충전회로가 내장되어 충전기로부터 들어오는 전압과 전류를 모두 제어하게 되는데.. 스마트폰 제조회사마다 조금씩 전압과 전류를 다르게 제어하므로 충전 시간이 계산값과는 조금 다르게 된답니다.

결과적으로 충전 전류를 높이면 충전 시간이 빨라진다는 것을 알 수 있는데요.. 그렇다고 무한정 충전전류를 높인다고  충전시간이 빨라지는 것은 아니랍니다.. 앞서 언급한 스마트폰의 내부 충전회로에는 입력되는 충전전류를 무한정  받아들이는 것이 아니라 제한 회로를 포함하고 있어 일정 이상의 전류가 들어오는 것을 제한한답니다.

스마트폰을 충전하기 위해 충전기 또는 컴퓨터 USB 단자와 연결할 경우, 스마트폰 내부의 충전회로에서 연결단자를 검출한 다음 각각의 연결단자 허용 전류에 맞는 충전전류를 제한한답니다.

스마트폰을 PC의 USB에 연결했을 경우, 스마트폰은 USB 2.0과 연결된 것으로 인식하여 USB 2.0 콘넥터의 허용 전류인  500mA 이내의 전류가 흐르도록 충전전류를 제한하고, 충전기를 연결하였을 경우에는 충전이 허용되는 최대 충전전류를

흐르게 한답니다.

그런데 여기서 한가지 더 살펴보고 지나가야 될 것은, 동일한 USB 연결 케이블 가지고, 스마트폰과 충전기를 연결하여 

충전을 하게 되면 스마트폰의 배터리 설정에 충전기 연결이 표시되고, PC와 연결하면 USB로 표시된다는 것이지요..

스마트폰은 PC의 USB 콘넥터와 충전기 USB 콘넥터를 어떻게 구별하는가 하는 것이지요..

육안으로 봐서는 똑같은 USB 콘넥터인데 말이지요..?

USB 콘넥터의 핀 블록은 다음과 같이 구성되는데.. 일반적인 스마트폰 충전을 위한 충전기 쪽의 USB 콘넥터 핀 블록 결선이 조금 다르답니다..

스마트 폰 충전기 USB 콘넥터 핀 블록과 결선도

충전기에 USB 연결 케이블을 연결하여 스마트폰에 충전을 하게 되면, 충전기 USB 콘넥터의 data+ 핀과 data- 핀이 연결되어 있어 스마트폰에서 보낸 신호가 바로 리턴 되어 입력되어 충전기가 연결되었다는 것을 인식하게 되는 것이랍니다.

따라서 스마트폰의 배터리 설정 창에 충전기가 연결되었음이 표시되고, PC에서는 data+ 핀과 data- 핀이 분리된 상태로

각종 data가 송수신되는 회로로 사용되므로 USB로 연결되었음을 표시하게 되는 것이랍니다.

이러한 인식은 일반적인 스마트폰에만 적용되는 것으로, 갤럭시탭, 아이폰 등 일부 특정 제품에서는 적용되지 않으므로 

이러한 제품은 구매시 제공되는 충전기를 적용하여야 한답니다.

그리고, 스마트폰 충전기는 필요에 의해 자작 또는 구입해서 사용하지만, 부득이한 경우가 아니라면 스마트폰과 함께 출하된 

인증된 정품 충전기를 사용하는 것이 가장 좋답니다.^^