Мои живучие батарейные моды для электронной сигареты

Уж и не упомню, в какие годы и кто именно втянул меня в тему электрических сигарет, кажется, это был Михаил Финогенов. Дело было в каком-нибудь 2013 году, когда был еще жив UPgrade, в редакции которого я проводил бессонные редакторские ночи. Теперь я не покупаю батареи, а делаю их сам из подножного корма.

Конструкция. Хорошо вышло!

Тогда, в 2013, сразу всё и пошло-поехало: одноразовые испарители Pons, которые я научился подзаряжать и использовать 2-3 раза, потом "стартовый набор" Joyetech и всякие базы, аромки и прочее.

Пришло четкое понимание факта, что батарейка - главное. Первая пара аккумов из стартового набора спустя год активного парения померла, на смену им была куплена еще одна батарея типа EGo1100 мА/ч - тоже отработала год и сдохла. Батарейный трубомод Innokin SVD не прожил и полгода - фатально сгорел по выходу.

Красивый, прочный SVD

Пришлось искать запасные варианты по известной схеме "улица должна дать мне всё". И первые реализации были обильно политы кровью после ходьбы по чужим граблям. Хочешь хорошо - придумай своё!

Изначально я реализовывал "китайские схемы". В их простых батареях для электронных сигарет используется 1 литиевая ячейка с напряжением 3,8-4,2В, к которой добавлен "сервис": кнопка включения, блокиратор, индикатор, зарядник для литиевого элемента. Иногда добавляется "стабилизатор тока", с реализацией которого, говоря начистоту, не разбирался. Но если отбросить шелуху, то останется просто батарея и кнопка. 

Ни с первым, ни со вторым проблем не возникло: липолевые "галеты" на 3,6-4 А·ч имеются в изобилии, а в качестве кнопки хорошо работают как P-канальные (хуже), так и n-канальные мосфеты (лучше) в корпусах SOT и SOIC, 3-4В на затворе многим из них достаточно.

Одна из первых схем средней паршивости. Резистор в затворе надо на два порядка меньше. Транзистор ключа слабый, надо крупнее. От зарядника многого не добьешься, 0,5А максимум.

Одна из удачных схем с n-канальными ключами. Собственно курительная часть собрана на Т2, который включает испаритель при замыкании кнопки S2. Остальное - зарядник. Ток заряда задается резистором R1. При подаче напряжения 5В через micro USB схема ждет нажатия на кнопку S1. После нажатия протекающий через R1 ток открывает транзисторы VT1 и Т1, и Т1 удерживается открытым, ибо ток заряда удерживает транзистор VT1 в открытом состоянии и на затворе Т1 присутствует 3В (зависит от прямого напряжения светодиода HL1). Когда напряжение на батарее достигнет 4,2В, ее схема защиты отключит батарею от источника, VT1 и следом Т1 закроются и будут закрытыми до следующего нажатия пусковой кнопки. 

А зарядник вообще-то может быть любым - как встраиваемая платка с алиэкспресса, так и просто пара резисторов после USB-порта, коли защита от превышения напряжения уже есть в самом аккумуляторе. Вот самые распространенные чипы в модулях: TP4056, LTC4054, готовые платки под них и с ними в изобилии есть на Алиэкспрессе.


Недостатки этой схемы показали себя сразу. Ток нагревателя должен быть таким, чтобы мощность его попала в рамки 8-12Вт, это "золотое сечение" для большинства популярных испарителей, что экспериментально доказано многими вайперами. Пример: при сопротивлении нагревателя 1,6 Ом и свежей батарее 4В ток нагревателя составит 2,5А, запас по мощности "снизу" еще есть, 10Вт это очень неплохо. Но для батарейки емкостью 650 мА·ч ток великоват, батарея пашет на износ и дропаут под такой нагрузкой может быть больше 0,5В. И ведь это далеко не самый прожорливый нагреватель! Сейчас в тренде 20-50-Ваттные испарители с кипятильником в полОма и ниже. В итоге качество и вкус пара напрямую зависят от сопротивления спирали, степени заряда аккумулятора и его "злости". На свежезаряженном аккумуляторе испаритель  "жестит" и горит, на слабом еле-еле парит. Небольшой офф: заметил, что вкус сигареты разный, когда включаешь ее грелку механической кнопкой или ключом на транзисторе, всяко сказывается сопротивление канала, а оно еще и нелинейно. С транзистором вкуснее (смайл).

Еще минус - "злая" батарея не любит случайные короткие замыкания, проводки раскаляются мгновенно и норовят сжечь карман или устроить пожар.
Так или иначе, несколько реализаций у меня болтались по рюкзакам, выдержали мотопоходы по Новгородской области и Карелии и, в целом, показали свою жизнеспособность. Простота это отличное качество, а еще, используя батарею сигареты и отрезав лишний проводок от зарядника, я в сельве на Бесовом Носу умудрился зарядить фотоаппарат и сделать несколько пруф-снимков. Не имея этой самодельной батареи, ушел бы, так и не задокументировав победу.

От многих недостатков свободны батарейные "моды", включая тот самый SVD. В них имеется все та же литиевая батарея, но помимо сервиса, процессор управляет преобразователем, умеющим повышать или понижать напряжение в зависимости от установок в меню. За это и цена! При том, какая гарантия, что через месяц-два использования мод не станет мертвой бесполезной железякой? А к нему еще надо докупать сильноточную банку 18650, зарядник к ней, выходит весьма внушительная сумма!
Эволюция началась с простого вопроса. А вот кто сказал, что батарея должна состоять из одного элемента? Почему нельзя взять большее количество элементов, и, используя понижающий преобразователь, получить необходимое напряжение на выходе?
Для реализации задумки мне потребовалась батарея из трех элементов. Один я сказал почему плохо - напряжения мало, а ток нагрузки велик. Два неудобно, у меня нет таких напряжений, четыре банки это много, а вот три - самый раз. Вдобавок 12В - это бортсеть всяких ТС. Зарядники на основе BQ24610 есть в наших приборах, которые мы выпускаем, значит, зарядить всегда найдется чем. Кормовая база для данного конструктива весьма богатая.
Понижать напряжение лучше всего специальной интегральной схемой - это решение дает  и простоту, и надежность, и высокий КПД. В данном случае мне показался удобным вариант с MAX1627 с минимумом элементов обвеса и регулируемым выходом. Отличная микросхема для понижаек, я вам скажу. В конце ее datasheet приведена схема на 2,5В и ток 6А и именно она подошла наилучшим образом, особенно после подбора и сдувания деталей с доступных в хламе плат.

Никаким сервисом я не стал морочить себе голову. Из сервиса добавил лишь вольтметр для ходовых испытаний и в итоге так он и остался жить на батарейном блоке. Зарядник внешний, для его подключения выведен разъем. Удобно к разъёму цеплять для запитывания и внешние устройства, например, Айсмана, батареи у них идентичные.

Включается микросхема по входу SHDN, высокий уровень на нем надежно запирает ключ и тактовый генератор, и только кнопка кладет этот вход на ноль, после чего преобразователь запускается, выдавая установленное напряжение. Схема в SPL.

Транзистор подобрал по минимуму сопротивления канала, этот подошел хорошо и их есть у меня. Обратите внимание, это P-канал!

Делитель посчитал под имеющийся под рукой подстроечник. Его лучше взять многооборотный с валом в боковой части - они долговечные, вандалоустойчивые и не торчат. Вообще, R4 это самая ненадежная часть схемы, зарубка на будущее.
Дроссель можно взять из матплаты, но там они слишком малоиндуктивные, придется перемотать.
Для монтажа использовал кусок фольгированного стеклотекстолита, который не стал травить, а залудил сплошняком и вырезал ножом квадраты под силовую часть: конденсаторы, транзистор, диод, дроссель, резистор датчика тока в истоке. Детали располагал по принципу минимальной длины соединений, обводил чертилкой и прорезал линии резаком. Большая часть площади не прорезалась и осталась общим проводом. Питание и выход к нему подсоединены в одной точке - это влияет на КПД.

Микросхему расположил на макетной платке и приклеил ее рядом с транзистором. На этой макетной плате расположился и минимальный обвес микросхемы - подтяжка для SHDN, конденсатор на REF. В силовой части взаимное расположение деталей сохранил примерно как в datasheet.

Проверил работоспособность (а кто бы в ней сомневался!), залил лаком и термоклеем, умотал сверху изолентой. Навинчивающийся терминал для испарителя позаимствовал у фабричной батареи из прошлого.

Изоленту размотал, чтобы поменять подстроечный резистор и вспомнить заодно схемотехнику и номиналы. С изолентой выглядит, безусловно, лучше. Страхота поскольку under construction не прекращается

Лучше тысячи слов скажут факты: эта схема, сделанная как пробный макет, со мной почти год. По карманам, по рюкзакам. По пещерам и болотам. Она работает всегда, пока не села батарея, точнее говоря, пока защитная плата не отключила батарею, защищая ее от переразряда. Даже 10В с запасом хватает для работы "понижайки". Напряжение стабильно, сколько накрутил подстроечником, столько и будет. За счет применения понижающей схемы, ток, потребляемый от батареи, ниже тока испарителя в три (примерно) раза, литиевым галетам так живется лучше и проще, их не раздувает. ШИМ тоже не напрягается, нагрева силовых элементов нет и в помине. Защита от короткого замыкания реализована как в микросхеме, так и в платке защиты внутри батареи. Внешний вид как у самодельного взрывного устройства не помешал мне сгонять с курилкой на самолете в Стамбул через Борисполь без единой просьбы "немедленно выкинуть ЭТО во взрывозащищенный бокс".
Пути для развития есть: прицепить процессор, такчскрин и еще кучу всякой буйни. Можно сделать стабилизатор тока нагревателя, это уже интереснее. Но пока устройство работает, вряд ли я буду разламывать готовую курилку, это всё идеи для следующей инкарнации.
А тем временем может прилететь волшебник и показать кино о вреде курения, после чего мне это все станет ненужным. Ну я надеюсь, что так и произойдет ^^!

PS. В качестве испарителя использую Trophy Tank, наматываю нихром 4*0,1 свитый в косичку на оправку 1,2мм 5-6 витков. Фитилек - ватные диски для снятия макияжа. Или японовата по настроению.

PPS: Ремарочка к тексту - конденсаторы на выходе у меня 2*1500uF танталовые на 6,3В. Для подстроечника R4 номиналом 1 кОм номиналы делителя будут R2 1кОм, R3 = 220 Ом. Дроссель - важная деталь, с 10 мкГн схема плохо держит нагрузку.
И еще - буду признателен за критику в комментариях, и благодарен за ваши разработки и идеи там же.