Як під’єднати ноутбук до 12 В автомобільного акумулятора. Розбираємо три різні способи

Доброго дня, я Олександр Цимбалюк, працюю науковим співробітником у Київському національному університеті імені Т. Г. Шевченка на факультеті радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем (кафедра фізичної електроніки).

Попередня моя стаття про освітлення та зарядку гаджетів від автомобільного акумулятора викликала певний інтерес, і тому я вирішив продовжити цю тему — спробую розглянути кілька способів, як під’єднати ноутбук до 12 В акумулятора. За основу візьму автомобільний акумулятор, але для цих сценаріїв підійде будь-який з такою ж напругою.

Ноутбук — це один з основних інструментів роботи IT-фахівця, тож забезпечити його роботу на період відключення електроенергії — це дуже важливе робоче завдання. Ну, а щоб стаття стала цікавішою, деякі способи спробую на практиці та поділюся враженням.

У статті я спробую дати оцінку кожному способу за такими критеріями:

• доступність за ціною,
• складність реалізації (чи легко це зробити людині, яка не знається на електротехніці),
• ризик (чи легко зробити помилку, яка виведе з ладу пристрої).

Але пам’ятайте, що ця оцінка суб’єктивна.

Також я пропоную ділитися своїми знаннями, спостереженнями у коментарях. Саме дискусії в коментарях часто містять колосальний набір корисних знань і навичок, співмірний з контентом у самій статті. Тож, розберімося у проблемі разом.

Спосіб 1. Придбати перетворювач DC(-12V) — AC(~220V)

Досить простий з погляду реалізації спосіб. Просто замовляєте інвертор 12 В постійної — 220 В змінної напруги, підключаєте та використовуєте. Крім використання умформерів (що для квартири, як на мене, є занадто, хоча до малопотужних умформерів можна і придивитися), на цей час мені відомі два типи інверторів — низькочастотні та високочастотні. Якщо хтось знає ще — пишіть у коментарях, знання зайвими не бувають.

У низькочастотних для перетворення низької напруги в напругу мережі використовується трансформатор з сердечником, зробленим з трансформаторного заліза (зазвичай тороїдальний), який працює на відносно невеликих частотах — десятки герц, звідси і класифікація.

Таке рішення має як переваги, так і недоліки. Недоліки — розмір (досить громіздкі), вага, відносно невисока потужність і висока вартість на ват потужності.

Але й переваг вистачає. Трансформатор — це двонаправлений пристрій, і якщо у вас низькочастотний, то він може працювати з електромережею. Тому коли в мережі з’являється електроенергія, реле перемикає цей трансформатор в режим заряду акумуляторів. Такі інвертори часто є готовими джерелами безперебійного живлення. Якщо напруга в мережі перемикається на зарядку акумуляторів, а трансформатор там потужний настільки, що можна налаштувати заряд струмом 10, 20 і більше ампер (корисно, якщо у вас кілька акумуляторів з’єднані в паралель) і споживач при цьому живиться від мережі, то коли відключили електроенергію, він перемикається в режим інвертора і живить споживача від акумулятора (і ніякої мороки з перемиканням розеток та іншого вручну). Велика індуктивність трансформаторів з сердечниками, зробленими з трансформаторного заліза дозволяє простіше пережити великий пусковий струм деяких пристроїв.

Тому подібні інвертори (при однакових вихідних потужностях) іноді дозволяють запустити пристрої, які їх високочастотним братам не до снаги.

Також одна з переваг — для низьковольтних інверторів частіше застосовуються рішення, що дають чисту синусоїду на виході. Це пов’язано з тим, що модифіковану (у вигляді меандра) набагато складніше «проштовхнути» через велику індуктивність такого трансформатора, от і доводиться розраховувати схемотехніку під генерацію синусоїдального сигналу. Це дозволить заживити таке чутливе обладнання, наприклад, як насоси котлів опалення.

Нижче наведу приклад такого інвертора (важливо: лише інвертор, акумулятори до нього йдуть зовнішні). Додаю посилання на сайт офіційного продавця саме цього інвертора.

Як бачимо, потужність зовсім невелика, 350 Вт, а вага вже 3,5 кг. Вартість також змусить замислитись. У нас ціни на них просто захмарні, як на мене. Але якщо гроші не проблема, а носити ви його нікуди не будете (поставите біля опалювального котла, робочого місця тощо), то вибір непоганий, оскільки отримаєте повнофункціональний блок безперебійного живлення (без того самого незручного перемикання розеток).

Високочастотні інвертори для перетворення напруги використовують частоту в десятки кілогерц. Трансформатори вже феритові. До переваг інверторів такого типу відносять компактність, більшу питому потужність, відносно низьку вартість.

Щоправда, на основі таких інверторів блок безперебійного живлення побудувати набагато складніше. Феритовий трансформатор не працюватиме на частоті мережі (по факту працюватиме, але недовго), а тому поставити його на реверс і зарядити акумулятори, коли в мережі з’явилася напруга, не вийде. Є й високочастотні інвертори з функцією зарядки акумуляторів, але зазвичай це настільки погано налаштовано, що краще не використовувати зовсім (у більшості моделей такої функції просто немає).

Також ці інвертори погано переносять великі пускові струми, тому слід обирати потужність із запасом (причому іноді вдесятеро). Є варіант з «м’яким» стартом, але тут уже вирішальну роль починає грати вартість. До недоліків варто віднести і велику кількість підробок та просто неякісних виробів (які не відповідають заявленим показникам) — вони зараз буквально захопили ринок цих.

В усьому іншому використання таких пристроїв — одне задоволення. Компактність викликає окремий захват: високочастотний інвертор потужністю 500 Вт нагадуватиме невелику коробку і важитиме максимум пару кілограм. Вартість буде в рази нижчою ніж у низькочастотного інвертора (так, саме в рази). Ось приклад з посиланням на онлайн-магазин:

Його справді можна спокійно переносити. І місця він практично не займає. Наявність дроту від прикурювача дозволить його використовувати в автомобілі (знову компактність тут відіграє провідну роль).

Але користувачів може спантеличити різноманітність таких інверторів з модифікованою синусоїдою та чистою синусоїдою. Модифікована синусоїда — це апроксимація синусоїдального сигналу східчастим. Такі інвертори простіші у виготовленні і дешевші, високочастотні інвертори з правильним синусоїдальним сигналом складніші у виготовленні та зазвичай дорожчі.

Як зрозуміти який інвертор вам потрібен: якщо ви збираєтеся запитувати пристрої, у яких є імпульсні блоки живлення (саме це і є блоки живлення ноутбуків, зарядки для смартфонів, сучасні телевізори та монітори), то тут вид сигналу не має жодної різниці. У таких блоках живлення вхідна напруга спочатку випрямляється і потім перетворюється, отже на вході хоч апроксимація синусоїди, хоч чиста синусоїда — однаково. Також не чутливі до форми сигналу лампи освітлення та нагрівальні прилади. Тож якщо ваші електронні споживачі саме такі, то можна вибрати і з модифікованою синусоїдою, заощадивши трохи (а іноді — й не трохи, а багато) грошей.

Чутливі до форми сигналу споживачі — майже все, що має індуктивне навантаження: електродвигуни (зокрема циркуляційні насоси котлів опалення), низькочастотні трансформатори. Звичайно, є шанс, що вони запрацюють, але це буде супроводжуватися підвищеним нагріванням. Доведеться придбати інвертор з чистою синусоїдою.

І ось тут, на жаль, нечесні продавці часто обманюють у технічних характеристиках приладів та продають дешевші під виглядом дорожчих. Вказати фірму і продавця, де такого прям 100% не зустрінеш, я не можу, оскільки маю невеликий досвід у цій сфері. Знову ж таки, коментарі з контактами таких надійних добросовісних продавців дуже вітаються.

Розглянуті варіанти варто використовувати, якщо хочете під’єднати ноутбук і ще якусь техніку додатково. Якщо ж ціль підключення тільки ноутбука, можна придивитися до дешевшого і малопотужного варіанту — наприклад, от варіант на сайті онлайн-магазина.

Потужність на виході близько 150 Ват, чого з головою вистачить для зарядки більшості ноутбуків, сигнал на виході — апроксимована синусоїда, але для ноутбука це неважливо, як ми з’ясували вище. Таке рішення вже можна назвати бодай середньо бюджетним.

На початку статті я сказав, що перевірятиму частину своїх порад на практиці. Отже, припустимо, я планую під’єднати ноутбук, роутер, електрочайник. Газового котла у мене вдома немає, але є у друзів, до яких цей інвертор переїде, якщо ситуація з електроенергією стане ще гіршою. Значить, мені потрібен високочастотний інвертор середньої потужності з синусоїдальним сигналом на виході. Обираю щось під свій бюджет (тут, на жаль, не такий вже й великий вибір) на Amazon. В Україні через шалений попит ціни на них злетіли так, що мій бюджет не справляється. На AliExpress набагато дешевше, але на доставку чекати дуже довго. У результаті зупинився на такій моделі:

Сплатив замовлення (не найдешевше для мене зараз), вказав адресу доставки знайомої людини у Німеччині. А далі, звичайним автобусом цю посилку передали вже мені сюди (вартість доставки 20 євро, якщо цікаво). Підбирав параметри достатні для того, щоб закип’ятити чайник, але й можливість контролю заряду рівня батареї та дистанційного керування також є.

Підключення досить просте. Переконайтеся, що інвертор вимкнено, приєднайте червоний провід до позитивної клеми акумулятора, чорний — до негативної.

Фото інвертора на 1500 Ват довгострокової потужності. Скотч помістив поруч для масштабу

Підключення інвертора до автомобільного акумулятора

Ось тут варто бути обережним, тому що якщо ви замкнете клеми настільки товстим дротом, то нічого хорошого з цього не вийде. Можна отримати опіки рук та займання. Добре, що клеми рознесені далеко.

Інвертор середньої потужності варто кріпити болтами на спеціальні затискачі на клеми акумулятора.

Після закріплення просто вставте вилку ноутбука в розетку на передній панелі інвертора та увімкніть інвертор. Ось і все, ваш ноутбук (ноутбуки, роутери тощо) підключені та працюють.

Як бачите, складність реалізації тут невелика. Щоправда, є один нюанс, який псує картину. ККД будь-якого перетворювача — це приблизно 90%, а тепер виходить, що у мене їх два. Перший — це інвертор, другий — блок живлення ноутбука. Шляхом нескладних розрахунків ми отримаємо, що до споживача дійде 0.9 * 0.9 = 0.81 від енергії, відібраної від акумулятора. Виходить, ми втратили 19% автономності, використовуючи таке рішення, що вже змушує задуматися про практичніші варіанти.

Якщо підсумувати, то варіант з використанням інвертора хороший своєю простотою і підійде, якщо потрібно заживити крім ноутбука пристрої, які працюють тільки від 220 В змінного струму.

Бюджетним такі рішення назвати складно (хоча за моїми спостереженнями, сумарна вартість акумулятора, зарядки та інвертора не перевищує 20 000 грн, що все одно дешевше зарядної станції навіть початкового рівня в Україні), і ККД подвійного каскаду перетворення для живлення тільки ноутбука також бажає кращого.

Спосіб 2. Придбати перетворювач DC — DC

Оскільки ми використовуємо автомобільний акумулятор і напругу 12 В, можна звернутися до широкого вибору готової продукції на авторинку. Дійсно, задача під’єднати ноутбук до живлення в автомобілі від гнізда прикурювача — не нова, і існує велика кількість готових рішень.

Розгляньмо кілька варіантів. Один з найпростіших — це якщо ваш ноутбук для зарядки використовує кабель USB Type C. У такому разі шукайте зарядний пристрій від прикурювача з можливістю використання цього стандарту.

❗️ Увага: перевірте потужність придбаного пристрою, вона повинна бути більшою за потужність споживання вашого ноутбука, в іншому випадку він сильно перегріватиметься і може вийти з ладу.

Для більшості офісних і не тільки ноутбуків підійде, наприклад, такий варіант:

Якщо ноутбук не має зарядки від USB Type C, це теж не проблема, адже випускаються готові блоки живлення для автомобільного прикурювача, і вони відмінно підійдуть в цьому випадку.

Потужність такого блоку живлення вже дозволить запускати не тільки офісні, але й потужніші ноутбуки. І за вартістю це, звичайно, бюджетніше рішення. Подібні блоки живлення можна придбати, починаючи від 1500 грн, а це значно дешевше за інвертор.

Також набагато простіше підключати, оскільки тут взагалі немає ніякого ризику переплутати: потрібно просто включили в гніздо прикурювача (яке ви вже з’єднали з акумулятором) і можна одразу використовувати. Та й ККД такого перетворювача буде вищим ніж при використанні інвертора, оскільки тут тільки один перетворювач і споживач отримає 0,9 від спожитої від акумулятора енергії.

Такий варіант я вирішив не перевіряти на практиці, тому що я вже маю високочастотний інвертор і цей перетворювач мені не потрібен.

Спосіб 3. Самостійна збірка DC — DC перетворювача з готових компонентів

Спосіб досить ресурсомісткий, але бюджетний. Знадобиться кабель живлення до вашого ноутбука (DC-кабель, який йде від блока живлення ноутбука до гнізда живлення ноутбука).

Наприклад, для мого ноутбука Lenovo він виглядає так:

Також потрібен DC-DC перетворювач на підвищення. Важливо: обираючи, слідкуйте, щоб це був підвищуючий перетворювач, який перекриває діапазон напруг, і якого вистачить для всіх ноутбуків.

Потужність подібного перетворювача також становить близько 100 Ват або 150 Ват, якщо організувати додаткове охолодження, чого в моєму випадку навіть більше, ніж достатньо. Приклад на сайті.

Для зручного та безпечного використання також потрібно купити пару метрів освітлювального дроту, штекер для гнізда прикурювача (важливо: він має бути із запобіжником), наприклад, такий:

Якщо збираєтеся підключати не до гнізда прикурювача, то встановіть в ланцюзі підключення цього перетворювача до акумулятора запобіжник. Річ у тім, що він не захищений від короткого замикання, і якщо воно станеться — це призведе до загоряння цього блоку живлення.

Для захисту від переполюсування (від неправильної полярності при підключенні) купуємо будь-який діод зі струмом 10 і більше А (приклад — за посиланням). Якщо хочеться надати завершеного вигляду вашій схемі, то купуєте пластиковий корпус і світлодіод для індикації наявності напруги.

Приблизна схема підключення такого перетворення може бути така:

Можна почати зі складання штекера для гнізда прикурювача, там все просто: центральний контакт (зазвичай невелика пружинка) — це плюс, металеві контакти збоку — мінус.

У минулій статті багато хто ставив питання: «А де ж запобіжники?» Відповідь — вони у штекерах для гнізда прикурювача. А в моїй системі як освітлення, так і все інше підключається саме такими штекерами.

Після того як штекер зібраний, підключаєте згідно з наведеною вище схемою. Після підключення живлення до плати перетворювача час розпочати налаштування потрібної напруги та підключення шнура до ноутбука.

Почати варто з огляду блока живлення ноутбука. Нас цікавлять ось ці параметри та значки:

Пошук необхідних позначок на блоці живлення

Тут можна дізнатися про вихідну напругу цього блоку живлення (20 Вольт) і розпінування шнура живлення. Як видно зі схеми, плюс потрібно під’єднати до дроту, який йде до центрального електрода, а мінус — до зовнішнього (точно так майже в усіх блоках живлення, але краще переконатися ще раз).

Після чого підключаєте провід, який йтиме до ноутбука до вихідних контактів перетворювача. Вставте штекер у гніздо прикурювача (❗увага — ноутбук поки що не під’єднуєте) і, обертаючи змінний резистор, встановлюєте на виході необхідну напругу (для цього знадобиться мультиметр).

Резистор для налаштування обведений червоним прямокутником. Отримавши на виході 20 Вольт, можна під’єднувати ноутбук. У моєму випадку вийшло отак:

Спробуймо під’єднати ноутбук і запустити. Як бачите, все працює. Залишилося закріпити компоненти всередині та зібрати корпус.

Якщо потрібен детальніший опис, він є у цьому моєму відео. Як я і обіцяв, що раджу, те й сам перевіряю на практиці.

Такий блок живлення є суттєво доступнішим (не більше 500 грн) та має ще одну непогану перевагу — можливість підлаштовувати напругу живлення. Наприклад, якщо у вас немає автомобільного акумулятора, але є акумулятор від шурупокрута на 18 В, то, обертаючи підстроювальний резистор, ви можете все одно отримати потрібну напругу. Пам’ятайте, що тут у схемі був використаний підвищуючий перетворювач, а це означає, що напруга живлення вашого ноутбука повинна бути як мінімум на 2 В більше, ніж напруга вхідної напруги.

Отриманий перетворювач має непоганий ККД і на ньому втрачається максимум 10% від спожитої від акумулятора потужності.

До мінусів можна віднести: відносно складну збірку, необхідність мати вимірювальні прилади та паяльник. Також вже є ризик, що якщо щось зробите невірно, то можна спалити і сам перетворювач, і ноутбук, тому обережність у цьому варіанті дуже важлива.

Поки що це все відомі мені відносно безпечні способи підключення ноутбука до автомобільного акумулятора. Сподіваюся, ця стаття буде комусь корисною і ви зможете плідно працювати навіть у періоди відключення електроенергії.