מנגנון הבטיחות של סוללות גיבוי, שמכבה אותן אוטומטית כשהזרם הנצרך מהן נמוך, יכול להיות מרגיז מאוד כשמשתמשים בהן במערכות עם צריכה צנועה – ממושכת או זמנית. כך פתרתי את הבעיה בסוללת גיבוי ישנה.

אזהרה: כל סוללת גיבוי עשויה להיות בנויה באופן שונה, וסביר להניח שהפתרון הספציפי שמוצג כאן יהיה שגוי בדגמים אחרים ואפילו מסוכן. כמו כן, עבודה רשלנית עלולה לגרום לקצר חשמלי ולנזק ניכר, ובכל מקרה התעסקות עם פנים הסוללה תבטל מיד כל שמץ של אחריות מטעם היצרן. בקיצור, אל תעשו שטויות.

סוללות גיבוי – ה"בלוקים" שנטענים וגם מספקים חשמל דרך USB – הן המצאה נהדרת לטעינה של מכשירים כשאין שקע חשמלי בסביבה. הקיבולת הגבוהה שלהן מהווה פיתוי רציני גם למייקרים: למה להחליף רביעיות של סוללות AA ברובוט קטן כל כמה שעות, כשאפשר להתקין בו מפלצת של 10Ah שגם נטענת בקלות דרך USB?

אלא שהמטענים הניידים האלה נבנו במחשבה על טעינה בלבד, וליתר דיוק, טעינה של התקנים מודרניים כמו סמארטפונים וטאבלטים. כשאלה "לוקחים" מהמטען רק זרם חלש, סימן שהם בעצם כבר טעונים, וכדי לחסוך בסוללות של המטען הנייד הוא מכבה את עצמו אחרי מספר שניות של זרם חלש שכזה – בדרך כלל כמה עשרות מיליאמפר ומטה. כלומר, הרובוט שלנו יפעל נהדר כל עוד המנועים, או רכיבים צורכי-זרם משמעותיים אחרים, פועלים, אך אם הוא יעצור לרגע, זה הסוף. שלא לדבר על מערכות שהן מטיבן חסכוניות יחסית, כגון datalogger מקומי קטן. מה עושים?

פתרון לא-פולשני הוא לדאוג לאלמנט במערכת שיצרוך זרם משמעותי לזמן קצר פעם בכמה שניות. בניסוי וטעייה אפשר לכוון את הצריכה והתזמון כך שבזבוז החשמל יהיה מינימלי, בהתחשב בנסיבות. הבעיה היא שאלמנט כזה הוא לא תוספת טריוויאלית לכל מערכת.

אופציה אחרת היא לפצח, פיזית, את המטען הנייד, להבין מה גורם לו לכבות את עצמו ולנטרל את התכונה הזו במקור. למען האתגר שבדבר, וגם לטובת הדגמות קטנות שאני צריך לעשות מדי פעם "בשטח", החלטתי לנסות את הכיוון הזה עם מטען נייד ישן שלי. מדובר במוצר זול וחלש שמכיל סוללת 18650 בודדה, אותה כבר החלפתי בעבר אחרי שהמקורית הידרדרה.

כשפתחתי את המטען, הדבר הראשון שקפץ לעין היה ג'וק בשם HT64R064B של חברת Holtek. חיפוש זריז העלה שזהו מיקרו-בקר זול לצריבה חד-פעמית, ומן הסתם הוא זה שמחליט אם ומתי לכבות את עצמו. הסתכלתי סביבו ומיד זיהיתי שני נגדים צמודים בתצורה שאינה משתמעת לשתי פנים: מחלק מתח, שמתחבר לאחד מהפינים של המיקרו-בקר. בלי לחשוב יותר מדי התחלתי למדוד את המתח שלו בתנאי עומס שונים. היו כמה תנודות, אבל הן נראו לי קטנות מכדי להיות מדד אמין למשהו.

אחרי כמה דקות מבוזבזות שאלתי את עצמי מה שהייתי צריך לשאול קודם: מה בעצם נותן לי מחלק מתח כזה? איך הוא יכול למדוד בצורה אמינה את הזרם? נכון שהמתח נופל מעט כשיש עומס משמעותי, אך בזמן פעולה, מנין למיקרו-בקר מה המתח ללא-עומס ומה היחס בין הירידה בו לבין הזרם?

בנוסף, מה-datasheet של המיקרו-בקר נראה שהוא מסוגל למדוד מתחים אנלוגיים רק ביחס למתח האספקה החיצוני, ואם זה מגיע מהסוללה או ממייצב המתח ל-USB, הוא לא יהיה מסוגל לזהות שינויים (לדוגמה, חצי ממתח האספקה תמיד יהיה חצי ממנו, לא משנה כמה וולטים יש שם בפועל).

איתרתי את פין ה-VDD (ה"פלוס") של המיקרו-בקר ובדקתי אותו: 2.78V. זה לא מתח ישיר מהסוללה (שעמדה באותו זמן על כמעט בדיוק 4V) אלא תוצר של מייצב מתח נפרד כלשהו. מצד שני, מחלק המתח כן התחבר, בקצה אחד שלו, למתח הסוללה. זאת אומרת שהמיקרו-בקר משתמש בו כדי לזהות את מתח הסוללה ולהראות למשתמש (בעזרת שלישיית לדים) עד כמה המטען "מלא". אבל המידע על צריכת הזרם בא ממקום אחר. חזרתי ל-datasheet ומצאתי שלושה פינים נוספים שיכולים לשמש לקלט אנלוגי. מדדתי את המתח עליהם בתנאי עומס שונים: שניים קיבלו כל הזמן מתחים דומים, ואילו השלישי "ראה" מתח קטן (סדר גודל של מיליוולטים) שדווקא השתנה לינארית לפי העומס. אוקיי, מניין מגיע המתח לפין הזה?

הפכתי את ה-PCB. האלמנטים הבולטים בצד השני היו ג'וק AP5058 (רכיב לטעינה של הסוללה, לא רלוונטי למדידת הזרם היוצא) ומין ספוג שחור מחורר וגדול שהגן על שלישיית הלדים. מתחת לספוג הזה נמצאה החוליה החסרה: נגד בגודל 1206 ועליו הכיתוב R050, כלומר 0.05 אוהם. זהו נגד current sense קלאסי: הזרם עובר דרכו, וההתנגדות הנמוכה גורמת לו להפיל חלק קטן (ופרופורציונלי לזרם) מהמתח. לא מספיק כדי להפריע לפונקציונליות, כן מספיק בשביל למדוד, ובמיוחד כשלמיקרו-בקר הזה יש ADC ברזולוציה גבוהה של 12 ביט. בדקתי לפי חוק אוהם את הנתונים שצברתי קודם, והכול הסתדר. אוקיי, ככה המיקרו-בקר יודע מה העומס על המטען. איך עובדים עליו?

למזלי, המיקרו-בקר היה במארז SOIC, מספיק גדול כדי לאפשר מניפולציות עם מלחם ופינצטה. ניתקתי את הרגל של מדידת המתח מה-PCB והשארתי אותה באוויר. אמנם אי אפשר לדעת איזו מדידה תתקבל מפין "צף" כזה, אך למען המדע הפעלתי בכל זאת את המעגל והוא כבה תמיד כעבור שנייה אחת, בלי קשר לעומס. הגעתי למקום הנכון.

מהמדידות הקודמות ידעתי שמתח של 10 מיליוולט מספיק כדי לשכנע את המיקרו-בקר להמשיך לתת זרם. האם מתח גבוה במידה לא הגיונית יגרום לו לפאניקה? לא רציתי לגלות, אז פשוט הדבקתי לגב המיקרו-בקר והלחמתי שני נגדים (100K ו-1K) בתצורת מחלק מתח בין הפינים VDD ל-GND. בהינתן מתח הפעלה של 2.78V, מוצא מחלק המתח שלי ייתן כ-28 מיליוולט, שווה ערך לצריכה של כחצי אמפר. את המוצא הזה הלחמתי אל פין הקלט המורם ואכן, הכיבוי האוטומטי נוטרל. מעכשיו, רק לחיצה פיזית על לחצן ההפעלה/כיבוי גרמה למטען הנייד לכבות.