Producción de cargador rápido para teléfono/portátil con USB-C

Me gusta viajar en coche y acampar. Pero también necesito trabajar, y para ello necesito electricidad. Utilizo una batería de coche normal como fuente de energía y es a partir de ella que necesito cargar mi power bank, teléfono u ordenador portátil. Cargar un power bank puede ser relativamente sencillo. Cargar un teléfono, si lo quieres rápido, es más complicado. Si necesitas cargar un portátil, ya tienes que pensar en ello, y en este mismo artículo, describiré cómo hacer un cargador de batería de coche eficiente.

Antes de nada, aclaremos los términos. Utilizo la palabra cargador en la introducción, pero lo que tienes con tu teléfono no es un cargador. Es una fuente de alimentación USB. Lo que realmente carga la batería del teléfono es la electrónica situada justo en el teléfono. Esa cajita con el conector USB es el dispositivo capaz de suministrar la corriente y el voltaje necesarios.

Un poco de historia

Antes cada teléfono tenía un conector diferente y si averiguabas los parámetros de la fuente de alimentación, podías fabricarte tu propia fuente de alimentación. Sin embargo, tendrías que tener una caja llena de dichas fuentes de alimentación, además de un puñado de conectores y reductores.

USB se convirtió en un conector relativamente estándar. Poco a poco, por tanto, los teléfonos utilizaron el conector USB como conector de carga. Incluso mi primer smartphone Open Moko Neo FreeRunner se cargaba desde un miniconector USB. Fue justo uno de los primeros teléfonos en cargarse exclusivamente por USB, antes de que la Unión Europea lo convirtiera en estándar. De hecho, al principio, los primeros teléfonos tenían USB, pero seguían teniendo un conector de alimentación. Posteriormente, el USB se convirtió más o menos en el estándar de carga. Y la Unión Europea introdujo el micro USB como conector de alimentación estándar. Hoy se utiliza el conector USB-C, que tiene la ventaja, entre otras, de que se puede enchufar en cualquier orientación.

Sin embargo, los teléfonos actuales tienen un consumo de energía mucho mayor y también sus baterías tienen una mayor capacidad. Eso significa que necesitas cargarlas más a menudo y que quieres recargarlas rápidamente para poder usar tu teléfono inmediatamente. La consecuencia es que necesitas suministrar mucha más energía a tu teléfono, y en mucho menos tiempo. Obtener suficiente energía para tu teléfono ya no es trivial, y una simple fuente de alimentación USB ya no es suficiente.

Si necesitas alimentar algo por USB, cualquier estabilizador de 5V te servirá. Sin embargo, un estabilizador normal consume mucha energía y se calienta. Es mejor utilizar un estabilizador de pulso elevador o reductor, que tiene mucha más eficiencia. También hay un estabilizador de impulsos en esta fuente de alimentación para coche. Como ingeniero eléctrico experto, modifiqué el dispositivo en cuestión para que emitiera 5 V y conecté el conector USB al cable.

El regulador de impulsos también está en esta fuente de alimentación especial con reducción, que yo mismo diseñé e implementé. Posteriormente hice algunas piezas más para amigos.

Cuando tenía portátiles Lenovo ThinkPad X1 Carbon o el TUXEDO Pulse 15, Hice un cable que podía sujetar a una batería de coche de 12V con un conector para el portátil. El voltaje de 12V a 19V me lo proporcionó un regulador elevador de pulsos. Toda la solución es pequeña y muy eficiente. No tiene sentido usar un inversor de 12V a 230V y luego enchufar una fuente de alimentación de portátil, ya que es una solución ineficiente.

Aquí hay un estabilizador elevador ajustable por impulsos con un conector para portátil. Lado del refrigerador:

Estabilizador step-up regulable por impulsos. Lateral con electrónica y potenciómetro para ajustar la tensión de salida:

Nuevo portátil

Ahora tengo un nuevo portátil para el trabajo que solo tiene USB-C para la alimentación y requiere Power Delivery. Por lo tanto, ya no puedo usar una fuente de alimentación normal. Así que empecé a resolver cómo alimentar este nuevo ordenador de trabajo alternativamente por ejemplo desde una batería.

Qué es Power Delivery (PD)

Power Delivery (PD) es el estándar para carga rápida a través de USB-C. Permite una mayor potencia (voltaje y corriente) que la carga USB convencional y comunicación inteligente entre el cargador y el dispositivo.

Características principales de Power Delivery:

• 📶 Comunicación bidireccional: La fuente de alimentación USB y el dispositivo "hablan" - acordando un rendimiento ideal.
• ⚡ Mayor potencia: Soporta hasta 240 W (originalmente 100 W) - también apto para portátiles.
• 🔄 Potencia bidireccional: La potencia puede fluir del portátil al teléfono y viceversa.
• 🔌 Universalidad: Un cable USB-C puede alimentar teléfonos, tabletas, portátiles, monitores y otros dispositivos.

Nota: USB PD se utiliza principalmente con el conector USB-C, pero puede funcionar sobre otros conectores cuando se realiza una implementación específica.

Para qué se utiliza Power Delivery:

• Cargar teléfonos y portátiles (por ejemplo, MacBook, Dell XPS, Lenovo Thinkpad).
• Alimentar monitores y estaciones base mediante USB-C.
• Reduzca el número de cargadores y cables: un adaptador para todo.

En la práctica, esto significa que cuando trabajo en casa alimento el portátil desde el monitor y no uso la fuente de alimentación original del portátil. Utilizo la potente fuente de alimentación USB de mi teléfono para alimentar mi portátil cuando viajo, porque esta fuente de alimentación es pequeña y ligera y tiene suficiente potencia.

Lo que admite la fuente de alimentación USB se puede encontrar en la documentación y a menudo también se indica en la etiqueta de la fuente de alimentación USB. Busque "USB-C PD", "Power Delivery", y busque la potencia máxima de la fuente de alimentación USB (cargador), por ejemplo 65W PD. El voltaje que puede proporcionar también es una información crucial, ya que los portátiles necesitan 19 V - las fuentes de alimentación USB adecuadas suelen aparecer como 20 V.

Ejemplos de rendimiento:

Voltaje	Corriente	Potencia
5 V	3 A	15 W
9 V	3 A	27 W
20 V	5 A	100 W
48 V	5 A	240 W (USB PD 3.1 Extendido)

Una fuente de alimentación para teléfonos móviles que no puede alimentar un ordenador portátil, pero puede recargar un teléfono rápidamente:

Una fuente de alimentación para teléfonos móviles que también puede alimentar un ordenador portátil. Porque puede proporcionar incluso 20 V a la salida.

Fuente de alimentación original para el portátil Lenovo Thinkpad:

Versátil USB Power Delivery (USB PD)

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Creencias	Año de emisión	Máximo rendimiento	Características principales
USB PD 1.0	2012	10 W - 100 W (5 V a 20 V, 2 A a 5 A)	Conmutación de tensión básica; compatibilidad limitada
USB PD 2.0	2014	100 W	Integración con USB Tipo-C; introducción de perfiles de voltaje y corriente
USB PD 3.0	2015	100 W	Introducción de PPS (fuente de alimentación programable), mejor gestión de la carga
USB PD 3.1	2021	240 W (Rango de potencia ampliado - EPR)	Potencia extendida (48 V, 5 A), compatible con dispositivos de mayor tamaño, como ordenadores portátiles

Qué es la carga rápida

Sigue existiendo la tecnología Quick Charge. Quick Charge es una tecnología de carga rápida de Qualcomm, diseñada principalmente para para dispositivos con sus procesadores (por ejemplo, Snapdragon). Permite reducir el tiempo de carga de tu teléfono o tableta aumentando el voltaje o la corriente.

Características principales:

• ⚡ Carga más rápida que el USB estándar
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• 🔌 Funciona a través de USB-A o USB-C estándar (dependiendo de la versión)
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• 📱 Más común en teléfonos con chips Qualcomm Snapdragon
• 🔋 Los dispositivos compatibles hablarán con el cargador y seleccionarán el voltaje idóneo
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Descripción general de la versión de carga rápida:

Creencias	Máximo rendimiento	Notas
QC 1.0	10 W	Sólo corriente superior
QC 2.0	18 W	Introducción de mayor voltaje (5V, 9V, 12V)
QC 3.0	18 W	Tensión dinámica (3,6V-20V)
QC 4.0 / 4+	27 W y superior	Compatibilidad con USB Power Delivery
QC 5.0	100 W+	Carga muy rápida, compatibilidad con USB PD, varias celdas simultáneamente

Comparación entre carga rápida y suministro de energía

• Quick Charge es el estándar cerrado de Qualcomm.
• Power Delivery es abierto y más versátil.
• Ambas tecnologías pueden funcionar juntas - QC 4.0+ también es compatible con USB PD.

Conector de alimentación para portátiles

Un conector de alimentación de portátil típico tiene una forma redonda y un voltaje de 19 V. Se suele denominar conector de corriente continua 🔌. Sin embargo, no siempre puede ser igual, ni redondo. Muchos portátiles HP, Asus y Acer tenían el mismo conector con la misma polaridad y voltaje de 19 V. Así, pude utilizar las fuentes de alimentación de estos portátiles en mi portátil Compal FL90.

Sin embargo, los conectores de la misma apariencia pueden no ser compatibles - pueden diferir en tamaño y polaridad. Algunos conectores contienen un chip inteligente o un tercer contacto (por ejemplo, Dell).

🧾 Información básica:

• Se utiliza en adaptadores de corriente para portátiles, a menudo con un voltaje de 19 V.
• Denominación típica: conector de CC o conector de barril.
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• Se compone de cáscara cilíndrica exterior y pin interior.
• Las dimensiones se expresan como diámetro interior × diámetro exterior - por ejemplo, 5,5 × 2,5 mm.

📦 Ejemplos de dimensiones (por fabricante):

Fabricante	Dimensiones de conexión (mm)	Nota
HP	4,8 × 1,7 o 7,4 × 5,0	Los más nuevos tienen el centro azul
Lenovo	5,5×2,5/USB-C	Los modelos más antiguos tienen barril, los más nuevos USB-C
Dell	7,4×5,0	Con clavija central
ASUS/Acer	5,5 × 2,5 ó 4,0 × 1,35	Depende del modelo
Toshiba	5,5 × 2,5	Tamaño estándar

Conectores de alimentación ThinkPad de Lenovo

La empresa con más confusión en conectores es IBM, posteriormente Lenovo, que casi siempre utilizaba algún tipo especial de conector. Los portátiles Lenovo ThinkPad han utilizado diferentes tipos de conectores de alimentación en diferentes generaciones. Vea a continuación un resumen básico.

1. 🔌 Conector de CC redondo (conector de barril)

En los portátiles antiguos, tenía un gran conector redondo amarillo.

• Período: hasta 2013 aproximadamente (por ejemplo, ThinkPad T410, T420, T530)
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• Dimensión: 7,9 mm de diámetro exterior / 5,5 mm de diámetro interior con clavija central
• Voltaje: 20 V
• Nota: Apariencia similar a otras marcas pero puede no ser compatible
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2. 🟨 Rectangular "Slim Tip" (conector amarillo)

Posteriormente cambió a un conector cuadrado muy atípico.

• Período: a partir de aprox. 2013 (por ejemplo, T440, T460, T480, X260, L580)
• Forma: rectangular, interior de plástico amarillo
• Voltaje: 20 V
• Nombre: Lenovo Slim Tip / Rectangular Tip
• Wataje: Adaptadores de 45W, 65W, 90W, 135W

3. ⚡ USB-C (Power Delivery)

Afortunadamente, hoy en día se ha pasado al estándar USB-C

• Período: desde aprox. 2018-2019 (por ejemplo, T490, T14, X1 Carbon Gen 6+)
• Estándar: USB-C Power Delivery (PD)
• Ventaja: Universal para múltiples dispositivos (portátil, teléfono, tableta)
• Potencia: normalmente adaptador PD de 65W o 100W

Importante para una correcta alimentación del portátil

Para alimentar correctamente el portátil, es importante asegurarse de que el adaptador de corriente se ajusta a los requisitos del dispositivo. Los parámetros clave son voltaje (V), corriente (A) y tipo de conector. El voltaje debe ser el mismo que el requerido por el portátil, la corriente puede ser inferior a la especificada en la entrega fuente de alimentación original, pero entonces no será necesario recargar el portátil si éste funciona a máxima potencia. También es necesario observar la polaridad correcta del conector - la mayoría de los portátiles tienen plus dentro y minus en el exterior. El uso de un adaptador incorrecto puede provocar no funcionamiento, daños en la batería o en el propio dispositivo. Se recomienda utilizar fuentes de alimentación originales o de sustitución certificada. Pero el experto puede puede ocuparse de fuentes de alimentación no certificadas.

Alimenta tu portátil con una batería de coche de plomo en la carretera

Cuando se viaja, alimentar un ordenador portátil suele ser un reto, especialmente cuando no se dispone de una toma de corriente convencional. Una batería de plomo de coche antigua es una solución eficaz para alimentar un portátil. Sin embargo, como el voltaje de una batería de plomo suele ser inferior (12 V), es necesario utilizar un convertidor CC-CC, que convierte el voltaje a los valores necesarios para el portátil, normalmente 19 V o 20 V, según el modelo del dispositivo.

A continuación, es importante seleccionar el cable y conector correctos que coincidan con la entrada de alimentación del portátil, y asegurarse que el inversor proporciona suficiente potencia (por ejemplo, 60 W, 90 W o más dependiendo de los requisitos del portátil). Los inversores deben tener también protección contra sobrecarga, sobretensión y cortocircuito para un uso seguro.

Con un convertidor CC-CC de calidad y la batería correspondiente, el portátil puede recibir energía incluso en viajes largos lejos de la civilización, pero siempre es bueno recordar que las baterías de plomo-ácido son pesadas y tienen una capacidad limitada, por lo que es importante planificar la carga y la resistencia para que el funcionamiento continuado del dispositivo no se vea comprometido.

Alimenta tu portátil con una batería sobre la marcha

Si tu portátil se alimenta por USB-C.., es necesario un power bank con suficiente capacidad y potencia. Para garantizar la compatibilidad, es importante que el power bank admita un voltaje de salida que coincida con los requisitos portátil - normalmente 20 V a través de USB-C Power Delivery o salida de CC de voltaje conmutable. También debe proporcionarse un cable adecuado. No se puede utilizar cualquier cable USB-C.

He comprado una placa especial con electrónica que funciona como pulsador step-up step-down para estas celdas estabilizador y soporta Power Delivery, gracias al chip XPM52C. Así que con un voltaje de entrada mínimo de 20V, debería proporcionar hasta 65W de potencia para correr o cargar.

Placa comprada en Aliexpress:

Cuando se conecta a una batería de 12V, puede alimentar mi nuevo portátil de trabajo Lenovo Thinkpad P14S sin problemas.

Solución personalizada

Tú también puedes fabricar una fuente de alimentación que se adapte a tus necesidades. Tendrás que estudiar algo de electricidad y electrotecnia y leer la documentación.

Sí, estudié en la CTU, Facultad de Ingeniería Eléctrica, y me dedico a la ingeniería eléctrica desde hace años. Sin embargo, no ofrezco desarrollo de proyectos de ingeniería eléctrica. Ahora presto servicios principalmente en el área de IT. Así que si quieres abordar un proyecto de ingeniería eléctrica, puedo participar desde una perspectiva de arquitectura y desarrollo de software. Para el desarrollo electrónico, sólo proporciono consultoría. Puedes contactar conmigo a través de email o formulario de contacto.