N-GEAR Let’s Go Party Speaker 26R

Danas je dobiven na popravak prijenosni karaoke bluetooth zvučnik oznake Let’s Go Party Speaker 26R, proizveden u Kini 2021. godine pod oznakom brenda N-Gear. Pod ovim brendom se proizvode razni zvučnici i mikrofoni namijenjeni za karaoke i glazbene partije, a za Evropu ih uvozi i distribuira nizozemska tvrtka Neeskens.

N-GEAR Let’s Go Party Speaker 26R je klasični karaoke/party bluetooth prijenosni zvučnički sustav koji podržava analogne mikrofonske i linijske ulaze, te digitalne audio zapise preko TF kartica, USB stikova i bluetooth izvora. Prema specifikacijama može razviti 40 W RMS snage (600 W Peak) te ima ugrađenu litijevu bateriju kapaciteta 3 Ah koja omogućuje autonomiju rada od 2 sata na punoj snazi. Akcijska cijena 2021. godine mu je bila oko 120 eura, a i danas se može nabaviti u cjenovnom rasponu 110-190 eura, ovisno o trgovini.

Istaknuta snaga od 600 WATTS je čisti marketinški trik i ta brojka ne govori apsolutno ništa o muzičkoj snazi sustava. To bi trebala biti maksimalna snaga koju zvučnik izdrži prije nego mu pregori zavojnica. Stvarna muzička snaga po specifikacijama je 40 W (2×20 W) no kasnije ćemo vidjeti da je i ta brojka uvelike pretjerana i realna maksimalna snaga je oko 2×10 W.

Također, na kutiji piše 6 HOURS PLAY TIME, no to vrijeme autonomije se može postići samo ako je glasnoća podešena oko minimuma. Pri punoj snazi baterije izdrže manje od 2 sata.

Punjač za baterije može isporučiti struju do 1,5 A. Prijenosni zvučnik pri punoj snazi može trošiti vršnu struju veću od 2 A, no 1,5 A je u praksi dovoljno za slušanje muzike na maksimalnoj snazi. To znači da je ukupna snaga uređaja ne prelazi cca 11 do 13 W. Iako pojačalo u klasi-D ima vrlo male toplinske gubitke, to je još uvijek daleko od deklariranih 40 W.

Problem je sa našim prijenosnim zvučnikom je što su nakon 4 godina intenzivnog korištenja (gotovo svaki vikend) ugrađene interne baterije izgubile kapacitet te je autonomija rada zvučnika sada vrlo mala. Stoga ćemo pogledati kakve su baterije ugrađene u ovaj uređaj i da li je moguća njihova zamjena.

Za potpuno rastavljanje kućišta, kako bi se moglo pristupiti baterijskom paketu, potrebno je odlijepiti maske na ploči sa kontrolama ispod kojih se nalazi 5 skrivenih vijaka (uz njih 14 koliko ih je potrebno odviti sa ploče sa zvučnicima). Problem je što su maske napravljene od tanke i osjetljive plastike koja lako puca, a zalijepljene su vrlo jakim ljepilom. Čisto mehanički je nemoguće odlijepiti ove maske bez oštećenja. Zagrijavanje u cilju otapanja ljepila je također rizično jer se neminovno moraju zagrijavati i gumene kontrole, a ne može se znati koliko je ljepilo i sve ostalo zapravo otporno na toplinu. Ovo je klasičan problem kod servisa velikog broja modernih uređaja. Na kraju sam izbušio tri rupe na prednjoj ploči na mjestima gdje su ispod skriveni vijci jer se time najmanje ošteti prednja maska i kasnije se na ta mjesta lako zalijepe neke okrugle naljepnice.

Elektronika se bazira na 6 integriranih krugova, od čega su dva digitalna, a ostali analogni. Glavni mikrokontroler (MCU) ima oznaku AC20BP03330-21A8 (JL). Nismo našli nikakve podatke za ovaj čip, no to je vjerojatno neki RISC MCU/CPU sa podrškom za bluetooth, DSP, USB, daljinski upravljač i slično. Drugi digitalni čip je DU161 (MVsilicon) za koji također nema nikakvih podataka, no to je vjerojatno DSP čip za obradu zvuka i sa algoritmima (dekoderom) za podržane digitalne audio formate.

U analognom dijelu imamo dva pretpojačala bazirana na operacijskim pojačalima 4558D (vjerojatno mikrofonska pretpojačala). Izlazno pojačalo je bazirano na integriranom krugu CS8676E. To je stereo audio pojačalo snage 2×20 W u D-klasi. Ova snaga se postiže na naponu napajanja od 12 V. U našem slučaju se koristi baterijsko napajanje u rasponu cca 6,4 do 8,4 V, a tu se onda može izvući maksimalna snaga od 2×5 W do 2×10 W i to uz THD koji već doseže 10%. To znači da od velikog natpisa na kutiji 600 WATTS stvarna muzička snaga zapravo ne prelazi 20 W (2×10 W) kod potpuno napunjenih baterija. U konačnici su i ugrađeni zvučnici deklarirani za snagu od 10 W.

Za kontrolu punjenja Li-Ion baterijskog paketa 7,4 V / 3000 mAh ugrađen je integrirani krug CS5028E. To je u osnovi prekidački DC/DC konverter koji služi kao izvor konstantnog napona (8,4 V) za punjenje baterija. Mrežni adapter punjača je 9 V / 1,5 A i čip CS5028E bez problema izdrži tu struju, tako da je moguće istovremeno punjenje baterija i rad preko mrežnog adaptera. Čip prema specifikacijama zadržava konstantni naponski izlaz pri širokom rasponu ulaznih napona 3-15 V tako da bi se na ulaznu priključnicu DC-9V mogao spojiti bilo koji istosmjerni izvor u tom rasponu napona. To je također step-up regulator tako da ulazni napon može biti niži od izlaznog.

Svih pet čipova je kineskog porijekla, a to znači da se vrlo teško nalaze detaljni tvornički podaci, a kad su i dostupni oni su na kineskom jeziku gdje uvijek može doći do pogreške u prijevodu ili razumijevanju prevedenog teksta. Tako bi se prema specifikacijama čipa CS5028E na ulaz DC-9V mogao bez problema spojiti automobilski akumulator 12 V (13,5 V) čime bi se na jednostavan način i bez puno modifikacija mogla dobila puno veća autonomija rada zvučnika na mjestima gdje nema mrežnog napona.

Međutim, mi ovdje nemamo stvarnu shemu sklopa napajanja konkretnog uređaja i moguće je da on sadrži neke druge komponente (filtarske kondenzatore) koji nisu predviđeni za ulazni napon veći od 9 V. Klasični elektrolitski kondenzatori u filtarskom dijelu su svi za 16 V ili veće napone, no tu su i SMD kondenzatori bez ikakvih oznaka za koje je onda nemoguće sa sigurnošću odrediti nominalne napone, a vrlo lako mogu biti samo 10 V. S obzirom da uređaj nije moj, ne želim ga rastavljati i mehanički naprezati više nego je to nužno potrebno. Trebao bi potpuno izvaditi tiskanu pločicu što uključuje odspajanje svih konektora i uklanjanje tvrdog ljepila kojim je pločica zalijepljena za plastično kućište. Onda bi pod mikroskopom morao nekako nacrtati shemu kruga napajanja ili barem identificirati sve komponente u tom krugu. To bi svejedno bilo vrlo teško napraviti jer puno tiskanih veza prolazi ispod zalemljenih komponenti i ne vidi se kuda vode. Ovdje je stoga najsigurnije izvršiti zamjenu baterijskog paketa istim takvim, a za napajanje/punjenje koristiti samo originalni mrežni adapter.

Baterijski paket 7,4 V / 3000 mAh sadrži četiri standardne Li-Ion baterije tipa 18650 (3,7 V / 1500 mAh). Po dvije baterije su spojene paralelno za dobivanje dvostrukog kapaciteta, a zatim ta dva paketa u seriju za dobivanje dvostrukog napona.

U baterijski paket je ugrađen elektronički sklop za zaštitu baterija od prevelikog napona i struje punjenja, te prevelikog napona i struje pražnjenja. Bazira se na namjenskom integriranom krugu HY2120-CB predviđenom za kontrolu dvije u seriju spojene Li-ion ili Li-Po baterije (2 x 3,7 V). Ovaj čip stalno prati napon kod punjenja i pražnjenja baterija te će preko MOSFET-a prekinuti krug ako napon kod punjenja dosegne 4,28 V ili ako kod pražnjenje padne na 2,9 V po ćeliji.

Na osnovu praćenja razlike napona na baterijama (VDD, VSS) i na izlaznim priključnicama (CS pin) čip detektira i kontrolira pražnjenje ili punjenje baterija preko odgovarajućeg MOSFET-a. Ukoliko su vrijednosti napona za punjenje i pražnjenje u nominalnim granicama, čip uključuje oba MOSFET-a tako da se baterija istovremeno može puniti preko punjača i prazniti kroz trošilo.

U našem slučaju se koriste dvostruki N-MOSFET tranzistori snage FS8205A razvijeni upravo za sklopove za naponsku zaštitu kod punjenja i pražnjenja baterija. Paralelno je spojeno 6 takvih MOSFET-a. Iako jedan MOSFET FS8205A izdrži kontinuiranu struju do 6 A, raspodjelom iste na šest MOSFET-a uvelike se smanjuje disipacija topline na pojedinačnom elementu. Time je izbjegnuta potreba za montažom hladila što bi bilo vrlo nepraktično za izvesti na baterijskom paketu. Da bi se struja i toplina podjednako rasporedila na sve MOSFET-e, isti moraju biti montirani sa termičkom spregom, odnosno podjednako raspoređeni na istu toplinsku površinu koja je u našem slučaju deblja bakrena tiskana veza. Ukoliko bi nastala veća toplinska neravnoteža, to bi moglo uzrokovati neželjene oscilacije uslijed parazitskih komponenti MOSFET-a. Te oscilacije se za svaki MOSFET mogu pojaviti na drugoj rezonantnoj frekvenciji ovisno o razlikama u vrijednostima tih parazitskih komponenti koje se ne mogu precizno kontrolirati u proizvodnom procesu za svaki MOSFET. Ukoliko toplinska sprega paralelno spojenih MOSFET-a nije moguća ili praktična za neke primjene, onda se stavljaju otpornici na GATE ili GATE-SOURCE priključke kako bi se prigušile moguće oscilacije.

Ovaj sustav zaštite baterija nije punjač niti on može poboljšati ili popraviti rad punjača. Punjač mora davati konstantni napon 8,4 V za punjenje baterijskog paketa i iako iz nekog razloga taj napon poraste preko 8,56 V onda sustav za zaštitu neće taj napon sniziti nego će posve isključiti baterije sa linije napajanja. Isto tako ako zbog neke neispravnosti punjača napon punjenja padne ispod nominalnog napona baterija, sustav zaštite će isključiti liniju punjenja. Za osiguranje ispravnog napona punjenja služi čip CS5028E kojeg smo gore opisali, a HY2120-CB je samo zaštitni naponski osigurač.

Jednako tako, oba ova sustava ne štite baterije od nejednakog punjenja i pražnjenja na razini pojedinih baterijskih članaka. Za to su razvijeni posebni balansirani punjači sa namjenskim BMS čipovima (Battery Management System) koji prate napon na svakom pojedinačnom članku u baterijskom paketu te reguliraju njihovo podjednako punjenje i pražnjenje. Ovo naravno može funkcionirati samo kod serijski spojenih članaka dok u našem slučaju imamo kombinaciju serijski i paralelno spojenih članaka.

Kada naručujete zamjenski baterijski paket iz Kine treba biti vrlo oprezan sa odabirom. Moram odmah reći da ćete na popularnim e-bay ili AliExpress trgovinama naći ogromnu ponudu Li-Ion i Li-Po baterijskih paketa 7,4 V u različitim kombinacijama različitih članaka. Deklarirani kapaciteti u 90% slučajeva nemaju veze sa stvarnim kapacitetima. Tako paketi koji sadrže 4 komada 18650 članaka mogu biti deklariranog kapaciteta 3000-18000 mAh, no ima onih koji idu i do 100000 mAh (100 Ah). Zanimljivo je da oni od 3000 mAh imaju gotovo istu cijenu kao i oni od 100000 mAh. Naravno da su sve to lažne brojke i ako naručite najjeftiniji paket (cca 5 eura) vjerojatno će taj paket sadržavati neke reciklirane članke iz starih baterija za laptope gdje kapacitet neće prelaziti 1000 ili u najboljem slučaju 1500 mAh, bez obzira na to koji kapacitet je otisnut na paketu.

Druga zamka se krije u fizičkoj veličini samog baterijskog paketa. Na slikama se teško može vidjeti da li je paket sastavljen od AA, AAA ili 18650 baterijskih članaka, a s obzirom da ispisani kapaciteti nemaju veze sa realnosti onda se i tu lako možete prevariti. Svakako dobro provjerite podatke, opis i dimenzije baterijskog paketa prije kupnje, kako bi barem bili sigurni da je paket sastavljen od 4 komada 18650 članaka.

Treća stvar na koju treba paziti, to su izvodi iz baterije. Neki paketi imaju samo dvije žice (plus i minus), no neki drugi mogu imati i dodatne žice sa svakog članka za balansirano punjenje (BMS). Problem je što paketi predviđeni za balansirano punjenje mogu imati drugačiju zaštitnu i upravljačku elektroniku koja onda traži i određeni tip punjača ili uopće nemaju ugrađenu zaštitnu elektroniku. Za naš slučaj je najbolje tražiti paket sa samo dvije žice i natpisom da je ugrađena baterijska zaštita (built-in protection board).

Ovome se izbor već drastično sužava te smo našli svega jednu ponudu koja bi mogla biti najsličnija originalnom paketu.

U opisu je naznačeno da paket sadrži 4 komada (4P) 18650 baterija i da je ugrađena zaštita. Dimenzije od 6,5×7,2×1,8 cm otprilike odgovaraju originalu. Podaci o kapacitetu su različiti, na jednom mjestu se navodi 3000 mAh, a na drugom 12000 mAh što je naravno besmislica. Opis da je to „Lithium ion rechargeable battery for Bluetooth Speaker“ ulijeva nadu da ćemo dobiti bateriju koja ne bi trebala biti puno drugačija ni puno lošija od originala.

Iako je autor želio ugraditi dva baterijska paketa za dvostruki kapacitet, ipak ću naručiti samo jedan paket i prvo testirati njegov stvarni kapacitet. U kućištu ima mjesta za smještaj različitih veličina baterija i akumulatora, no ako to nije Li-Ion ili Li-Po paket napona 7,4 V onda je potrebno napraviti i neke modifikacije kruga napajanja i punjenja. U svakom slučaju, ukoliko je potrebna duža autonomija, možda je bolje rješenje koristiti neki vanjski baterijski paket napona do 9 V na priključku za mrežni adapter.

Vidimo da baterije naručene iz Kine koštaju više od 10 eura (uz troškove slanja i PDV), a da naručujemo provjerene baterije renomiranog proizvođača ta cijena može biti višestruko veća. Jednostavno je neisplativo ulagati puno novaca u prijenosni zvučnik vrijednosti stotinjak eura jer se nakon 5 godina mogu očekivati i drugi kvarovi.

U posljednjih desetak godina značajno se povećala upotreba baterija, od onih za razne ručne alate i kućanske aparate, pa preko mobitela, dronova i kamera sve do baterija za električne automobile. Paralelno tome razvijeni su i namjenski integrirani krugovi i drugi elementi koji služe za strujnu, naponsku i temperaturnu zaštitu baterija, kao i za kontrolu njihovog punjenja i pražnjenja. Danas vjerojatno više ni ne možete kupiti neki baterijski paket, a da nema ugrađenu neku kontrolnu elektroniku.

Osobno sam se još prije 25 godina bavio električnim aviomodelarstvom, a time i problematikom baterija. Za modele aviona su potrebne što snažnije i što lakše baterije. Nekada su bile dostupne samo Ni-Cd baterije tako da su one mogle činiti i preko 70% težine čitavog modela u letu. Onda su se pojavile litijeve baterije, a posebno su bile prikladne Li-Po baterije zbog velike gustoće energije koja se mogla pohraniti po gramu težine. U Li-Po baterije se može pohraniti 2 do 5 puta više energije nego u Ni-Cd baterije iste težine.

Međutim, svaki tip baterija ima svoje specifičnosti glede korištenja i održavanja. Tako su Ni-Cd baterije imale problem „memorijskog“ efekta (nisu se smjele puniti prije nego se do kraja isprazne), a litijeve baterije su puno više osjetljive na prevelike napone punjenja i prevelike napone pražnjenja. S obzirom da se za veće električne modele moraju koristiti baterije većih nominalnih napona, nužno je spajanje više članaka u seriju. Već tada je prepoznat problem malih električnih razlika između pojedinih članaka iste vrste zbog čega su se neki članci u paketu punili ili praznili nešto brže od drugih. To je moglo uzrokovati prepunjavanje ili nedovoljno punjenje pojedinih članaka u paketu ili pak „curenje“ energije između članaka. Stoga je uveden sistem elektroničke kontrole punjenja i pražnjenja svakog pojedinog članka u paketu zasebno, takozvano balansirano punjenje.

Pa ipak, takvi sistemi punjača i baterija su bili znatno skuplji od običnih i nisu svi odmah pobacali stare baterije i punjače te kupili nove. Ja sam puno radio sa Li-Po baterijama na običnom sistemu punjenja i zatim sa istim takvim baterijama sa balansiranim punjenjem. Iskreno, neke velike razlike u kapacitetu i trajanju baterijskih paketa nisam primijetio kod ova dva sistema. Ovo balansiranje u teoriji zvuči dobro, no u praksi razlike između članaka nikad nisu toliko velike da bi nebalansirano punjenje bilo znatno primjetno glede kapaciteta ili vijeka trajanja baterije (broj ciklusa punjenja i pražnjenja). Možda se balansiranim punjenjem u najboljem slučaju izvuče do 5% više kapaciteta, a ako se pazi na maksimalne nominalne napone punjenja i pražnjenja onda će i vijek trajanja baterije kod oba sistema biti podjednak. Ono što sam svakako primijetio, to je određena prednost Li-Po baterija u odnosu na Li-Ion baterije. Li-Po baterije su lakše i imaju veću gustoću energije.

Kada stigne novi baterijski paket za naš prijenosni zvučnik, napraviti ću test rada čipa CS5028E koji služi za punjenje. Na priključnicu za punjač DC-9V dovesti ćemo napone raspona 3-9 V gdje bi u čitavom ovom opsegu na bateriji trebao biti zadržan konstantni napon punjenja (8,4 V). Također ćemo kratkotrajno isprobati ulazne napone 9-14 V.