E-Zigarette

Wenn man ausgerauchte E-Zigaretten mit brauchbaren Akkus (siehe auch Li-Akkus laden) in die Finger bekommet, fragt man sich irgendwann, wie das alles funktioniert, und ob man mit der Elektronik auch noch etwas anders machen kann. Die Steuerung sieht aus wie ein Elektret-Mikrofon, hat aber einen Schaltausgang. Die aktuellen Typen haben zusätzlich eine blaue ELD auf der Rückseite. Der Sensor reagiert auf Unterdruck beim Ziehen an der Zigarette und schaltet dann das Heizelement und die blaue LED ein.

Achtung! Zum Schutz vor möglichen Gesundheitsrisiken ist folgendes wichtig: Dass man nicht probeweise an einer E-Zigarette zieht, ist selbstverständlich, denn man weiß ja nicht, wer sie vorher verwendet hat. Beim Auseinanderbauen sollte man die hintere Kappe mit einer Zange fassen, leicht hin und her drehen und dabei herausziehen. Dabei muss man sorgfältig darauf achten, sich nicht am dünnen Blech oder anderen Teilen zu verletzten. Falls doch etwas passiert, muss die Wunde schnell desinfiziert werden, genau wie bei allen Bastelarbeiten. Der Akku und der Drucksensor in der Endkappe sind normalerweise völlig sauber und trocken. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen sollte man die Kabel am Akku einzeln durchtrennen. Falls doch etwas von der Dampfer-Flüssigkeit an den Teilen klebt, kann man sie mit klarem Wasser oder einer Seifenlauge abspülen und dann trocknen.

Im laufenden Betrieb sind die Akkus gefährlicher als übliche Handy-Akkus, weil sie keine Schutzschaltung enthalten. Bei einem Kurzschluss brennen die verwendeten Drähte sofort durch, was zu Verbrennungen führen kann. Im Folgenden werden verschiedene Sicherheitsmaßnahmen für eine verbesserte Strombegrenzung vorgeschlagen. Die Akkus sollten auf keinen Fall unbeaufsichtigt von Kindern verwendet werden.

Mit einem Gummischlauch kann man die Funktion testen. Zusammendrücken, das Ende zuhalten, Entspannen, Unterdruck.

Hier das Innenleben. Man erkennt die schwach durchsichtige Membran und einen inneren Metallring. Der Sensor ist offenbar ein kapazitiver Drucksensor. Wenn man zieht, wölbt sich die Membran nach außen und erhöht die Kapazität. Der innere Metallring liegt auf der goldenen Platinenfläche auf.

Eine Platine hat sich mit einer kleinen Rauchwolke selbst entlötet, weil ich sie falsch angeschlossen hatte. Prima, dann kann ich sehen, wie die Bahnen unter dem IC verlaufen.

Auf der Rückseite der Platine gibt es noch so eine Randfläche, die an Masse (schwarzes Kabel) liegt. Sie ist im zusammengebauten Zustand in Kontakt mit der äußeren Aluhülle des "Mikrofons". Außerdem sieht man auf der Rückseite die blaue LED.

Dies ist die ganze Schaltung. Der Drehko steht für den Sensor. Eine zusätzliche Diode leitet induktive Spannungsspitzen beim Abschalten induktiver Lasten ab. Man kann deshalb auch Motoren damit schalten. Ein Datenblatt konnte ich allerdings nicht finden.

Hier wird eine kleine Glühlampe geschaltet. Wenn ich die Platine anfasse, berühre ich die Kontaktringe auf beiden Seiten. Sie schaltet dann ein, solange die Berührung anhält. Aber nach zehn Sekunden kommt ein Timeout, und die Last wird abgeschaltet.

An den Kontaktring habe ich einen vierten Draht angelötet, den Sensoranschluss. Zum Test habe ich den Sensor durch einen Trimmer mit 25 pF ersetzt. Wenn ich ihn halb aufdrehe, wird eingeschaltet.

Man kann auch einen kapazitiven Berührungssensor damit bauen. Wenn man den isolieten Draht berührt, wird eingeschaltet.

Wenn man es mit einem Schalter auslösen will, kann ein Widerstand von 100 k den Kondensator ersetzen. Man schaltet ein, und die Last bleibt für zehn Sehunden an.

Weitere Beobachtungen: Beim Anlegen der Betriebsspannung blinkt die blaue LED einmal. Am Anfang wird die Kapazität am Sensoreingang gemessen und dient als Referenz für eine Änderung. Im Ruhezustand liegt permanent ein Sägezahnsignal mit ca. 50 kHz am Sensoreingang. Die Frequenz wird mit steigender Kapazität tiefer. Man kann es nur indirekt messen, z.B. mit der Messspitze des Oszis an der Nachbarbahn der Steckplatine. Man sieht dann, dass sogar eine Annäherung des Fingers die Frequenz sichtbar ändert. Im Sensor-Ruhebetrieb braucht der Controller ca. 1 µA.

Beim Einschalten der Last nach einem Sensorereignis wird die Betriebsspannung überwacht. Wenn sie unter der Last zu stark einbricht, wird sofort abgeschaltet. Wird die aktive Phase vom Anwender beendet, geht die LED in einem weichen Übergang aus, aber der Ausgang wird abrupt abgeschaltet. Wenn das Timeout von 10 s erreicht wird, schaltet der Controller ab und die blaue LED blinkt zweimal. Der Ausgang kann bis zu ca. 1 A schalten. Der Controller führt im aktiven Betrieb eine Messung der Batteriespannung durch. Unter 3,5 V verweigert er die Arbeit. Bis 4,0 V entsteht ein konstantes Ausgangssignal, darüber ein PWM-Signal, dass die höhere Spannung kompensiert, sodass die effektive Leistung entsprechend reduziert wird. So viel Aufwand nur für eine Zigarette!

Inzwischen ist ein Datenblatt es Controllers aufgetaucht: https://belchip.by/sitedocs/44943.pdf Darin kann man lesen, dass ein Laderegler mit eingebaut ist. Zuerst war mir nicht klar, wo der Eingang dazu liegen soll. Durch Probieren konnte ich rausfinden, dass der Schaltausgang(blau) zugleich der Eingang für das Ladegerät ist. In einer E-Zigarette mit Ladebuchse muss es wohl einen Umschalter geben. In der Einweg-Zigarre ist die Ladefunktion zwar enthalten, sie kann aber nicht verwendet werden. Verschwendung pur! Aber wenn die Dinger nun schon überall herumliegen, kann man sie ja auch einfach als Laderegler für Li-Akkus verwenden.

Der Regler erkennt selbst, wie das Netzgerät geartet ist. Wenn es hochohmig genug ist und den Strom ausreichend begrenzt, schaltet der Laderegler voll ein. Wenn das Netzgerät z.B. 1 A liefern kann, geht der Regler in einen Konstantstrommodus mit ca. 250 mA. Wenn die Ladespanung von 4,2 V erreicht ist, wird mit konstanter Spannung weiter geladen, wobei der Strom immer weiter abnimmt. Bei laufendem Ladevorgang leuchtet die blaue LED.

Außer Akkus und Dampfer-Controllern liegen auch jede Menge nicht mehr gebrauchte Netzteile herum. Da macht es Sinn, beides zu verheiraten. Jetzt habe ich ein Steckernetzteil mit Laderegler und Krokoklemmen verbunden. damit kann ich nun ganz bequem alle Arten von Li-Akkus laden.

Solar-Ladegeräte

Mein Bruder hat mir einige verbrauchte E-Dampfer mitgebracht und hatte auch noch zwei passende Solarzellen übrig. Da lag es nahe, zwei Solar-Ladegeräte für Li-Akkus zu bauen. Die Dampfer-Controller werden wieder als Laderegler eingebaut, wobei der blaue Anschluss an den Pluspol der Solarzelle gelötet wird.

An der Fensterbank bekomme ich nur einige Stunden am Tag die volle Sonne. Aber nach zwei Tagen konnte ich schon fast 4 V an den Akkus messen. Etwas geht noch, dachte ich. Aber nach dem dritten Tag konnte ich mehr als 4,5 V messen! Nach allem was man hört, besteht da bereits Brandgefahr! Ich habe beide Akkus mit einer Glühlampe bei 100 mA bis auf 4,2 V entladen, was ca. 1,5 h gedauert hat. Die Akkus hatten eigentlich nur 360 mAh. Sie waren aber anscheinend auf 140% überladen. Zur Sicherheit wurden sie in der Nacht auf den Balkon verbannt. Eine Beschädigung konnte aber nicht festgestellt werden.

Wie ist das nur möglich, dass die Ladeendspannung überschritten wird! Einige Messungen haben gezeigt, dass die Ladeelektronik nicht in jedem Dampfer-Controller enthalten ist. Anscheinend war das bei den älteren Modellen üblich, aber bei den neueren nicht mehr. Die Hersteller haben wohl selbst gemerkt, dass das eine Verschwendung war und nun ICs ohne den Laderegler gebaut. Ein einfacher Test verwendet einen Widerstand von 1 kOhm statt des Akkus. Die Spannung am Widerstand muss dann auf etwa 4,2 V stabilisiert werden, wenn das Ladegerät zwischen 5 V und 6 V bringt.

Jetzt habe ich zwei von den älteren und getesteten Reglern eingebaut. Ab jetzt sollte alles umweltfreundlich und sicher funktionieren.

Neuartige Heizelemente bei E-Zigaretten

Bisher gab es immer einen dünnen Heizdraht, der im Bereich der Dampferzeugung zu einer kleinen Spule zusammengedreht war. Bei einigen neueren Modellen habe ich nun dieses Heizelement gefunden, das aus einem dünnen Gitterblech besteht, das auf zwei Verbindungsdrähte punktgeschweißt wurde. Damit vermeidet man offensichtlich die Verluste entlang der Zuleitungen. Für das Foto des Heizelements in Aktion war einen Strom von mehr als 1 A nötig.

Ein Dampfer mit Ladebuchse

Auf einer Fahrradtour hat mein Bruder diese Reste einer E-Zigrarette mit Ladebuchse gefunden. Da war schon mal ein Auto drübergefahren, aber die Platine war noch überwiegend intakt. Der mikrofonartige Drucksensoer war auch vorhanden, aber er hat nur zwei Anschlüsse. Es hat etwas gedauert, bis ich kapiert habe, dass der eigentliche Drucksensor diesmal getennt von der Elektronik eingebaut wurde. Das zugehörige IC U1 ist ein CSC909DB. Der Sensor ist die kapazitive Messkammer. Sehr interessant, man könnte vielleicht ein Kondensatormikrofon daraus machen. Am Sensoranschluss wird ein Dreiecksignal gemessen. Wenn man den Anschluss mit dem Finger berührt, löst der Sensorschalter aus. Man erhält dann ein buntes Feuerwerk der im Kreis angeodeten Mehrfarben-LEDs. Der Laderegler U3 verwendet diesmal ein sparates IC, der LTH7, der anscheined dem LTC4054-4.2 entspricht.

Auf der Rückseite befindet sich neben dem Sensor ein Mikrocontroller. Es könnten sich um einen Padauk-Controller ähnlich dem PSF154 handeln. Die Lage der Anschlüsse GND und VCC spricht dafür und die unbeschriftete Oberseite. Anscheinend wird jede der sechs Farb-LEDs von einem eigenen Pin angesteuert. Das Sensor-IC steuert mit einer Leitung den Controller an, der also offensichtlich nur für die aufwendige Light-Show zuständig ist. Wahrscheinlich ist der im Ruhezustand im Power-Down-Modus und wird bei Bedarf aufgeweckt.

Zuerst dachte ich, warum denn so ein großer Controller nur für die LEDs? Aber dann habe ich rausgefunden, dass die LEDs keine eigene Elektronik enthalten und über neun Ports in einem Multiplexverfahren angesteuert werden. Ports für 6 * 3 LEDs. Die LEDs kosten nicht viel und dieser vermutete Padauk-Controller auch nur ungefähr 5 Ct.

Zum Test habe ich einen Akku angelötet und erfolgreich über USB aufgeladen. Durch Berühren der Sensor-Anschlüsse kann das Lichtspiel getriggert werden.

23.11.23: Ladecontroller

Meine Brüder halten sich offenbar mehr in der freien Natur auf als ich. Und deshalb finden sie dauernd neue E-Zigaretten, die Leute achtlos in die Botanik geworfen haben. Auf den Zigaretten steht die durchgestrichene Mülltonne als Entsorgungshinweis. Viele Leute verstehen das falsch und werfen die Teile zwar nicht in die Mülltonne, dafür aber irgendwo in die Gegend.

Inzwischen habe ich schon mehr Akkus, als ich verbasteln kann. Ich bin dazu übergegangen, den Controller am Akku zu lassen und nur das Heizelement abzutrennen. Wenn ich den Sensor von der Kabelseite aus anpuste, geht die LED kurz an. Dann schließe ich ein Labornetzteil an die Kabel zum Heizelement an, die ja zugleich der Ladeeingang sind. Wenn der Controller ein Typ mit Ladeelektronik ist, geht die LED an und schaltet sich am Ende des Ladevorgangs ab. Der Akku hat dann 4,2 V. Zuletzt hatten fast alle den internen Laderegler. Diese Teile habe ich dann mit einem Aufkleber "L" versehen.

Zuletzt ist noch ein neuer Typ mit Kindersicherung aufgetaucht. Er schien zuerst nicht zu funktionieren. Aber nachdem ich ihn dreimal kurz angepustet habe, war alles wieder normal. Diesen Typ habe ich mit "KI" gekennzeichnet, nicht zu verwechseln mit Künstlicher Intelligenz, denn die natürliche Intelligenz von Grundschulkindern reicht bereits aus, um das Hinweisschild zu verstehen.

LED-Bäumchen mit Li-Akkus

Mein kleines LED-Bäumchen mit weichem Dreiphasen-Blinker wurde ursprünglich mit einer 9V-Batterie betrieben. Jetzt habe ich zwei kleine Li-Akkus aus E-Zigaretten eingebaut, die zugleich auch als Fuß-Beschwerung dienen. Das Kunstwerk leuchtet damit ein bis zwei Wochen lang. Allerdings hat sich hier der Nachteil einer einfachen Reihenschaltung der Akkus gezeigt. Einer ist schwächer als der andere und kann leicht unterladen werden. Ich muss also ab und zu nachmessen und bei Bedarf neu laden. Wenn die Zustände sich stark unterscheiden, müssen beide einzeln geladen werden. Ich habe deshalb schon überlegt, das Bäumchen so umzubauen, dass es mit 3,7 V auskommt. Dann könnte ich nämlich beide Akkus parallel schalten, und die unterschiedlichen Daten wären kein Problem mehr.

Das LED-Bäumchen stand ursprünglich in der Bastelecke. Aber die Akku-Variante kommt da nicht rein, wie sie nicht kindersicher ist. Wer Li-Akkus aufladen will, muss schließlich genau wissen, was er tut.

Charlieplexing-Display

Gerade habe ich eine alte E-Zigarette mit Laderegler und mehrdarbigem Display zerlegt. Dieses besondere Display hat nur sechs Anschlüsse. Ein Test hat gezeigt, dass jeder Anschluss mal Anode und mal Kathode sein kann. Erst da habe ich es verstanden: Charliplexing ist das Prinzip. Mit Sechs Anschlüssen kann man bis zu 6*5=30 LEDs steuern. Spannend! Und viel zu schade für eine schnöde Zigarette! Das Display muss also ausgebaut werden, um es mit einem eigenen Controller anzusteuern.

Das Display stammt übrigens aus einer Zigarette der Firma Fumot und hat die Bezeichnung Digital Box 12000 Puffs, was wohl bedeuten soll, dass man 12.000 Züge erreicht. Der Flüssigkeitstank ist größer als sonst, dafür muss man den Akku mehrmals nachladen. Wenn das bedeutet, dass die Teile länger halten und weniger in der Gegend rumliegen, dafür aber mit solchen Displays, bin ich einverstanden. Siehe auch: Ansteuerung mit einem Arduino

22.5.24: Li-Akkus im Digitalvoltmeter

Nachdem ich mein aktuelles DVM geschrottet hatte, habe ich andere noch vorhandene Geräte angeschaut und mich gefragt, welches an die Stelle treten sollte. Ein älteres Gerät von Voltcraft funktionierte noch gut, aber die nicht mehr ganz volle 9V-Batterie hat mich gestört. Irgendwann gibt das wieder Ärger, leer oder ausgelaufen, irgendwas kommt immer.

Deshalb habe ich nun zwei Li-Akkus aus alten E-Zigaretten eingelötet. Nachladbar, keine Steckkontakte mehr, geringe Selbstentladung, etwas größere Kapazität bei einer Spannung von 7 V bis 8 ,4 V. Zur Sicherheit habe ich beide Zellen über einen Widerstand mit 1,3 Ohm zusammengeschaltet.. Der Umbau war problemlos, und das Gerät arbeitet prima.

Kleine Ersatzbatterie

Weil das kurz abgetrennte Batteriekabel aus dem Digitalmultimeter nun arbeitslos war, habe ich es an einen weiteren kleinen Akku gelötet. Damit kann ich nun Geräte testen, die eigentlich für 9 V gedacht sind, aber auch mit viel weniger auskommen. Gerade arbeitet der Akku in einem kleinen Kurzwellenradio. Achtung, der rote Draht muss hier an Minus, weil die Rollen Batterie/Verbraucher ausgetauscht sind.

Neue Bauteile

Durch meinen aufmerksamen Bruder Hellmut bekomme ich jederzeit den Überblick über die neuesten Entwicklungen auf dem Markt der E-Zigaretten. Langsam setzt sich die nachladbare Version mit internem Display durch. Die Anzeige auf der mittleren Platine hat eine etwas andere Kontaktierung, nämlich mit einer verlängerten Grundplatte mit Lötfahnen. Das ermöglicht Anwendungen in sehr flacher Bauweise. Da ich ja nun weiß, wie diese Anzeigen anzusteuern sind, eröffnen sich viele neue Möglichkeiten.

Zum ersten Mal habe ich in einer dieser weggeworfenen E-Zigaretten einen Li-Akku in einem typischen Elko-Gehäuse gefunden. Diese Bauform eignet sich gut für den direkten Einbau in eine Platine. Immer mehr Geräte in meinem Elektronik-Labor werden inzwischen mit Li-Akkus betrieben, sodass ich immer weniger Batterien kaufen muss.

Wer auch einmal solchen Edelschrott finden will, der muss nur ein paar Bänke an einem Fluss oder in einem Park inspizieren. Ein bis zwei Meter dahinter liegen oft solche Dinge im Gras, von jugendlichen Missetätern achtlos über die Schulter geworfen. Wie man hört, gibt es bei machen Discountern Sammelboxen für Batterien und E-Zigaretten. Manch einer hat mal nett gefragt und durfte dann etwas herausnehmen. Immerhin ist die Wiederverwertung der Akkus ein Beitrag zum Umweltschutz.

Fledermausdetektor mit Li-Akku

Der Franzis Fledermausdetektor arbeitet normalerweise mit 9 V und einem 5V-Spannungsregler. Ein Test hat aber gezeigt, dass er auch noch mit 3,7 V betrieben werden kann. Hier habe ich den Spannungsregler mit einem Drähtchen zwischen den äußeren Beinchen kurzgeschlossen. Der kleine Akku mit 500 mAh wurde direkt eingelötet und zusätzlich mit Uhu fixiert. Die Befestigung ist besser als mit dem 9V-Block am Clipkabel. Die maximale Lautstärke ist mit dem Akku geringer, aber die Empfindlichkeit des Geräts ist auch mit der kleinen Spannung noch sehr gut.

Zehn Geräte wurden für eine Aktion mit Kindern umgerüstet. Nach einem mehrstündigen Einsatz habe ich alle Akkus überprüft. Neun von zehn hatten immer noch eine Spannung über 4 V. Nur einer musste nachgeladen werden. Spannend bleibt, ob die Akkus in einem Jahr noch für den nächsten Einsatz genügend geladen sind. Die Selbstentladung ist normalerweise gering. Aber wenn ein Akku einmal tiefentladen war, verschlechtern sich seine Eigenschaften. Das würde dafür sprechen, dass man alle Akkus, die nach dem Ausbau aus einer alten E-Zigarette weniger als 2,7 V haben, sofort aussortiert.

Akkubetrieb beim UKW-Radio

Das neue UKW-Radio kann ohne Änderung mit einer kleineren Spannung betrieben werden. Hier wurde ein Li-Akku mit 3,7 V eingebaut. Das funktioniert auch mit dem originalen Endverstärker LM386, allerdings nur mit geringerer Lautstärke. Deshalb habe ich einen ausgebaute Brückenverstärker XPT6871 eingesetzt. Eine ähnliche Lösung gab es bei Franzis schon einmal beim Touch-FM-Radio mit seinem Endverstärker MC34119. Der Akku stammt aus einer E-Zigarette und besitzt keine Schutzschaltung, sodass man vorsichtig damit umgehen muss. Man kann aber auch einen ausgedienten Akku aus einem Handy einsetzten, der sicherer ist und wegen des geringen Strombedarfs des Radios noch lange seinen Dienst verrichten kann.

Cortex-M0-Controller von Michael Gaus

Auf der Platine einer E-Zigarette mit Charlieplexing-Display war ein PY32C642F15 von Puya im QFN20-Gehäuse drauf. Das ist ein Cortex-M0. Per SWD konnte ich eine Verbindung über einen CMSIS-DAP Debugger (Pi Pico) herstellen. Die beiden Debugpins SWDIO und SWCLK waren an CC1 und CC2 der USB-C-Buchse herausgeführt, dort war jeweils auch noch ein 5k1 Pulldown gegen GND vorhanden. Die ersten 4kB des onchip-Flash waren auslesegeschützt, der Rest war lesbar. Nach einigem Ausprobieren konnte ich durch Beschreiben der Optionbytes das onchip Flash löschen und ein Blinky Testprogramm erfolgreich aufspielen und laufen lassen. Bei 3 weiteren Platinen mit unbekannten Controllern waren auch jeweils 2 Pins (vermutlich Debug- oder Programmierpins) mit CC1 und CC2 der USB-C-Buchse verbunden. Das ist wohl bei vielen dieser Platinen der Fall, auch wenn es meist keine Cortex-M0 Controller sind. Siehe auch: https://github.com/grahamwhaley/py32c642_vape

Der E-Zigaretten-Controller

E-Zigaretten-Laderegler