Bezprzewodowa ładowarka DIY: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

W tej instrukcji dowiesz się, jak zbudować własną bezprzewodową ładowarkę do dowolnego urządzenia. JAK?

Techniki zasilania bezprzewodowego dzielą się głównie na dwie kategorie: niepromieniujące i promieniste. W bliskim polu lub technikach bezpromienistych moc jest przenoszona przez pola magnetyczne za pomocą sprzężenia indukcyjnego między zwojami drutu lub przez pola elektryczne za pomocą sprzężenia pojemnościowego między metalowymi elektrodami. Sprzężenie indukcyjne jest najczęściej stosowaną technologią bezprzewodową; jej zastosowania obejmują ładowanie urządzeń przenośnych, takich jak telefony i elektryczne szczoteczki do zębów, znaczniki RFID oraz ładowarki do wszczepialnych urządzeń medycznych, takich jak sztuczne rozruszniki serca lub pojazdy elektryczne.

Co to jest sprzężenie indukcyjne:

W sprzężeniu indukcyjnym (indukcja elektromagnetyczna lub indukcyjne przenoszenie mocy, IPT) moc jest przenoszona między zwojami drutu za pomocą pola magnetycznego. Cewki nadajnika i odbiornika tworzą razem transformator (patrz schemat). Prąd zmienny (AC) płynący przez cewkę nadajnika (L1) wytwarza oscylujące pole magnetyczne (B) zgodnie z prawem Ampera. Pole magnetyczne przechodzi przez cewkę odbiorczą (L2), gdzie indukuje przemienne pole elektromagnetyczne (napięcie) zgodnie z prawem indukcji Faradaya, które wytwarza prąd przemienny w odbiorniku. Indukowany prąd przemienny może albo bezpośrednio napędzać obciążenie, albo być prostowany do prądu stałego (DC) przez prostownik w odbiorniku, który napędza obciążenie.

Rezonansowe sprzężenie indukcyjne

Zgodnie z teorią modów sprzężonych zaproponowaną przez Marin Soljačić z MIT, rezonansowe sprzężenie indukcyjne (sprzęgło elektrodynamiczne, [12] silnie sprzężony rezonans magnetyczny) jest formą sprzężenia indukcyjnego, w którym moc jest przenoszona przez pola magnetyczne (B, zielone) pomiędzy dwoma rezonansami. obwody (strojone), jeden w nadajniku i jeden w odbiorniku (patrz schemat po prawej). Każdy obwód rezonansowy składa się z cewki drutu połączonej z kondensatorem lub cewki rezonansowej lub innego rezonatora o wewnętrznej pojemności. Oba są dostrojone tak, aby rezonowały z tą samą częstotliwością rezonansową. Rezonans między cewkami może znacznie zwiększyć sprzężenie i przenoszenie mocy.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat, skorzystaj z tego linku:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Krok 1: CO BĘDZIESZ POTRZEBNY!!!!

Na początek potrzebne będą następujące komponenty:

Płytka drukowana w kropki (x1)

drut o grubości 1 mm (7 m)

IC7805(x1)

MOSFET IRFZ44N (x4)

Układ scalony sterownika MOSFET IR2110 (x2)

555 układ scalony timera (x1)

CD4049 IC (X1)

Potencjometr 10K [103] (x1)

Rezystor 10k (x4)

Rezystor 10 omów (x4)

Kondensator 0,1uF [104] (x5)

Kondensator 10nf [103] (x1)

Kondensator 2,2nF [222] (x1)

Kondensator 10uF [elektrolityczny] (x3)

Kondensator 47uF [elektrolityczny] (x1)

Kondensator 47nF [poliester] (x2)

Zaciski śrubowe

IN5819 dioda Schotky'ego (x6)

Złącze mini USB [męskie] (x1)

Przetwornica DC - DC 5v Buck

Zacznijmy więc od kompilacji.

Krok 2: Nawijanie cewek!!?

nawijanie idealnej spiralnej cewki jest nieco trudne. Oto mój sposób nawijania cewki. Najpierw wytnij tekturą mały okrąg o średnicy 1 cm, przyklej go do kawałka tektury i wykonaj otwór w środku. Teraz weź drut o grubości 1 mm i przełóż go przez otwór wykonany w środku (jest to dodatkowy kawałek drutu do połączeń elektrycznych). Nałóż dużo kleju na powierzchnię i zacznij nawijanie, chodząc po okręgu (klej pomaga w utrzymaniu uzwojenia w miejscu). Kontynuuj nawijanie, aż liczba zwojów osiągnie 30. Wykonaj 2 takie same cewki identyczne.

Krok 3: Dokonaj pomiaru:

Jeśli masz miernik LCR, możesz pominąć ten krok. Jeśli nie masz miernika LCR, zbuduj miernik indukcyjności z Arduino Uno i wzmacniacza operacyjnego (LM339). Wziąłem ten obwód z następującej strony internetowej, więcej informacji o tym mierniku indukcyjności można znaleźć na samej stronie internetowej. (kod jest również dostępny na samej stronie)

Teraz tym miernikiem zmierz indukcyjność cewek i jeśli wszystkie warunki są takie same jak moje czyli drut o grubości 1,0 mm, średnica wewnętrzna cewki = 1,0 cm, liczba zwojów = 30. Powinieneś otrzymać indukcyjność cewka około 21,56 uH 26,08 uH z powodu nieznanego błędu. Teraz po uzyskaniu indukcyjności należy obliczyć częstotliwość rezonansową obwodu LC.)możesz za pomocą tego kalkulatora internetowego obliczyć częstotliwość rezonansu.https://www.deephaven.co.uk/lc.htmlW moim przypadku L=26,08 uH i C=47 nF co daje częstotliwość rezonansową F=143,75 Khz. teraz musimy zbudować obwód oscylatora, którego oscylacja ma częstotliwość 143,75 Khz.

Krok 4: Obwód oscylatora…

Istnieje wiele sposobów wykonania obwodu oscylatora. W tym obwodzie użyjemy układu scalonego timera 555, aby wytworzyć sygnał 143,75 Khz, ale to nie wystarczy do zasilania obwodu LC (cewka nadajnika z kondensatorem połączonym szeregowo). więc musimy zbudować obwód sterownika mosfet mostka H do sterowania obwodem LC.https://microcontrollerslab.com/how-to-make-h-bridg…W odniesieniu do obwodu na powyższej stronie internetowej i kilku drobnych zmian, które mam wykonałem obwód do sterowania obwodem LC. Po prostu postępuj zgodnie z obwodem, który tutaj załączyłem. PRACA: Układ scalony timera 555 w Astable Multivibrator z 50% cyklem pracy wytwarza wymagany sygnał oscylacyjny, który jest podawany do układu IR2110. Pełny mostek H Obwód sterownika Mosfet będzie wyprowadzał falę prostokątną, gdy wejścia A = D i B = C i B (C) są w stanie odwróconym A (D). Aby to osiągnąć, zastosowano układ scalony falownika (4049). To oscylujące napięcie wytwarza prąd sinusoidalny przepływający przez cewkę nadajnika, który indukuje wokół niej pole magnetyczne. Indukowany prąd jest przekształcany na prąd stały za pomocą prostownika mostkowego i regulowany do 5 V DC w celu naładowania telefonu komórkowego za pomocą konwertera buck.

Ci, którzy chcą zrobić drukowaną wersję tego projektu, załączyłem również pliki Eagle Board, sprawdź to.

Krok 5: #Środek końcowy:

Teraz, po zbudowaniu wszystkich obwodów zgodnie ze schematem, sprawdź wszystko, a także zmierz wszystko. Ponownie, jeśli masz jakieś urządzenie do pomiaru częstotliwości, to jest w porządku, jeśli nie po prostu prześlij poniższy kod do Arduino Uno. adres internetowy:

Zmierz częstotliwość na trzecim pinie układu scalonego timera 555. Podczas pomiaru częstotliwości wyreguluj potencjometr 10K, aby uzyskać wymaganą częstotliwość (tj. 143,75 Khz). Teraz weź multimetr zmierz następujące parametry: Napięcie wejściowe [Vin] (tj., sprawdź, czy jest to dokładnie 12 V czy nie). Prąd wyjściowy [Iout] (tj. prąd do telefonu komórkowego z konwertera złotówki). Obliczenia:Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency(n) = Pout / PinMoje odczyty: Vin = 11,8 V; Iw = 310 mA; Vout = 5,1 V; Vin = 290 mA co daje sprawność 40,4%

Krok 6: #Załącznik

Poddałem recyklingowi stare pudełko na telefon komórkowy jako obudowę, jak widać na obrazku. Gdy to zrobisz, możesz naładować telefon komórkowy lub dowolne urządzenie, które wymaga 5 woltów, prąd ładowania wynosi 300 mA. (co jest nieco powolne w przypadku telefonów komórkowych). Moc wyjściową można jeszcze zwiększyć, ale sprawność się zmniejszy. Jak widać podłączyłem złącze mini USB na wyjściu konwertera buck. Można go podłączyć do dowolnego urządzenia i ładować bezprzewodowo.

Krok 7: Chwila Prawdy!!

DLACZEGO TAK NIEWYDAJNE:

Jak widać skuteczność tego jest bardzo niska, ale dlaczego? Wynika to ze słabego sprzężenia powietrza, efektu naskórkowości i błędu indukcyjności ręcznie nawijanej cewki, a częstotliwość samego obwodu oscylatora nie jest stabilna.

więc jak przezwyciężymy te problemy??? cóż, możemy wykorzystać specjalny rodzaj drutu o nazwie LITZ WIRE, aby uzyskać efekt skóry. Efekt, w którym prąd przepływa tylko przez pewną głębokość przewodnika przy wysokiej częstotliwości, jest znany jako efekt naskórkowości. Możemy również użyć bazy ferrytowej, aby zwiększyć indukcyjność i skutecznie zwiększyć sprzężenie dwóch cewek. Oczywiście w sklepach internetowych jest wiele cewek spełniających powyższe wymagania, które można wykorzystać do zwiększenia wydajności ładowarki bezprzewodowej.

Jeśli chcesz to zbudować w celach demonstracyjnych, wystarczą powyższe cewki. Ale jeśli chcesz używać tego do codziennych celów, sugeruję zakup jednego online.

Jeśli podoba Ci się ten projekt i uważasz, że jest on bardzo pouczający i pomocny, proszę o głosowanie na mój projekt.

Dziękuję Ci.