Zasilanie projektowe 5 V bez baterii: 16 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Teraz możesz mieć regulowany zasilacz na wyciągnięcie ręki, BEZ baterii do wymiany lub ładowania! Ten instruktaż pokazuje, jak zmodyfikować latarkę z dynamem breloczka w oszczędną, średnią dostawę, która może zastąpić baterie w dowolnych projektach wymagających szybkiego zasilania prądem stałym 5 V (5 V DC).

Jeśli nawet włączyłeś do projektu logikę cyfrową, układy analogowe lub mikrokontroler, istnieje duża szansa, że musiałeś znaleźć sposób na dostarczenie 5 V prądu stałego do swojego obwodu. Istnieje kilka podstawowych źródeł napięcia 5 V, więc możesz użyć brodawki ściennej do konwersji prądu przemiennego (co oczywiście ogranicza miejsce, w którym możesz zabrać swój nowy gadżet) lub możesz poświęcić dodatkowy czas na budowę obwodu regulatora, aby uzyskać wiele baterii 1,5 V do potrzebnych Napięcie. Te rozwiązania są wymagane w przypadku niektórych obwodów, ale w przypadku mniejszych gadżetów nie byłoby miło mieć zawsze gotowy zapas, dzięki czemu można od razu przejść do pracy nad innymi aspektami projektu? Dodając kilka elementów elektronicznych do powszechnie dostępnej latarki na dynamo, możesz zasilać małe urządzenia przez krótki czas bez zużywania gniazdek lub baterii. Ulepszone dynamo świetnie nadaje się do warsztatu lub do prezentowania nowych projektów w dowolnym miejscu. Ta instrukcja opisuje, jak zmontować i zainstalować konwerter DC-DC step-up, który zamienia zmienne niskie napięcie generatora dynama pęku kluczy na stałe 5V. Obwód podwyższający napięcie ładuje duży kondensator, który zapewnia magazynowanie energii i trochę mocy, nawet gdy dynamo się nie obraca. Postępując zgodnie z instrukcjami w tej instrukcji, możesz to wszystko osiągnąć bez wytwarzania specjalnej płytki drukowanej lub używania trudnych do lutowania elementów do montażu powierzchniowego. Aby umieścić części elektroniczne wewnątrz obudowy pęku kluczy, potrzeba trochę origami z obwodami, ale po około godzinie majstrowania będziesz miał zgrabne urządzenie, które może dostarczyć do 50 miliamperów prądu przy stałym napięciu 5 V DC podczas uzwojenia i miliwatów mocy przez kilka minut po !

Krok 1: Jak to działa

Generator elektrycznyPrąd płynący do silnika wytwarza pole magnetyczne w cewkach przymocowanych do wału, które obraca się w obecności pola magnetycznego z magnesów stałych. Kiedy silnik pracuje w odwrotnym kierunku – moc jest dostarczana przez obracanie wału – w cewce indukowane jest napięcie. Prawo Faradaya mówi, że to napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian pola magnetycznego w cewce. Zatem im szybciej obraca się wał, tym większe jest napięcie. Przełożenia biegów W pęku kluczy zastosowano szereg kół zębatych, aby generator obracał się tak szybko, jak to możliwe. Kiedy kręcisz korbką, wprawia ona w ruch trzy złożone koła zębate czołowe. Jedna połowa każdego złożonego koła zębatego ma mały promień, a druga połowa ma duży promień. Przy skręcaniu małego promienia zęby na krawędzi większego promienia zmieniają położenie w proporcjonalnie szybszym tempie. Dzięki kaskadowaniu tych złożonych kół zębatych można kilkakrotnie zwiększyć prędkość rozruchu, a wał generatora można obracać znacznie szybciej niż człowiek. Potrzeba konwertera podwyższającego i kondensatora magazynującego rozsądne rozruchy, ale napięcie nie jest wystarczająco wysokie, aby osiągnąć 5V. To napięcie również zmienia się szybko w zależności od prędkości obrotowej wału. Aby uzyskać stabilne napięcie wyjściowe 5 V, potrzebny jest konwerter step-up. Specjalny wybrany układ scalony – MAX756 – może zamienić napięcia tak niskie, jak 0,7 V na 5 V i jest dostępny w poręcznej 8-pinowej obudowie. Obwód podwyższający jest oparty na obwodzie aplikacyjnym w arkuszu danych MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfMimo że te latarki z dynamem są reklamowane jako nie wymagające baterii, wydaje się, że mają w środku trzy baterie monetowe. Generator jest przylutowany do tego stosu baterii pastylkowych w nieco prymitywnym obwodzie ładowania. Jednak nie sądzę, aby te baterie były przeznaczone do ponownego naładowania i mają tendencję do szybkiego rozładowywania się po początkowym rozładowaniu. Ta instrukcja zastępuje ten stos monet dużym kondensatorem, który można ładować częściej i jest bardziej wydajny. Zobacz schemat całego obwodu. Poszczególne komponenty zostały wybrane z myślą o łatwym lutowaniu ręcznym, będąc jednocześnie najmniejszymi rozmiarami, które nadal były oceniane pod kątem napięć w obwodzie. Uwaga: Arkusz danych MAX756 ma C3 jako kondensator 150 uF. Kondensatory 150 uF, które znalazłem, były fizycznie znacznie większe niż te 100 uF i nie mieściły się w małym pęku kluczy. Dlatego wymieniłem C3 na kondensator 100 uF i wydaje się, że działa dobrze.

Krok 2: Części i narzędzia

Części przetwornicy podwyższającejCzęści do obwodu podwyższającego można uzyskać od dystrybutora elektroniki, takiego jak Digikey. U1 -- MAX756 Przetwornica podwyższająca napięcie 3,3V/5V DC-DC, 8-pinowa obudowa DIP [Digikey# MAX756CPA+-ND] C1 -- kondensator 0,33 F 5,5 V, opakowanie na monety [Digikey # 604-1024-ND] C2, C3 -- 100 uF elektrolityczny aluminiowy kondensator 6,3 V, mini radialny [Digikey # P803-ND] C4 -- 0,1 uF 25 V ceramiczny Kondensator uniwersalny, przewlekany [Digikey# BC1148CT-ND]L1 -- 22 uH dławik RF, osiowy [Digikey# M8138CT-ND]R1 -- 1k, rezystor węglowy ogólnego przeznaczenia, 1/4W, osiowy [Digikey# 1.0KQBK -ND]D2 -- Dioda Schottky'ego 1A 20V, osiowa [Digikey# 1N5817GOS-ND]D3 -- Jeśli nie możesz zutylizować oryginalnych diod LED w latarce, ponieważ przewody były zbyt krótkie, możesz użyć dowolnej diody LED 2 mA, okrągła T1 3mm [np. Digikey# 475-1402-ND]Latarka z brelokiem Dynamo Do tego projektu użyłem latarki breloka z dynamo LED, która została oznaczona jako AIDvantage i wykonana przez LTA, Inc. (nr kat. 02119). Na rynku jest wiele latarek o tych rozmiarach wykonanych przez różnych producentów - widziałem je w sklepach spożywczych (Giant na wschodnim wybrzeżu) i sklepach komputerowych (Microcenter). Możesz je znaleźć online przez Googling: latarka na dynamo z breloczkiem. Zwykle kosztują mniej niż 5 USD. Odkryłem, że istnieją pewne drobne różnice między latarkami różnych producentów. Jedna latarka, którą dostałem w Microcenter, nie miała płytki drukowanej dla diod LED - diody LED zostały po prostu przylutowane bezpośrednio do akumulatora. Ta płytka drukowana LED jest ładna, ale nie jest wymagana. Jeśli okaże się, że nie ma oddzielnej płytki drukowanej dla diod LED, możesz po prostu przylutować odpowiednie dodatnie i ujemne przewody kombinacji LED + rezystor i kabel wyjściowy. Trochę gorącego kleju wewnątrz płyty czołowej w pobliżu diody LED i kabla wyjściowego może nadać zespołowi pewną wytrzymałość mechaniczną. Druga odmiana polegała na tym, że przewody na przełączniku w tej wersji również były lutowane nieco inaczej do akumulatora. Poza tym było prawie identycznie. Kabel wyjściowy Jako kabla wyjściowego użyłem męskiego kabla USB A na męski mini-B USB wygrzebanego z martwego odtwarzacza MP3. Wybrałem ten kabel, ponieważ wejście mini-USB jest wspólne dla małych obwodów. Ponieważ wewnątrz tego kabla są 4 połączenia, musisz dowiedzieć się, które przewody są przewodami dodatnimi i ujemnymi. Możesz jednak użyć dowolnego typu kabla wyjściowego, jeśli znasz biegunowość. Aby przetestować obwód, prawdopodobnie będziesz chciał mieć dostępne gniazdo uzupełniające dla adaptera wyjściowego. Odlutowałem gniazdo mini-B z martwego odtwarzacza MP3 i podłączyłem czerwony i czarny przewód odpowiednio do zasilania 5 V i pinów uziemiających. Narzędzia Do zbudowania i przetestowania zmodyfikowanego dynama potrzebne będą następujące narzędzia: żelazo, lut i topnik (ta instrukcja zakłada, że lutowałeś wcześniej) -- woltomierz i przewody pomiarowe -- mały śrubokręt krzyżakowy (do otwierania obudowy latarki) -- taśma elektryczna -- małe przecinaki do drutu -- małe szczypce -- pinceta (opcjonalne, ale zalecane)-- regulowane imadło, trzecie narzędzie ręczne (opcjonalne, ale zalecane)-- mały płaski śrubokręt (opcjonalny, ale zalecany)-- pistolet do gorącego kleju (opcjonalny, ale zalecany)-- nóż hobby (opcjonalnie, ale Zalecana)

Krok 3: Obwód Origami: MAX756 i kondensator pamięci

A. Zidentyfikuj 8 pinów na MAX756 i zorientuj chip z pinem 1 w lewym dolnym rogu.

B. Odwróć chip (tj. obróć o 180 stopni przez długą oś) i zaciśnij styki 4 i 5. Te styki trafiają do funkcji wskaźnika niskiego poziomu baterii MAX756 i nie są używane w tej instrukcji. Możesz zmodyfikować obwód i użyć tych pinów, aby określić, kiedy napięcie na kondensatorze magazynującym (C1) jest niskie. Odwróć kondensator tak, aby ujemny styk znajdował się po lewej stronie. C. Umieść MAX756 na kondensatorze tak, aby układ znajdował się mniej więcej między ujemnym C1(-) i dodatnim C1(+) kondensatora. D. Zegnij styki kondensatora magazynującego w kierunku MAX756, tak jakbyś chciał przypiąć układ. Zegnij styki 2 i 7 w MAX756 tak, aby prawie dotykały ujemnego styku C1(-) kondensatora. Zegnij pin 6 tak, aby prawie dotykał dodatniego pinu kondensatora C1(+). E. Zlutuj C1(-) i styki 2 i 7 na MAX756. Następnie zlutuj razem C1(+) i pin 6 na MAX756. F. Na koniec odetnij mały kawałek taśmy elektrycznej mniej więcej takiej samej jak wysokość i szerokość MAX756. Użyj tego elementu, aby zakryć złącza lutowane w E.

Krok 4: Obwód Origami: cewka indukcyjna, kondensator odniesienia, dioda Schottky'ego

A. Umieść cewkę indukcyjną L1 na stykach 1 i 8 w MAX756. Dociśnij przewody L1 do styków MAX756 tak, aby element znajdował się jak najbliżej korpusu chipa.

B. Przylutuj L1 do styków 1 i 8 i przytnij pozostałą długość przewodu L1. C. Umieść kondensator ceramiczny C4 tak, aby jeden przewód dotykał styku 3 w MAX756, a drugi dociskał odsłoniętą część styku 2, która teraz znajduje się głównie pod taśmą elektryczną. D. Przylutuj C4 do pinów 2 i 3 i przytnij pozostałą długość przewodu C4. E. Patrząc na MAX756 z pinem 1 w lewym górnym rogu, umieść diodę Schottky'ego D2 na półce utworzonej przez duży kondensator C1. Zegnij pin katody D2 (-) katody D2 - oznaczony opaską - wokół korpusu MAX756 tak, aby dotykał dodatniego zacisku C1, C1(+). Zegnij anodę D2 D2(+) w górę tak, aby dotykała styku 8 w MAX756. F. Przylutuj styki D2 do MAX756 i przytnij pozostałą długość przewodu. Kołki przycinające 8 i 3.

Krok 5: Obwód Origami: Kondensatory elektrolityczne, część 1

A. Ustaw kondensatory elektrolityczne C2 i C3 na ich końcach tak, aby ujemne zaciski C2(-) i C3(-) znalazły się obok siebie.

B. Zagnij C3(-) wokół C2(-). C. Zlutuj dwa ujemne przewody razem blisko C2. Stworzy to przewód uziemiający dla dwóch kondensatorów. Upewnij się, że przypadkowo nie przylutowałeś dodatniego zacisku C2. Przytnij pozostałą długość C2(-). D. Odwróć kondensatory do siebie. Zagnij C3(-) do kanału utworzonego pomiędzy dwoma kondensatorami. Pod koniec kondensatorów wygnij pozostałą długość o 90 stopni, tak jak tworzysz stopę dla dwóch kondensatorów. E. Z C1(-) skierowanym do siebie, umieść C2 i C3 po lewej stronie i wsuń stopkę C3(-) między zacisk C1(-) a korpus C1. F. Przylutuj C3(-) do C1(-). Łączysz razem szpilki uziemiające C2, C3 i C1.

Krok 6: Obwód Origami: Kondensatory elektrolityczne, część 2

A. Zegnij dodatni zacisk C3, C3(+) w kierunku styku 1 na MAX756 tak, aby znalazł się wewnątrz styków 1 i 2.

B. Przylutuj C3(+) do pinu 1 na MAX756. Przytnij pozostałą długość bolca 1. C. Obróć zespół tak, aby opierał się na ujemnym przewodzie C1, C1(-). Wytnij pasek taśmy elektrycznej, który jest węższy niż kondensatory C2 i C3 razem i około dwa razy dłuższy. Umieść tę taśmę elektryczną między C1 i C2/C3 tak, aby zakryła styki uziemienia C2/C3. Zapobiegnie to przypadkowemu zetknięciu C2(+) i zwarciu z masą. E. Zagnij C2(+) 90 stopni tak, aby znalazł się nad złączem lutowanym C2/C3. Następnie wygnij go o 90 stopni w kierunku zacisku C1(+). F. Przylutuj C2(+) do C1(+) i przytnij pozostałą długość.

Krok 7: Wykonanie kabla wyjściowego

Proces tworzenia kabla wyjściowego zależy od tego, jaki adapter wybierzesz do swoich projektów. W tym kroku opisano, jak podłączyć męski kabel USB mini-B, ponieważ jest to typowy format wtyczki zasilania. Użyłem kabla, który pochodził z martwego odtwarzacza MP3 i miał męskie końcówki USB-A i mini-B.

Odetnij kabel około 5 cali od końcówki mini-B. Zdejmij końcówkę USB-A i 4 przewody wewnątrz. Aby określić, które przewody są dodatnie i uziemione, podłącz USB-A do zasilanego gniazda USB. Przetestuj kombinacje przewodów za pomocą woltomierza - jeśli są przewody czerwone i czarne, prawdopodobnie zapewniają odpowiednio dodatnią moc i masę. Zdejmij zewnętrzny izolator na końcu mini-B o około 1/4 cala. Gdy już wiesz, które przewody są dodatnie i uziemione, J1(+) i J1(-), zdejmij te przewody na końcu mini-B i przytnij pozostałe dwa przewody.

Krok 8: Demontaż latarki

A. Użyj śrubokręta krzyżakowego na czterech śrubach, aby zdemontować latarkę.

B. Latarka powinna łatwo się rozdzielić. Określ, które części to górna i dolna część obudowy oraz płyta czołowa. C. Wyciągnij elektronikę. D. Przypnij dwa przewody blisko płyty czołowej. Użyjesz przewodu, który jest przylutowany do przełącznika, więc trzymaj ten przewód tak długo, jak to możliwe. Następnie zaciśnij przewód i koniec diody D1 (ujemny koniec katody oznaczony czarną linią) w pobliżu ułożonych baterii pastylkowych tak, aby długość przewodu i diody wystająca z silnika M1 była jak najdłuższa.

Krok 9: Przygotowanie płyty czołowej

Uwaga: nie wszystkie latarki z dynamem mają płytkę drukowaną LED. Jeśli tak nie jest, możesz pominąć ten krok.

A. Umieść płaski śrubokręt między plastikową płytą czołową a płytką drukowaną LED. B. Przekręć śrubokręt. Płyta czołowa i płytka LED powinny odskoczyć. C. Znajdź wypustkę na plastikowej płycie czołowej. D. Przypnij wypustkę za pomocą przecinaków do drutu. E. W nowym dynamo strona z wypustką będzie zwrócona do przodu. F. Wylutuj diody LED z płytki drukowanej LED. Spróbuj wydobyć nienaruszone diody LED i pozostaw otwarte otwory na przyszłe piny.

Krok 10: Tworzenie płyty czołowej

A. Jeśli twoja płytka drukowana LED jest podobna do tej na schemacie, zorientuj diodę LED D3 tak, aby pin katody D3(-) znalazł się w otworze naprzeciwko płaskiego końca okrągłego białego obrysu diody LED1.

B. Zagnij anodę D3 D3(+) o 90 stopni i włóż D3(-) do otworu w płytce drukowanej LED. C. Przytnij D3(+) po zakręcie tak, aby miał mniej niż 1/8 cala długości. Przytnij jeden przewód rezystora 1 kΩ R1, tak aby miał również długość około 1/8 cala. Przełóż długi koniec R1, R1(2) przez otwór w płytce drukowanej LED i przylutuj krótsze końce R1 i D3(+). D. Odwróć płytkę drukowaną LED. Przylutuj R1(2) do otworu niezajętego przez D3(+) i przytnij pozostałą długość. Pasek miedziany R1(2) jest teraz przylutowany do szyny dodatniej. E. Odwróć płytkę drukowaną LED z powrotem. Przeprowadź kabel wyjściowy przez jeden z otworów w plastikowej płycie czołowej. Zauważ, że kierunek płyty czołowej jest teraz odwrócony i płyta czołowa będzie wystawać po zakończeniu. F. Przylutuj J1(+) przez otwór, który łączy się z szyną dodatnią. Przylutuj J1(-) do szyny uziemiającej.

Krok 11: Ukończenie panelu czołowego

A. Nałóż trochę gorącego kleju na szczelinę między płytką drukowaną LED a płytą czołową po stronie kabla. Zapewni to zespołowi pewną wytrzymałość mechaniczną.

B. Ponieważ nie potrzebujesz baterii pastylkowych, wylutuj przewód ze stosu. Przylutuj ten przewód do R1(2). Ten przewód zapewni zasilanie diody LED i kabla wyjściowego po podłączeniu do wyjścia konwertera step-up.

Krok 12: Instalacja przełącznika i obwodu konwertera podwyższającego napięcie

A. Wylutuj przełącznik ze stosu baterii monetowych latarki.

B. Upewnij się, że pinout przełącznika wygląda podobnie jak na zdjęciu, z przewodem przylutowanym do górnego pinu SW1(2) i bez na dolnych dwóch. Odegnij środkowy kołek SW1(1) około 45 stopni od korpusu przełącznika. Możesz przypiąć dolną szpilkę. C. Dolna połowa obudowy ma trzy plastikowe elementy od strony płyty czołowej, które uniemożliwiają dopasowanie nowego obwodu do środka. Przytnij je za pomocą nożyc do drutu. D. Być może będziesz musiał użyć noża hobbystycznego, aby wyciąć te elementy równo z resztą obudowy. E. Umieść przełącznik w dolnej połowie obudowy w pierwotnym miejscu. Upewnij się, że szpilka z przewodem SW1(2) znajduje się najbliżej końca płyty czołowej. F. Umieść cały obwód konwertera step-up we wnęce, z dużym kondensatorem C1 skierowanym w stronę przełącznika i dwoma kondensatorami elektrolitycznymi C2 i C3 z tyłu. SW1(1) powinien dociskać ujemny zacisk C1, C1(-). Jeśli tak nie jest, wygnij go w kierunku kondensatora. Możesz umieścić taśmę elektryczną na C1(-) za pinem SW1(2), aby się nie zwierała.

Krok 13: Podłączanie płyty czołowej i obwodu konwertera podwyższającego

A. Umieść silnik M1 z powrotem w jego pierwotnym położeniu w dolnej połowie obudowy. Przedłuż przewód wychodzący z silnika – przewód masy M1(-) – tak, aby dotykał środkowego styku przełącznika SW1(1) i ujemnego zacisku dużego kondensatora C1(-).

B. Przytnij i odizoluj przewód M1(-) do odpowiedniej długości i zlutuj razem przewód SW1(1) i C1(-). To ważne połączenie, więc upewnij się, że trzy są przylutowane. C. Obróć obudowę tak, aby silnik był po lewej stronie i zegnij przewód katody D1, D1(-), tak aby dotykał odsłoniętej części dodatniego zacisku C3, C3(+). D. Zlutuj razem D1(-) i C3(+) i przytnij pozostałą długość D1(-). E. Przylutuj przewód SW1(2) do szyny ujemnej płyty czołowej. F. Przylutuj przewód podłączony do dodatniej szyny płyty czołowej do dodatniego zacisku dużego kondensatora, C1(+).

Krok 14: Ponowny montaż

Aby zakończyć montaż, umieść panel czołowy wewnątrz dolnej połowy obudowy. Zapadka płyty czołowej powinna znajdować się wewnątrz krawędzi koperty, aby utrzymać ją na miejscu.

Jeśli uważasz, że dioda D1 jest zagrożona zwarciem z obudową silnika, możesz chcieć umieścić taśmę elektryczną na silniku. Umieść koła zębate i uchwyt z powrotem w ich pierwotnych pozycjach. Zobacz zdjęcie poniżej, aby zobaczyć, jak są zorientowane w etui. Umieść górną połowę etui na dolnej połowie. Obie części powinny ściśle do siebie pasować, jeśli konwerter podwyższający został wykonany dość blisko tego w tej instrukcji. Odwróć nowy i ulepszony zasilacz i dokręć cztery śruby.

Krok 15: Testowanie

Przestaw przełącznik w kierunku płyty czołowej. To jest pozycja On.

Trzymaj zasilacz dynamo lewą ręką i przekręć uchwyt prawą ręką. Około dwa obroty na sekundę są dobre. Powinieneś napotkać niewielki opór – to jest ładowanie kondensatora. Po kilku sekundach napięcie będzie na tyle wysokie, że zaświeci się dioda LED. Gdy kondensator zbliża się do 5V, rezystancja spada. W tym momencie kondensator jest ładowany. Jeśli masz komplementarny adapter z przewodami zasilającymi do kabla wyjściowego, możesz podłączyć go do woltomierza. W okolicach punktu, w którym spada rezystancja rozruchu, powinieneś zauważyć, że napięcie zbliża się i utrzymuje w pobliżu 5V. Jeśli napotkasz opór, ale dioda LED nie świeci, sprawdź połączenia na płycie czołowej. Jeśli napięcie wyjściowe znacznie przekracza 5V, upewnij się, że kondensatory elektrolityczne są prawidłowo przylutowane. Jeśli nie napotkasz żadnego oporu i wyraźnie nie działa, możliwe, że gdzieś w obwodzie przetwornicy step-up jest zwarcie.

Krok 16: Aplikacja

Użyłem zasilacza dynamo do zasilania płytki ewaluacyjnej Luminary LM3S811, która drukuje „5 V - bez baterii!” do wyświetlacza OLED. Ze względu na chipy zastosowane w tej płycie, pobiera sporo prądu… około 80 mA. W związku z tym nie działa bardzo długo na zasilaczu dynama, dopóki nie będzie wymagało trochę rozruchu, ale działa wystarczająco długo, aby wyświetlić inny tekst na ekranie. Zasilacz dynamo będzie działał najlepiej z obwodami pobierającymi kilka mA prądu. Obwody mogą działać do 10 minut bez rozruchu, w zależności od ich minimalnego napięcia roboczego.

Przetestowałem również zasilanie dynama z silnikiem hobby. Podczas rozruchu silnik buczał z prądem 50 mA.