Ασύρματο φορτιστή DIY: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Σε αυτό το Instructable, θα μάθετε πώς να φτιάξετε τον δικό σας ασύρματο φορτιστή για οποιαδήποτε συσκευή. ΠΩΣ;

Οι ασύρματες τεχνικές ισχύος χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες, τις μη ακτινοβολούμενες και τις ακτινοβολούμενες. Σε τεχνικές κοντινού πεδίου ή μη ακτινοβολίας, η ισχύς μεταφέρεται από μαγνητικά πεδία χρησιμοποιώντας επαγωγική σύζευξη μεταξύ των πηνίων σύρματος ή από ηλεκτρικά πεδία χρησιμοποιώντας χωρητική σύζευξη μεταξύ μεταλλικών ηλεκτροδίων. Η επαγωγική σύζευξη είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ασύρματη τεχνολογία. Οι εφαρμογές του περιλαμβάνουν τη φόρτιση φορητών συσκευών όπως τηλέφωνα και ηλεκτρικές οδοντόβουρτσες, ετικέτες RFID και φορτιστές για εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές όπως τεχνητούς καρδιακούς βηματοδότες ή ηλεκτρικά οχήματα.

Τι είναι η επαγωγική σύζευξη:

Στην επαγωγική σύζευξη (ηλεκτρομαγνητική επαγωγή ή επαγωγική μεταφορά ισχύος, IPT), η ισχύς μεταφέρεται μεταξύ των πηνίων σύρματος από ένα μαγνητικό πεδίο. Τα πηνία πομπού και δέκτη σχηματίζουν μαζί έναν μετασχηματιστή (βλέπε διάγραμμα). Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) μέσω του πηνίου πομπού (L1) δημιουργεί ένα ταλαντευόμενο μαγνητικό πεδίο (Β) με τον νόμο του Αμπέρ. Το μαγνητικό πεδίο διέρχεται από το πηνίο λήψης (L2), όπου προκαλεί εναλλασσόμενο EMF (τάση) με τον νόμο επαγωγής του Faraday, ο οποίος δημιουργεί εναλλασσόμενο ρεύμα στον δέκτη. Το επαγόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί είτε να οδηγήσει το φορτίο απευθείας, είτε να διορθωθεί για συνεχές ρεύμα (DC) από έναν ανορθωτή στον δέκτη, ο οποίος κινεί το φορτίο.

Συντονιστική επαγωγική σύζευξη

Σύμφωνα με τη θεωρία του συζευγμένου τρόπου που προτάθηκε από τη Marin Soljačić στο MIT, η συντονιστική επαγωγική σύζευξη (ηλεκτροδυναμική σύζευξη, [12] ισχυρά συνδεδεμένος μαγνητικός συντονισμός) είναι μια μορφή επαγωγικής σύζευξης στην οποία η ισχύς μεταφέρεται από μαγνητικά πεδία (Β, πράσινο) μεταξύ δύο συντονισμένων κυκλώματα (συντονισμένα κυκλώματα), ένα στον πομπό και ένα στον δέκτη (βλέπε διάγραμμα, δεξιά). Κάθε κύκλωμα συντονισμού αποτελείται από ένα πηνίο σύρματος συνδεδεμένο με έναν πυκνωτή ή ένα πηνίο αυτο-συντονισμού ή άλλο συντονιστή με εσωτερική χωρητικότητα. Και οι δύο είναι συντονισμένοι να έχουν απήχηση στην ίδια συχνότητα. Ο συντονισμός μεταξύ των πηνίων μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη σύζευξη και τη μεταφορά ισχύος.

ΑΝ θέλετε να μάθετε περισσότερα για το θέμα ακολουθήστε αυτόν τον σύνδεσμο:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Βήμα 1: ΤΙ ΘΑ ΧΡΕΙΑΣΤΕ !!!!

Θα χρειαστείτε τα ακόλουθα στοιχεία για να ξεκινήσετε με:

Dot PCB Board (x1)

σύρμα πάχους 1 mm (7 m)

IC 7805 (x1)

IRFZ44N MOSFET (x4)

IR2110 MOSFET IC πρόγραμμα οδήγησης (x2)

555 χρονοδιακόπτης IC (x1)

CD4049 IC (X1)

Δοχείο 10Κ [103] (x1)

Αντίσταση 10k (x4)

10 αντίσταση OHM (x4)

Πυκνωτής 0.1uF [104] (x5)

Πυκνωτής 10nf [103] (x1)

2.2nF πυκνωτής [222] (x1)

Πυκνωτής 10uF [ηλεκτρολυτικός] (x3)

Πυκνωτής 47uF [ηλεκτρολυτικός] (x1)

Πυκνωτής 47nF [πολυεστέρας] (x2)

Βιδωτοί ακροδέκτες

IN5819 δίοδος schotky (x6)

Μικρή υποδοχή USB [αρσενικό] (x1)

Μετατροπέας DC - DC 5v Buck

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν με την κατασκευή.

Βήμα 2: Τύλιγμα των ΠΕΡΙΛΑΜΒΩΝ !!;

Το να τυλίξετε ένα τέλειο σπειροειδές πηνίο είναι λίγο δύσκολο. Εδώ είναι ο τρόπος μου να τυλίξω το πηνίο. Πρώτα απ 'όλα κόψτε ένα μικρό κύκλο διαμέτρου 1 cm με ένα χαρτόνι, κολλήστε το σε ένα κομμάτι χαρτόνι και κάντε μια τρύπα στο κέντρο. ΤΩΡΑ, πάρτε το σύρμα πάχους 1 mm και περάστε το από την τρύπα που γίνεται στο κέντρο (αυτό είναι επιπλέον καλώδιο για ηλεκτρικές συνδέσεις). Εφαρμόστε πολλή κόλλα στην επιφάνεια και ξεκινήστε να τυλίγετε περνώντας γύρω από τον κύκλο (η κόλλα βοηθά στη συγκράτηση της περιέλιξης στη θέση της). Συνεχίστε να τυλίγετε έως ότου ο αριθμός των στροφών γίνει 30. Κάντε 2 τέτοιους τύπους πανομοιότυπων πηνίων.

Βήμα 3: Κάντε ένα μέτρο:

Εάν έχετε μετρητή LCR, μπορείτε να παραλείψετε αυτό το βήμα. Εάν δεν έχετε μετρητή LCR, δημιουργήστε έναν μετρητή επαγωγής από ένα Arduino Uno και ένα op-amp (LM339). Έχω πάρει αυτό το κύκλωμα από τον ακόλουθο ιστότοπο, μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτόν τον μετρητή επαγωγής στον ίδιο τον ιστότοπο. (Ο κωδικός είναι επίσης διαθέσιμος στον ίδιο τον ιστότοπο)

Τώρα, μετρήστε την αυτεπαγωγή των πηνίων με αυτόν τον μετρητή και εάν έχετε όλες τις συνθήκες ίδιες με τη δική μου που είναι σύρμα πάχους 1,0 mm, εσωτερική διάμετρος του πηνίου = 1,0 cm, αριθμός στροφών = 30. θα πρέπει να πάρετε την επαγωγή το πηνίο γύρω στα 21,56 uH 26,08 uH λόγω άγνωστου σφάλματος. Τώρα αφού λάβετε την επαγωγή, πρέπει να υπολογίσετε τη συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος LC. Δεδομένου του τύπου: F = 1 / (2*pi*sq-rt (LC)) μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον διαδικτυακό υπολογιστή για να υπολογίσετε τη συχνότητα του συντονισμού. τώρα, πρέπει να κατασκευάσουμε το κύκλωμα ταλαντωτή, του οποίου η ταλάντωση είναι της συχνότητας 143,75 Khz.

Βήμα 4: Το κύκλωμα ταλαντωτών…

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα ταλαντωτών. Σε αυτό το κύκλωμα θα χρησιμοποιήσουμε ένα χρονοδιακόπτη 555 για να παράγουμε ένα σήμα 143,75 Khz αλλά δεν είναι αρκετό για να οδηγήσει το κύκλωμα LC (πηνίο πομπού με πυκνωτή σε σειρά). πρέπει να δημιουργήσουμε ένα κύκλωμα οδηγού mosfet mosfet για να οδηγήσουμε το κύκλωμα LC. https://microcontrollerslab.com/how-to-make-h-bridg…. έκανε ένα κύκλωμα για να οδηγήσει το κύκλωμα LC. Απλώς ακολουθήστε το κύκλωμα που έχω επισυνάψει εδώ. ΕΡΓΑΣΙΑ: Το χρονοδιακόπτη 555 στο Astable Multivibrator με κύκλο λειτουργίας 50% παράγει το απαιτούμενο ταλαντωτικό σήμα το οποίο τροφοδοτείται στο IC IR2110. Το κύκλωμα οδήγησης Mosfet θα εκπέμπει τετραγωνικό κύμα όταν οι είσοδοι A = D και B = C και B (C) είναι ανεστραμμένη κατάσταση του A (D). Έτσι, χρησιμοποιείται ένα Inverter IC (4049) για να επιτευχθεί αυτό. Αυτή η ταλαντευόμενη τάση δημιουργεί ένα ημιτονοειδές ρεύμα μέσω του πηνίου πομπού που προκαλεί μαγνητικό πεδίο γύρω του. Όταν το πηνίο δέκτη παράλληλα με έναν πυκνωτή, του οποίου η συχνότητα συντονισμού ίδια με αυτή του πηνίου πομπού τοποθετείται στο μαγνητικό του πεδίο, προκαλείται ρεύμα. Αυτό Το επαγόμενο ρεύμα μετατρέπεται σε DC χρησιμοποιώντας ανορθωτή γέφυρας και ρυθμίζεται σε 5 V DC για να φορτίζει το κινητό χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα buck.

Όσοι θέλουν να φτιάξουν την έντυπη έκδοση αυτού του έργου, έχω επισυνάψει και τα αρχεία του πίνακα Eagle, δείτε το.

Βήμα 5: #Τελικό μέτρο:

Τώρα, αφού δημιουργήσετε όλα τα κυκλώματα σύμφωνα με το σχηματικό έλεγχο, ελέγξτε τα πάντα και μετρήστε τα πάντα. Ξανά αν έχετε οποιαδήποτε συσκευή για τη μέτρηση της συχνότητας, τότε είναι εντάξει, αν όχι απλώς ανεβάστε το ακόλουθο κωδικό Arduino Uno. διεύθυνση ιστού:

Μετρήστε τη συχνότητα στον 3ο πείρο του χρονοδιακόπτη 555. Ενώ μετράτε τη συχνότητα προσαρμόστε το δοχείο 10Κ για να αποκτήσετε την απαιτούμενη συχνότητα (δηλ. 143,75 Khz). Τώρα πάρτε ένα μέτρο πολλών μέτρων τις ακόλουθες παραμέτρους: Τάση εισόδου [Vin] (δηλ., ελέγξτε αν είναι ακριβώς 12 V ή όχι). Ρεύμα εισόδου [Iin] (δηλ. ρεύμα στο κύκλωμα από τροφοδοσία 12 v). Τάση εξόδου [Vout] (δηλ., ελέγξτε αν είναι ακριβώς 5 V ή όχι). Ρεύμα εξόδου [Iout] (δηλ. Ρεύμα στο κινητό από μετατροπέα buck). Υπολογισμοί: Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency (n) = Pout / PinΜετρήσεις μου: Vin = 11,8 V; Iin = 310 mA; Vout = 5,1 V; Vin = 290 mA που δίνει απόδοση 40,4%

Βήμα 6: #Το περίβλημα

Έχω ανακυκλώσει ένα παλιό κιβώτιο για κινητά ως περίβλημα όπως μπορείτε να δείτε στην εικόνα. Μόλις το κάνετε, μπορείτε να φορτίσετε το κινητό ή οποιαδήποτε συσκευή που απαιτεί 5 βολτ, το ρεύμα φόρτισης είναι 300 mA. (Το οποίο είναι λίγο αργό για κινητά) Το Η ισχύς εξόδου μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω, αλλά η αποδοτικότητα θα μειωθεί. Όπως μπορείτε να δείτε, έχω συνδέσει μια μίνι υποδοχή USB στην έξοδο του μετατροπέα buck. Μπορεί να συνδεθεί με οποιαδήποτε συσκευή και να φορτιστεί ασύρματα.

Βήμα 7: Στιγμή Αλήθειας !!

ΓΙΑΤΙ ΤΟΣΟ ΑΝΕΠΙΘΕΤΟ:

Όπως μπορείτε να παρατηρήσετε, η αποτελεσματικότητα είναι πολύ χαμηλή, αλλά γιατί; Οφείλεται σε κακή σύζευξη αέρα, επίδραση στο δέρμα και σφάλμα επαγωγής του πηνίου με το χέρι και η συχνότητα του ίδιου του κυκλώματος ταλαντωτή δεν είναι σταθερή.

λοιπόν πώς ξεπερνάμε αυτά τα προβλήματα;;; Λοιπόν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ειδικό τύπο καλωδίου που ονομάζεται LITZ WIRE για επίδραση στο δέρμα. Η επίδραση με την οποία το ρεύμα περνά μόνο από ένα συγκεκριμένο βάθος του αγωγού σε υψηλή συχνότητα είναι γνωστή ως φαινόμενο δέρματος. Μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε τη βάση φερρίτη για να αυξήσουμε την επαγωγή και να αυξήσουμε αποτελεσματικά τη σύζευξη δύο πηνίων. Φυσικά υπάρχουν πολλά πηνία σε διαδικτυακά καταστήματα με τις παραπάνω απαιτήσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αυξήσουν την απόδοση του ασύρματου φορτιστή.

Αν θέλετε να το χτίσετε για επίδειξη, τα παραπάνω πηνία είναι αρκετά. Αλλά, αν θέλετε να το χρησιμοποιήσετε για καθημερινούς σκοπούς, σας προτείνω να αγοράσετε ένα online.

Αν σας αρέσει αυτό το έργο και το βρήκατε κατατοπιστικό και χρήσιμο, ψηφίστε το έργο μου.

Σας ευχαριστώ.