Caricabatterie wireless fai da te: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

In questo Instructable, imparerai come costruire il tuo caricabatterie wireless per qualsiasi dispositivo. COME?

Le tecniche di alimentazione wireless si dividono principalmente in due categorie, non radiative e radiative. Nelle tecniche in campo vicino o non radiativo, la potenza viene trasferita da campi magnetici mediante accoppiamento induttivo tra bobine di filo, o da campi elettrici mediante accoppiamento capacitivo tra elettrodi metallici. L'accoppiamento induttivo è la tecnologia wireless più utilizzata; le sue applicazioni includono la ricarica di dispositivi portatili come telefoni e spazzolini da denti elettrici, tag RFID e caricabatterie per dispositivi medici impiantabili come pacemaker cardiaci artificiali o veicoli elettrici.

Che cos'è l'accoppiamento induttivo:

Nell'accoppiamento induttivo (induttore elettromagnetico o trasferimento di potenza induttivo, IPT), la potenza viene trasferita tra bobine di filo da un campo magnetico. Le bobine del trasmettitore e del ricevitore insieme formano un trasformatore (vedi schema). Una corrente alternata (AC) attraverso la bobina del trasmettitore (L1) crea un campo magnetico oscillante (B) per la legge di Ampere. Il campo magnetico passa attraverso la bobina ricevente (L2), dove induce un EMF (tensione) alternato secondo la legge di induzione di Faraday, che crea una corrente alternata nel ricevitore. La corrente alternata indotta può guidare direttamente il carico o essere rettificata alla corrente continua (DC) da un raddrizzatore nel ricevitore, che aziona il carico.

Accoppiamento induttivo risonante

Secondo la teoria della modalità accoppiata proposta da Marin Soljačić al MIT, l'accoppiamento induttivo risonante (accoppiamento elettrodinamico, [12] risonanza magnetica fortemente accoppiata) è una forma di accoppiamento induttivo in cui la potenza viene trasferita da campi magnetici (B, verde) tra due risonanti circuiti (circuiti sintonizzati), uno nel trasmettitore e uno nel ricevitore (vedi schema, a destra). Ogni circuito risonante è costituito da una bobina di filo collegata a un condensatore, o una bobina auto-risonante o altro risonatore con capacità interna. I due sono sintonizzati per risuonare alla stessa frequenza di risonanza. La risonanza tra le bobine può aumentare notevolmente l'accoppiamento e il trasferimento di potenza.

SE vuoi saperne di più sull'argomento segui questo link:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Passaggio 1: DI COSA HAI BISOGNO!!!!

Avrai bisogno dei seguenti componenti per iniziare:

Scheda PCB a punti (x1)

filo di 1 mm di spessore (7 m)

CI 7805(x1)

MOSFET IRFZ44N (x4)

CI driver MOSFET IR2110 (x2)

CI timer 555 (x1)

CI CD4049 (X1)

Potente trim 10K [103] (x1)

Resistenza da 10k (x4)

Resistenza da 10 OHM (x4)

Condensatore 0.1uF [104] (x5)

Condensatore 10nf [103] (x1)

Condensatore 2.2nF [222] (x1)

Condensatore 10uF [elettrolitico] (x3)

Condensatore 47uF [elettrolitico] (x1)

Condensatore 47nF [poliestere] (x2)

Terminali a vite

IN5819 diodo Schotky (x6)

Connettore mini USB [maschio] (x1)

Convertitore buck DC - DC 5v

Quindi iniziamo con la build.

Fase 2: Avvolgimento delle BOBINE!!?

avvolgere una spirale perfetta è un po' complicato. Ecco il mio modo di avvolgere la bobina. Per prima cosa ritagliate con un cartoncino un piccolo cerchio di diametro 1 cm, incollatelo su un cartoncino e fate un buco al centro. ORA prendete il filo di 1 mm di spessore e fatelo passare attraverso il foro praticato al centro (questo è un pezzo di filo in più per i collegamenti elettrici). Applicare molta colla sulla superficie e iniziare ad avvolgere facendo il giro del cerchio (la colla aiuta a mantenere l'avvolgimento in posizione). Continua ad avvolgere fino a quando il numero di spire diventa 30. Realizza 2 di questi tipi di bobine identiche.

Passaggio 3: prendere una misura:

Se hai un misuratore LCR puoi saltare questo passaggio. Se non hai un misuratore LCR, costruisci un misuratore di induttanza da un Arduino Uno e un amplificatore operazionale (LM339). Ho preso questo circuito dal seguente sito Web, puoi trovare maggiori informazioni su questo induttanza nel sito Web stesso (il codice è disponibile anche nel sito Web stesso)

Ora, misura l'induttanza delle bobine con questo misuratore e se hai tutte le condizioni come la mia cioè filo spesso 1,0 mm, diametro interno della bobina = 1,0 cm, numero di spire = 30. dovresti ottenere l'induttanza di la bobina intorno a 21,56 uH 26,08 uH a causa di un errore sconosciuto. Ora dopo aver ottenuto l'induttanza, devi calcolare la frequenza di risonanza del circuito LC. Dato dalla formula: F = 1 / (2*pi*sq-rt(LC)) puoi usare questo calcolatore online per calcolare la frequenza di risonanza. https://www.deephaven.co.uk/lc.html Nel mio caso, L = 26,08 uH e C = 47 nF che dà la frequenza di risonanza di F = 143,75 Khz. ora, dobbiamo costruire il circuito dell'oscillatore, la cui oscillazione è della frequenza 143,75 Khz.

Passaggio 4: il circuito dell'oscillatore…

Ci sono molti modi per realizzare un circuito oscillatore. In questo circuito utilizzeremo un IC timer 555 per produrre un segnale di 143,75 Khz ma non è sufficiente per pilotare il circuito LC (bobina del trasmettitore con condensatore in serie). quindi dobbiamo costruire un circuito driver mosfet a ponte H per pilotare il circuito LC. ha creato un circuito per pilotare il circuito LC. Basta seguire il circuito che ho allegato qui. FUNZIONAMENTO: Il timer IC 555 in Astable Multivibrator con un ciclo di lavoro del 50% produce il segnale oscillante richiesto che viene inviato all'IC IR2110. Il ponte H completo Il circuito di pilotaggio del Mosfet emetterà un'onda quadra quando gli ingressi A=D e B=C e B(C) sono in uno stato invertito di A(D). Quindi un inverter IC (4049) viene utilizzato per raggiungere questo obiettivo. Questa tensione oscillante crea una corrente sinusoidale attraverso la bobina del trasmettitore che induce un campo magnetico attorno ad essa. Quando la bobina del ricevitore è in parallelo con un condensatore, la cui frequenza di risonanza uguale a quella della bobina del trasmettitore è posta nel suo campo magnetico, la corrente viene indotta. la corrente indotta viene convertita in cc utilizzando un raddrizzatore a ponte e regolata a 5 V CC per caricare il cellulare utilizzando un convertitore buck.

Coloro che vogliono realizzare la versione stampata di questo progetto, ho allegato anche i file della scheda Eagle, dai un'occhiata.

Passaggio 5: #misura finale:

Ora, dopo aver costruito tutti i circuiti secondo lo schema, controlla tutto e misura anche tutto. Di nuovo se hai un dispositivo per misurare la frequenza, allora va bene, se non carica semplicemente il seguente codice su Arduino Uno. indirizzo web:

Misurare la frequenza al 3° pin del circuito integrato del timer 555. Durante la misurazione della frequenza regolare il potenziometro del trim da 10K per ottenere la frequenza richiesta (ad es. 143,75 Khz). Ora prendi un multimetro e misura i seguenti parametri: Tensione di ingresso [Vin] (ad es., controlla se è esattamente 12 V o no). Corrente in ingresso[Iin] (cioè, corrente al circuito dall'alimentazione a 12 V). Tensione in uscita [Vout] (cioè, controlla se è esattamente 5 V o no). Corrente di uscita[Iout] (cioè, corrente al cellulare dal convertitore buck). Calcoli: Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency(n) = Pout / PinMy letture: Vin = 11,8 V; Iin = 310 mA; Vout = 5.1 V; Vin = 290 mA che dà un'efficienza del 40,4%

Passaggio 6: #L'allegato

Ho riciclato una vecchia scatola mobile come custodia come puoi vedere nell'immagine. una volta fatto, puoi caricare il cellulare o qualsiasi dispositivo che richiede 5 volt, la corrente di carica è 300 mA. (che è un po' lento per i cellulari). La potenza di uscita può essere ulteriormente aumentata ma l'efficienza diminuirà. Come puoi vedere ho collegato un connettore mini USB all'uscita del convertitore buck. Questo può essere collegato a qualsiasi dispositivo e può essere ricaricato in modalità wireless.

Passaggio 7: momento della verità!!

PERCHÉ COS INEFFICIENTE:

Come puoi notare l'efficienza di questo è molto bassa, ma perché? È dovuto allo scarso accoppiamento dell'aria, all'effetto pelle e all'errore nell'induttanza della bobina avvolta a mano e la frequenza del circuito dell'oscillatore stesso non è stabile.

quindi come superiamo questi problemi??? bene, possiamo utilizzare un tipo speciale di filo chiamato LITZ WIRE per superare l'effetto pelle. L'effetto per cui la corrente passa solo attraverso una certa profondità del conduttore ad alta frequenza è noto come effetto pelle. Possiamo anche usare la base in ferrite per aumentare l'induttanza e aumentare efficacemente l'accoppiamento di due bobine. Naturalmente ci sono molte bobine nei negozi online con i requisiti di cui sopra che possono essere utilizzate per aumentare l'efficienza del caricabatterie wireless.

Se vuoi costruirlo a scopo dimostrativo, le bobine di cui sopra sono sufficienti. Ma, se vuoi usarlo per scopi quotidiani, ti suggerisco di acquistarne uno online.

Se ti piace questo progetto e lo hai trovato informativo e utile, vota per il mio progetto.

Grazie.