Potenza del progetto a 5 Volt senza batteria: 16 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Ora puoi avere un alimentatore regolato costantemente a portata di mano SENZA batterie da sostituire o ricaricare! Questo Instructable ti mostra come modificare una torcia a dinamo portachiavi in un'alimentazione snella che può sostituire le batterie per qualsiasi progetto che richieda un'alimentazione rapida a corrente continua a 5 volt (5 V CC).

Se hai persino incluso logica digitale, chip analogici o un microcontrollore in un progetto, ci sono buone probabilità che tu abbia dovuto trovare un modo per fornire 5 V CC al tuo circuito. Ci sono poche fonti primarie di 5 V, quindi puoi usare una verruca a muro per convertire l'alimentazione CA (che ovviamente limita dove puoi portare il tuo nuovo gadget) o puoi dedicare più tempo a costruire un circuito di regolazione per ottenere più batterie da 1,5 V al necessario voltaggio. Queste soluzioni sono necessarie per alcuni circuiti, ma per i gadget più piccoli, non sarebbe bello avere una scorta sempre pronta per poter passare direttamente a lavorare su altri aspetti del progetto? Aggiungendo alcuni componenti elettronici a una torcia a dinamo ampiamente disponibile, puoi alimentare piccoli dispositivi per brevi periodi senza utilizzare prese o batterie. La dinamo migliorata è perfetta per il banco di lavoro o per mostrare nuovi progetti praticamente ovunque. Questo Instructable spiega come assemblare e installare un convertitore DC-DC step-up che trasforma la bassa tensione variabile del generatore della dinamo portachiavi in un 5V costante. Il circuito step-up carica un grande condensatore che fornisce accumulo di energia e un po' di potenza anche quando la dinamo non sta girando. Seguendo i passaggi di questo Instructable, è possibile realizzare tutto ciò senza produrre un circuito stampato speciale o utilizzare componenti a montaggio superficiale difficili da saldare. Per ottenere le parti elettroniche all'interno della custodia del portachiavi sono necessari alcuni origami di circuito, ma dopo circa un'ora di armeggiare avrai un dispositivo pulito che può fornire fino a 50 milliampere di corrente a 5 V CC costanti durante l'avvolgimento e milliwatt di potenza per i minuti successivi !

Passaggio 1: come funziona

Generatore elettricoLa corrente che scorre in un motore crea un campo magnetico in bobine attaccate all'albero, che gira in presenza di un campo magnetico da magneti fissi. Quando un motore viene fatto funzionare al contrario - l'alimentazione viene applicata ruotando l'albero - viene indotta una tensione nella bobina. La legge di Faraday dice che questa tensione è proporzionale alla velocità con cui il campo magnetico cambia nella bobina. Pertanto, più velocemente viene ruotato l'albero, maggiore è la tensione. Rapporti di trasmissione Una serie di ingranaggi viene utilizzata all'interno del portachiavi per far girare il generatore il più velocemente possibile. Quando si aziona la maniglia, si attivano tre ingranaggi cilindrici composti. Una metà di ogni ingranaggio composto ha un raggio piccolo e l'altra metà ha un raggio grande. Quando il raggio piccolo viene ruotato, i denti sul bordo del raggio maggiore cambiano posizione a una velocità proporzionalmente maggiore. Mettendo in cascata questi ingranaggi composti, la velocità di avviamento può essere moltiplicata più volte e l'albero del generatore può essere ruotato molto più velocemente di quanto un essere umano potrebbe farlo. La necessità del convertitore step-up e del condensatore di accumulo Il rapporto di trasmissione del portachiavi può generare alcuni volt con avviamento ragionevole, ma la tensione non è abbastanza alta da raggiungere i 5V. Questa tensione varia rapidamente anche in base alla velocità di rotazione dell'albero. Per ottenere un'uscita stabile a 5 V, è necessario un convertitore step-up. Il circuito integrato specifico scelto, il MAX756, può trasformare tensioni fino a 0,7 V in 5 V e viene fornito in un pratico pacchetto a 8 pin. Il circuito step-up si basa sul circuito dell'applicazione nella scheda tecnica MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfAnche se queste torce portachiavi a dinamo sono pubblicizzate come non necessitano di batterie, sembrano avere tre batterie a forma di moneta all'interno. Il generatore è saldato a questo stack di batterie a bottone in un circuito di ricarica alquanto grezzo. Tuttavia, non credo che queste batterie siano pensate per essere ricaricabili e tendono a scaricarsi rapidamente dopo la scarica iniziale. Questo Instructable sostituisce questa pila di monete con un grande condensatore che può essere ricaricato più frequentemente ed è più efficiente. Vedere lo schema per il layout dell'intero circuito. I componenti specifici sono stati scelti per una facile saldatura manuale pur essendo le dimensioni più piccole ancora classificate per le tensioni nel circuito. Nota: la scheda tecnica MAX756 ha C3 come condensatore da 150 uF. I condensatori da 150 uF che ho trovato erano fisicamente molto più grandi di quelli da 100 uF e non si adattavano al piccolo portachiavi. Così ho sostituito C3 con un condensatore da 100 uF e sembra funzionare bene.

Passaggio 2: parti e strumenti

Parti del convertitore step-up Le parti per il circuito step-up possono essere ottenute da un distributore di elettronica come Digikey. U1 -- MAX756 Convertitore DC-DC step-up da 3,3 V/5 V, pacchetto DIP a 8 pin [Digikey# MAX756CPA+-ND]C1 -- Condensatore 0,33 F 5,5 V, confezione monete [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3 -- Condensatore elettrolitico in alluminio 100 uF 6,3 V, mini radiale [Digikey# P803-ND] C4 -- Ceramica 0,1 uF 25 V condensatore per uso generico, foro passante [Digikey# BC1148CT-ND]L1 -- Induttanza RF 22 uH, assiale [Digikey# M8138CT-ND]R1 -- Resistore a film di carbonio per uso generale da 1k, 1/4W, assiale [Digikey# 1.0KQBK -ND]D2 -- Diodo Schottky 1A 20V, assiale [Digikey# 1N5817GOS-ND]D3 -- Se non riesci a riciclare i LED originali nella torcia perché i cavi sono stati tagliati troppo corti, puoi usare qualsiasi LED da 2 mA, tondo T1 3mm [es Digikey# 475-1402-ND]Torcia portachiavi dinamo Ho usato una torcia portachiavi LED dinamo contrassegnata come AIDvantage e prodotta da LTA, Inc. (articolo n. 02119) per questo progetto. Ci sono una varietà di queste torce di dimensioni sul mercato realizzate da diversi produttori - le ho viste nei negozi di alimentari (Giant sulla costa orientale) e nei negozi di computer (Microcenter). Li puoi trovare online su Google: torcia portachiavi dinamo. Di solito costano meno di $ 5. Ho scoperto che ci sono alcune piccole variazioni tra le torce realizzate da diversi produttori. Una torcia che ho preso al Microcenter non aveva un circuito per i LED: i LED erano semplicemente saldati direttamente alla batteria. Questo circuito LED è carino ma non richiesto. Se scopri che non c'è un circuito separato per i LED, puoi semplicemente saldare insieme i rispettivi cavi positivo e negativo della combinazione LED + resistore e del cavo di uscita. Un po' di colla a caldo all'interno del frontalino vicino al LED e al cavo di uscita può conferire al gruppo una certa resistenza meccanica. L'altra variazione era che anche i cavi dell'interruttore su questa versione erano saldati in modo leggermente diverso rispetto alla batteria. Per il resto, era praticamente identico. Cavo di uscita Come cavo di uscita ho usato un cavo da USB A maschio a USB mini-B maschio recuperato da un lettore MP3 morto. Ho scelto questo cavo perché l'ingresso mini-USB è comune per i piccoli circuiti. Poiché ci sono 4 connessioni all'interno di questo cavo, devi capire quali fili sono i conduttori positivo e negativo. Tuttavia, è possibile utilizzare qualsiasi tipo di cavo di uscita desiderato se si conosce la polarità. Per testare il circuito, probabilmente vorrai anche avere a disposizione il jack complementare per l'adattatore di uscita. Ho dissaldato la presa mini-B dal lettore MP3 morto e ho collegato i fili rosso e nero rispettivamente all'alimentazione 5V e ai pin di terra. Strumenti Avrai bisogno dei seguenti strumenti per costruire e testare la dinamo modificata:-- spellafili-- saldatura ferro, saldatura e flusso (questo Instructable presuppone che tu abbia saldato in precedenza)-- voltmetro e puntali-- piccolo cacciavite Phillips (per aprire la custodia della torcia)-- nastro isolante-- tronchesi piccoli-- pinze piccole-- pinzette (opzionale, ma consigliato)-- morsa a bracci regolabili, utensile di terza mano (opzionale, ma consigliato)-- cacciavite a testa piatta piccolo (opzionale, ma consigliato)-- pistola per colla a caldo (opzionale, ma consigliato)-- coltellino per hobby (opzionale, ma consigliato)

Passaggio 3: Origami del circuito: MAX756 e condensatore di stoccaggio

A. Individuare gli 8 pin sul MAX756 e orientare il chip con il pin 1 in basso a sinistra.

B. Capovolgere il chip (ovvero ruotare di 180 gradi lungo l'asse lungo) e agganciare i pin 4 e 5. Questi pin vanno alla funzione di indicatore di batteria scarica del MAX756 e non vengono utilizzati in questo Instructable. È possibile modificare il circuito e utilizzare questi pin per determinare quando la tensione sul condensatore di accumulo (C1) è bassa. Capovolgi il condensatore di accumulo in modo che il pin negativo sia a sinistra. C. Posizionare il MAX756 sul condensatore di accumulo in modo che il chip si trovi all'incirca tra i pin negativo C1(-) e positivo C1(+) del condensatore di accumulo. D. Piegare i pin del condensatore di accumulo verso il MAX756 come per agganciare il chip in posizione. Piegare i pin 2 e 7 sul MAX756 in modo che tocchino quasi il pin negativo C1(-) del condensatore di accumulo. Piegare il pin 6 in modo che tocchi quasi il pin positivo C1(+) del condensatore di accumulo. E. Saldare insieme C1(-) e i pin 2 e 7 sul MAX756. Quindi saldare insieme C1(+) e il pin 6 sul MAX756. F. Infine, taglia un piccolo pezzo di nastro isolante all'incirca delle dimensioni dell'altezza e della larghezza del MAX756. Usa questo pezzo per coprire i giunti saldati in E.

Passaggio 4: Origami del circuito: induttore, condensatore di riferimento, diodo Schottky

A. Posizionare l'induttore L1 contro i pin 1 e 8 sul MAX756. Premere i cavi L1 contro i pin MAX756 in modo che il componente sia il più vicino possibile al corpo del chip.

B. Saldare L1 ai pin 1 e 8 e agganciare la restante lunghezza del cavo L1. C. Posizionare il condensatore ceramico C4 in modo che un cavo tocchi il pin 3 sul MAX756 e l'altro prema contro una parte esposta del pin 2, che ora è per lo più sotto il nastro isolante. D. Saldare C4 ai pin 2 e 3 e agganciare la restante lunghezza del cavo C4. E. Guardando il MAX756 con il pin 1 in alto a sinistra, posizionare il diodo Schottky D2 sulla sporgenza creata dal condensatore grande C1. Piegare il pin D2(-) del catodo D2, identificato con una fascia, attorno al corpo del MAX756 in modo che tocchi il terminale positivo di C1, C1(+). Piegare l'anodo D2 D2(+) verso l'alto in modo che tocchi il pin 8 sul MAX756. F. Saldare i pin D2 al MAX756 e agganciare la lunghezza del cavo rimanente. Tagliare i perni 8 e 3.

Passaggio 5: Origami del circuito: condensatori elettrolitici, parte 1

A. Appoggiare i condensatori elettrolitici C2 e C3 alle loro estremità in modo che i terminali negativi, C2(-) e C3(-), siano uno accanto all'altro.

B. Piegare C3(-) attorno a C2(-). C. Saldare insieme i due cavi negativi vicino a C2. Questo creerà un cavo di massa per i due condensatori. Assicurati di non saldare accidentalmente il terminale positivo di C2. Agganciare la lunghezza rimanente di C2 (-). D. Capovolgi i condensatori verso di te. Piegare C3(-) nel canale creato tra i due condensatori. Vicino alla fine dei condensatori, piega la lunghezza rimanente di 90 gradi come se stessi creando un piede per i due condensatori. E. Con C1(-) di fronte a te, posiziona C2 e C3 sul lato sinistro e infila il piede C3 (-) tra il terminale C1 (-) e il corpo C1. F. Saldare C3(-) a C1(-). Stai legando insieme i pin di terra di C2, C3 e C1.

Passaggio 6: Origami del circuito: condensatori elettrolitici, parte 2

A. Piegare il terminale positivo di C3, C3(+) verso il pin 1 del MAX756 in modo che sia all'interno dei pin 1 e 2.

B. Saldare C3(+) al pin 1 del MAX756. Tagliare la lunghezza rimanente del pin 1. C. Ruotare il gruppo in modo che poggi sul cavo negativo di C1, C1(-). Taglia una striscia di nastro isolante più stretta della larghezza dei condensatori C2 e C3 insieme e lunga circa il doppio. Posiziona questo nastro isolante tra C1 e C2/C3 in modo che copra i pin di terra C2/C3. Ciò impedirà a C2(+) di toccarsi accidentalmente e di andare in cortocircuito a terra. E. Piegare C2(+) di 90 gradi in modo che sia sopra il giunto di saldatura C2/C3. Quindi piegalo di 90 gradi verso il terminale C1 (+). F. Saldare C2(+) a C1(+) e tagliare la lunghezza rimanente.

Passaggio 7: realizzazione del cavo di uscita

Il processo per realizzare il cavo di uscita dipende dall'adattatore che scegli per i tuoi progetti. Questo passaggio spiega come incorporare un cavo USB mini-B maschio, poiché è un formato di presa di alimentazione comune. Ho usato un cavo che proveniva da un lettore MP3 guasto e aveva estremità USB-A maschio e mini-B maschio.

Tagliare il cavo a circa 5 pollici dalla punta dell'estremità mini-B. Spellare l'estremità USB-A e i 4 fili all'interno. Per determinare quali fili sono il positivo e la massa, collegare l'USB-A a una presa USB alimentata. Prova le combinazioni di fili con un voltmetro: se ci sono fili rossi e neri, probabilmente forniscono rispettivamente alimentazione e massa positive. Spellare l'isolante esterno sull'estremità mini-B di circa 1/4 di pollice. Una volta che sai quali fili sono positivi e di massa, J1(+) e J1(-), spella questi fili nell'estremità mini-B e taglia i restanti due fili.

Passaggio 8: smontaggio della torcia

A. Utilizzare un cacciavite Phillips sulle quattro viti per smontare la torcia.

B. La torcia dovrebbe staccarsi facilmente. Identificare quali parti sono la parte superiore, inferiore e frontale del case. C. Estrarre l'elettronica. D. Agganciare i due fili vicino al frontalino. Utilizzerai il filo che è saldato all'interruttore, quindi tieni quel filo il più a lungo possibile. Quindi agganciare il filo e l'estremità del diodo D1 (l'estremità negativa del catodo è contrassegnata da una linea nera) vicino alle batterie a bottone impilate in modo che le lunghezze del filo e del diodo che si estendono dal motore M1 siano il più lunghe possibile.

Passaggio 9: preparazione del frontalino

Nota: non tutte le torce portachiavi dinamo hanno un circuito LED. Se il tuo non lo fa, puoi saltare questo passaggio.

A. Incastrare un cacciavite a testa piatta tra la plastica del frontalino e la scheda del circuito LED. B. Ruotare il cacciavite. Il frontalino e il circuito LED dovrebbero aprirsi. C. Trova il nocciolo sul frontalino di plastica. D. Agganciare la protuberanza con tronchesi. E. Il lato sporgente sarà rivolto verso l'esterno nella nuova dinamo. F. Dissaldare i LED dalla scheda del circuito LED. Prova ad estrarre i led intatti e lascia i fori aperti per futuri pin.

Passaggio 10: realizzare il frontalino

A. Se la tua scheda LED è simile a quella del diagramma, orienta il LED D3 in modo che il pin del catodo D3(-) entri nel foro opposto all'estremità piatta del contorno bianco rotondo del LED1.

B. Piegare l'anodo D3 D3(+) di 90 gradi e inserire D3(-) nel foro nella scheda del circuito LED. C. Taglia D3(+) dopo la curva in modo che sia lungo meno di 1/8 di pollice. Agganciare un cavo del resistore da 1k ohm R1 in modo che sia anche lungo circa 1/8 di pollice. Fai passare l'estremità lunga di R1, R1(2), attraverso il foro nella scheda del circuito LED e salda insieme le estremità corte di R1 e D3(+). D. Capovolgere il circuito LED. Saldare R1(2) al foro non occupato da D3(+) e tagliare la lunghezza rimanente. La striscia di rame R1(2) è ora saldata al bus positivo. E. Capovolgere la scheda del circuito LED. Far passare il cavo di uscita attraverso uno dei fori nel frontalino in plastica. Nota che la direzione del frontalino è ora invertita e il frontalino sporgerà quando hai finito. F. Saldare il J1(+) attraverso il foro che si collega al bus positivo. Saldare J1(-) al bus di terra.

Passaggio 11: completamento del frontalino

A. Applicare un po' di colla a caldo nella fessura tra la scheda del circuito LED e il frontalino sul lato del cavo. Questo darà al gruppo una certa resistenza meccanica.

B. Poiché non sono necessarie le batterie a bottone, dissaldare un filo dalla pila. Saldare questo filo a R1(2). Questo cavo fornirà alimentazione al LED e al cavo di uscita dopo essere stato collegato all'uscita del convertitore step-up.

Passaggio 12: installazione dello switch e del circuito del convertitore step-up

A. Dissaldare l'interruttore dalla pila di batterie a bottone della torcia.

B. Assicurati che la piedinatura dell'interruttore sia simile alla foto, con un filo saldato al pin superiore SW1(2) e nessuno ai due inferiori. Piegare il perno centrale SW1(1) di circa 45 gradi dal corpo dell'interruttore. Puoi agganciare il perno inferiore. C. La metà inferiore del case ha tre elementi in plastica sul lato del frontalino che impedirebbero l'inserimento del nuovo circuito all'interno. Tagliali usando tronchesi. D. Potrebbe essere necessario utilizzare un coltellino per tagliare queste caratteristiche a filo con il resto della custodia. E. Mettere l'interruttore nella metà inferiore del case nella sua posizione originale. Assicurarsi che il pin con il filo, SW1(2), sia il più vicino all'estremità del frontalino. F. Collocare nella cavità l'intero circuito del convertitore elevatore, con il condensatore grande C1 rivolto verso l'interruttore e i due condensatori elettrolitici C2 e C3 nella parte posteriore. SW1(1) dovrebbe essere premuto contro il terminale negativo di C1, C1(-). Se non lo è, piegalo verso il condensatore. Potresti voler mettere del nastro isolante su C1(-) dietro il pin SW1(2) in modo che non si accorcia.

Passaggio 13: collegamento del frontalino e del circuito del convertitore step-up

A. Rimettere il motore M1 nella sua posizione originale nella metà inferiore del case. Estendi il filo che esce dal motore - il filo di terra M1 (-) - in modo che tocchi il pin centrale dell'interruttore, SW1 (1) e il terminale negativo del condensatore grande, C1 (-).

B. Tagliare e spellare il cavo M1(-) alla lunghezza appropriata e saldare insieme il cavo SW1(1) e C1(-). Questa è una connessione importante, quindi assicurati che i tre siano saldati. C. Ruotare la custodia in modo che il motore sia alla vostra sinistra e piegare il cavo del catodo di D1, D1(-), in modo che tocchi una parte esposta del terminale positivo di C3, C3(+). D. Saldare D1(-) e C3(+) insieme e tagliare la restante lunghezza di D1(-). E. Saldare il filo SW1(2) al bus negativo del frontalino. F. Saldare il filo collegato al bus positivo del frontalino al terminale positivo del condensatore grande, C1(+).

Passaggio 14: rimontaggio

Per completare l'assemblaggio, inserire il frontalino all'interno della metà inferiore del case. Il labbro del frontalino dovrebbe trovarsi all'interno del labbro della custodia per tenerlo in posizione.

Potresti voler mettere del nastro isolante sul motore se ritieni che il diodo D1 sia a rischio di cortocircuito verso la cassa del motore. Rimettere gli ingranaggi e la maniglia nelle posizioni originali. Consulta la foto qui sotto per vedere come sono orientati nel caso. Metti la metà superiore della custodia sopra la metà inferiore. Le due parti dovrebbero combaciare strettamente se il convertitore step-up è stato realizzato abbastanza vicino a quello in questo Instructable. Capovolgere l'alimentatore nuovo e migliorato e serrare le quattro viti.

Passaggio 15: test

Sposta l'interruttore verso il frontalino. Questa è la posizione On.

Tieni l'alimentatore della dinamo con la mano sinistra e aziona la maniglia con la mano destra. Circa due rotazioni al secondo vanno bene. Dovresti incontrare una piccola resistenza: è il condensatore che si carica. Dopo pochi secondi la tensione sarà sufficientemente alta da far accendere il LED. Quando il condensatore si avvicina a 5V, la resistenza diminuirà. A quel punto il condensatore è carico. Se disponi di un adattatore complementare con cavi di alimentazione per il cavo di uscita, puoi collegarlo a un voltmetro. Intorno al punto in cui la resistenza all'avviamento diminuisce, dovresti vedere che la tensione si avvicina e rimane vicino a 5 V. Se si incontra resistenza ma il LED non si accende, controllare i collegamenti del frontalino. Se la tensione di uscita supera seriamente i 5V, assicurarsi che i condensatori elettrolitici siano saldati correttamente. Se non incontri alcuna resistenza e chiaramente non funziona, è possibile che ci sia un cortocircuito da qualche parte nel circuito del convertitore step-up.

Passaggio 16: applicazione

Ho usato l'alimentatore della dinamo per alimentare una scheda di valutazione Luminary LM3S811 che stampa "5V - nessuna batteria!" a un display OLED. A causa dei chip utilizzati su questa scheda, assorbe una discreta quantità di corrente… circa 80 mA. Di conseguenza non funziona molto a lungo con l'alimentatore della dinamo fino a quando non ha bisogno di un po' di manovella, ma funziona abbastanza a lungo da far lampeggiare un testo diverso sullo schermo. L'alimentatore a dinamo funzionerà al meglio con circuiti che assorbono pochi mA di corrente. I circuiti possono funzionare per un massimo di 10 minuti senza avviamento, a seconda della loro tensione operativa minima.

Ho anche testato l'alimentazione della dinamo con un motore per hobby. Durante l'avviamento, il motore ronzava con 50 mA di corrente.