Беспроводное зарядное устройство своими руками: 7 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

В этом руководстве вы узнаете, как создать собственное беспроводное зарядное устройство для любого устройства. КАК?

Методы беспроводного электропитания в основном делятся на две категории: безызлучательные и радиационные. В ближнем поле или безызлучательных методах энергия передается с помощью магнитных полей с использованием индуктивной связи между катушками проволоки или с помощью электрических полей с использованием емкостной связи между металлическими электродами. Индуктивная связь - наиболее широко используемая беспроводная технология; его приложения включают зарядку портативных устройств, таких как телефоны и электрические зубные щетки, RFID-метки и зарядные устройства для имплантируемых медицинских устройств, таких как искусственные кардиостимуляторы или электромобили.

Что такое индуктивная связь:

При индуктивной связи (электромагнитная индукция или индуктивная передача мощности, IPT) мощность передается между витками провода с помощью магнитного поля. Катушки передатчика и приемника вместе образуют трансформатор (см. Схему). Переменный ток (AC) через катушку передатчика (L1) создает колеблющееся магнитное поле (B) по закону Ампера. Магнитное поле проходит через приемную катушку (L2), где оно индуцирует переменную ЭДС (напряжение) по закону индукции Фарадея, которая создает переменный ток в приемнике. Индуцированный переменный ток может либо напрямую управлять нагрузкой, либо быть выпрямленным. к постоянному току (DC) выпрямителем в приемнике, который управляет нагрузкой.

Резонансная индуктивная связь

Согласно теории связанных мод, предложенной Марином Солячичем из Массачусетского технологического института, резонансная индуктивная связь (электродинамическая связь, [12] сильно связанный магнитный резонанс) - это форма индуктивной связи, при которой мощность передается посредством магнитных полей (B, зеленый) между двумя резонансными схемы (настроенные схемы), одна в передатчике и одна в приемнике (см. диаграмму справа). Каждый резонансный контур состоит из катушки с проводом, подключенной к конденсатору, или саморезонансной катушки, или другого резонатора с внутренней емкостью. Оба настроены так, чтобы резонировать на одной и той же резонансной частоте. Резонанс между катушками может значительно увеличить связь и передачу мощности.

ЕСЛИ вы хотите узнать больше по теме, перейдите по этой ссылке:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Шаг 1: ЧТО ВАМ НУЖНО !!!!

Для начала вам потребуются следующие компоненты:

Точечная печатная плата (x1)

проволока толщиной 1 мм (7 м)

IC 7805 (x1)

IRFZ44N МОП-транзистор (x4)

Микросхема драйвера полевого МОП-транзистора IR2110 (x2)

555 таймер IC (x1)

CD4049 IC (X1)

Потайной горшок 10K [103] (x1)

Резистор 10 кОм (x4)

Резистор 10 Ом (x4)

Конденсатор 0,1 мкФ [104] (x5)

Конденсатор 10 нФ [103] (x1)

Конденсатор 2,2 нФ [222] (x1)

Конденсатор 10 мкФ [электролитический] (x3)

Конденсатор 47 мкФ [электролитический] (x1)

Конденсатор 47nF [полиэстер] (x2)

Винтовые клеммы

Диод Шотки IN5819 (x6)

Разъем Mini USB [вилка] (x1)

DC - DC 5v понижающий преобразователь

Итак, начнем со сборки.

Шаг 2: Намотать КАТУШКИ !!?

Намотать идеальную спиральную катушку немного сложно. Вот мой способ намотки катушки. Сначала вырежьте из картона небольшой круг диаметром 1 см, приклейте его к куску картона и сделайте отверстие в центре. А теперь возьмите проволоку толщиной 1 мм и проденьте ее через проделанное в центре отверстие (это лишний кусок провода для электрических соединений). Нанесите много клея на поверхность и начните наматывать, двигаясь по кругу (клей помогает удерживать обмотку на месте). Продолжайте наматывать, пока количество витков не станет 30. Сделайте 2 таких типа одинаковых катушек.

Шаг 3: Измерьте:

Если у вас есть измеритель LCR, вы можете пропустить этот шаг. Если у вас нет измерителя LCR, создайте измеритель индуктивности из Arduino Uno и операционного усилителя (LM339). Я взял эту схему со следующего веб-сайта, вы можете найти дополнительную информацию об этом измерителе индуктивности на самом веб-сайте (код также доступен на самом веб-сайте)

Теперь измерьте индуктивность катушек с помощью этого измерителя, и если у вас есть все условия, такие же, как у меня, то есть провод толщиной 1,0 мм, внутренний диаметр катушки = 1,0 см, количество витков = 30. Вы должны получить индуктивность катушка около 21,56 мкГн 26,08 мкГн из-за неизвестной ошибки. Теперь, получив индуктивность, вы должны рассчитать резонансную частоту цепи LC. Дается формулой: F = 1 / (2 * pi * sq-rt (LC)) вы можете использовать этот онлайн-калькулятор для расчета частоты резонанса. https://www.deephaven.co.uk/lc.html В моем случае L = 26,08 мкГн и C = 47 нФ, что дает резонансную частоту F = 143,75 кГц. Теперь нам нужно построить схему генератора, колебания которого имеют частоту 143,75 кГц.

Шаг 4: Схема осциллятора…

Есть много способов сделать схему генератора. В этой схеме мы будем использовать микросхему таймера 555 для генерации сигнала 143,75 кГц, но этого недостаточно для управления LC-цепью (катушка передатчика с последовательно включенным конденсатором). поэтому нам нужно создать схему драйвера МОП-транзистора H-моста для управления схемой LC. сделал схему для управления LC-схемой. Просто следуйте схеме, которую я здесь прикрепил. РАБОТА: ИС таймера 555 в нестабильном мультивибраторе с рабочим циклом 50% вырабатывает необходимый колебательный сигнал, который подается на микросхему IR2110. Схема драйвера Mosfet будет выводить прямоугольную волну, когда входы A = D и B = C и B (C) находятся в инвертированном состоянии A (D). Таким образом, для этого используется инверторная ИС (4049). Это колебательное напряжение создает синусоидальный ток через катушку передатчика, который индуцирует вокруг нее магнитное поле. Когда катушка приемника параллельна конденсатору, резонансная частота которого такая же, как у катушки передатчика, помещается в его магнитное поле, индуцируется ток. наведенный ток преобразуется в постоянный ток с помощью мостового выпрямителя и регулируется до 5 В постоянного тока для зарядки мобильного устройства с помощью понижающего преобразователя.

Тем, кто хочет сделать печатную версию этого проекта, я также приложил файлы платы Eagle, посмотрите.

Шаг 5: # Окончательная мера:

Теперь, после построения всех схем в соответствии со схемой, проверьте все, а также все измерьте. Еще раз, если у вас есть какое-либо устройство для измерения частоты, тогда все в порядке, если не просто загрузить следующий код в Arduino Uno. веб-адрес:

Измерьте частоту на 3-м выводе микросхемы таймера 555. Во время измерения частоты отрегулируйте потенциометр подстройки 10K, чтобы получить требуемую частоту (например, 143,75 кГц). Теперь используйте мультиметр и измерьте следующие параметры: Входное напряжение [Vin] (т.е., проверьте, равно ли оно ровно 12 В или нет). Входной ток [Iin] (т. е. ток в цепи от источника питания 12 В). Выходное напряжение [Vout] (т. е. проверьте, равно ли оно ровно 5 В или нет). Выходной ток [Iout] (т. Е. Ток, поступающий в мобильное устройство от понижающего преобразователя). Расчеты: Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency (n) = Pout / PinMy показания: Vin = 11,8 В; Iin = 310 мА; Vout = 5,1 В; Vin = 290 мА, что дает КПД 40,4%

Шаг 6: # Вложение

Я переработал старую мобильную коробку в качестве корпуса, как вы можете видеть на изображении. После того, как вы это сделали, вы можете заряжать мобильный телефон или любое устройство, требующее 5 вольт, зарядный ток составляет 300 мА. (Что немного медленнее для мобильных). Выходную мощность можно увеличить, но эффективность снизится. Как видите, я подключил разъем mini USB на выходе понижающего преобразователя. Его можно подключить к любому устройству и заряжать без проводов.

Шаг 7: Момент истины !!

ПОЧЕМУ ТАК НЕЭФФЕКТИВНЫЙ:

Как видите, эффективность этого очень низкая, но почему? Это связано с плохой воздушной связью, скин-эффектом и ошибкой индуктивности катушки с ручным намоткой, а частота самой цепи генератора нестабильна.

так как же нам преодолеть эти проблемы ??? Что ж, мы можем использовать специальный тип проволоки под названием LITZ WIRE, чтобы преодолеть поверхностный эффект. Эффект, при котором ток проходит только через определенную глубину проводника на высокой частоте, известен как скин-эффект. Мы также можем использовать ферритовую основу для увеличения индуктивности и эффективного соединения двух катушек. Конечно, в интернет-магазинах есть много катушек с указанными выше требованиями, которые можно использовать для повышения эффективности беспроводного зарядного устройства.

Если вы хотите построить это в демонстрационных целях, указанных выше катушек будет достаточно. Но, если вы хотите использовать это для любых повседневных целей, я предлагаю вам купить его в Интернете.

Если вам понравился этот проект, и он показался вам информативным и полезным, пожалуйста, проголосуйте за мой проект.

Спасибо.