Проектная мощность 5 В без батареи: 16 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Теперь вы можете постоянно иметь под рукой регулируемый источник питания без батарей для замены или подзарядки! В этом руководстве показано, как преобразовать динамо-фонарик в виде цепочки для ключей в экономичный средний источник питания, который может заменить батареи для любых проектов, требующих быстрого питания 5 В постоянного тока (5 В постоянного тока).

Если вы даже включили в проект цифровую логику, аналоговые микросхемы или микроконтроллер, велика вероятность, что вам пришлось найти способ обеспечить 5 В постоянного тока в вашей цепи. Есть несколько первичных источников 5 В, поэтому вы можете использовать настенную бородавку для преобразования мощности переменного тока (что, очевидно, ограничивает место, где вы можете взять свой новый гаджет), или вы можете потратить дополнительное время на создание схемы регулятора, чтобы получить несколько батарей 1,5 В до необходимого Напряжение. Эти решения необходимы для некоторых схем, но для небольших гаджетов было бы неплохо иметь всегда готовый запас, чтобы вы могли сразу приступить к работе над другими аспектами проекта? Добавив несколько электронных компонентов к широко доступному динамо-фонарику, вы сможете запитать небольшие устройства на короткое время без использования розеток или батарей. Улучшенная динамо-машина отлично подходит для верстака или демонстрации новых проектов где угодно. В этом руководстве рассказывается, как собрать и установить повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный, который преобразует переменное низкое напряжение генератора динамо-брелка в постоянное напряжение 5 В. Повышающая схема заряжает большой конденсатор, который обеспечивает накопление энергии и некоторую мощность, даже когда динамо-машина не вращается. Выполняя действия, описанные в данном Руководстве, вы можете выполнить все это без изготовления специальной печатной платы или использования трудно поддающихся пайке компонентов для поверхностного монтажа. Чтобы поместить электронные компоненты в корпус брелка, потребуется некоторая схема оригами, но примерно через час работы у вас будет аккуратное устройство, которое может подавать до 50 миллиампер тока при постоянном 5 В постоянного тока во время наматывания и милливатты энергии в течение нескольких минут после !

Шаг 1. Как это работает

Электрический генератор Ток, протекающий в двигатель, создает в катушках, прикрепленных к валу, магнитное поле, которое вращается в присутствии магнитного поля от неподвижных магнитов. Когда двигатель вращается в обратном направлении - мощность подается путем вращения вала - в катушке индуцируется напряжение. Закон Фарадея гласит, что это напряжение пропорционально скорости изменения магнитного поля в катушке. Таким образом, чем быстрее вращается вал, тем больше напряжение. Передаточные числа Передаточные числа В цепочке для ключей используется ряд шестерен, чтобы генератор вращался как можно быстрее. Когда вы проворачиваете ручку, она приводит в движение три составные прямозубые шестерни. Одна половина каждой составной шестерни имеет малый радиус, а другая половина - большой радиус. Когда малый радиус поворачивается, зубья на краю большего радиуса меняют положение с пропорционально большей скоростью. Посредством каскадного соединения этих составных шестерен частота проворачивания может быть увеличена в несколько раз, и вал генератора может вращаться намного быстрее, чем человек может его повернуть. разумный запуск, но напряжение недостаточно высокое, чтобы достичь 5 В. Это напряжение также быстро меняется в зависимости от скорости вращения вала. Чтобы получить стабильный выход 5 В, необходим повышающий преобразователь. Специально выбранная интегральная схема - MAX756 - может преобразовывать напряжение от 0,7 В до 5 В и поставляется в удобном 8-выводном корпусе. Схема повышения основана на схеме приложения в таблице данных MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Несмотря на то, что эти динамо-брелки-фонарики рекламируются как не требующие батареек, внутри них, кажется, есть три батарейки размером с монету. Генератор припаян к этой батарее монетных батарей по довольно грубой схеме зарядки. Однако я не думаю, что эти батареи предназначены для перезарядки, и они имеют тенденцию быстро разряжаться после первоначальной разрядки. Эта инструкция заменяет стопку монет большим конденсатором, который можно заряжать чаще и более эффективным. См. Схему всей схемы. Конкретные компоненты были выбраны для легкой ручной пайки, при этом были наименьшие размеры, которые все еще были рассчитаны на напряжения в цепи. Примечание. В таблице данных MAX756 указан конденсатор C3 емкостью 150 мкФ. Конденсаторы на 150 мкФ, которые я обнаружил, были физически намного больше, чем конденсаторы на 100 мкФ, и не поместились в небольшой брелок для ключей. Таким образом, я заменил C3 конденсатором емкостью 100 мкФ, и он, похоже, работает нормально.

Шаг 2: Детали и инструменты

Детали повышающего преобразователя Детали для схемы повышающего преобразователя можно приобрести у дистрибьютора электроники, такого как Digikey. U1 - MAX756 Повышающий DC-DC преобразователь 3,3 В / 5 В, 8-контактный DIP-корпус [Digikey # MAX756CPA + -ND] C1 - 0,33 F 5,5 В конденсатор, монетный корпус [Digikey # 604-1024-ND] C2, C3 - 100 мкФ Алюминиевый электролитический конденсатор 6,3 В, мини-радиальный [Digikey # P803-ND] C4 - 0,1 мкФ 25 В керамический конденсатор общего назначения, сквозное отверстие [Digikey # BC1148CT-ND] L1 - ВЧ дроссель 22 мкГн, осевой [Digikey # M8138CT-ND] R1 - 1 кОм, 1 / 4Вт, углеродно-пленочный резистор общего назначения, осевой [Digikey # 1.0KQBK -ND] D2 - 1 А, 20 В, диод Шоттки, осевой [Digikey # 1N5817GOS-ND] D3 - Если вы не можете утилизировать оригинальные светодиоды в фонаре из-за слишком короткого обрезания проводов, вы можете использовать любой светодиод на 2 мА., круглый T1 3мм [например, Digikey # 475-1402-ND] Динамо-брелок-фонарик Для этого проекта я использовал динамо-светодиодный брелок-фонарик с пометкой AIDvantage и изготовленный LTA, Inc. (товар № 02119). На рынке представлено множество фонарей такого размера от разных производителей - я видел их в продуктовых магазинах (Giant на Восточном побережье) и компьютерных магазинах (Microcenter). Вы можете найти их в Интернете в Google: фонарик-брелок динамо. Обычно они стоят менее 5 долларов. Я обнаружил, что между фонариками разных производителей есть незначительные различия. В одном фонарике, который я получил в Microcenter, не было платы для светодиодов - светодиоды были просто припаяны непосредственно к батарее. Эта светодиодная печатная плата хороша, но не обязательна. Если вы обнаружите, что для светодиодов нет отдельной печатной платы, вы можете просто припаять соответствующие положительный и отрицательный выводы комбинированного кабеля светодиод + резистор и выходного кабеля. Немного горячего клея внутри лицевой панели возле светодиода и выходного кабеля может придать сборке некоторую механическую прочность. Другой вариант заключался в том, что выводы переключателя в этой версии также были припаяны к батарее немного иначе. В остальном он был почти идентичен. Выходной кабель В качестве выходного кабеля я использовал штекер USB A - штекер mini-B USB, извлеченный из мертвого MP3-плеера. Я выбрал этот кабель, потому что вход mini-USB является обычным для небольших схем. Поскольку внутри этого кабеля 4 соединения, вам нужно выяснить, какие провода являются положительными и отрицательными. Однако вы можете использовать любой тип выходного кабеля, если вы знаете полярность. Для проверки схемы вам, вероятно, также понадобится дополнительный разъем для выходного адаптера. Я отпаял розетку mini-B от мертвого MP3-плеера и подключил красный и черный провода к 5 В и контактам заземления соответственно. Инструменты Для сборки и тестирования модифицированного динамо-машины вам понадобятся следующие инструменты: - устройство для зачистки проводов - пайка железо, припой и флюс (в данном руководстве предполагается, что вы паяли раньше) - вольтметр и измерительные провода - небольшую отвертку Phillips (для открытия корпуса фонаря) - изоленту - маленькие кусачки - маленькие плоскогубцы - пинцет (необязательно, но рекомендуется) - тиски с регулируемыми рычагами, инструмент для третьей руки (необязательно, но рекомендуется) - небольшая отвертка с плоской головкой (необязательно, но рекомендуется) - пистолет для горячего клея (необязательно, но рекомендуется) - нож для хобби (необязательно, но рекомендуемые)

Шаг 3: Схема оригами: MAX756 и накопительный конденсатор

A. Найдите 8 контактов на MAX756 и сориентируйте микросхему так, чтобы контакт 1 находился внизу слева.

B. Переверните микросхему (т.е. поверните на 180 градусов по длинной оси) и защелкните контакты 4 и 5. Эти контакты относятся к индикатору разряда батареи MAX756 и не используются в этой инструкции. Вы можете изменить схему и использовать эти выводы, чтобы определять, когда напряжение на накопительном конденсаторе (C1) низкое. Переверните накопительный конденсатор так, чтобы отрицательный вывод был слева. C. Поместите MAX756 на накопительный конденсатор так, чтобы микросхема находилась примерно между отрицательным контактом C1 (-) и положительным контактом C1 (+) накопительного конденсатора. D. Согните штырьки накопительного конденсатора в сторону MAX756, как если бы микросхема защелкнулась на месте. Согните контакты 2 и 7 на MAX756 так, чтобы они почти касались отрицательного контакта C1 (-) накопительного конденсатора. Согните контакт 6 так, чтобы он почти касался положительного контакта C1 (+) накопительного конденсатора. E. Припаяйте вместе C1 (-) и контакты 2 и 7 на MAX756. Затем припаяйте вместе C1 (+) и контакт 6 на MAX756. F. Наконец, отрежьте небольшой кусок изоленты размером примерно с MAX756 по высоте и ширине. Используйте эту деталь, чтобы закрыть стыки, припаянные в E.

Шаг 4. Оригами схемы: индуктор, эталонный конденсатор, диод Шоттки

A. Поместите индуктор L1 напротив контактов 1 и 8 на MAX756. Прижмите выводы L1 к контактам MAX756, чтобы компонент находился как можно ближе к корпусу микросхемы.

B. Припаяйте L1 к контактам 1 и 8 и закрепите оставшийся провод L1. C. Поместите керамический конденсатор C4 так, чтобы один вывод касался контакта 3 на MAX756, а другой прижимался к открытой части контакта 2, которая теперь в основном находится под изолентой. D. Припаяйте C4 к контактам 2 и 3 и закрепите оставшийся провод C4. E. Глядя на MAX756 с контактом 1 в верхнем левом углу, поместите диод Шоттки D2 на выступ, образованный большим конденсатором C1. Согните вывод D2 (-) катода D2, обозначенный полосой, вокруг корпуса MAX756 так, чтобы он касался положительной клеммы C1, C1 (+). Согните анод D2 D2 (+) вверх так, чтобы он касался контакта 8 на MAX756. F. Припаяйте контакты D2 к MAX756 и закрепите оставшуюся длину провода. Обрезные штифты 8 и 3.

Шаг 5: Оригами схем: электролитические конденсаторы, часть 1

A. Поставьте электролитические конденсаторы C2 и C3 на их концы так, чтобы отрицательные клеммы C2 (-) и C3 (-) были рядом друг с другом.

B. Согните C3 (-) вокруг C2 (-). C. Припаяйте два отрицательных вывода вместе близко к C2. Это создаст заземляющий провод для двух конденсаторов. Следите за тем, чтобы случайно не припаять положительный вывод C2. Обрежьте оставшуюся часть C2 (-). D. Переверните конденсаторы на себя. Загните C3 (-) в канал между двумя конденсаторами. Ближе к концу конденсаторов согните оставшуюся часть на 90 градусов, как будто вы создаете опору для двух конденсаторов. E. Поверните C1 (-) к себе, поместите C2 и C3 с левой стороны и заправьте стопу C3 (-) между выводом C1 (-) и корпусом C1. F. Припаяйте C3 (-) к C1 (-). Вы связываете контакты заземления C2, C3 и C1 вместе.

Шаг 6: Оригами схем: электролитические конденсаторы, часть 2

A. Согните положительный вывод C3, C3 (+) к выводу 1 на MAX756 так, чтобы он находился внутри контактов 1 и 2.

B. Припаяйте C3 (+) к контакту 1 на MAX756. Обрежьте оставшуюся длину штифта 1. C. Поверните узел так, чтобы он опирался на отрицательный вывод C1, C1 (-). Отрежьте полоску изоленты, которая уже, чем ширина конденсаторов C2 и C3 вместе, и примерно в два раза длиннее. Поместите эту изоленту между C1 и C2 / C3 так, чтобы она закрывала контакты заземления C2 / C3. Это предотвратит случайное прикосновение C2 (+) и замыкание на землю. E. Согните C2 (+) на 90 градусов так, чтобы он находился над паяным соединением C2 / C3. Затем согните его на 90 градусов по направлению к клемме C1 (+). F. Припаяйте C2 (+) к C1 (+) и обрежьте оставшуюся длину.

Шаг 7: изготовление выходного кабеля

Процесс изготовления выходного кабеля зависит от того, какой адаптер вы выберете для своих проектов. На этом шаге рассказывается, как подключить штекерный кабель USB mini-B, поскольку это распространенный формат вилки питания. Я использовал кабель, который пришел от мертвого MP3-плеера и имел штекерные разъемы USB-A и mini-B.

Обрежьте кабель примерно на 5 дюймов от конца конца mini-B. Зачистите конец USB-A и 4 провода внутри. Чтобы определить, какие провода являются плюсовыми и заземляющими, подключите USB-A к USB-разъему с питанием. Проверьте комбинации проводов с помощью вольтметра - если есть красный и черный провода, они, вероятно, обеспечивают положительное питание и заземление соответственно. Зачистите внешний изолятор на конце mini-B примерно на 1/4 дюйма. Как только вы узнаете, какие провода являются положительными, а какие - заземлением, J1 (+) и J1 (-), зачистите эти провода на конце mini-B и обрежьте оставшиеся два провода.

Шаг 8: разборка фонарика

A. Используйте отвертку Phillips на четырех винтах, чтобы разобрать фонарик.

Б. Фонарик должен легко разъединяться. Определите, какие части являются верхней частью корпуса, нижней частью корпуса и лицевой панелью. C. Вытащите электронику. D. Закрепите два провода рядом с лицевой панелью. Вы будете использовать провод, припаянный к переключателю, поэтому держите этот провод как можно дольше. Затем закрепите провод и конец диода D1 (отрицательный катодный конец отмечен черной линией) рядом с уложенными друг на друга монетными батареями так, чтобы длина провода и диода, выходящего из двигателя M1, была как можно большей.

Шаг 9: Подготовка лицевой панели

Примечание: не все фонарики-брелки динамо имеют плату светодиодов. Если у вас нет, вы можете пропустить этот шаг.

A. Вставьте отвертку с плоской головкой между пластиковой лицевой панелью и платой светодиода. B. Поверните отвертку. Лицевая панель и печатная плата светодиода должны разлететься. C. Найдите выступ на пластиковой лицевой панели. D. Обрежьте выступ кусачками. E. Сторона выступа в новой динамо-машине будет обращена наружу. F. Извлеките светодиоды из печатной платы светодиодов. Постарайтесь извлечь светодиоды целыми и оставить отверстия открытыми для будущих булавок.

Шаг 10: Изготовление лицевой панели

A. Если печатная плата вашего светодиода аналогична той, что показана на схеме, сориентируйте светодиод D3 так, чтобы катодный вывод D3 (-) вошел в отверстие, противоположное плоскому концу круглого белого контура светодиода 1.

B. Согните анод D3 D3 (+) на 90 градусов и вставьте D3 (-) в отверстие на печатной плате светодиода. C. Обрежьте D3 (+) после сгиба так, чтобы его длина была меньше 1/8 дюйма. Обрежьте один вывод резистора R1 сопротивлением 1 кОм так, чтобы он также имел длину около 1/8 дюйма. Пропустите длинный конец R1, R1 (2) через отверстие в плате светодиода и припаяйте короткие концы R1 и D3 (+) вместе. D. Переверните печатную плату светодиодов. Припаяйте R1 (2) к отверстию, не занятому D3 (+), и обрежьте оставшуюся длину. Полоска меди R1 (2) теперь припаяна к положительной шине. E. Переверните печатную плату светодиода. Пропустите выходной кабель через одно из отверстий в пластиковой лицевой панели. Обратите внимание, что направление лицевой панели теперь инвертировано, и лицевая панель будет выступать, когда вы закончите. F. Припаяйте J1 (+) через отверстие, которое подключается к положительной шине. Припаяйте J1 (-) к шине заземления.

Шаг 11: Завершение лицевой панели

A. Нанесите немного горячего клея на щель между платой светодиода и лицевой панелью со стороны кабеля. Это придаст сборке некоторую механическую прочность.

B. Поскольку плоские батарейки вам не нужны, извлеките из стопки провод. Припаяйте этот провод к R1 (2). Этот провод будет обеспечивать питание светодиода и выходного кабеля после подключения к выходу повышающего преобразователя.

Шаг 12: Установка схемы переключателя и повышающего преобразователя

A. Снимите переключатель со стопки батарейки для монет фонарика.

B. Убедитесь, что распиновка переключателя похожа на фотографию, с проводом, припаянным к верхнему контакту SW1 (2), а к двум нижним - ни одного. Согните средний штифт SW1 (1) примерно на 45 градусов от корпуса переключателя. Вы можете закрепить нижний штифт. C. Нижняя половина корпуса имеет три пластмассовых элемента со стороны лицевой панели, которые препятствуют установке новой схемы внутрь. Обрежьте их кусачками. D. Возможно, вам понадобится нож для хобби, чтобы вырезать эти детали заподлицо с остальной частью футляра. E. Поместите переключатель в нижнюю половину корпуса в исходное положение. Убедитесь, что штифт с проводом, SW1 (2), находится ближе всего к концу лицевой панели. F. Поместите всю схему повышающего преобразователя в полость так, чтобы большой конденсатор C1 был обращен к переключателю, а два электролитических конденсатора C2 и C3 сзади. SW1 (1) должен прижиматься к отрицательной клемме C1, C1 (-). Если это не так, согните его в сторону конденсатора. Вы можете наклеить изоленту на C1 (-) за контактом SW1 (2), чтобы он не закоротил.

Шаг 13: Подключение лицевой панели и схемы повышающего преобразователя

A. Верните двигатель M1 в исходное положение в нижней половине корпуса. Вытяните провод, выходящий из двигателя - провод заземления M1 (-), - так, чтобы он касался среднего контакта переключателя SW1 (1) и отрицательной клеммы большого конденсатора C1 (-).

B. Отрежьте и зачистите провод M1 (-) до нужной длины и припаяйте провода SW1 (1) и C1 (-) вместе. Это важное соединение, поэтому убедитесь, что все три припаяны. C. Поверните корпус так, чтобы двигатель находился слева от вас, и согните катодный вывод D1, D1 (-) так, чтобы он касался открытой части положительного вывода C3, C3 (+). D. Припаяйте D1 (-) и C3 (+) вместе и обрежьте оставшуюся длину D1 (-). E. Припаяйте провод SW1 (2) к отрицательной шине лицевой панели. F. Припаяйте провод, подключенный к положительной шине лицевой панели, к положительной клемме большого конденсатора C1 (+).

Шаг 14: повторная сборка

Чтобы закончить сборку, установите лицевую панель в нижнюю половину корпуса. Кромка лицевой панели должна находиться внутри кромки корпуса, чтобы удерживать ее на месте.

Вы можете наклеить на двигатель изоленту, если считаете, что диод D1 может закоротить корпус двигателя. Верните шестерни и ручку в исходное положение. Посмотрите на фото ниже, чтобы увидеть, как они ориентированы в футляре. Положите верхнюю половину корпуса поверх нижней. Эти две части должны плотно прилегать друг к другу, если повышающий преобразователь был сделан очень близко к тому, который описан в этой инструкции. Переверните новый улучшенный блок питания и затяните четыре винта.

Шаг 15: тестирование

Переведите переключатель в сторону лицевой панели. Это позиция «Вкл.».

Держите источник питания динамо-машины в левой руке и проверните рукоятку правой рукой. Примерно два оборота в секунду - это хорошо. Вы должны столкнуться с небольшим сопротивлением - это зарядка конденсатора. Через несколько секунд напряжение станет достаточно высоким, загорится светодиод. Когда конденсатор приближается к 5 В, сопротивление падает. В этот момент конденсатор заряжен. Если у вас есть дополнительный адаптер с выводами питания для выходного кабеля, вы можете подключить его к вольтметру. Примерно в точке падения сопротивления проворачивания вы должны увидеть, что напряжение приближается и остается около 5 В. Если вы столкнулись с сопротивлением, но светодиод не горит, проверьте соединения лицевой панели. Если выходное напряжение серьезно превышает 5 В, убедитесь, что электролитические конденсаторы правильно припаяны. Если вы не встретите никакого сопротивления и оно явно не работает, возможно, где-то в цепи повышающего преобразователя произошло короткое замыкание.

Шаг 16: приложение

Я использовал динамо-источник для питания оценочной платы Luminary LM3S811, на которой написано «5V - без батареи!» на OLED-дисплей. Из-за микросхем, используемых на этой плате, она потребляет изрядный ток… около 80 мА. Следовательно, он не работает очень долго от источника питания динамо-машины до тех пор, пока не потребуется немного проворачивания, но он работает достаточно долго, чтобы на экране появился другой текст. Источник питания динамо-машины лучше всего работает с цепями, потребляющими ток в несколько мА. Цепи могут работать до 10 минут без запуска, в зависимости от их минимального рабочего напряжения.

Я также тестировал питание динамо-машины с мотором для хобби. Во время проворачивания двигатель гудел при токе 50 мА.