Carregador DIY sem fio: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste Instructable, você saberá como construir seu próprio carregador sem fio para qualquer dispositivo. COMO?

As técnicas de energia sem fio se enquadram principalmente em duas categorias, não radiativas e radiativas. Em técnicas de campo próximo ou não radiativas, a energia é transferida por campos magnéticos usando acoplamento indutivo entre bobinas de fio, ou por campos elétricos usando acoplamento capacitivo entre eletrodos de metal. O acoplamento indutivo é a tecnologia sem fio mais amplamente utilizada; suas aplicações incluem o carregamento de dispositivos portáteis como telefones e escovas de dente elétricas, etiquetas RFID e carregadores para dispositivos médicos implantáveis, como marca-passos cardíacos artificiais ou veículos elétricos.

O que é acoplamento indutivo:

No acoplamento indutivo (indução eletromagnética ou transferência de potência indutiva, IPT), a potência é transferida entre bobinas de fio por um campo magnético. As bobinas transmissora e receptora juntas formam um transformador (veja o diagrama). Uma corrente alternada (AC) através da bobina transmissora (L1) cria um campo magnético oscilante (B) pela lei de Ampère. O campo magnético passa pela bobina receptora (L2), onde induz um EMF alternado (tensão) pela lei de indução de Faraday, que cria uma corrente alternada no receptor. A corrente alternada induzida pode conduzir a carga diretamente ou ser retificada para direcionar a corrente (DC) por um retificador no receptor, que aciona a carga.

Acoplamento indutivo ressonante

De acordo com a teoria do modo acoplado proposta por Marin Soljačić no MIT, o acoplamento indutivo ressonante (acoplamento eletrodinâmico, [12] ressonância magnética fortemente acoplada) é uma forma de acoplamento indutivo em que a energia é transferida por campos magnéticos (B, verde) entre dois ressonantes circuitos (circuitos sintonizados), um no transmissor e um no receptor (veja o diagrama, à direita). Cada circuito ressonante consiste em uma bobina de fio conectada a um capacitor, ou uma bobina auto-ressonante ou outro ressonador com capacitância interna. Os dois são ajustados para ressoar na mesma frequência de ressonância. A ressonância entre as bobinas pode aumentar muito o acoplamento e a transferência de energia.

SE quiser saber mais sobre o assunto siga este link:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Etapa 1: O QUE VOCÊ PRECISA !!!!

Você precisará dos seguintes componentes para começar:

Placa Dot PCB (x1)

fio de 1 mm de espessura (7 m)

IC 7805 (x1)

IRFZ44N MOSFET (x4)

IR2110 MOSFET driver IC (x2)

555 temporizador IC (x1)

CD4049 IC (X1)

Potenciômetro de compensação 10K [103] (x1)

Resistor de 10k (x4)

Resistor de 10 OHM (x4)

Capacitor 0,1uF [104] (x5)

Capacitor 10nf [103] (x1)

Capacitor 2.2nF [222] (x1)

Capacitor 10uF [eletrolítico] (x3)

Capacitor 47uF [eletrolítico] (x1)

Capacitor 47nF [poliéster] (x2)

Terminais de parafuso

Díodo Schotky IN5819 (x6)

Conector mini USB [macho] (x1)

DC - conversor DC 5v Buck

Então, vamos começar com a construção.

Etapa 2: Enrolando as BOBINAS !!?

enrolar uma bobina em espiral perfeita é um pouco complicado. Aqui está minha maneira de enrolar a bobina. Primeiramente corte um pequeno círculo de 1 cm de diâmetro com um papelão, cole em um pedaço de papelão e faça um furo no centro. Agora, pegue o fio de 1 mm de espessura e passe-o pelo furo feito no centro (este é um pedaço extra de fio para conexões elétricas). Aplique muita cola na superfície e comece a enrolar dando a volta no círculo (a cola ajuda a segurar o enrolamento no lugar). Continue enrolando até que o número de voltas chegue a 30. Faça 2 tipos de bobinas idênticas.

Etapa 3: Faça uma avaliação:

Se você tiver um medidor LCR, pode pular esta etapa. Se você não tiver um medidor de LCR, crie um medidor de indutância a partir de um Arduino Uno e um amplificador operacional (LM339). Eu peguei este circuito no site a seguir, você pode encontrar mais informações sobre este medidor de indutância no próprio site. (O código também está disponível no próprio site)

Agora, meça a indutância das bobinas com este medidor e se você tiver todas as condições iguais às minhas, que é um fio de 1,0 mm de espessura, diâmetro interno da bobina = 1,0 cm, número de voltas = 30. você deve obter a indutância de a bobina em torno de 21,56 uH 26,08 uH por causa de um erro desconhecido. Agora, depois de obter a indutância, você deve calcular a frequência ressonante do circuito LC. Dado pela fórmula: F = 1 / (2 * pi * sq-rt (LC)) você pode usar esta calculadora online para calcular a frequência de ressonância.https://www.deephaven.co.uk/lc.htmlNo meu caso, L = 26,08 uH e C = 47 nF que dá a frequência ressonante de F = 143,75 Khz. agora, temos que construir o circuito oscilador, cuja oscilação é da frequência 143,75 Khz.

Etapa 4: O circuito do oscilador …

Existem várias maneiras de fazer um circuito oscilador. Neste circuito usaremos um CI de 555 temporizador para produzir um sinal de 143,75 Khz, mas não é suficiente para acionar o circuito LC (bobina transmissora com capacitor em série). então temos que construir um circuito de driver mosfet de ponte H para conduzir o circuito LC.https://microcontrollerslab.com/how-to-make-h-bridg… Com referência ao circuito no site acima e algumas pequenas alterações que eu tenho fez um circuito para acionar o circuito LC. Basta seguir o circuito que anexei aqui. TRABALHO: O IC do temporizador 555 no Multivibrador Astable com ciclo de trabalho de 50% produz o sinal oscilante necessário que é alimentado ao IC IR2110. A ponte H completa O circuito do driver Mosfet produzirá onda quadrada quando as entradas A = D e B = C e B (C) estiverem no estado Invertido de A (D). Portanto, um inversor IC (4049) é usado para fazer isso. Esta tensão oscilante cria uma corrente sinusoidal através da bobina transmissora que induz o campo magnético ao seu redor. Quando a bobina receptora em paralelo com um capacitor, cuja frequência ressonante igual à da bobina transmissora é colocada em seu campo magnético, a corrente é induzida. a corrente induzida é convertida em CC usando retificador de ponte e regulada para 5 V CC para carregar o móvel usando um conversor Buck.

Quem quiser fazer a versão impressa desse projeto, anexei também os arquivos do cartão Eagle, dê uma olhada.

Etapa 5: #Medida final:

Agora, depois de construir todos os circuitos de acordo com o esquema, verifique tudo e também meça tudo. Novamente se você tiver algum dispositivo para medir a frequência, então está tudo bem, se não apenas carregar o seguinte código para o Arduino Uno. endereço da web:

Meça a frequência no 3º pino do IC do temporizador 555. Enquanto mede a frequência, ajuste o potenciômetro de compensação de 10K para obter a frequência necessária (ou seja, 143,75 Khz). Agora faça uma medição multímetro dos seguintes parâmetros: Tensão de entrada [Vin] (ou seja,, verifique se é exatamente 12 V ou não). Corrente de entrada [Iin] (ou seja, corrente para o circuito da fonte de alimentação de 12 V). Tensão de saída [Vout] (ou seja, verifique se é exatamente 5 V ou não). Corrente de saída [Iout] (ou seja, corrente para o celular do conversor Buck). Cálculos: Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency (n) = Leituras de Pout / PinMy: Vin = 11,8 V; Iin = 310 mA; Vout = 5,1 V; Vin = 290 mA que dá eficiência de 40,4%

Etapa 6: #O gabinete

Reciclei uma caixa de celular velha como o invólucro, como você pode ver na imagem. Uma vez feito isso, você pode carregar o celular ou qualquer dispositivo que requeira 5 volts, a corrente de carga é de 300 mA. (O que é um pouco lento para celulares). A potência de saída pode ser aumentada ainda mais, mas a eficiência diminuirá. Como você pode ver, conectei um conector mini USB na saída do conversor Buck. Isso pode ser conectado a qualquer dispositivo e pode ser carregado sem fio.

Passo 7: Momento da Verdade !!

POR QUE TÃO INEFICIENTE:

Como você pode notar a eficiência disso é muito baixa, mas por quê? É devido ao acoplamento de ar deficiente, efeito de pele e erro na indutância da bobina enrolada manual e a frequência do próprio circuito do oscilador não é estável.

então, como podemos superar esses problemas ?? Bem, podemos utilizar um tipo especial de fio chamado LITZ WIRE para superar o efeito de pele. O efeito pelo qual a corrente passa apenas por uma certa profundidade do condutor em alta frequência é conhecido como efeito de pele. Também podemos usar a base de ferrite para aumentar a indutância e aumentar o acoplamento de duas bobinas de forma eficaz. Claro que existem muitas bobinas em lojas online com os requisitos acima que podem ser usados para aumentar a eficiência do carregador sem fio.

Se você quiser construir isso para fins de demonstração, as bobinas acima são suficientes. Mas, se você quiser usar isso para fins diários, eu sugiro que você compre um online.

Se você gostou deste projeto e o achou informativo e útil, por favor, vote no meu projeto.

Obrigada.