Cargador inalámbrico DIY: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En este Instructable, sabrá cómo construir su propio cargador inalámbrico para cualquier dispositivo. ¿CÓMO?

Las técnicas de energía inalámbrica se dividen principalmente en dos categorías, no radiantes y radiativas. En las técnicas de campo cercano o no radiativas, la energía se transfiere mediante campos magnéticos utilizando un acoplamiento inductivo entre bobinas de alambre, o mediante campos eléctricos utilizando un acoplamiento capacitivo entre electrodos metálicos. El acoplamiento inductivo es la tecnología inalámbrica más utilizada; sus aplicaciones incluyen la carga de dispositivos portátiles como teléfonos y cepillos de dientes eléctricos, etiquetas RFID y cargadores para dispositivos médicos implantables como marcapasos cardíacos artificiales o vehículos eléctricos.

¿Qué es el acoplamiento inductivo?

En el acoplamiento inductivo (inducción electromagnética o transferencia de potencia inductiva, IPT), la potencia se transfiere entre bobinas de alambre mediante un campo magnético. Las bobinas del transmisor y el receptor juntas forman un transformador (ver diagrama). Una corriente alterna (CA) a través de la bobina del transmisor (L1) crea un campo magnético oscilante (B) según la ley de Ampere. El campo magnético pasa a través de la bobina receptora (L2), donde induce un EMF (voltaje) alterno por la ley de inducción de Faraday, que crea una corriente alterna en el receptor. La corriente alterna inducida puede conducir la carga directamente o rectificarse. a corriente continua (CC) mediante un rectificador en el receptor, que impulsa la carga.

Acoplamiento inductivo resonante

De acuerdo con la teoría del modo acoplado propuesta por Marin Soljačić en el MIT, el acoplamiento inductivo resonante (acoplamiento electrodinámico, [12] resonancia magnética fuertemente acoplada) es una forma de acoplamiento inductivo en el que la energía se transfiere por campos magnéticos (B, verde) entre dos resonantes circuitos (circuitos sintonizados), uno en el transmisor y otro en el receptor (ver diagrama a la derecha). Cada circuito resonante consta de una bobina de cable conectada a un condensador, o una bobina autorresonante u otro resonador con capacitancia interna. Los dos están sintonizados para resonar en la misma frecuencia de resonancia. La resonancia entre las bobinas puede aumentar considerablemente el acoplamiento y la transferencia de potencia.

SI quieres saber más sobre el tema sigue este enlace:

en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_trans…

Paso 1: ¡¡¡¡¡LO QUE NECESITARÁS !!!!

Para empezar, necesitará los siguientes componentes:

Placa PCB de puntos (x1)

alambre de 1 mm de espesor (7 m)

IC 7805 (x1)

MOSFET IRFZ44N (x4)

IC del controlador IR2110 MOSFET (x2)

555 temporizador IC (x1)

CD4049 IC (X1)

Potenciómetro de 10K [103] (x1)

Resistencia de 10k (x4)

Resistencia de 10 ohmios (x4)

Condensador de 0.1uF [104] (x5)

Condensador de 10 nf [103] (x1)

Condensador de 2,2 nF [222] (x1)

Condensador 10uF [electrolítico] (x3)

Condensador 47uF [electrolítico] (x1)

Condensador de 47nF [poliéster] (x2)

Terminales de tornillo

Diodo Schotky IN5819 (x6)

Conector mini USB [macho] (x1)

Convertidor DC - DC 5v Buck

Así que comencemos con la compilación.

Paso 2: ¿¡¡Bobinado de las BOBINAS !!?

enrollar una bobina en espiral perfecta es un poco complicado. Esta es mi forma de enrollar la bobina. En primer lugar cortar un pequeño círculo de 1 cm de diámetro con un cartón, pegarlo a un trozo de cartón y hacer un agujero en el centro, ahora coger el alambre de 1 mm de grosor y pasarlo por el agujero que se hace en el centro (este es un trozo de cable adicional para las conexiones eléctricas). Aplique mucho pegamento en la superficie y comience a enrollar dando la vuelta al círculo (el pegamento ayuda a mantener el enrollamiento en su lugar). Siga enrollando hasta que el número de vueltas sea 30. Haga 2 tipos de bobinas idénticas.

Paso 3: tome una medida:

Si tiene un medidor LCR, puede omitir este paso. Si no tiene un medidor LCR, construya un medidor de inductancia a partir de un Arduino Uno y un amplificador operacional (LM339). He tomado este circuito del siguiente sitio web, puede encontrar más información sobre este medidor de inductancia en el propio sitio web (el código también está disponible en el sitio web)

Ahora, mida la inductancia de las bobinas con este medidor y si tiene todas las condiciones iguales a las mías, que es un cable de 1.0 mm de grosor, diámetro interno de la bobina = 1.0 cm, número de vueltas = 30, debe obtener la inductancia de la bobina alrededor de 21.56 uH 26.08 uH debido a un error desconocido. Ahora, después de obtener la inductancia, debe calcular la frecuencia de resonancia del circuito LC. Dado por la fórmula: F = 1 / (2 * pi * sq-rt (LC)) puede usar esta calculadora en línea para calcular la frecuencia de resonancia. https://www.deephaven.co.uk/lc.html En mi caso, L = 26.08 uH y C = 47 nF, lo que da la frecuencia de resonancia de F = 143.75 Khz. ahora, tenemos que construir el circuito oscilador, cuya oscilación es de la frecuencia 143,75 Khz.

Paso 4: El circuito del oscilador …

Hay muchas formas de hacer un circuito oscilador. En este circuito usaremos un IC temporizador 555 para producir una señal de 143.75 Khz pero no es suficiente para impulsar el circuito LC (bobina transmisora con capacitor en serie). así que tenemos que construir un circuito de controlador mosfet puente H para conducir el circuito LC. https://microcontrollerslab.com/how-to-make-h-bridg … Con referencia al circuito en el sitio web anterior y algunos cambios menores que tengo hizo un circuito para impulsar el circuito LC. Simplemente siga el circuito que he adjuntado aquí. FUNCIONAMIENTO: El IC temporizador 555 en multivibrador Astable con un ciclo de trabajo del 50% produce la señal oscilante requerida que se alimenta al IC IR2110. El circuito del controlador Mosfet generará una onda cuadrada cuando las entradas A = D y B = C y B (C) estén en el estado Invertido de A (D). Por lo tanto, se utiliza un inversor IC (4049) para lograr esto. Este voltaje oscilante crea una corriente sinusoidal a través de la bobina del transmisor que induce un campo magnético a su alrededor cuando se induce la bobina del receptor en paralelo con un condensador, cuya frecuencia de resonancia igual a la de la bobina del transmisor se coloca en su campo magnético. La corriente inducida se convierte a CC mediante un puente rectificador y se regula a 5 V CC para cargar el móvil mediante un convertidor reductor.

Aquellos que quieran hacer la versión impresa de este proyecto, he adjuntado también los archivos del tablero Eagle, compruébalo.

Paso 5: # Medida final:

Ahora, después de construir todos los circuitos de acuerdo con el esquema, verifique todo y también mida todo. De nuevo, si tiene algún dispositivo para medir la frecuencia, está bien, si no, simplemente cargue el siguiente código en Arduino Uno. dirección web:

Mida la frecuencia en el tercer pin del IC del temporizador 555. Mientras mide la frecuencia, ajuste el potenciómetro de ajuste de 10K para obtener la frecuencia requerida (es decir, 143,75 Khz). Ahora tome un multímetro para medir los siguientes parámetros: Voltaje de entrada [Vin] (es decir,, compruebe si es exactamente 12 V o no). Corriente de entrada [Iin] (es decir, corriente al circuito desde la fuente de alimentación de 12 V). Voltaje de salida [Vout] (es decir, verifique si es exactamente 5 V o no). Corriente de salida [Iout] (es decir, corriente al móvil desde el convertidor reductor). Cálculos: Pin = Vin * IinPout = Vout * IoutEfficiency (n) = Pout / Pin Mis lecturas: Vin = 11,8 V; Iin = 310 mA; Vout = 5,1 V; Vin = 290 mA que da una eficiencia del 40,4%

Paso 6: # El recinto

He reciclado una vieja caja de móvil como cerramiento como puedes ver en la imagen. Una vez hecho, puedes cargar el móvil o cualquier dispositivo que requiera 5 voltios, la corriente de carga es de 300 mA. (Que es un poco lento para móviles). La potencia de salida se puede aumentar aún más, pero la eficiencia disminuirá. Como puede ver, he conectado un conector mini USB en la salida del convertidor reductor. Esto se puede conectar a cualquier dispositivo y se puede cargar de forma inalámbrica.

Paso 7: ¡Momento de la verdad

POR QUÉ TAN INEFICIENTE:

Como puede notar, la eficiencia de esto es muy baja, pero ¿por qué? Se debe a un acoplamiento de aire deficiente, al efecto de piel y al error en la inductancia de la bobina enrollada a mano y la frecuencia del circuito del oscilador en sí no es estable.

Entonces, ¿cómo superamos estos problemas? Bueno, podemos utilizar un tipo especial de alambre llamado LITZ WIRE para superar el efecto de la piel. El efecto por el cual la corriente pasa solo a través de una cierta profundidad del conductor a alta frecuencia se conoce como efecto piel. También podemos usar la base de ferrita para aumentar la inductancia y aumentar el acoplamiento de dos bobinas de manera efectiva. Por supuesto, hay muchas bobinas en las tiendas en línea con los requisitos anteriores que se pueden utilizar para aumentar la eficiencia del cargador inalámbrico.

Si desea construir esto con fines de demostración, las bobinas anteriores son suficientes. Pero, si desea utilizar esto para cualquier propósito diario, le sugiero que compre uno en línea.

Si le gusta este proyecto y lo encontró informativo y útil, por favor vote por mi proyecto.

Gracias.