Energía de proyecto de 5 voltios sin batería: 16 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

¡Ahora puede tener una fuente de alimentación regulada constantemente al alcance de su mano SIN baterías para reemplazar o recargar! Este Instructable le muestra cómo modificar una linterna dinamo de llavero en un suministro medio delgado que puede reemplazar las baterías para cualquier proyecto que requiera energía rápida de corriente continua de 5 voltios (5 V CC).

Si incluso ha incluido lógica digital, chips analógicos o un microcontrolador en un proyecto, es muy probable que haya tenido que encontrar una manera de proporcionar 5 V CC a su circuito. Hay pocas fuentes primarias de 5V, por lo que puede usar una verruga de pared para convertir la energía de CA (lo que obviamente limita dónde puede llevar su nuevo dispositivo) o puede dedicar más tiempo a construir un circuito regulador para obtener múltiples baterías de 1.5V a lo necesario. Voltaje. Estas soluciones son necesarias para algunos circuitos, pero para dispositivos más pequeños, ¿no sería bueno tener un suministro siempre listo para poder trabajar directamente en otros aspectos del proyecto? Al agregar algunos componentes electrónicos a una linterna dinamo ampliamente disponible, puede alimentar dispositivos pequeños durante períodos cortos sin gastar enchufes ni baterías. La dínamo mejorada es ideal para el banco de trabajo o para mostrar nuevos proyectos en cualquier lugar. Este Instructable cubre cómo ensamblar e instalar un convertidor DC-DC elevador que convierte el voltaje bajo variable del generador de la dínamo del llavero en 5V constantes. El circuito elevador carga un condensador grande que proporciona almacenamiento de energía y algo de energía incluso cuando la dínamo no está girando. Siguiendo los pasos de este Instructable, puede lograr todo esto sin fabricar una placa de circuito especial o usar componentes de montaje en superficie difíciles de soldar. Para colocar las partes electrónicas dentro de la caja del llavero se requiere algo de origami de circuito, pero después de aproximadamente una hora de retoques, tendrá un dispositivo ordenado que puede generar hasta 50 miliamperios de corriente a 5 V CC constantes mientras se devanan y milivatios de potencia durante minutos después. !

Paso 1: cómo funciona

Generador eléctrico La corriente que fluye hacia un motor crea un campo magnético en bobinas unidas al eje, que gira en presencia de un campo magnético de imanes fijos. Cuando un motor funciona en reversa (la potencia se aplica girando el eje) se induce un voltaje en la bobina. La ley de Faraday dice que este voltaje es proporcional a la velocidad a la que cambia el campo magnético en la bobina. Por lo tanto, cuanto más rápido se gira el eje, mayor es el voltaje. Relaciones de engranajes Se utilizan una serie de engranajes dentro del llavero para que el generador gire lo más rápido posible. Cuando se gira la manivela, se ponen en movimiento tres engranajes rectos compuestos. La mitad de cada engranaje compuesto tiene un radio pequeño y la otra mitad tiene un radio grande. Cuando se gira el radio pequeño, los dientes en el borde del radio más grande cambian de ubicación a una velocidad proporcionalmente más rápida. Al conectar en cascada estos engranajes compuestos, la velocidad de arranque se puede multiplicar varias veces y el eje del generador se puede girar mucho más rápido de lo que podría hacerlo un humano. La necesidad del convertidor elevador y el condensador de almacenamiento La relación de transmisión del llavero puede generar unos pocos voltios con arranque razonable, pero el voltaje no es lo suficientemente alto para alcanzar los 5 V. Este voltaje también varía rápidamente según la velocidad de rotación del eje. Para obtener una salida constante de 5 V, se necesita un convertidor elevador. El circuito integrado específico elegido, el MAX756, puede convertir voltajes tan bajos como 0,7 V en 5 V y viene en un práctico paquete de 8 pines. El circuito de aumento se basa en el circuito de aplicación en la hoja de datos del MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfAunque se anuncia que estas linternas dinamo llavero no necesitan baterías, parecen tener tres baterías del tamaño de una moneda en su interior. El generador está soldado a esta pila de baterías de monedas en un circuito de carga algo tosco. Sin embargo, no creo que estas baterías estén destinadas a ser recargables y tienden a agotarse rápidamente después de la descarga inicial. Este Instructable reemplaza esta pila de monedas con un condensador grande que se puede recargar con más frecuencia y es más eficiente. Vea el esquema para el diseño de todo el circuito. Los componentes específicos fueron elegidos para facilitar la soldadura manual y, al mismo tiempo, eran los tamaños más pequeños que aún estaban clasificados para los voltajes en el circuito. Nota: La hoja de datos del MAX756 tiene C3 como un capacitor de 150 uF. Los condensadores de 150 uF que encontré eran mucho más grandes físicamente que los de 100 uF y no cabían en el llavero pequeño. Por lo tanto, reemplacé C3 con un condensador de 100 uF y parece funcionar bien.

Paso 2: Piezas y herramientas

Piezas del convertidor elevador Las piezas para el circuito elevador se pueden obtener de un distribuidor de electrónica como Digikey. U1 - MAX756 Convertidor CC-CC elevador de 3,3 V / 5 V, paquete DIP de 8 pines [Digikey # MAX756CPA + -ND] C1 - 0,33 F condensador de 5,5 V, paquete de monedas [Digikey # 604-1024-ND] C2, C3 - condensador electrolítico de aluminio de 100 uF 6,3 V, mini radial [Digikey # P803-ND] C4 - 0,1 uF 25 V de cerámica condensador de uso general, orificio pasante [Digikey # BC1148CT-ND] L1 - Reactancia de RF de 22 uH, axial [Digikey # M8138CT-ND] R1 - 1k, 1 / 4W resistencia de película de carbono de uso general, axial [Digikey # 1.0KQBK -ND] D2 - Diodo Schottky de 1A 20V, axial [Digikey # 1N5817GOS-ND] D3 - Si no puede reciclar los LED originales de la linterna porque los cables se cortaron demasiado, puede usar cualquier LED de 2 mA, redondo T1 3 mm [p. ej. Digikey # 475-1402-ND] Linterna de llavero DynamoUtilicé una linterna LED de llavero dinamo que estaba marcada como AIDvantage y fabricada por LTA, Inc. (artículo # 02119) para este proyecto. Hay una variedad de linternas de estos tamaños en el mercado fabricadas por diferentes fabricantes; las he visto en tiendas de comestibles (Giant en la costa este) y tiendas de computadoras (Microcenter). Puede encontrarlos en línea buscando en Google: dynamo keychain flashlight. Por lo general, cuestan menos de $ 5. Descubrí que hay algunas variaciones menores entre las linternas fabricadas por diferentes fabricantes. Una linterna que obtuve en Microcenter no tenía una placa de circuito para los LED; los LED simplemente se soldaron directamente a la batería. Esta placa de circuito LED es buena pero no es necesaria. Si encuentra que no hay una placa de circuito separada para los LED, puede soldar los respectivos cables positivo y negativo del combo LED + resistencia y el cable de salida juntos. Un poco de pegamento caliente dentro de la placa frontal cerca del LED y el cable de salida puede darle al ensamblaje algo de resistencia mecánica. La otra variación fue que los cables del interruptor en esta versión también se soldaron de manera ligeramente diferente a la batería. De lo contrario, era prácticamente idéntico. Cable de salida Usé un cable USB A macho a mini-B USB macho extraído de un reproductor MP3 muerto como cable de salida. Elegí este cable porque la entrada mini-USB es común para circuitos pequeños. Dado que hay 4 conexiones dentro de este cable, debe averiguar qué cables son los conductores positivo y negativo. Sin embargo, puede utilizar cualquier tipo de cable de salida que desee si conoce la polaridad. Para probar el circuito, probablemente también querrá tener disponible el conector complementario para el adaptador de salida. Desoldeé el receptáculo mini-B del reproductor MP3 muerto y conecté los cables rojo y negro a los pines de alimentación de 5V y de tierra, respectivamente. Herramientas Necesitará las siguientes herramientas para construir y probar la dínamo modificada: - pelacables - soldadura hierro, soldadura y fundente (este Instructable asume que ha soldado antes) - voltímetro y cables de prueba - destornillador Phillips pequeño (para abrir la caja de la linterna) - cinta aislante - cortadores de alambre pequeños - alicates pequeños - pinzas (opcional, pero recomendado) - tornillo de banco de brazos ajustables, herramienta de tercera mano (opcional, pero recomendado) - destornillador pequeño de punta plana (opcional, pero recomendado) - pistola de pegamento caliente (opcional, pero recomendado) - cuchillo de hobby (opcional, pero recomendado) recomendado)

Paso 3: Origami de circuito: MAX756 y condensador de almacenamiento

A. Identifique los 8 pines del MAX756 y oriente el chip con el pin 1 en la parte inferior izquierda.

B. Dar la vuelta al chip (es decir, girar 180 grados a través del eje largo) y sujetar las clavijas 4 y 5. Estas clavijas van a la función de indicador de batería baja del MAX756 y no se utilizan en este Instructable. Puede modificar el circuito y usar estos pines para determinar cuándo el voltaje en el condensador de almacenamiento (C1) es bajo. Da la vuelta al condensador de almacenamiento para que el pin negativo quede a la izquierda. C. Coloque el MAX756 en el condensador de almacenamiento de modo que el chip esté aproximadamente entre los pines C1 negativo (-) y C1 positivo (+) del condensador de almacenamiento. D. Doble los pines del condensador de almacenamiento hacia el MAX756 como para sujetar el chip en su lugar. Doble los pines 2 y 7 del MAX756 para que casi toquen el pin negativo C1 (-) del condensador de almacenamiento. Doble el pin 6 de modo que casi toque el pin positivo C1 (+) del condensador de almacenamiento. E. Suelde C1 (-) y los pines 2 y 7 del MAX756. Luego suelde C1 (+) y el pin 6 en el MAX756. F. Por último, corte un pequeño trozo de cinta aislante aproximadamente del tamaño de la altura y el ancho del MAX756. Utilice esta pieza para cubrir las uniones soldadas en E.

Paso 4: Origami del circuito: inductor, condensador de referencia, diodo Schottky

A. Coloque el inductor L1 contra los pines 1 y 8 del MAX756. Presione los cables L1 contra los pines MAX756 para que el componente esté lo más cerca posible del cuerpo del chip.

B. Suelde L1 a las clavijas 1 y 8 y sujete la longitud restante del cable L1. C. Coloque el condensador cerámico C4 de modo que un cable toque el pin 3 del MAX756 y el otro presione contra una parte expuesta del pin 2, que ahora se encuentra principalmente debajo de la cinta aislante. D. Suelde C4 a las clavijas 2 y 3 y sujete la longitud restante del cable C4. E. Mirando al MAX756 con el pin 1 en la esquina superior izquierda, coloque el diodo Schottky D2 en el borde creado por el condensador C1 grande. Doble el pin del cátodo D2 D2 (-), identificado con una banda, alrededor del cuerpo del MAX756 de modo que toque el terminal positivo de C1, C1 (+). Doble el ánodo D2 D2 (+) hacia arriba de modo que toque el pin 8 del MAX756. F. Suelde las clavijas D2 al MAX756 y recorte la longitud restante del cable. Recorte las clavijas 8 y 3.

Paso 5: Origami de circuito: condensadores electrolíticos, parte 1

A. Coloque los condensadores electrolíticos C2 y C3 en sus extremos de modo que los terminales negativos, C2 (-) y C3 (-), estén uno al lado del otro.

B. Doble C3 (-) alrededor de C2 (-). C. Suelde los dos cables negativos juntos cerca de C2. Esto creará un cable de tierra para los dos condensadores. Asegúrese de no soldar accidentalmente el terminal positivo de C2. Recorte la longitud restante de C2 (-). D. Gire los condensadores hacia usted. Doble C3 (-) en el canal creado entre los dos condensadores. Cerca del final de los condensadores, doble la longitud restante 90 grados como si estuviera creando un pie para los dos condensadores. E. Con C1 (-) hacia usted, coloque C2 y C3 en el lado izquierdo y meta el pie C3 (-) entre el terminal C1 (-) y el cuerpo C1. F. Suelde C3 (-) a C1 (-). Está atando los pines de tierra de C2, C3 y C1 juntos.

Paso 6: Origami de circuito: condensadores electrolíticos, parte 2

A. Doble el terminal positivo de C3, C3 (+) hacia el pin 1 en el MAX756 para que esté dentro de los pines 1 y 2.

B. Suelde C3 (+) al pin 1 del MAX756. Recorte la longitud restante del pasador 1. C. Gire el conjunto de modo que descanse sobre el cable negativo de C1, C1 (-). Corta una tira de cinta aislante que sea más estrecha que el ancho de los condensadores C2 y C3 juntos y aproximadamente el doble de largo. Coloque esta cinta aislante entre C1 y C2 / C3 de modo que cubra las clavijas de tierra C2 / C3. Esto evitará que C2 (+) toque accidentalmente y cortocircuite a tierra. E. Doble C2 (+) 90 grados para que quede sobre la junta de soldadura C2 / C3. Luego dóblelo 90 grados hacia el terminal C1 (+). F. Suelde C2 (+) a C1 (+) y recorte la longitud restante.

Paso 7: hacer el cable de salida

El proceso para hacer el cable de salida depende del adaptador que elija para sus proyectos. Este paso cubre cómo incorporar un cable USB mini-B macho, ya que es un formato de enchufe de alimentación común. Usé un cable que provenía de un reproductor MP3 inactivo y tenía extremos USB-A macho y mini-B macho.

Corte el cable a unas 5 pulgadas de la punta del extremo mini-B. Pele el extremo USB-A y los 4 cables del interior. Para determinar qué cables son el positivo y el de tierra, conecte el USB-A a un conector USB con alimentación. Pruebe las combinaciones de cables con un voltímetro; si hay cables rojo y negro, probablemente proporcionen energía positiva y tierra, respectivamente. Pele el aislante exterior en el extremo mini-B aproximadamente 1/4 de pulgada. Una vez que sepa qué cables son positivos y de tierra, J1 (+) y J1 (-), pele estos cables en el extremo mini-B y recorte los dos cables restantes.

Paso 8: desmontaje de la linterna

A. Utilice un destornillador Phillips en los cuatro tornillos para desmontar la linterna.

B. La linterna debe separarse fácilmente. Identifique qué partes son la parte superior de la caja, la parte inferior de la caja y la placa frontal. C. Saque la electrónica. D. Sujete los dos cables cerca de la placa frontal. Usarás el cable que está soldado al interruptor, así que mantén ese cable el mayor tiempo posible. Luego, sujete el cable y el extremo del diodo D1 (el extremo negativo del cátodo está marcado con una línea negra) cerca de las baterías de moneda apiladas para que las longitudes del cable y del diodo que se extienden desde el motor M1 sean lo más largas posible.

Paso 9: preparación de la placa frontal

Nota: no todas las linternas de llavero dinamo tienen una placa de circuito LED. Si el suyo no lo hace, puede omitir este paso.

A. Coloque un destornillador de punta plana entre el plástico de la placa frontal y la placa de circuito LED. B. Gire el destornillador. La placa frontal y la placa de circuito LED deberían romperse. C. Busque la protuberancia en la placa frontal de plástico. D. Clip de la protuberancia con un cortador de alambre. E. El lado de la protuberancia se enfrentará hacia afuera en la nueva dínamo. F. Desoldar los LED de la placa de circuito de LED. Intente extraer los LED intactos y deje los agujeros abiertos para futuros pines.

Paso 10: Hacer la placa frontal

R. Si su placa de circuito LED es similar a la del diagrama, oriente el LED D3 de modo que la clavija del cátodo D3 (-) entre en el orificio opuesto al extremo plano del contorno blanco redondo del LED1.

B. Doble el ánodo D3 D3 (+) 90 grados e inserte D3 (-) en el orificio de la placa de circuito LED. C. Recorte D3 (+) después del doblez para que tenga menos de 1/8 de pulgada de largo. Enganche un cable de la resistencia R1 de 1k ohmios para que también tenga aproximadamente 1/8 de pulgada de largo. Pase el extremo largo de R1, R1 (2), a través del orificio en la placa de circuito LED y suelde los extremos cortos de R1 y D3 (+) juntos. D. Dé la vuelta a la placa de circuito LED. Suelde R1 (2) al orificio desocupado por D3 (+) y recorte la longitud restante. La tira de cobre R1 (2) ahora soldada es el bus positivo. E. Vuelva a dar la vuelta a la placa de circuito LED. Pase el cable de salida a través de uno de los orificios de la placa frontal de plástico. Tenga en cuenta que la dirección de la placa frontal ahora está invertida y la placa frontal sobresaldrá cuando haya terminado. F. Suelde el J1 (+) a través del orificio que se conecta al bus positivo. Suelde J1 (-) al bus de tierra.

Paso 11: completar la placa frontal

A. Aplique un poco de pegamento caliente en la grieta entre la placa de circuito LED y la placa frontal en el lado del cable. Esto le dará al ensamblaje cierta resistencia mecánica.

B. Dado que no necesita las pilas de botón, desolde un cable de la pila. Suelde este cable a R1 (2). Este cable proporcionará energía al LED y al cable de salida después de conectarse a la salida del convertidor elevador.

Paso 12: Instalación del interruptor y el circuito del convertidor elevador

A. Desolde el interruptor de la pila de pilas de moneda de la linterna.

B. Asegúrese de que la disposición de los pines del interruptor sea similar a la foto, con un cable soldado al pin superior SW1 (2) y ninguno en los dos inferiores. Doble el pasador intermedio SW1 (1) a unos 45 grados del cuerpo del interruptor. Puede recortar el pasador inferior. C. La mitad inferior de la caja tiene tres características de plástico en el lado de la placa frontal que evitarían que el nuevo circuito encaje en el interior. Córtelos con un cortador de alambre. D. Es posible que deba usar un cuchillo de aficionado para cortar estas características al ras con el resto de la caja. E. Coloque el interruptor en la mitad inferior de la caja en su ubicación original. Asegúrese de que la clavija con el cable, SW1 (2), esté más cerca del extremo de la placa frontal. F. Coloque todo el circuito del convertidor elevador en la cavidad, con el condensador grande C1 orientado hacia el interruptor y los dos condensadores electrolíticos C2 y C3 en la parte posterior. SW1 (1) debe presionar contra el terminal negativo de C1, C1 (-). Si no es así, dóblelo hacia el condensador. Es posible que desee colocar un poco de cinta aislante en C1 (-) detrás del pin SW1 (2) para que no se produzca un cortocircuito.

Paso 13: Conexión de la placa frontal y el circuito del convertidor elevador

A. Vuelva a colocar el motor M1 en su ubicación original en la mitad inferior de la carcasa. Extienda el cable que sale del motor, el cable de tierra M1 (-), de modo que toque el pin central del interruptor, SW1 (1), y el terminal negativo del condensador grande, C1 (-).

B. Corte y pele el cable M1 (-) a la longitud adecuada y suelde el cable, SW1 (1) y C1 (-) juntos. Esta es una conexión importante, así que asegúrese de que las tres estén soldadas. C. Gire la caja de modo que el motor esté a su izquierda y doble el cable del cátodo de D1, D1 (-), de modo que toque una parte expuesta del terminal positivo de C3, C3 (+). D. Suelde D1 (-) y C3 (+) juntos y recorte la longitud restante de D1 (-). E. Suelde el cable SW1 (2) al bus negativo de la placa frontal. F. Suelde el cable conectado al bus positivo de la placa frontal al terminal positivo del condensador grande, C1 (+).

Paso 14: reensamblaje

Para finalizar el montaje, coloque la placa frontal dentro de la mitad inferior de la carcasa. El borde de la placa frontal debe estar dentro del borde de la carcasa para mantenerlo en su lugar.

Es posible que desee colocar cinta aislante en el motor si cree que el diodo D1 corre el riesgo de provocar un cortocircuito en la carcasa del motor. Vuelva a colocar los engranajes y la manija en sus posiciones originales. Consulte la foto de abajo para ver cómo están orientadas en el estuche. Coloque la mitad superior de la caja sobre la mitad inferior. Las dos partes deben encajar estrechamente entre sí si el convertidor elevador se hizo bastante parecido al de este Instructable. Dé la vuelta a la nueva y mejorada fuente de alimentación y apriete los cuatro tornillos.

Paso 15: Prueba

Mueva el interruptor hacia la placa frontal. Esa es la posición de encendido.

Sostenga la fuente de alimentación de la dínamo con la mano izquierda y haga girar el mango con la mano derecha. Alrededor de dos rotaciones por segundo es bueno. Debería encontrar un poco de resistencia, esa es la carga del condensador. Después de unos segundos, el voltaje será lo suficientemente alto como para encender el LED. A medida que el condensador se acerca a 5 V, la resistencia caerá. En ese punto, el condensador está cargado. Si tiene un adaptador complementario con cables de alimentación para su cable de salida, puede conectarlo a un voltímetro. Alrededor del punto donde cae la resistencia de arranque, debería ver que el voltaje se acerca y permanece cerca de 5V. Si encuentra resistencia pero el LED no se enciende, verifique las conexiones de la placa frontal. Si el voltaje de salida supera seriamente los 5 V, asegúrese de que los condensadores electrolíticos estén correctamente soldados. Si no encuentra ninguna resistencia y claramente no funciona, es posible que haya un cortocircuito en algún lugar del circuito del convertidor elevador.

Paso 16: Aplicación

Usé la fuente de dínamo para alimentar una placa de evaluación Luminary LM3S811 que imprime "5V - ¡sin batería!" a una pantalla OLED. Debido a los chips utilizados en esta placa, consume una buena cantidad de corriente … alrededor de 80 mA. En consecuencia, no funciona por mucho tiempo con la fuente de alimentación de la dinamo hasta que necesite un poco de arranque, pero funciona lo suficiente como para mostrar un texto diferente en la pantalla. La fuente de alimentación de la dínamo funcionará mejor con circuitos que consuman algunos mA de corriente. Los circuitos pueden funcionar por hasta 10 minutos sin arrancar, dependiendo de su voltaje de operación mínimo.

También probé el suministro de dínamo con un motor de hobby. Mientras arrancaba, el motor zumbaba junto con 50 mA de corriente.