Prosty obwód bezprzewodowej transmisji mocy świecący diodą LED

Koncepcja bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej nie jest nowa. Po raz pierwszy zademonstrował to Nikola Tesla w roku 1890. Nikola Tesla wprowadził indukcję elektrodynamiczną lub rezonansowe sprzężenie indukcyjne, zapalając trzy żarówki z odległości 60 stóp od źródła zasilania. Zbudowaliśmy również cewkę Mini Tesla do przesyłania energii.

Bezprzewodowy transfer energii elektrycznej (WET) to proces dostarczania energii przez szczelinę powietrzną bez użycia jakichkolwiek przewodów lub fizycznego łącza. W tym systemie bezprzewodowym, nadajnik generuje zmienne w czasie lub o wysokiej częstotliwości pole elektromagnetyczne, które przesyła moc do odbiornika bez fizycznego połączenia. Odbiornik pobiera energię z pola magnetycznego i dostarcza ją do obciążenia elektrycznego. Dlatego, aby przekształcić energię elektryczną w pole elektromagnetyczne, dwie cewki są używane jako cewka nadajnika i cewka odbiornika. Cewka nadajnika jest zasilana prądem przemiennym i wytwarza pole magnetyczne, które jest następnie przetwarzane na użyteczne napięcie na cewce odbiornika.

W tym projekcie zbudujemy podstawowy obwód nadajnika bezprzewodowego o niskiej mocy, który będzie świecił diodą LED.

Wymagane składniki

1. Tranzystor BC 549
2. DOPROWADZIŁO
3. Płyty do krojenia chleba
4. Podłącz przewody
5. Rezystory 1,2k
6. Druty miedziane
7. Bateria 1,5 V.

Schemat obwodu

Schemat bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej w celu zaświecenia diody LED jest prosty i można go zobaczyć na poniższym obrazku. Składa się z dwóch części, nadajnika i odbiornika.

Po stronie nadajnika cewki są połączone w poprzek kolektora tranzystora, 17 zwojów po obu stronach. Odbiornik jest zbudowany z trzech elementów - tranzystora, rezystora i cewki indukcyjnej z rdzeniem powietrznym z odczepem środkowym lub cewki miedzianej. Strona odbiornika ma diodę LED połączoną z 34 zwojami miedzianej cewki.

Budowa obwodu bezprzewodowego przesyłania mocy

Tutaj zastosowanym tranzystorem jest tranzystor NPN, można tutaj zastosować dowolny podstawowy tranzystor NPN, taki jak BC547.

Cewka jest kluczową częścią bezprzewodowego przesyłu energii i powinna być starannie zbudowana. W tym projekcie cewki są wykonane z drutu miedzianego o gramaturze 29AWG. Cewka z gwintem centralnym jest wykonywana po stronie przetwornika. jest używana i do nawijania cewki wymagana jest cylindryczna owijka cewki, taka jak rura PVC.

W przypadku nadajnika nawiń przewód do 17 zwojów, następnie pętlę do podłączenia środkowego zaczepu i ponownie wykonaj 17 zwojów cewki. A dla odbiornika wykonaj 34 zwoje uzwojenia cewki bez środkowego zaczepu.

Działanie bezprzewodowego obwodu przesyłu energii elektrycznej

Oba obwody są zbudowane na płytce stykowej i zasilane baterią 1,5 V. Obwodu nie można używać z zasilaniem większym niż 1,5 V, ponieważ tranzystor może się nagrzewać, powodując nadmierne rozpraszanie mocy. Jednak w celu uzyskania większej mocy potrzebne są dodatkowe obwody sterujące.

Ta bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej oparta jest na technice sprzężenia indukcyjnego. Obwód składa się z dwóch części - nadajnika i odbiornika.

W sekcji nadajnika tranzystor generuje prąd przemienny o wysokiej częstotliwości na cewce, a cewka wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Gdy cewka jest dociskana do środka, obie strony cewki zaczynają się ładować. Jedna strona cewki jest podłączona do rezystora, a druga strona jest podłączona do zacisku kolektora tranzystora NPN. Podczas ładowania rezystor bazowy zaczyna przewodzić, co ostatecznie włącza tranzystor. Tranzystor następnie rozładowuje cewkę indukcyjną, gdy emiter jest połączony z masą. To ładowanie i rozładowywanie cewki indukcyjnej wytwarza sygnał oscylacyjny o bardzo wysokiej częstotliwości, który jest dalej przesyłany jako pole magnetyczne.

Po stronie odbiornika to pole magnetyczne jest przenoszone do drugiej cewki, a zgodnie z prawem indukcji Faradaya cewka odbiornika zaczyna wytwarzać napięcie elektromagnetyczne, które jest następnie wykorzystywane do zapalania diody LED.

Obwód jest testowany na płytce stykowej z diodą LED podłączoną do odbiornika. Szczegółowe działanie obwodu można zobaczyć na filmie podanym na końcu.

Ograniczenie obwodu

Ten mały obwód może działać poprawnie, ale ma ogromne ograniczenia. Ten obwód nie nadaje się do dostarczania dużej mocy i ma ograniczenie napięcia wejściowego. Wydajność jest również bardzo słaba. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, można skonstruować topologie przeciwsobne z wykorzystaniem tranzystorów lub MOSFETów. Jednak dla lepszej i zoptymalizowanej wydajności lepiej jest używać odpowiednich układów scalonych sterownika transmisji bezprzewodowej.

Aby poprawić odległość transmisji, odpowiednio nawiń cewkę i zwiększ nie. zwojów w cewce.

Zastosowania bezprzewodowej transmisji mocy

Bezprzewodowy transfer mocy (WPT) to szeroko dyskutowany temat w przemyśle elektronicznym. Ta technologia szybko się rozwija na rynku elektroniki użytkowej dla smartfonów i ładowarek.

Zalety WPT są niezliczone. Niektóre z nich wyjaśniono poniżej:

Po pierwsze, w nowoczesnym obszarze zapotrzebowania na moc WPT może wyeliminować tradycyjny system ładowania, zastępując rozwiązania ładowania przewodowego. Wszelkie przenośne towary konsumpcyjne wymagają własnego systemu ładowania, bezprzewodowe przesyłanie mocy może rozwiązać ten problem, zapewniając uniwersalne bezprzewodowe rozwiązanie zasilania dla wszystkich tych urządzeń przenośnych. Na rynku dostępnych jest już wiele urządzeń z wbudowanym bezprzewodowym rozwiązaniem zasilania, takim jak smartwatch, smartfon itp.

Kolejną zaletą WPT jest to, że pozwala projektantowi na wykonanie całkowicie wodoodpornego produktu. Ponieważ rozwiązanie do ładowania bezprzewodowego nie wymaga portu zasilania, urządzenie można wykonać w sposób zapewniający wodoodporność.

Oferuje również szeroką gamę rozwiązań ładowania w efektywny sposób. Dostarczana moc sięga do 200W, przy bardzo małych stratach transferu mocy.

Główną zaletą bezprzewodowego przesyłania energii jest to, że żywotność produktu można wydłużyć, zapobiegając fizycznym uszkodzeniom spowodowanym włożeniem ładowarki w poprzek złączy lub portów. Z jednej stacji dokującej można ładować wiele urządzeń. Pojazd elektroniczny można również ładować za pomocą bezprzewodowego transferu mocy podczas postoju.

Bezprzewodowy transfer energii może mieć ogromne zastosowania i wiele dużych firm, takich jak Bosch, IKEA, Qi, pracuje nad niektórymi futurystycznymi rozwiązaniami wykorzystującymi bezprzewodową transmisję energii.