Бесконтактное зарядное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Сегодня появился новый способ зарядки мобильных устройств - бесконтактный. Его суть заключается в том, что заряжаемое устройство не имеет непосредственного электрического контакта с зарядным устройством. Такой способ применяют для зарядки мобильных телефонов, смартфонов и пр. Автор предлагает свой вариант бесконтактного зарядного устройства для зарядки аккумуляторов светодиодного фонаря.

При частом пользовании каким-либо устройством со сменными элементами питания, например, карманным фонарем, возникает потребность в частой замене гальванических элементов питания или периодической зарядке, если применены аккумуляторы. Для зарядки аккумуляторов приходится вынимать их из корпуса фонаря, что не всегда удобно. В тоже время сейчас все большее распространение получает технология так называемой бесконтактной зарядки. Принцип работы большинства таких зарядных устройств (ЗУ) основан на индуктивной связи между источником и потребителем энергии. По такому же принципу работает и предлагаемое вниманию читателей ЗУ для карманного фонаря.

Основа предлагаемого ЗУ - электронный балласт от компактной люминесцентной лампы (КЛЛ). Как известно, электронный балласт КЛЛ представляет собой импульсный генератор, работающий на частоте несколько десятков килогерц. Благодаря такой частоте все элементы устройства имеют небольшие размеры, в том числе трансформаторы и балластные дроссели. Именно балластный дроссель является элементом, который ограничивает ток через люминесцентную лампу. И в этом смысле он выполняет ту же функцию, что и балластный конденсатор в простейших зарядных устройствах - ограничивает (задает) ток зарядки.

Структурная схема ЗУ показана на рис. 1. От КЛЛ использован собственно электронный балласт, который содержит выпрямитель со сглаживающим конденсатором, импульсный генератор и балластный дроссель, последовательно с которым включена не люминесцентная лампа, а разделительный трансформатор. Этот трансформатор служит связующим элементом между зарядным устройством и аккумуляторной батареей фонаря. Поскольку он включен последовательно с балластным дросселем, ток через него будет ограничен, и он частично работает как трансформатор тока, поэтому замыкание в цепи его вторичной обмотки не приведет к катастрофическим последствиям. Первичная обмотка трансформатора размещена в корпусе ЗУ, вторичная - в фонаре. Через первичную обмотку трансформатора протекает ток, который зависит в основном от индуктивности балластного дросселя и напряжения сети, поэтому остается относительно стабильным.

Рис. 1. Структурная схема зарядного устройства (нажмите для увеличения)

В фонаре на вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение, которое выпрямляется и через ограничитель напряжения поступает на аккумуляторную батарею фонаря. Поскольку ток в первичной обмотке трансформатора ограничен, то он будет ограничен и во вторичной. Изменяя параметры трансформатора тока, можно задать требуемые напряжение и ток зарядки батареи. Когда напряжение батареи достигнет максимального значения, включится ограничитель. Напряжение на батарее перестанет расти, а "лишний" ток потечет через ограничитель.

Схема электронного балласта КЛЛ и его доработка показаны на рис. 2. Все вновь вводимые элементы и соединения выделены цветом. Была использована КЛЛ мощностью 18...20 Вт. После вскрытия ее корпуса с платы снимают проволочные выводы (4 шт.) люминесцентной лампы, которые обычно намотаны на металлические штыри. Затем отсоединяют провода, соединяющие плату с цоколем лампы. Плату размещают в пластмассовом корпусе подходящего размера с крышкой. Корпус должен быть достаточно просторный, чтобы, кроме платы, поместить дополнительные элементы. В авторском варианте была применена цилиндрическая коробка диаметром 65 и высотой 28 мм от канцелярских скрепок (рис. 3). Последовательно со штатным балластным дросселем L2 взамен люминесцентной лампы включают еще один балластный дроссель L3 от аналогичной КЛЛ и первичную обмотку T2.1 разделительного трансформатора. Для индикации работы импульсного генератора к его выходу через токоограничивающие резисторы R10 и R11 подключена неоновая индикаторная лампа HL1. Весь монтаж проводят навесным методом, для индикаторной лампы в корпусе сделано отверстие соответствующего диаметра.

Рис. 2. Схема электронного балласта компактной люминесцентной лампы и его доработка (нажмите для увеличения)

Рис. 3. Пластмассовый корпус для электронной платы

Для доработки был выбран светодиодный фонарь с диаметром корпуса 24 и длиной 82 мм. В нем применены девять светодиодов и батарея из трех аккумуляторов типоразмера ААА. Кнопочный выключатель питания расположен в отвинчивающейся крышке батарейного отсека. С корпусом фонаря соединены катоды светодиодов.

Схема доработки фонаря показана на рис. 4, все новые элементы и связи показаны красным цветом.

Рис. 4. Схема доработки фонаря (нажмите для увеличения)

Переменное напряжение с обмотки T2.2 разделительного трансформатора выпрямляет диодный мост VD1, пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С1. Через диоды VD2 и VD3 ток зарядки поступает в аккумуляторную батарею. Диод VD2 предотвращает разрядку батареи в дежурном режиме, а диод VD3, подключенный параллельно-встречно светодиодам, пропускает зарядный ток. На микросхеме DA1 (параллельный стабилизатор напряжения) собран ограничитель напряжения, светодиоды HL1, HL2 индицируют режимы зарядки батареи.

В начале зарядки, когда напряжение аккумуляторной батареи меньше номинального, напряжение на управляющем входе (вывод 1) микросхемы DA1 меньше порогового. Поэтому ток через микросхему мал, и практически все выпрямленное напряжение поступает на цепь из токоограничивающего резистора R5 и светодиода HL2 (зеленого цвета свечения), который и сигнализирует о том, что происходит зарядка аккумуляторной батареи.

Когда напряжение батареи достигнет порогового значения, ток через микросхему возрастет и падение напряжения на ней уменьшится примерно до 2 В. Зарядный ток станет протекать через резистор R3 и микросхему DA1, поэтому зарядка аккумуляторной батареи постепенно прекратится. При этом светодиод HL2 погаснет, а HL1 (красного цвета свечения) начнет светить, сигнализируя об окончании зарядки.

Конструкцию устройства поясняет рис. 5. В крышке 3 батарейного отсека размещен кнопочный выключатель 5 (SA1 на рис. 4). Один вывод 4 выключателя 5 механически соединен с металлическим корпусом крышки 3, второй - с пружинным контактом 6. Выключатель механически зафиксирован в крышке с помощью изоляционной пластмассовой прокладки 7. С другой стороны для защиты от внешних климатических воздействий на выключатель надета резиновая прокладка 8.

Рис. 5. Конструкция устройства

Доработка сводится к следующему. К крышке 3 приклеен пластмассовый кожух 1. В центре кожуха сделано отверстие, в котором с помощью клея закреплен каркас 10. На него намотана вторичная обмотка 2 (T2.2) разделительного трансформатора. Функцию толкателя выключателя выполняет цилиндрический магнитопровод 11. Чтобы он не выпадал из каркаса 10, к нему приклеена пластмассовая шайба 9. В отверстие в центре верхней крышки 12 корпуса электронного балласта вклеен пластмассовый каркас 14, на который намотана обмотка 13 (Т2.1) трансформатора.

Внутренний диаметр каркаса для намотки катушек трансформатора выбирают таким, чтобы в него с небольшим люфтом входил магнитопровод 11. В авторском варианте применен магнитопровод диаметром 6 и длиной 15 мм от дросселя компьютерного блока питания. Высота каркаса 14 - 8...9 мм, каркаса 10 - 6...7 мм, их толщина - 0,5...0,7 мм. Обмотка Т2.1 содержит 350 витков провода ПЭВ-2 0,18, обмотка T2.2 - 180 витков провода ПЭВ-2 0,1. Диаметр шайбы 9 - 10...12 мм, толщина - 0,5...1,5 мм, последнюю подбирают так, чтобы магнитопровод 11 "не болтался". Диаметр кожуха (пластмассовый контейнер от лекарства) - 21 мм, его высота - 11 мм. Доработанный фонарь показан на рис. 6.

Рис. 6. Доработанный фонарь

При пользовании фонарем магнитопровод выполняет функцию толкателя выключателя. Но если фонарь выключить, электронный балласт включить в сеть и вставить магнитопровод в каркас 14 (см. рис. 5), между обмотками Т2.1 и Т2.2 возникнет индуктивная связь, на обмотке Т2.2 появится напряжение и начнется зарядка аккумуляторной батареи (рис. 7).

Рис. 7. Зарядка аккумуляторной батареи фонаря

В устройстве применены малогабаритные постоянные выводные резисторы Р1-4 или импортные, светодиоды - любые с диаметром корпуса 3 мм красного и зеленого цветов свечения. Конденсатор С1 - К10-17в, он установлен на выводах диодного моста VD1.

Налаживание начинают с подборки числа витков обмотки T2.2. Для этого наматывают указанное число витков этой обмотки и подключают к ней диодный мост с конденсатором фильтра. Вставляют магнитопровод в каркас обмотки T2.1 и надевают на него обмотку T2.2. К выходу диодного моста (см. рис. 4) подключают переменный резистор сопротивлением 470 Ом. Изменяя его сопротивление, контролируют ток через него и напряжение на нем. Необходимо, чтобы при требуемом зарядном токе напряжение было 4,8...5 В (напряжение заряженной аккумуляторной батареи - 4,3...4,4 В плюс падение напряжения на диодах VD2 и VD3). При большем напряжении увеличится ток зарядки.

Поскольку в фонаре планировалось применить три аккумулятора емкостью 300...600 мА·ч, был выбран ток зарядки около 40 мА. По результатам измерении принимают решение о необходимости добавить или удалить витки обмотки Т2.2. После подборки числа витков обмотку надо защитить, покрыв слоем лака или клея. Следует отметить, что их число может заметно отличаться от указанного выше, поскольку это зависит от размеров и свойств магнитопровода. Для увеличения тока зарядки необходимо либо увеличить число витков первичной обмотки трансформатора тока, либо увеличить ток через нее, уменьшив индуктивность дросселей L2 и L3 в электронном балласте.

Затем на макетной плате монтируют все остальные элементы устройства, в батарейный отсек устанавливают свежезаряженные аккумуляторы, выводы 1 и 2 микросхемы DA1 временно замыкают. Вставляют магнитопровод в каркас обмотки T2.1, надевают на него обмотку T2.2 и измеряют напряжение (ивыпр) на выходе выпрямителя (см. рис. 4). Затем взамен батареи подключают переменный резистор сопротивлением 470 Ом и, изменяя его сопротивление, устанавливают на выходе выпрямителя такое же напряжение (ивыпр). Резистор R1 (см. рис. 4) подбирают так, чтобы при увеличении этого напряжения (его изменяют переменным резистором) на несколько десятков милливольт светодиод HL2 выключался, а HL1 - включался. В случае необходимости подбирают резистор R3. Его сопротивление должно быть таким, чтобы при отключении переменного резистора напряжение на выходе выпрямителя не превысило ивыпр и светился светодиод HL1. Следует учесть, что максимально допустимый ток микросхемы TL431CLP - 100 мА, поэтому ток зарядки не должен превышать 60...70 мА.

Доработку фонаря начинают с установки диода VD3. Для этого надо вынуть батарейный отсек, аккуратно удалить защитное стекло и изнутри выдавить плату со светодиодами. На плату между выводами светодиодов устанавливают диод VD3. После проверки правильности монтажа сборку проводят в обратном порядке и проверяют работоспособность фонаря. Все остальные элементы будут размещены в кожухе на крышке батарейного отсека.

В резиновой прокладке 8 (см. рис. 5) прокалывают два отверстия, в которые вставляют провода в надежной изоляции, например МГТФ, и припаивают их к выводам выключателя. При этом, возможно, потребуется извлечь выключатель из крышки 3 (см. рис. 5). Затем размещают элементы и закрепляют их термоклеем в кожухе 1 и соединяют проводами. Для установки светодиодов в кожухе делают два отверстия диаметром 3 мм.

Предложенное зарядное устройство можно применить для зарядки встроенных в самые различные устройства аккумуляторов или аккумуляторных батарей. В зависимости от конструкции такого устройства магнитопровод можно установить в каркасе обмотки Т2.1, а на него надевать катушку Т2.2, а также более кардинально изменить конструкцию трансформатора.

Автор: И. Нечаев

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Выявлены клетки, вызывающие шизофрению 26.05.2018 Шизофрения является очень тяжелым, разрушительным и широко распространенным расстройством. Генетические исследования связывали с шизофренией сотни генов, каждый из которых вносит небольшой вклад в риск развития заболевания - из-за такого огромного количество проведение экспериментов было затруднено. Ученым необходимо было понять, что связывает эти гены между собой и как именно они влияют на мозг - диффузно на весь или на отдельные части. Была выдвинута гипотеза, что в основе шизофрении лежит несколько типов клеток, которые воздействуют на разные области мозга. В ходе проведенного исследования ученым удалось определить эти типы клеток. "Это знаменует собой переход к тому, что мы можем использовать большие генетические исследования для понимания биологии болезни. По результатам этого исследования научное сообщество получает возможность сосредоточить свои усилия там, где это даст максимальный эффект", - говорит Йенс Хьерлинг -Леффлер - руководитель исследовательской группы на кафедре медицинской биохимии и биофизики в Каролинском институте, один из главных авторов. Теперь ученые занимаются исследованием связей между типами клеток и конкретными клиническими особенностями шизофрении. "Например, большая дисфункция в одном типе клеток может снизить вероятность положительной реакции на лечение. А дисфункция в другом типе клеток может увеличить шансы на долгосрочный когнитивный эффект. Это важно для разработки новых методов лечения, поскольку для каждого типа клеток могут потребоваться отдельные лекарства", - говорит соавтор Патрик Салливан. Быстрый прогресс в генетике и транскриптомике одной клетки сделал возможным изучать болезни таким образом. Исследователи предполагают, что в ближайшее время такой генетический подход приведет к прорыву в биологическом понимании и других сложных расстройств - таких как аутизм, глубокая депрессия и расстройства питания. "Понимание того, какие типы клеток влияют на болезнь, имеет решающее значение для разработки новых лекарств. Если мы не знаем, что вызывает расстройство, мы не можем изучать, как его лечить", - говорит Натан Скин - постдок в отделении Медицинской биохимии и биофизики Каролинского институте и Институте неврологии Университетского колледжа Лондона, один из ведущих авторов исследования.

Другие интересные новости:

▪ Ноутбук Dell XPS 13 Developer Edition

▪ Наушники с шумоподавлением и измерением пульса

▪ Разгадана главная тайна Плутона

▪ Смартчасы Haylou Solar Neo

▪ Тончайшее нановолокно

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Смесь французского с нижегородским. Крылатое выражение

▪ статья Как древние воины боролись с трусостью боевых слонов? Подробный ответ

▪ статья Ейе. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Очиститель воды. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник с объемным резонатором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026