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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Прибор для лечения комариных укусов 19.04.2000 Ближе к лету большим спросом пользуются разнообразные "пищалки" для отпугивания комаров. Однако многие считают, что такие устройства не позволяют полностью решить проблему. Возможно, это обстоятельство заставило представителей немецкого "Общества прикладных технологий" разработать электронный прибор для исцеления от комариного укуса. При прикосновении к пораженным участкам кожи устройство посылает тепловой импульс, который уничтожает комариный яд и мгновенно избавляет от зуда и последующего покраснения кожи. Ориентировочная цена устройства в Германии DM50.

Другие интересные новости:

▪ NFC-микросхема Infineon NLM0011 для управления LED-драйверами

▪ NCP4620 - LDO-регулятор с широким диапазоном входных напряжений

▪ Чума сделала людей долгожителям

▪ Прототип анода для натрий-ионных батарей

▪ Аккумуляторы без кобальта

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Подборка статей

▪ статья Слуга царю, отец солдатам. Крылатое выражение

▪ статья Что такое коллаж? Подробный ответ

▪ статья Осот желтый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Массы для поделок. Простые рецепты и советы

▪ статья Карты меняются местами. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025