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:

Связь между кофе, жиром и половыми гормонами 12.09.2026

Кофе давно стал привычной частью повседневной жизни миллионов людей. Его чаще всего связывают с повышением бодрости и улучшением концентрации, однако воздействие этого напитка на организм значительно сложнее. В последние годы специалисты все чаще изучают возможные связи между употреблением кофе, обменом веществ и гормональной регуляцией. Новое исследование ученых из Финляндии позволило обнаружить несколько любопытных закономерностей, касающихся жировой ткани, мышечной массы и половых гормонов. Исследователи из Университета Оулу проанализировали данные 2264 человек в возрасте 46 лет. Участники отличались по привычному количеству потребляемого кофе, и ученые сопоставили эти сведения с показателями состава тела, обмена глюкозы и инсулина, а также концентрациями половых гормонов. Полученные результаты указывают на связь между более высоким употреблением кофе и некоторыми особенностями метаболического профиля. При этом специалисты подчеркивают, что обнаруженные закономерности еще не дока ...>>

Умные паруса для торгового флота 12.09.2026

Морское судоходство остается одной из важнейших составляющих мировой экономики, но его зависимость от ископаемого топлива создает серьезные экологические и экономические проблемы. Поэтому разработчики судовых технологий ищут способы использовать возобновляемые источники энергии непосредственно во время плавания. Одним из наиболее перспективных направлений считается применение ветра, однако для его широкого внедрения недостаточно просто установить на судне парус или роторный движитель. Норвежская компания Kongsberg Maritime и консорциум морских предприятий и научно-исследовательских организаций решили объединить ветровую тягу с интеллектуальными системами управления судном в рамках проекта WINTEGRATE. Главная задача новой инициативы заключается в ускорении внедрения ветровых движительных систем, известных как WAPS, в коммерческое судоходство. Участники проекта рассчитывают добиться заметного сокращения расхода топлива и связанных с ним выбросов, сделав энергию ветра практичным дополн ...>>

Картофель фри и риск диабета 11.09.2026

Картофель давно стал одним из наиболее распространенных продуктов питания в мире, однако отношение к нему со стороны специалистов по питанию остается неоднозначным. Сам овощ содержит полезные питательные вещества, но его воздействие на организм во многом определяется тем, что происходит с ним во время приготовления. Новое крупное исследование Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана показывает, что особенно заметную роль в этом вопросе может играть способ термической обработки. Картофель занимает важное место и в рационе жителей США: в среднем один американец съедает около 22 килограммов этого овоща в год. Исследователи решили выяснить, одинаково ли различные блюда из картофеля связаны с риском развития заболеваний. Результаты работы были опубликованы в научном журнале BMJ и показали существенную разницу между привычными способами приготовления одного и того же продукта. Наиболее неблагоприятный результат специалисты обнаружили для картофеля фри. У людей, которые уп ...>>

Случайная новость из Архива Автомобиль не должен ездить бесшумно 21.04.2014 Уже через пять лет все новые "зеленые" автомобили, предназначенные для эксплуатации в странах Евросоюза, будут комплектоваться устройствами, имитирующими звук двигателя. Такая необычная мера направлена, в первую очередь, на повышение безопасности незрячих или имеющих ослабленное зрение пешеходов. По мнению европейских властей, автомобили с гибридными и полностью электрическими силовыми установками необходимо оснащать генератором звука, который будет имитировать звук мотора, предупреждая тем самым пешеходов о приближении автомобиля. В Европе и США давно обеспокоены проблемой бесшумности экологически чистого автотранспорта. Особенность таких автомобилей в том, что они почти не производят шума при движении, поэтому могут угрожать жизни велосипедистов и пешеходов, в первую очередь незрячих и слабовидящих. В настоящее время также растет число аварий с участием невнимательных любителей мобильных устройств, которые зачастую ходят по улице, практически не отрывая взгляда от экрана своего "девайса". В соответствии с решением Европейского парламента и Совета ЕС, к 1 июля 2019 г. все новые гибридные и электрические транспортные средства должны будут комплектоваться специальной системой акустического предупреждения (Acoustic Vehicle Alerting System, AVAS). Основные требования к работе данной системы должны быть утверждены к середине 2017 г. О необходимости установки имитаторов звука двигателя в "зеленых" автомобилях заявляло в 2010 г. минтранспорта Великобритании. В том же году свой собственный генератор звука представил автопроизводитель Lotus, а Toyota приступила к оснащению подобными приспособлениями модели Prius, предлагаемой на японском рынке. Устройство компании Toyota, к примеру, излучает звук похожий на работу автомобильного мотора, причем частота звука меняется в зависимости от скорости гибридного автомобиля. В Европейском регионе разработкой аналогичного звукового генератора занимаются французская компания Renault и норвежская Think. Если "зеленые" автомобили в Европе должны стать более шумными, то машины с традиционными моторами на бензине и дизельном топливе - тише. Члены Европарламента проголосовали за то, чтобы шум, производимый двигателями обычных легковых автомобилей, автобусов и микроавтобусов был уменьшен на 4 дБ к июлю 2016 г. Грузовые автомобили должны стать тише на 3 дБ. Как предполагается, шумовое загрязнение окружающей среды в европейских странах снизится на 25% к 2026 г.

Другие интересные новости:

▪ Гарнитура Xiaomi Mi USB Type-C с активным шумоподавлением

▪ L7987 - асинхронный 61V 3A DC/DC регулятор с ограничителем тока

▪ Сауна для сердца

▪ Прототип первого электрического мотоцикла

▪ Скоростной интернет между Землей и Луной

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья О если б без слов сказаться душой было можно! Крылатое выражение

▪ статья Где на Земле самые большие приливы и отливы? Подробный ответ

▪ статья Главный дизайнер отдела производства департамента телевизионного вещания. Должностная инструкция

▪ статья Теория и практика применения таймера 555. Часть первая. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизатор из двигателя, 5,5-14/5 вольт 150 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026