Jednoduchý obvod pro bezdrátový přenos energie k rozsvícení LED

Koncept bezdrátového přenosu elektřiny není nový. Poprvé to demonstroval Nikola Tesla v roce 1890. Nikola Tesla představil elektrodynamickou indukci nebo rezonanční indukční vazbu rozsvícením tří žárovek ze vzdálenosti 60 stop od zdroje energie. Také jsme postavili Mini Tesla Coil pro přenos energie.

Bezdrátový přenos elektřiny nebo WET je proces dodávající energii vzduchovou mezerou bez použití jakýchkoli vodičů nebo fyzického spojení. V tomto bezdrátovém systému generuje vysílací zařízení časově proměnné nebo vysokofrekvenční elektromagnetické pole, které přenáší energii do přijímacího zařízení bez jakéhokoli fyzického připojení. Přijímací zařízení získává energii z magnetického pole a dodává ji do elektrické zátěže. Proto se k přeměně elektřiny na elektromagnetické pole používají dvě cívky jako vysílací cívka a přijímací cívka. Cívka vysílače je napájena střídavým proudem a vytváří magnetické pole, které se dále převádí na použitelné napětí přes cívku přijímače.

V tomto projektu postavíme základní obvod bezdrátového vysílače s nízkým výkonem, který bude svítit LED.

Požadované komponenty

Tranzistor BC 549
VEDENÝ
Nepájivé pole
Připojte vodiče
1,2k rezistory
Měděné dráty
1,5V baterie

Kruhový diagram

Schémata bezdrátového přenosu elektřiny k rozsvícení LED jsou jednoduchá a lze ji vidět na následujícím obrázku. Má dvě části, vysílač a přijímač.

Na straně vysílače jsou cívky připojeny přes kolektor tranzistoru, 17 se otáčí na obou stranách. A přijímač je konstruován pomocí tří komponent - tranzistoru, rezistoru a středového cívky se vzduchovým jádrem nebo měděné cívky. Strana přijímače má LED připojenou přes 34 závitů měděné cívky.

Konstrukce obvodu pro bezdrátový přenos energie

Zde je použitým tranzistorem NPN Transistor, zde lze použít jakýkoli základní NPN tranzistor jako BC547.

Cívka je klíčovou součástí bezdrátového přenosu energie a měla by být budována opatrně. V tomto projektu jsou cívky vyrobeny pomocí měděného drátu 29AWG. Vytváření středové závitové cívky se provádí na straně vysílače. se používá a pro navinutí cívky je vyžadován válcový obal cívky, jako je PVC trubka.

U vysílače naviňte vodič na 17 závitů, poté smyčku pro připojení středového odbočky a znovu proveďte 17 závitů cívky. A u přijímače proveďte 34 otáček vinutí cívky bez středového klepnutí.

Práce na obvodu pro přenos bezdrátové elektřiny

Oba obvody jsou konstruovány na prkénku a napájeny pomocí 1,5V baterie. Obvod nelze použít pro napájení více než 1,5 voltu, protože tranzistor se může zahřát na nadměrný ztrátový výkon. Pro větší hodnocení jsou však zapotřebí další hnací okruhy.

Tento bezdrátový přenos elektřiny je založen na technice indukčního propojení. Obvod se skládá ze dvou částí - vysílače a přijímače.

V sekci vysílače vytváří tranzistor vysokofrekvenční střídavý proud přes cívku a cívka kolem ní generuje magnetické pole. Jak je cívka uprostřed poklepaná, začnou se její dvě strany nabíjet. Jedna strana cívky je připojena k rezistoru a druhá strana je připojena ke svorce kolektoru tranzistoru NPN. Během nabíjení začne základní odpor vést, což nakonec zapne tranzistor. Tranzistor poté vybije induktor, když je emitor spojen se zemí. Toto nabíjení a vybíjení induktoru vytváří velmi vysokofrekvenční oscilační signál, který se dále přenáší jako magnetické pole.

Na straně přijímače se toto magnetické pole přenáší do druhé cívky a podle Faradayova zákona indukce začne cívka přijímače produkovat napětí EMF, které se dále používá k rozsvícení LED.

Obvod je testován na prkénku pomocí LED připojené přes přijímač. Podrobné fungování obvodu lze vidět na videu na konci.

Omezení obvodu

Tento malý obvod může fungovat správně, ale má obrovské omezení. Tento obvod není vhodný pro vysoký výkon a má omezení vstupního napětí. Účinnost je také velmi špatná. K překonání tohoto omezení lze zkonstruovat push-pull topologie využívající tranzistory nebo MOSFETy. Pro lepší a optimalizovanou účinnost je však lepší použít správné integrované obvody ovladače bezdrátového přenosu.

Pro zlepšení přenosové vzdálenosti řádně naviňte cívku a zvyšte č. závitů v cívce.

Aplikace bezdrátového přenosu energie

Bezdrátový přenos energie (WPT) je v elektronickém průmyslu široce diskutovaným tématem. Tato technologie rychle roste na trhu spotřební elektroniky pro smartphony a nabíječky.

Existuje nespočet výhod WPT. Některé z nich jsou vysvětleny níže:

Za prvé, v oblasti moderních energetických požadavků může WPT eliminovat tradiční nabíjecí systém tím, že nahradí kabelové nabíjecí řešení. Jakékoli přenosné spotřební zboží vyžaduje vlastní nabíjecí systém, bezdrátový přenos energie může tento problém vyřešit poskytnutím univerzálního bezdrátového řešení napájení pro všechna tato přenosná zařízení. Na trhu již existuje mnoho zařízení s vestavěným řešením bezdrátového napájení, jako jsou smartwatch, smartphone atd.

Další výhodou WPT je, že umožňuje návrháři vyrobit zcela vodotěsný produkt. Protože řešení bezdrátového nabíjení nepotřebuje napájecí port, může být zařízení vyrobeno způsobem odolným proti vodě.

Efektivně také nabízí širokou škálu nabíjecích řešení. Dodávka energie se pohybuje do 200 W s velmi nízkou ztrátou přenosu energie.

Hlavní výhodou bezdrátového přenosu energie je, že lze prodloužit životnost produktu tím, že zabráníte fyzickému poškození v důsledku zasunutí nabíječky přes konektory nebo porty. Z jednoho doku lze nabíjet více zařízení. Elektronické vozidlo lze nabíjet také pomocí bezdrátového přenosu energie, když je vůz zaparkovaný.

Bezdrátový přenos energie může mít obrovské aplikace a mnoho velkých společností jako Bosch, IKEA, Qi pracuje na některých futuristických řešeních využívajících bezdrátový přenos energie.