Безжично зареждане: изчисляване на идеологията и безопасността, схеми, самопроизводство

54468864486

Феноменът на електромагнитната индукция беше наблюдаван още преди Фарадей, но великият Майкъл първо му откри обяснение и се опита да прехвърли електрическата сила на разстояние чрез индукция. Понастоящем предаването на електроенергия на къси разстояния при повишени честоти без жици се разпространява все повече; По този начин се зареждат вече автомобилни батерии на конвенционални автомобили и дори батерии на електрически превозни средства. Вследствие на това безжичното зареждане от собствените ръце е молба, която е много популярна сред любителите. Загрява интерес към темата, че производителите на безжични зарядни зареждат цената си от сърцето, а приемниците на електричество с възможността за безжична енергия са непропорционално скъпи в сравнение със същия тип жични братовчеди.

Безжични зарядни устройства за телефони и смартфони

Безжични зарядни устройства за телефони и смартфони

Безжичното зареждане на телефона е много удобно: не е нужно да се притеснявате с жици и щепсел, особено през нощта, когато очите ви вече се прилепват. В допълнение, телефоните, смартфоните и таблетите стават все по-тънки. По принцип това не е лошо, но конекторът за зареждане, който трябва да премине ток до 2А, е станал толкова тънък, че може да се разпадне от неудобно движение или да се разпадне, контактите са леко окислени. И без кабели - просто поставете устройството (gadget) при зареждане, това се зарежда.

В индукционния бум таксите за джаджи стоят настрана, а политиката вече горещо се загрява около тях. Някои смятат, че безжичното зареждане е почти продукт на адски сили: те казват, че има нещо, което е пришит, че потребителят може да възприема активно определени религиозни, търговски или политически тенденции, като в същото време унищожава здравето си. Други, напротив, идентифицират електромагнитното поле (ЕМП) за зареждане с почти мистичната сила на Qi, което гарантира на собственика възходяща прераждане. Истината в този случай не е в средата, но напълно отделена, така че целта на тази статия е да предостави информация за следното:

  • Как, както се казва, нито в зъба, нито с желанието да се притеснявате с всякакви мъдрости там, когато купувате точно изберете безжично таксуване, е наистина безобидно и безопасно . Силата на Чи вече е въпрос на чиста вяра. Неговото съществуване, както всяко друго нещо, което някога е било вездесъщо, всезнаещо и всемогъщо, не е доказано и не може да бъде отхвърлено от аргументите на разума.
  • Принципът на работа и стандартните WPC устройства за зарядни устройства за приспособления.
  • Как правилно да зареждате батерията, смартфона, таблета на телефона.
  • Начини за прехвърляне на електроенергия на разстояние без жици.
  • Вредни фактори и опасности, свързани с използването на безжични зарядни устройства.
  • Възможно ли е и как да пресъздадете стария мобилен телефон на стандарта WPC.
  • Как да направите безжично зареждане със собствените си ръце у дома, подходящо за всяка притурка на стандарта WPC и напълно безопасно, като се пази в рамките на не повече от $ 10 на компонент.

Как да изберем безопасно зареждане

Айнщайн веднъж каза: "Ако един учен не е в състояние да обясни на петгодишно дете това, което прави, той е или луд, или шарлатанин." Силата на Чи чрез силата на Qi, но всички наши действителни постижения се основават на обективно познание, независимо от субекта. Да предположим, че дойдохме в дома си амазонски дивак, все още има такива. Подадохте го на телевизора и казахте: "Ако тук сте тук, ще видите тук щепсел и ще натиснете тук, тук тук ще има картина, а оттук звукът ще излезе". Ако дивакът прави всичко, както се казва, телевизорът ще се включи, картината ще се появи, звукът ще изчезне, въпреки че дивакът не знае за електричеството и електрониката, но смята гръмотевицата за храносмилателно разстройство в своите богове. Толкова пълни, както се казва, чайник, могат да изберат за вашето приспособление безжично зареждане, което можете да използвате без страх:

  1. Уверете се, че устройството има значка за съответствие със стандарта WPC (вижте по-долу);
  2. Моля, покажете таксуване: трябва да има индикатор за зареждане или същата икона като притурката, с изключение на индикатора за захранване или I / O;
  3. моля, включете. Силата трябва да светне, но зареждането не е;
  4. Сложихме притурката за таксуване - трябва да светне таксуването и показването на притурката да се покаже;
  5. Повдигнете приспособлението на не повече от 3 см над зоната на зареждане - Зареждането трябва да изгасне и на дисплея да се покаже прекратяването на зареждането.

(кровать, рабочий стол, любимый диван перед телевизором). Такова безжично зареждане може безопасно да се използва в ежедневието, ако не се намира на по-малко от 1,5-2 м от местата за дълъг престой на хора (легло, бюро, любим диван пред телевизора). в т.ч. В детската стая, за да запазите включени безжични зареждане не може, включително. И описани по-долу, които могат да бъдат постоянно обърнати на нощното шкафче на легло за възрастни.

Какво е WPC?

WPC е съкращение за Wireless Power Consortium, това е името на компанията, която първо стартира безжичното зареждане. Технологията на WPC не е нищо ново и още повече не е свръхестествена; компонентите на зареждането WPC и принципът на неговото функциониране са показани на фиг. При пренос на електричество чрез индукция има и познат трансформатор на желязо. Особеността на WPC е, че работната честота се увеличава до десетки kHz или дори MHz; Това позволява първичната и вторичната намотка да са разположени на известно разстояние и без феромагнитната сърцевина, тъй като плътността на енергийния поток (ПЕС) на ЕМП нараства с честота; Също така, с нарастваща честота, техническите възможности повишават концентрацията на ЕМП в ограничена област. Но в същото време биологичният ефект на електромагнитните полета също се увеличава с честота, което води до по-опасно захранване с малка и слаба безжична връзка, отколкото индустриалната топлоцентрала.

Съставът и работата на безжичното зарядно устройство WPC

Съставът и работата на безжичното зарядно устройство WPC

Забележка: WPC все още е стандартен, по наше мнение, индустриален стандарт; Международни споразумения, които все още не са формализирани. Ето защо, техническите приспособления с WPC, особено алтернативните производители, може да се различават, за да бъдат таксувани само от "тяхното" зареждане. Ако извършвате сами безжично зареждане, трябва да предоставите структурен резерв и технологична възможност да модифицирате предавателя за конкретно устройство, вижте по-долу.

Устройствата, предназначени за презареждане по системата WPC, се обозначават със специална икона (точка 1 на фигурата). Това означава, че устройството има приемна намотка с 25 оборота и преобразувател на високочестотен променлив ток в постоянна. Има няколко притурки с или без WPC. След това индукционният приемник се изпълнява или "превишава" и се намира под капака на батерията (ключ 2), или модулен, поз. 3. Във всеки случай, приемникът WPC е снабден с конектор (точка 4) или с контакти под налягане, където домашният приемник трябва да бъде свързан, когато приспособлението е модифицирано за WPC. Полярността се определя от многоточково, с кабелно зареждане свързано, защото Безжичните терминали за зареждане са паралелни на тези на обичайния.

Стандартни WPC безжични зарядни устройства

Стандартни WPC безжични зарядни устройства

Забележка: В никакъв случай не е възможно да свържете WPC приемника директно към батерията! В най-добрия случай, една скъпа батерия скоро ще бъде извън ред; в устройството се зарежда по специален начин, вижте по-долу. И модерните литиеви батерии с голям капацитет от заряда директно към терминалите могат просто да експлодират!

В някои джаджи приемникът на WPC е скрит под капака, което изисква частично разглобяване на устройството, поз. 5. Както и да е, но ако вашият модел без WPC намери "близнак" с безжично търсене в Интернет, тогава можете да намерите кухина под приемника: би било прекалено скъпо за освобождаване на различни части от кутията. Това значително опростява разработката на притурката под WPC, но трябва да сте сигурни, че този модел ще бъде пуснат и в двете, и в тази версия.

За режима на зареждане

Зареждането на батерията във всяка притурка е под контрола на специален контролер, който първо определя колко батерия се разтоварва. Ако е повече от 75%, незабавно нахранете силно текущо бързо (увеличение) зареждане, равно на текущото 3-часово зареждане, ако зарядното устройство го осигурява. Не - токът се взема от зареждането, което е в състояние да даде, когато изходното напрежение падне до 5 V. Ето защо много устройства от USB портовете се зареждат за дълго време, защото Стандартен изходен USB изход 5 V 350 mA.

Принудителното зареждане е предназначено да премахне поляризацията на електродите на акумулатора, което причинява т.нар. хистерезис. Капацитетът на "хистерезисната" батерия непрекъснато пада и нейният ресурс е много по-малък от заявения капацитет. Бързото зареждане за по-малко от 3 часа напълно хистерезис не отстранява и батерията скоро седи. Вследствие на това - зареждането на смартфон или таблет трябва да осигури ток на зареждане над 1,5 А, защото При "умни" приспособления на батерията за 1800-4500 mA / h, т.е. техният 3-часов разряден ток ще бъде 0,9-1,5 A.

След като батерията бъде заредена прибл. до 25% от капацитета, токът на зареждане е плавно намален до стойността на малък формиращ (презареждащ) ток, докато батерията бъде "изпомпана" прибл. На 75%. Образуването на малка текуща батерия предотвратява електроразграждането на електролита, което също намалява живота на батерията. Токът на формоване е приблизително. Текуща 12-часова батерия.

И накрая, когато батерията е напълно заредена, контролерът преминава през нея с много малък ток на съдържание, за да предотврати химичното разграждане на електролита и едва след това дава сигнал за края на заряда. Ето защо, за да запазите притурката с работещ и правилно изпълнен контролер, повече време за зареждането не е никак вредно, напротив. Авторът има стар телефон Motorola W220. За целите на опита той винаги е натоварен, освен когато трябва да излезе с него. За повече от 10 години употреба батерията не е загубила своя капацитет: 4-дневните "хибернация" и 4 часа непрекъснат разговор, регистрирани в паспорта на телефона, не са намалели. И други потребители на един и същи модел трябваше вече да променят напълно изтощената батерия.

Индукция или радиация?

индукция

Предаването на електроенергия на разстояние се осъществява чрез електромагнитно поле (ЕМП), в което се съхранява определена енергия. За индуктивно пренасяне на енергия е необходимо освен предавателя и приемник, който не е непременно електронен. Те могат да бъдат например алуминиеви панели, в метала от които ЕМФ на предавателя предизвикват вихрови токове на Фуко, които затоплят съдовете. Получените в приемника токове създават своя ЕПМ, който взаимодейства с ЕМП на предавателя. В резултат на това се образува общ ЕМП между предавателя и приемника, който предава силата от първата към последната. Следователно, първата характеристика на индуктивния трансфер на енергия е влиянието на приемника върху режима на работа на предавателя, т.нар. Отговор на източника към товара.

Забележка: ЕМП с индуктивен режим на трансфер на енергия е особено концентрирана в системата източник-приемник в присъствието на феромагнитни материали там. Пример за това е електрически трансформатор на желязо или с по-висока честота на феритно ядро.

Прехвърлянето на мощност чрез индукция е целесъобразно да се извършва на честоти по-ниски, защото ЕМФ висока честота (HF) не прониква дълбоко в проводниците, тя е така наречена. Повърхностният ефект или ефектът на кожата, а с увеличаването на честотата се увеличават и загубите на енергия за радиация. Плътността на ЕМП енергиен поток при ниски честоти е ниска; Енергията от ЕМП в даден обем от източник с определен интензитет зависи от честотата.

Второ, за успешното пренасяне на енергия чрез индукция, приемникът трябва да има свойството да "вкарва" ЕМП, да бъде възможно най-близо до предавателя и да бъде ориентиран по определен начин спрямо него. В резултат полученият ЕМФ е концентриран в малък регион между предавателя и приемника; Радиационни загуби, т.е. "Оставянето" на ЕМП отстрани, в индукционните системи за пренос на енергия са паразитни и се борят с тях по всякакъв възможен начин. Следователно, индукционна печка с мощност до 3-4 kW обикновено не е по-опасна от чайник: тя вече е проектирана така, че да не "губи" ЕМП и без подходящ готварски съд просто не развива пълна мощност поради реакцията на източника.

радиация

Първата разлика между предаването на мощността чрез излъчване от индукция - ЕМФ "се откъсва", "напуска" от източника, губи връзката с него, т.е. Излъчва се. Ако например да се даде пулс на военния лазер в пространството и след това да се изключи или унищожи източника, тогава пакетът с колебания на EMF ще бъде пренесен и пренесен в световното пространство, докато не срещне преграда и ще бъде погълнат или разпръснат в разпространяващата среда. Последствие - когато мощността се предава чрез лъчение, източникът не отговаря на приемника. Вследствие на втория ред е и липсата на способността на ЕМП да се концентрира спонтанно. Самата радиация има тенденция да "пълзи" настрани; За да бъде събирана в дадена област, са необходими специални конструктивни и технически мерки. За разлика от индукционния метод, наличието на феромагнити в обхвата на предавателя намалява фактора на трансфер на мощност, тъй като феромагнитите "издърпват" ЕМФ към себе си, които трябва да влязат в приемника.

Ефективността на трансфера на енергия от ЕМП радиация зависи от честотата на нейните трептения, тъй като Пейджингът на полето от предавателя "при поискване" не е такъв. Какво се "изпомпва" в излъчвания пакет, тогава ще има. Добавянето на енергия към потребителя е възможно само чрез продължаване на облъчването. Друга характеристика - най-ефективно приема потока от електроенергиен електромагнитни полета, който не се провежда, а напротив, абсорбира енергия ЕМФ; Тези свойства се използват в микровълнови фурни. Абсорберът на енергията от ЕМП може да бъде и дълга изолирана проводника с определена конфигурация (напр. Усукана в спирала), която в този случай е приемна антена.

и двете

За да се удовлетворят изискванията на минималните масови размери и липсата на външни феромагнити близо до радиоотражението на приспособлението, разработчиците на WPC трябваше да увеличат честотата на работа на системата; Защото в таблетките има радиоприемници за работа в Wi-Fi среда. В резултат WPC придобива способността да работи както за индукция, така и за радиация. Тази функция по принцип позволява да се увеличи обхватът на WPC до няколко метра, което някои аматьори използват. Такива ентусиасти, очевидно, дори не знаят за биологичния ефект на ЕМП, или съзнателно пренебрегват тази информация.

Да кажа в този случай "проблемите на индианците са проблемите на индианците" е невъзможно, защото "Индианците" могат да бъдат външни, невежи и некомуникационни хора, например съседи на стената или собствени деца. Преди да започнете сами производството на безжично зареждане, трябва да разберете обстоятелствата, при които ще бъде вредно или опасно и как да го избегнете.

Въпреки това може да се направи определено междинно заключение: безжичното зареждане трябва да бъде избрано при покупка (виж по-горе) или да бъде направено само индукционно и спонтанно, без допълнителна автоматизация, преминавайки без приемник на зарядната платформа в режим на готовност с мощност на генератора, намалена до безопасно ниво. Това, разбира се, е доста удобно, когато телефонът лежи в стаята и все още се таксува, но разбирате вашето здраве.

Забележка: не се зареждайте с генератора, който се изключва без зареждане на телефона, няма смисъл. В края на краищата, след това да заредите притурката, която ще трябва да включи, което намалява удобството на безжичното зареждане почти до нищо. Безжичното зареждане трябва да се извърши с много остър, както се казва, рязък отговор на генератора към приемника. Също така, няма смисъл да се изгражда механичен или опто-сензор на притурката при зареждане, може да работи от нещо подобно на него, но не и да принуждава генератора да намали мощността.

Вредни и опасни фактори

Ефектът на ЕМП върху живите организми също зависи от честотата на вибрациите. По принцип се увеличава монотонно с честота от прибл. До 120-150 MHz, а след това има изблици и спадове. В един от тях, който идва на видима светлина, сме се приспособили да живеем в хода на еволюцията; В един от другите около 2900 MHz работят микровълнови печки. Но микровълновото потапяне на биоактивността на ЕМП е плитка, в противен случай няма да бъде абсорбирано от продуктите, доколкото това е технически възможно и не е много трудно да се скрие пещта срещу ЕМР радиация извън нея. Следователно, ако искате да направите ремонт на микровълнова печка, трябва да знаете как точно е уредено, какво работи, какво може да се направи и какво не трябва да се направи, за да не излезе микровълновата печка и да знаете как да установите у дома дали не сипонират Микровълнова фурна. Но обратно към темата.

С честотата също се увеличава ПЕС на ЕМП, така че нормите на неговото ниво са свързани с ПЕС. Кроме того, индивидуальная чувствительность к ППЭ ЭМП колеблется в очень широких пределах, прим. в 1000 раз. В странах с откровенно-жлобским трудовым и социальным законодательством приняты допустимые уровни ППЭ до чудовищных величин вплоть до 1 (Вт*с)/кв. м. Подход в данном случае: при найме ты был предупрежден? Допмедстраховку тебе оплачивают? Повышенную за вредность пенсию через 10 (15, 20) лет гарантируют? Остальное – проблемы индейцев.

В ППЭ такого уровня человек непосредственно ощущает действие ЭМП: тяжесть в голове, нежное тепло, идущее из глубины тела. Нежное, но чрезвычайно опасное: это свидетельство начавшегося плазмолиза клеток, отчего они могут претерпеть злокачественное перерождение. «Аппарат на полшестого» еще на самое страшное последствие «подхвата зайчика» ППЭ ЭМП.

В СССР действовала другая крайность – 1 (мкВт*с)/кв. м, т.е. в миллион раз меньше. Воздействие такого ППЭ на самого чувствительного субъекта не скажется ни немедленно, ни в отдаленной перспективе. Каждый гражданин, точнее, подданный, «совдепии» фактически был собственностью государства, но оно же и гарантировало ему жизнь, здоровье и безопасность. По крайней мере, формально.

Рыночной экономике такая перестраховка окажется непосильной, да в теперешнем засоренном эфире и технически вряд ли осуществимой. Поэтому общепринятая норма уровня ППЭ ЭМП на сегодня промежуточная – 1 (мВт*с)/кв. м. Такой ППЭ, влияющий постоянно и долго, непременно даст отдаленные последствия, но регулярное нахождение в нем не более определенного времени в сутки среднему человеку безвредно и безопасно. Чрезмерно чувствительные отсеиваются медосвидетельствованием при найме, а последствия случайных отклонений уже возможно компенсировать, не перенапрягая соцфонды. Тоже, конечно, жлобский подход, рак на пенсии лечить вместо отдыха удовольствие не великое, но хотя бы в пределах разумного. Поэтому мы будем считать беспроводную зарядку потенциально опасной, если она в радиусе прикосновения (ок. 0,5 м) создает ППЭ ЭМП 1 (мВт*с)/кв. м и более.

Расчет безопасности

Поверим рекламе и купим «супер-пупер» зарядку с питанием от USB (потребляемая мощность – 1,75 Вт), действующую в радиусе 20 см (0,2 м). КПД блогинг-генератора (см. далее) такой мощности на полевом транзисторе ок. 0,8; в эфир без гаджета, лежащего на площадке, уйдет 1,4 Вт. Площадь сферы радиусом 0,2 м – 0,0335 кв. м. ППЭ на ней составит 2,8/0,0335 =41,8 (Вт*с)/кв. м(!). Величина ППЭ обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. На каком же в данном случае она упадет до допустимой 1 (мВт*с)/кв. м? Расчет элементарен: берем корень квадратный из отношения реальной ППЭ к допустимой, и умножаем результат на начальный радиус 0,2 м, т.е. делим на 5; получим… 20,4 м! Вот чего стоят уверения производителей в безопасности изделий. Заодно с силой Ци.

Оговорка выше насчет гаджета на площадке не случайна. В таком случае заряд на частотах, длины волн которых много больше зазора между излучателем и аппаратом, будет индукционным, если приемник для него пригоден. Приемная катушка гаджета как индукционный приемник пригодна однозначно. Зазор в 3 см (см. выше) даст частоту 10 ГГц, которую генератор точно не способен выработать; реально зазор еще меньше. Так что предварительный вывод подтвержден: наша зарядка должна быть только и только индукционной. ППЭ ЭМП в зазоре между индуктором и аппаратом тогда будет еще в разы больше, но это уже не опасно, т.к. ЭМП само собой стянется к приемной катушке, диаметр которой ок. 5 см. На расстоянии от нее втрое большем (точнее, в e раз, e=2,718281828…) наличие ЭМП может быть зафиксировано уже только чувствительным детектором, но расчетом «на пальцах» тут не обойдешься, для вывода нужно использовать средства математической физики.

Примечание: «идти на беспредел» по уверениям в безопасности производителям беспроводных зарядок дает возможность то, что стандарт WPC не международный. Можно ссылаться на нормы ППЭ страны, где идет производство. Или той, где фирма зарегистрирована, а там нормирования ППЭ может вовсе не быть, остались еще кое-где такие гособоразования.

Об автозарядках

Из расчета выше следует, что беспроводные автомобильные зарядки опасны однозначно: их радиус действия доходит до 1 м. Этих бы маркетологов в такой ППЭ пожизненно… или хотя бы то тех пор, пока не ощутят у себя «аппарат на полшестого»… В оправдание приводится относительная кратковременность воздействия и необходимость уберечь от повреждения дорогой гаджет из-за того, что он на шнурке под прикуривателем болтается. Но не умнее было бы просто удлинить шнур, чтобы гаджет мог лежать в в бардачке или другом удобном месте? Вести машину с телефоном в руке все равно рискованно, а кое-где за это могут и штрафануть не слабо.

Если гаджет без WPC

Обязательных требований к приемной катушке WPC всего 2: количество витков 25 и диаметр провода, рассчитанный на ток от 0,35 А с учетом скин-эффекта на частоте до 30 МГц. Практически – от 0,35 мм по меди (без изоляции). Толще, когда свободного места в корпусе хватает, только лучше будет. Конфигурация – любая по месту расположения. Особой аккуратности изготовления не требуется (поз. 1 на рис.), но нужно, чтобы отношение наибольшего поперечного размера к наименьшему не превышало 1,5, иначе КПД приемника упадет и заряд затянется.

Беспроводные зарядные устройства стандарта WPC

Беспроводные зарядные устройства стандарта WPC

Если зарядка делается для старого толстенького телефона или для планшета без WPC, катушка размещается в корпусе гаджета. Небольшой изгиб по месту (поз. 2) на свойства приемника не повлияет. Вдруг внутри места мало (нужно ведь еще куда-то приткнуть электронные компоненты приемника), придется делать плоскую катушку «как фирменная», поз. 4. Укладывать провод в плоскую спираль удобно на скотче, уложенном на подложку клеящей стороной вверх. Чтобы липучка на заворачивалась и не ползла, ее по краям фиксируют полосками того же скотча, наложенными клеем вниз. На скотч налепляют круглую бобышку диаметром ок. 1 см и укладывают вокруг нее витки, придавливая провод к липучке. Когда уложено витков сколько надо, бобышку отлепляют, готовую катушку прокапывают для фиксации витков суперклеем или нитролаком, поз. 3, и снимают вместе со скотчем; его излишки обрезаются.

Делаем зарядку

Генераторы самодельных беспроводных зарядок и частично фабричных собираются по схеме блокинг-генератора, или просто блокинга, см. рис.:

Генератор беспроводного зарядного устройства по схеме блокинг-генератора

Генератор беспроводного зарядного устройства по схеме блокинг-генератора

Ее достоинства – простота, «дубовость» (не требует настроечных работ, абсолютно повторяема, работает в широком диапазоне напряжений питания) и высокий КПД. Недопустимый недостаток согласно нашим условиям – почти полное отсутствие реакции на нагрузку: чтобы сделать индуктор на блокинге чувствительным к гаджету, нужна довольно сложная дополнительная автоматика; хорошие фирменные зарядки ею и снабжаются. Также серьезный недостаток блокинга – он генерирует короткие узкие импульсы с очень широким спектром, что сильно осложняет борьбу с паразитным излучением. Которое опаснее основного, т.к. его составляющие тянутся по частоте очень высоко. Известны также случаи повреждения гаджетов излишне мощной зарядкой с блокингом: если подносить аппарат к площадке плавно, все нормально, а если швырнуть туда резко, то контроллер заряда выходит из строя.

Мы будем делать зарядку с автогенератором гармонических колебаний по допотопной схеме со слабой индуктивной связью. Она вышла из употребления в промышленной аппаратуре еще в 20-х годах прошлого века, как только были придуманы генераторы на трехточках, индуктивной и емкостной, как раз из-за очень острой реакции на нагрузку, но нам-то этого и надо! А прочие недостатки генератора со слабой связью или устраняются современной элементной базой и схемотехникой, или не фатальны. Так, в начале форсированного заряда потребляемая мощность достигает 25 Вт, так что нужен отдельный источник питания. Но средняя долговременная постоянно включенной при еженощном заряде планшета с батареей на 3500 мА/ч не превышает 8 Вт, и за месяц такая зарядка «намотает» аж 5,75 кВт/ч.

Но прежде всего займемся передающей катушкой, т.к. данная схема чувствительна также к параметрам и качеству частотозадающих узлов. Для наладки генератора (безопасность чего-то стоит, ничего не поделаешь) придется также наспех делать приемную катушку, см. выше. Пользоваться зарядкой по назначению можно только, когда генератор налажен, зато потом она работает стабильнее и безопаснее для гаджета, чем зарядка на блокинге. Поэтому с такой зарядкой можно использовать любые гаджеты: она рассчитана на 2 ампера зарядного тока и более. Но старый телефон с батареей на 450 мА/ч возьмет от нее не больше, чем «пропишет» контроллер вследствие той же острой реакции на нагрузку.

Передающая катушка

Чертежи катушек генератора со слабой индуктивной связью даны на рис. ниже.:

Шаблоны печатных катушек генератора беспроводного зарядного устройства

Шаблоны печатных катушек генератора беспроводного зарядного устройства

Слева – контурная L2 (см. далее); справа – катушка обратной связи L3 (в середине) и катушка цепи индикации заряда L1. Вытравливаются они на пластине из 2-стороннего фольгированного стеклотекстолита 100х100 мм толщиной 1,5 мм по т. наз. лазерно-утюжной технологии ЛУТ. Ничего сложного в ней нет, придумка и название любительские. ЛУТ позволяет в домашних условиях делать печатные платы не хуже фирменных, таблички с надписями, контурные рисунки, узорные панно и т.п., см. видео ниже:

Видео: лазерно-утюжная технология

В дополнение к нему можно сказать, что заготовку для ЛУТ лучше всего зачищать обычным школьным ластиком. Затем ошметки с меди смываются ватным тампоном или белой чистой х/б ветошью, обильно смоченной 96% спиртом или нитрорастворителем, и тут же, пока поверхность влажная, протираются насухо микрофибровой салфеткой для чистки стекол очков. На подготовленную таким образом поверхность прочно ложится тонер любого лазерного принтера и даже струйного с шаблона на подходящей (держащей, но не впитывающей чернила) основе.

Примечание: не смущайтесь шириной дорожек на чертеже (0,75 мм у контурной катушки). Допустимая плотность тока в пленочном проводнике на подложке в разы больше, чем в круглом проводе, а скин-эффект слабее. Так, дорожка на печатной плате шириной 10 мм и толщиной 0,05 мм без проблем держит ток в 20 А, и это далеко не предел. Дорожки катушки обратной связи двойной ширины нужны, т.к. в процессе наладки понадобится перепаивать отвод на ней. Вообще же ЛУТ позволяет получать дорожки шириной до 0,15-0,2 мм.

Схемотехника

Схема беспроводного зарядного устройства на генераторе с индуктивной связью дана на рис: слева передатчик; справа приемник. Особенности ее, во-первых, мощный активный элемент VT3. Им может быть только усилительный полевой транзистор. У генератора на биполярном транзисторе будет низкий КПД, а мощные полевые ключи серий IRF, IRFZ, IRL из компьютерных БП или систем электронного зажигания в активном режиме не работают.

Схема беспроводной зарядки для всех гаджетов

Схема беспроводной зарядки для всех гаджетов

Второе – цепь автосмещения VD3 C3. У мощных усилительных полевиков начальный ток стока может достигать 100-200 мА и более. Без запирающего потенциала на затвор генератор возможно будет настроить только на мощность или дежурный режим, но не на то и другое, причем ППЭ от индуктора в радиусе прикосновения наверняка превзойдет допустимую величину. Но формировать автосмещение включением резистора в цепь истока, как в цепь катода в ламповых усилителях, тоже нельзя: генератор не выйдет на полную мощность, т.к. с нарастанием тока истока будет расти по абсолютной величине и смещение. Поэтому цепь смещения выполнена нелинейной на диодах: на малых мощностях оно увеличивается сообразно току истока, что обеспечивает мягкий запуск генератора и его безопасность для любых гаджетов, а когда диоды войдут в насыщение, смещение становится близким к фиксированному и позволит генератору «раскачаться на полную». Цепь смещения подбирается в процессе наладки из мощных выпрямительных диффузионных ВЧ диодов (структура PiN, КД213, КД2997) и диодов Шоттки (структура SMD) на ток от 6 А. Напряжение насыщения первых в диапазоне токов 0,7-5 А меняется в пределах 1-1,4 В; вторых – 0,4-0,6 В.

Элементы R1, VD1, VT1, VT2, C1, R2, VD2 и L1 составляют схему индикации заряда. Если коэффициент передачи тока β VT1 более 80, то VT2 исключается, а движок R2 подключают к базе VT1. Конденсатор С3 обязательно пленочный; Еще лучше – старый бумажный, т.к. на нем рассеивается существенная реактивная мощность.

Приемник данной зарядки также имеет особенности. Первая – двухполупериодное выпрямление принятого тока, т.к. колебания гармонические. Применению данного устройства для заряда гаджетов со встроенной WPC это не препятствует, т.к. в них принятый ток выпрямляется тоже диодным мостом для лучшего использования излучения индуктора. Вторая – параллельно накопительному электролитическому конденсатору C4 подключен керамический C5. У «электролитов» большая собственная индуктивность и значительный тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, что за рабочих частотах уменьшает КПД заряда. Шунтирование «электролита» «керамикой» уменьшает время заряда прим. на 7%. Для планшета с батареей на 3500 мА/ч это составит ок. получаса. Согласитесь, иногда существенно.

Наконец, диод VD8. Он защищает контроллер заряда гаджета, если его уложат на индуктор подключенным к проводной зарядке. Мало ли что в голову взбредет. Может, кому-то покажется, что от двойной подпитки аппарат зарядится быстрее. Контроллер заряда все равно не пустит в батарею ток больше положенного, но сам такого издевательства может не выдержать. Если подобная ситуация исключена, то и VD8 исключается; тогда VD7 нужен на напряжение 5,6 В. Его рабочий ток указан с большим запасом, т.к. максимальный ток заряда через него никогда не проходит вследствие острой реакции на нагрузку генератора. Практически – ставьте любой маломощный из хлама на нужное напряжение. Держит – ну и пусть держит. Греется – ставим помощнее и подороже; в котроллере заряда есть и собственная защита от перенапряжения.

Примечание: без VD7 выпрямленное напряжение будет максимально допустимым в WPC 7,2 В, что позволяет заряжать хитрые «альтернативные» гаджеты. Его можно уменьшить, перепаяв вывод горячего конца L2 (см. ниже) ближе к центру катушки, но не более чем на 6-7 витков.

Налаживание

Наладка генератора начинается с установки его тока покоя Iп без возбуждения. Для этого L3 отключают, а затвор VT3 соединяют с общим проводом (поз. 1 на рис.), т.е. формируют нулевое смещение. Далее, подбирая цепочку VD3, выставляют Iп в указанных пределах. Если ток стока при нулевом смещении оказался менее 50 мА, Iп можно задать 15-20 мА, генератор станет экономичнее и безопаснее. Вдруг начальный ток стока меньше 40 мА, еще лучше, тогда С3 и VD3 не нужны.

Налаживание беспроводной зарядки для всех гаджетов поэтапно

Налаживание беспроводной зарядки для всех гаджетов поэтапно

Следующий этап – фазирование обмоток. Для этого понадобится пробник из приемной катушки (см. выше) с подключенной к ней лампочкой накаливания, поз. 2. Схему генератора восстанавливают, включают, и кладут на L2 пробник. Лампочка должна загореться. Нет – меняют местами выводы L2 или L3. Фазировать катушки нужно так, чтобы на затвор VT3 пришелся горячий (дальний от центра) конец L3, поз. 3. На этом же этапе замеряют и записывают рабочий ток потребления Iр , поз. 4.

Теперь нужно выставить безопасный дежурный ток генератора Iд; излучаемая мощность в дежурном режиме упадет пропорционально квадрату отношения рабочего тока к дежурному. Iд выставляют перепайкой горячего вывода L3 в указанных на поз. 5 пределах поближе к минимальному значению. Возврат на мощность проверяют, кладя на L2 пробник. Установка Iд процедура довольно муторная. Чтобы ее не затягивать и не напаяться до отслоения дорожки, действуйте по след. инструкции:

  • L3 уменьшают наполовину (поз. 6);
  • Iд оказался мал, или пробник не показывает возврата на мощность – возвращаем половину отброшенных витков, поз. 7;
  • Iд еще велик – отбрасываем половину от оставшейся половины L3, поз. 8;
  • ситуация по п. 2 – возвращаем половину отброшенных по п. 3 витков, но не половину из всех отброшенных, поз. 9;
  • при необходимости продолжаем настройку, следуя тому же алгоритму.

Таким образом, действуя методом итерации, установка Iд отнимает совсем немного времени.

Осталось настроить схему индикации заряда. Для этого собирают приемник, нагруженный на резистор такой величины, чтобы ток заряда был меньше формирующего, но больше тока содержания, поз. 10. Движок R2 ставят в нижнее положение, приемник кладут на L2. Вращая движок, добиваются свечения VD1. Приемник убирают, смотрят, погас ли VD1. Нет – движок очень плавно и осторожно крутят обратно до погасания VD1.

Конструкция

Дальнейшего сокращения времени заряда и улучшения параметров безопасности устройства возможно добиться, направив поток энергии от индуктора столбом вверх, этот прием используется в некоторых фирменных беспроводных зарядках. Такие можно распознать по индуктору, обведенному кольцом, если только шибко умные альтернативщики не прилепили его просто так, для продаж.

На самом деле направленность излучения создается экранированием индуктора с тыльной стороны. Для этого генератор помещают в открытый сверху корпус из тонкой, не более 0,25 мм, жести. Если высота корпуса по эстетике безразлична, в нем же размещают источник питания генератора. В таком случае он должен быть с трансформатором промышленной частоты на железе: помехи от вплотную расположенного ИБП собьют настройку генератора.

Конструкция индуктора (передатчика) беспроводной зарядки

Конструкция индуктора (передатчика) беспроводной зарядки

Сталь нужна для магнитного экранирования помимо электрического, а ее малая толщина для предотвращения потерь на вихревые токи. С этой же целью в боковинах корпуса делают частые тонкие вертикальные прорези, а днище выполняют перфорированным в шахматном порядке, см. рис. Идеальный вариант – стенки и днище корпуса из мелкоячеистой стальной сетки. Крышка – любой радиопрозрачный пластик без наполнителя: стекло, акрил, стеклотекстолит, фторопаст, ПЭТ, ПЭ, полипропилен, полистирол. Вариант – бесцветный прозрачный акриловый или нитролак в 4-5 слоев, но не краска или эмаль. Внешнее оформление может быть любым. Именно с таком исполнении беспроводную зарядку для телефона, смартфона, планшета можно держать постоянно включенной на прикроватной тумбочке. Хотя в современном донельзя замусоренном эфире от любых известных источников ЭМП лучше все-таки держаться подальше.

Отпечатване на всички материали с етикет:
дискусия:

изход

Като кликнете върху бутона "Добавяне на коментар", приемам потребителското споразумение и декларацията за поверителност на сайта.