Potència del projecte de 5 volts sense bateria: 16 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:17

Ara podeu tenir una font d’alimentació regulada al vostre abast sense cap bateria per reemplaçar-la o recarregar-la. Aquest instructiu us mostra com modificar una llanterna de dinamo de clauer en un subministrament mitjà que pugui substituir les bateries per a qualsevol projecte que requereixi una alimentació ràpida de 5 volts de corrent continu (5 V CC).

Si fins i tot heu inclòs lògica digital, xips analògics o un microcontrolador en un projecte, és probable que hagueu trobat la manera de proporcionar 5V CC al vostre circuit. Hi ha poques fonts primàries de 5V, de manera que podeu utilitzar una berruga de paret per convertir l’alimentació de CA (cosa que, òbviament, limita el lloc on podeu portar el vostre nou gadget) o podeu dedicar més temps a construir un circuit regulador per obtenir diverses bateries d’1,5V a les necessitats voltatge. Aquestes solucions són necessàries per a alguns circuits, però per a aparells més petits, no seria bo tenir un subministrament sempre a punt per poder treballar directament en altres aspectes del projecte? Si afegiu uns quants components electrònics a una llanterna dinàmica àmpliament disponible, podeu alimentar petits dispositius durant períodes curts sense consumir preses ni bateries. La dinamo millorada és ideal per al banc de treball o per mostrar nous projectes gairebé a qualsevol lloc. Aquest manual instructiu descriu com muntar i instal·lar un convertidor continu CC-CC que converteix la baixa tensió variable del generador de la dinamo de clauer en una constant de 5V. El circuit intensiu carrega un gran condensador que proporciona emmagatzematge d’energia i una mica de potència fins i tot quan la dinamo no gira. Seguint els passos d’aquesta instrucció, podeu aconseguir tot això sense fabricar cap placa de circuit especial ni utilitzar components de muntatge superficial difícils de soldar. Per aconseguir les parts electròniques dins de la caixa del clauer es necessita una mica d’origami del circuit, però després d’aproximadament una hora de manipulació tindràs un dispositiu ordenat que pot generar fins a 50 miliamperis de corrent a una constant de 5 V CC mentre s’enrotlla i millivatts de potència durant minuts després. !

Pas 1: Com funciona

Generador elèctric La corrent que flueix cap a un motor crea un camp magnètic en bobines unides a l’eix, que gira en presència d’un camp magnètic a partir d’imants fixos. Quan un motor funciona en sentit invers, s’aplica la potència girant l’eix, s’indueix una tensió a la bobina. La llei de Faraday diu que aquest voltatge és proporcional a la velocitat que canvia el camp magnètic a la bobina. Per tant, com més ràpid es gira l’eix, més gran és el voltatge. En accionar el mànec, posa en marxa tres engranatges d’esperó compostos. La meitat de cada engranatge compost té un radi petit i l’altra meitat té un radi gran. Quan es gira el radi petit, les dents a la vora del radi més gran canvien d’ubicació a un ritme proporcionalment més ràpid. En cascada d’aquests engranatges compostos, es pot multiplicar la velocitat d’arrencada diverses vegades i es pot girar l’eix del generador molt més ràpidament del que podria fer-ho un ésser humà. La necessitat del convertidor intensiu i el condensador d’emmagatzematge arrencada raonable, però el voltatge no és prou alt per arribar als 5V. Aquesta tensió també varia ràpidament en funció de la velocitat de rotació de l’eix. Per obtenir una sortida constant de 5V, cal un convertidor intensiu. El circuit integrat específic triat, el MAX756, pot convertir voltatges de fins a 0,7 V en 5 V i ve en un pràctic paquet de 8 pins. El circuit intensificat es basa en el circuit d'aplicació del full de dades MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Tot i que aquestes llanternes de clauer de dinamo s’anuncien perquè no necessiten bateries, sembla que tenen tres bateries de mida moneda. El generador es solda a aquesta pila de bateries de monedes en un circuit de càrrega una mica cru. No obstant això, no crec que aquestes bateries estiguin destinades a ser recarregables i tendeixen a esgotar-se ràpidament després de la descàrrega inicial. Aquesta instrucció substitueix aquesta pila de monedes per un condensador gran que es pot recarregar amb més freqüència i és més eficient. Vegeu l’esquema de la disposició de tot el circuit. Els components específics es van triar per facilitar la soldadura manual, tot i ser de les mides més petites que encara es van classificar per a les tensions del circuit. Nota: el full de dades MAX756 té C3 com a condensador de 150 uF. Els condensadors de 150 uF que vaig trobar eren físicament molt més grans que els de 100 uF i no cabrien dins del petit clauer. Per tant, vaig substituir C3 per un condensador de 100 uF i sembla que funciona bé.

Pas 2: peces i eines

Peces del convertidor de pujada Les peces del circuit de pujada es poden obtenir d’un distribuïdor d’electrònica com Digikey.] Condensador C1 - 0,33 F 5,5 V, paquet de monedes [Digikey # 604-1024-ND] C2, C3 - 100 uF 6.3V condensador electrolític d'alumini, mini radial [Digikey # P803-ND] C4 - 0.1 uF 25V ceràmica condensador d'ús general, forat passant [Digikey # BC1148CT-ND] L1 - 22 uH RF choke, axial [Digikey # M8138CT-ND] R1 - 1k, 1 / 4W resistència de pel·lícula de carboni d'ús general, axial [Digikey # 1.0KQBK -ND] D2 - Diodo Schottky 1A 20V, axial [Digikey # 1N5817GOS-ND] D3 - Si no podeu reciclar els LED originals de la llanterna perquè els cables es van retallar massa curts, podeu utilitzar qualsevol LED de 2 mA, rodó T1 3 mm [per exemple Digikey # 475-1402-ND] Llanterna de clauer de dinamo He utilitzat una llanterna de clauer de LED dinamo que va ser marcada com AIDvantage i fabricada per LTA, Inc. (article # 02119) per a aquest projecte. Hi ha una gran varietat d’aquestes llanternes de mida fabricades per diferents fabricants: les he vist a les botigues de queviures (Giant a la costa est) i a les botigues d’informàtica (Microcenter). Els podeu trobar en línia mitjançant Googling: llanterna de clauer dinamo. Normalment costen menys de 5 dòlars. Vaig descobrir que hi ha algunes variacions menors entre llanternes fabricades per diferents fabricants. Una llanterna que vaig aconseguir al Microcenter no tenia cap placa de circuit per als LED: els LED s’acabaven de soldar directament a la bateria. Aquesta placa de circuit LED és agradable, però no és necessària. Si trobeu que no hi ha cap placa de circuit separada per als LED, només podeu soldar junts els cables respectius positius i negatius del combinat de resistència LED + i del cable de sortida. Una mica de cola calenta dins de la placa frontal a prop del cable LED i de sortida pot donar una certa resistència mecànica al conjunt. L'altra variació era que els cables de l'interruptor d'aquesta versió també es soldaven lleugerament diferent a la bateria. En cas contrari, era pràcticament idèntic. Cable de sortida He utilitzat un cable USB A mascle a mini-B USB mascle recuperat d’un reproductor MP3 mort com a cable de sortida. He escollit aquest cable perquè l’entrada mini-USB és habitual en circuits petits. Com que hi ha 4 connexions dins d’aquest cable, heu d’esbrinar quins cables són els cables positius i negatius. Tot i això, podeu utilitzar qualsevol tipus de cable de sortida que vulgueu si coneixeu la polaritat. Per provar el circuit, probablement també voldreu tenir disponible la presa complementària per a l'adaptador de sortida. He soldat el receptacle mini-B del reproductor MP3 mort i he connectat cables vermells i negres a 5V i pins de terra, respectivament. Eines Necessitareu les eines següents per construir i provar la dinamo modificada: ferro, soldadura i flux (aquest instructiu suposa que heu soldat abans) - voltímetre i cables de prova - petit tornavís Phillips (per obrir la caixa de la llanterna) - cinta elèctrica - talladors de filferro petit - alicates petites - pinces (opcional, però recomanable) - morsa de braços ajustable, eina de tercera mà (opcional, però recomanable) - petit tornavís de cap pla (opcional, però recomanat) - pistola de cola calenta (opcional, però recomanable) - ganivet per a hobby (opcional, però recomanat)

Pas 3: Origami del circuit: MAX756 i condensador d'emmagatzematge

A. Identifiqueu els 8 pins del MAX756 i orienteu el xip amb el pin 1 a la part inferior esquerra.

B. Capgireu el xip (és a dir, gireu 180 graus a través de l'eix llarg) i clipeu els pins 4 i 5. Aquests pins passen a la funció d'indicador de bateria baixa del MAX756 i no s'utilitzen en aquest manual. Podeu modificar el circuit i utilitzar aquests pins per determinar quan el voltatge del condensador d’emmagatzematge (C1) és baix. Capgireu el condensador d’emmagatzematge de manera que el pin negatiu quedi a l’esquerra. C. Col·loqueu el MAX756 al condensador d’emmagatzematge de manera que el xip estigui aproximadament entre els pins C1 (-) negatius del condensador d’emmagatzematge i els pins C1 (+) positius. D. Doblegueu els pins del condensador d'emmagatzematge cap al MAX756 com si volgués fixar el xip al seu lloc. Doblegueu els pins 2 i 7 del MAX756 perquè gairebé toquin el pin negatiu C1 (-) del condensador d’emmagatzematge. Doblegueu el pin 6 de manera que gairebé toqui el pin positiu C1 (+) del condensador d’emmagatzematge. E. Soldeu C1 (-) i els passadors 2 i 7 al MAX756. A continuació, soldeu C1 (+) i el pin 6 al MAX756. F. Finalment, talleu un petit tros de cinta elèctrica aproximadament de la mida de l'alçada i l'amplada del MAX756. Utilitzeu aquesta peça per cobrir les juntes soldades a E.

Pas 4: Origami del circuit: inductor, condensador de referència, díode Schottky

A. Col·loqueu l’inductor L1 contra els pins 1 i 8 del MAX756. Premeu els cables L1 contra els pins MAX756 perquè el component estigui el més a prop possible del cos del xip.

B. Soldeu L1 als passadors 1 i 8 i retalleu la longitud restant del cable L1. C. Col·loqueu el condensador ceràmic C4 de manera que un cable toqui el pin 3 del MAX756 i l’altre estigui pressionant contra una part exposada del pin 2, que ara es troba principalment a sota de la cinta elèctrica. D. Soldeu C4 als passadors 2 i 3 i retalleu la longitud restant del cable C4. E. Observant MAX756 amb el pin 1 a la part superior esquerra, col·loqueu el díode Schottky D2 a la cornisa creada pel gran condensador C1. Doblegueu el pin del càtode D2 D2 (-) identificat amb una banda al voltant del cos MAX756 de manera que toqui el terminal positiu de C1, C1 (+). Doblegueu l’ànode D2 D2 (+) cap amunt de manera que toqui el pin 8 del MAX756. F. Soldeu els passadors D2 al MAX756 i retalleu la longitud restant del cable. Retalleu els passadors 8 i 3.

Pas 5: Origami del circuit: condensadors electrolítics, primera part

A. Col·loqueu els condensadors electrolítics C2 i C3 als seus extrems de manera que els terminals negatius, C2 (-) i C3 (-), estiguin l'un al costat de l'altre.

B. Doble C3 (-) al voltant de C2 (-). C. Soldeu els dos derivats negatius junts a prop de C2. Això crearà un cable de terra per als dos condensadors. Assegureu-vos de no soldar accidentalment el terminal positiu de C2. Retalleu la longitud restant de C2 (-). D. Gireu els condensadors cap a vosaltres. Doblegueu C3 (-) al canal de creació entre els dos condensadors. A prop del final dels condensadors, doblegueu la longitud restant de 90 graus com si creéssiu un peu per als dos condensadors. E. Amb C1 (-) orientat cap a vosaltres, col·loqueu C2 i C3 al costat esquerre i poseu el peu C3 (-) entre la terminal C1 (-) i el cos C1. F. Soldeu C3 (-) a C1 (-). Esteu lligant els passadors de terra de C2, C3 i C1.

Pas 6: Origami del circuit: condensadors electrolítics, part 2

A. Doblegueu el terminal positiu de C3, C3 (+) cap al pin 1 del MAX756 perquè quedi dins dels pins 1 i 2.

B. Soldeu C3 (+) al pin 1 del MAX756. Retalleu la longitud restant del passador 1. C. Gireu el conjunt de manera que descansi sobre el cable negatiu de C1, C1 (-). Talla una tira de cinta elèctrica més estreta que l’amplada dels condensadors C2 i C3 junts i aproximadament el doble. Col·loqueu aquesta cinta elèctrica entre C1 i C2 / C3 de manera que cobreixi els pins de terra C2 / C3. D’aquesta manera evitarà que C2 (+) toqui accidentalment i es faci curt a terra. E. Doblegueu C2 (+) 90 graus de manera que quedi sobre la junta de soldadura C2 / C3. A continuació, doblegueu-lo 90 graus cap al terminal C1 (+). F. Soldeu C2 (+) a C1 (+) i retalleu la longitud restant.

Pas 7: fabricació del cable de sortida

El procés per fabricar el cable de sortida depèn de l'adaptador que trieu per als vostres projectes. Aquest pas tracta de com incorporar un cable USB mini-B masculí, ja que es tracta d’un format d’endoll normal. Vaig utilitzar un cable que provenia d’un reproductor de MP3 mort i que tenia extrems USB-A mascle i mini-B masculí.

Talleu el cable a uns 5 centímetres de la punta de l'extrem mini-B. Retireu l'extrem USB-A i els 4 cables a l'interior. Per determinar quins cables són positius i connectats a terra, connecteu l'USB-A a una presa USB alimentada. Proveu combinacions de cables amb un voltímetre: si hi ha cables vermells i negres, probablement proporcionin energia positiva i terra, respectivament. Retireu l’aïllant exterior de l’extrem mini-B aproximadament 1/4 de polzada. Un cop hàgiu sabut quins cables són positius i connectats a terra, J1 (+) i J1 (-), retireu aquests cables a l’extrem mini-B i retalleu els dos cables restants.

Pas 8: desmuntatge de la llanterna

A. Utilitzeu un tornavís Phillips als quatre cargols per desmuntar la llanterna.

B. La llanterna s'ha de separar fàcilment. Identifiqueu quines parts són la part superior de la caixa, la part inferior de la caixa i la placa frontal. C. Traieu l'electrònica. D. Retalleu els dos cables a prop de la placa frontal. Utilitzarà el cable soldat a l’interruptor, de manera que mantingueu-lo el major temps possible. A continuació, retalleu el cable i l'extrem del díode D1 (l'extrem negatiu del càtode està marcat amb una línia negra) a prop de les bateries de monedes apilades de manera que les longituds del fil i del díode que s'estenen des del motor M1 siguin el més llargs possibles.

Pas 9: Preparació de la placa frontal

Nota: no totes les llanternes de clauer dinamo tenen placa de circuit LED. Si el vostre no ho fa, podeu ometre aquest pas.

A. Encontreu un tornavís pla entre el plàstic de la placa frontal i la placa de circuits LED. B. Gireu el tornavís. La placa frontal i la placa de circuits LED s’han de separar. C. Cerqueu el núvol a la placa frontal de plàstic. D. Retalleu el nub amb talladors de filferro. E. El costat nub es veurà cap a la nova dinamo. F. Dessoldeu els LED de la placa de circuits LED. Intenteu extreure els LED intactes i deixeu els forats oberts per a futurs pins.

Pas 10: elaboració de la placa frontal

A. Si la vostra placa de circuit LED és similar a la del diagrama, orienteu el LED D3 de manera que el pin del càtode D3 (-) entri al forat oposat a l'extrem pla del contorn LED1 blanc i rodó.

B. Doblegueu l’ànode D3 D3 (+) 90 graus i introduïu D3 (-) al forat de la placa de circuits LED. C. Retalleu D3 (+) després del revolt de manera que tingui una longitud de menys de 1/8 de polzada. Retalleu un cable de la resistència R1 d'1 k ohm de manera que també tingui una longitud d'1 / 8 polzades. Introduïu l’extrem llarg de R1, R1 (2) pel forat de la placa de circuits LED i soldeu els extrems curts de R1 i D3 (+) junts. D. Capgirar la placa de circuits LED. Soldeu R1 (2) al forat desocupat per D3 (+) i retalleu la longitud restant. La tira de coure R1 (2) que ara es solda és el bus positiu. E. Torneu a girar la placa de circuits LED. Introduïu el cable de sortida a través d’un dels forats de la placa frontal de plàstic. Tingueu en compte que ara la direcció de la placa frontal està invertida i que la placa frontal quedarà enlairada quan hàgiu acabat. F. Soldeu el J1 (+) a través del forat que connecta amb el bus positiu. Soldeu J1 (-) al bus de terra.

Pas 11: completar la placa frontal

A. Apliqueu una mica de cola calenta a l'esquerda entre la placa de circuits LED i la placa frontal del cable. Això donarà al conjunt una certa resistència mecànica.

B. Com que no necessiteu les piles de monedes, dessoldeu un cable de la pila. Soldeu aquest cable a R1 (2). Aquest cable proporcionarà alimentació al LED i al cable de sortida després de connectar-se a la sortida del convertidor incremental.

Pas 12: Instal·lació del commutador i del circuit del convertidor intensificador

A. Desoldeu l'interruptor de la pila de bateries de monedes de la llanterna.

B. Assegureu-vos que el pinout del commutador tingui un aspecte similar a la foto, amb un cable soldat al pin superior SW1 (2) i que no hi hagi cap als dos inferiors. Doblegueu el passador central SW1 (1) a uns 45 graus de distància del cos de l’interruptor. Podeu retallar el pin inferior. C. La meitat inferior de la caixa té tres característiques de plàstic al costat de la placa frontal que evitarien que el nou circuit s’adapti a l’interior. Retalleu-los amb talladors de filferro. D. És possible que hàgiu d'utilitzar un ganivet per afegir aquestes característiques al mateix nivell que la resta de la caixa. E. Introduïu l'interruptor a la meitat inferior de la caixa a la seva ubicació original. Assegureu-vos que el passador amb el filferro, SW1 (2), estigui més a prop de l’extrem de la placa frontal. F. Col·loqueu tot el circuit del convertidor incremental a la cavitat, amb el gran condensador C1 cap a l'interruptor i els dos condensadors electrolítics C2 i C3 a la part posterior. SW1 (1) hauria de prémer contra el terminal negatiu de C1, C1 (-). Si no és així, doblegueu-lo cap al condensador. És possible que vulgueu posar una mica de cinta elèctrica a C1 (-) darrere del passador SW1 (2) perquè no quedi curt.

Pas 13: connectar la placa frontal i el circuit del convertidor de pujada

A. Torneu a posar el motor M1 a la seva ubicació original a la meitat inferior de la caixa. Amplieu el cable que surt del motor (el cable de terra M1 (-)) de manera que toqui el pin central del commutador, SW1 (1), i el terminal negatiu del condensador gran, C1 (-).

B. Talla i tira el filferro M1 (-) a la longitud adequada i solda el filferro, SW1 (1) i C1 (-) junts. Aquesta és una connexió important, així que assegureu-vos que els tres estan soldats. C. Gireu la caixa de manera que el motor quedi a l'esquerra i doblegueu el cable del càtode de D1, D1 (-), de manera que toqui una part exposada del terminal positiu de C3, C3 (+). D. Soldeu D1 (-) i C3 (+) junts i retalleu la longitud restant de D1 (-). E. Soldeu el cable SW1 (2) al bus negatiu de la placa frontal. F. Soldeu el cable connectat al bus positiu de la placa frontal al terminal positiu del condensador gran, C1 (+).

Pas 14: tornar a muntar

Per acabar el muntatge, col·loqueu la placa frontal a la meitat inferior de la caixa. El llavi de la placa frontal ha d’estar dins del llavi de la caixa per mantenir-lo al seu lloc.

És possible que vulgueu col·locar una mica de cinta elèctrica al motor si creieu que el díode D1 corre el risc de quedar-se curt a la caixa del motor. Col·loqueu els engranatges i el mànec de nou a les seves posicions originals. Consulteu la foto següent per veure com s’orienten en el cas. Poseu la meitat superior de la caixa a la part superior de la meitat inferior. Les dues parts haurien d’encaixar molt juntes si el convertidor incremental s’ha fet força a prop del que apareix en aquest manual. Capgirar la nova font d’alimentació millorada i estrènyer els quatre cargols.

Pas 15: proves

Canvieu l'interruptor cap a la placa frontal. Aquesta és la posició On.

Mantingueu l’alimentació dinàmica a la mà esquerra i arrossegueu el mànec amb la mà dreta. Al voltant de dues rotacions per segon és bo. Hauríeu de trobar una mica de resistència: és la càrrega del condensador. Al cap d’uns segons, el voltatge serà prou elevat perquè la llum del LED. Quan el condensador s’acosta a 5V, la resistència caurà. En aquest moment, el condensador es carrega. Si teniu un adaptador complementari amb cables d'alimentació per al cable de sortida, podeu connectar-lo a un voltímetre. Al voltant del punt en què baixa la resistència a l’arrencada, hauríeu de veure que la tensió s’acosta i es manté prop de 5V. Si teniu resistència però el LED no s’encén, comproveu les connexions de la placa frontal. Si el voltatge de sortida supera greument els 5 V, assegureu-vos que els condensadors electrolítics estiguin soldats correctament. Si no trobeu cap resistència i és evident que no funciona, és possible que hi hagi un curt en algun lloc del circuit de conversió incremental.

Pas 16: sol·licitud

He utilitzat el subministrament de dinamo per alimentar una placa d'avaluació LM3S811 Luminary que imprimeix "5V, sense bateria!" a una pantalla OLED. A causa dels xips que s’utilitzen en aquest tauler, atrau una bona quantitat de corrent … uns 80 mA. En conseqüència, no funciona molt temps a la font d'alimentació de la dinamo fins que no necessita una mica d'arrencada, però funciona prou temps per llampar text diferent a la pantalla. La font d'alimentació dinamo funcionarà millor amb circuits que consumeixen uns quants mA de corrent. Els circuits poden funcionar fins a 10 minuts sense arrencada, en funció de la seva tensió mínima de funcionament.

També vaig provar el subministrament de dinamo amb un motor hobby. Mentre arrencava, el motor zumbava juntament amb 50 mA de corrent.