Без батерии 5-волтова проектна мощност: 16 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Сега можете постоянно да имате регулирано захранване под ръка, без да разполагате с батерии, които да замените или презаредите! Тази инструкция ви показва как да промените фенерчето с ключодържател на динамо в постно средно захранване, което може да замени батериите за всякакви проекти, изискващи бързо 5 волта постоянен ток (5 V DC).

Ако дори сте включили цифрова логика, аналогови чипове или микроконтролер в проект, има голям шанс да сте намерили начин да осигурите 5V DC към вашата верига. Има няколко първични източника на 5V, така че можете да използвате брадавица за стена, за да преобразувате променливотоковото захранване (което очевидно ограничава къде можете да вземете новата си притурка) или можете да отделите допълнително време за изграждане на регулаторна верига, за да получите няколко батерии 1.5V до необходимите волтаж. Тези решения са необходими за някои схеми, но за по-малки приспособления, не би ли било хубаво да имате винаги готово снабдяване, за да можете да преминете директно към работа по други аспекти на проекта? Като добавите няколко електронни компонента към широко достъпно фенерче на динамо, можете да захранвате малки устройства за кратки периоди, без да използвате изходи или батерии. Подобреното динамо е чудесно за работната маса или за показване на нови проекти почти навсякъде. Тази инструкция обхваща как да се сглоби и инсталира постепенен DC-DC преобразувател, който превръща променящото се ниско напрежение на генератора на ключодържателя в постоянен 5V. Повишаващата верига зарежда голям кондензатор, който осигурява съхранение на енергия и известна мощност дори когато динамото не се върти. Като следвате стъпките в тази инструкция, можете да постигнете всичко това, без да произвеждате специална платка или да използвате твърди за запояване компоненти за повърхностен монтаж. За да вкарате електронните части в кутията за ключодържател е необходимо малко оригами, но след около час бъркане ще имате спретнато устройство, което може да генерира до 50 милиампера ток при постоянни 5V DC, докато намотава и миливати мощност за минути след това !

Стъпка 1: Как работи

Електрически генератор Токът, протичащ в двигател, създава магнитно поле в бобини, прикрепени към вала, което се завърта в присъствието на магнитно поле от неподвижни магнити. Когато двигателят работи на заден ход - мощността се подава чрез завъртане на вала - в намотката се индуцира напрежение. Законът на Фарадей казва, че това напрежение е пропорционално на скоростта, която магнитното поле се променя в бобината. По този начин колкото по -бързо се завърта валът, толкова по -голямо е напрежението. Предавателни числа Серия от предавки се използват в ключодържателя, за да накарат генератора да се върти възможно най -бързо. Когато завъртите дръжката, тя задвижва три зъбни колела. Една половина от всяко комбинирано зъбно колело има малък радиус, а другата половина има голям радиус. Когато малкият радиус се завърти, зъбите на ръба на по -големия радиус променят местоположението си пропорционално по -бързо. Чрез каскадиране на тези комбинирани зъбни колела скоростта на коляно може да се умножи няколко пъти и вала на генератора може да се завърти много по-бързо, отколкото човек може да го завърти. разумно завъртане, но напрежението не е достатъчно високо, за да достигне 5V. Това напрежение също варира бързо в зависимост от скоростта на въртене на вала. За да получите стабилен 5V изход, е необходим повишаващ преобразувател. Избраната специфична интегрална схема - MAX756 - може да превърне напрежения от 0,7 V в 5V и се предлага в удобна 8 -пинова опаковка. Повишаващата схема се основава на приложната верига в листа с данни MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Въпреки че тези фенерчета за ключодържатели на Dynamo се рекламират като не се нуждаят от батерии, те изглежда имат вътре три батерии с размер на монета. Генераторът е запоен към този купчина батерии от монети в малко груба верига за зареждане. Не мисля обаче, че тези батерии са предназначени за презареждане и са склонни да се изтощават бързо след първоначалното разреждане. Тази инструкция заменя този куп монети с голям кондензатор, който може да се презарежда по -често и е по -ефективен. Вижте схемата за оформлението на цялата верига. Конкретните компоненти бяха избрани за лесно ръчно запояване, като същевременно бяха най -малките размери, които все още бяха оценени за напреженията във веригата. Забележка: Информационният лист MAX756 има C3 като 150 uF кондензатор. Кондензаторите от 150 uF, които открих, бяха физически много по -големи от тези 100 uF и не можеха да се поберат в малкия ключодържател. По този начин замених C3 със 100 uF кондензатор и изглежда, че работи добре.

Стъпка 2: Части и инструменти

Части за усилващ преобразувател Частите за усилващата верига могат да бъдат получени от електронен дистрибутор като Digikey. U1-MAX756 3.3V/5V стъпков DC-DC преобразувател, 8-пинов DIP пакет [Digikey# MAX756CPA+-ND] C1-0.33 F 5.5V кондензатор, пакет с монети [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3-100 uF 6.3V алуминиев електролитен кондензатор, мини радиален [Digikey# P803-ND] C4-0.1 uF 25V керамика кондензатор с общо предназначение, през отвор [Digikey# BC1148CT-ND] L1-22 uH RF дросел, аксиален [Digikey# M8138CT-ND] R1-1k, 1/4W въглероден филмов резистор с общо предназначение, аксиален [Digikey# 1.0KQBK -ND] D2-1A 20V диод Шотки, аксиален [Digikey# 1N5817GOS-ND] D3-Ако не можете да рециклирате оригиналните светодиоди във фенерчето, тъй като проводниците бяха подрязани твърде късо, можете да използвате всеки 2 mA LED, кръгъл T1 3 мм [напр Digikey# 475-1402-ND] Динамо фенерче за ключодържатели Използвах динамо LED фенерче за ключове, което беше маркирано като AIDvantage и произведено от LTA, Inc. (артикул# 02119) за този проект. На пазара има разнообразие от фенерчета с тези размери, произведени от различни производители - виждал съм ги в магазини за хранителни стоки (Giant на Източното крайбрежие) и в компютърни магазини (Microcenter). Можете да ги намерите онлайн чрез Googling: фенерче за ключодържатели на динамо. Обикновено те струват по -малко от 5 долара. Открих, че има някои малки вариации между фенерчета, направени от различни производители. Едно фенерче, което получих в Microcenter, нямаше платка за светодиодите - светодиодите бяха просто запоени директно към батерията. Тази LED платка е хубава, но не е задължителна. Ако установите, че няма отделна платка за светодиодите, можете просто да запоите съответните положителни и отрицателни проводници на комбинирания светодиод+резистор и изходния кабел заедно. Малко горещо лепило вътре в лицевата плоча близо до светодиода и изходния кабел може да придаде на механизма някаква механична якост. Другият вариант е, че проводниците на превключвателя на тази версия също са запоени малко по -различно от батерията. В противен случай беше почти идентичен. Изходен кабел Използвах USB A мъжки към mini-B USB мъжки кабел, изчистен от мъртъв MP3 плейър като изходен кабел. Избрах този кабел, защото мини-USB входът е често срещан за малки вериги. Тъй като в този кабел има 4 връзки, трябва да разберете кои проводници са положителните и отрицателните проводници. Можете обаче да използвате произволен тип изходен кабел, ако знаете полярността. За да тествате веригата, вероятно също ще искате да имате на разположение допълнителния жак за изходния адаптер. Депорирах мини-B гнездото от мъртъв MP3 плейър и свързах червени и черни проводници съответно към захранване на 5V и заземяващи щифтове. желязо, спойка и флюс (тази инструкция предполага, че сте запоявали преди)- волтметър и тестови проводници- малка отвертка Phillips (за отваряне на кутията на фенерчето)- електрическа лента- малки резачки за тел- малки клещи- пинсети (по избор, но препоръчително)- регулируеми менгеме, инструмент от трета ръка (по избор, но препоръчително)- малка отвертка с плоска глава (по избор, но препоръчително)- пистолет за горещо лепило (по избор, но препоръчително)- нож за хоби (по избор, но препоръчително)

Стъпка 3: Оригами на веригата: MAX756 и кондензатор за съхранение

А. Определете 8 -те пина на MAX756 и ориентирайте чипа с щифт 1 долу вляво.

Б. Обърнете чипа (т.е. завъртете на 180 градуса през дългата ос) и закрепете щифтовете 4 и 5. Тези щифтове отиват към индикатора за ниска батерия на MAX756 и не се използват в тази инструкция. Можете да промените веригата и да използвате тези щифтове, за да определите кога напрежението на кондензатора за съхранение (C1) е ниско. Обърнете кондензатора за съхранение, така че отрицателният щифт да е отляво. В. Поставете MAX756 върху кондензатора за съхранение, така че чипът да е приблизително между отрицателните C1 (-) и положителните щифтове на кондензатора за съхранение. Г. Огънете щифтовете на кондензатора за съхранение към MAX756, сякаш искате да захванете чипа на място. Огънете щифтове 2 и 7 на MAX756, така че те почти докосват отрицателния извод C1 (-) на кондензатора за съхранение. Огънете щифт 6, така че той почти докосва положителния извод C1 (+) на кондензатора за съхранение. Д. Запоявайте заедно C1 (-) и щифтове 2 и 7 на MAX756. След това запойте заедно C1 (+) и щифт 6 на MAX756. Е. Накрая изрежете малко парче електрическа лента приблизително с размерите на височината и ширината на MAX756. Използвайте това парче, за да покриете фугите, запоени в E.

Стъпка 4: Оригами на веригата: индуктор, референтен кондензатор, диод Шотки

А. Поставете индуктор L1 срещу щифтове 1 и 8 на MAX756. Натиснете проводниците L1 срещу щифтовете MAX756, така че компонентът да е възможно най -близо до тялото на чипа.

Б. Запояйте L1 към щифтове 1 и 8 и фиксирайте останалата дължина на проводника L1. В. Поставете керамичен кондензатор С4 така, че единият проводник да докосне щифт 3 на MAX756, а другият да притиска откритата част на щифт 2, която сега е най -вече под електрическата лента. Г. Запоявайте С4 към щифтове 2 и 3 и отрежете останалата дължина на проводника С4. Д. Поглеждайки MAX756 с щифт 1 в горния ляв ъгъл, поставете диода Шотки D2 на перваза, създаден от големия кондензатор С1. Огънете D2 катодния D2 (-) щифт-идентифициран с лента-около тялото на MAX756, така че да докосва положителния извод на C1, C1 (+). Огънете анода D2 D2 (+) нагоре, така че да докосва щифт 8 на MAX756. F. Запоявайте щифтовете D2 към MAX756 и отрежете останалата дължина на проводника. Подрежете щифтовете 8 и 3.

Стъпка 5: Оригами на веригата: Електролитични кондензатори, част 1

А. Поставете електролитни кондензатори C2 и C3 на техните краища, така че отрицателните изводи, C2 (-) и C3 (-), да са един до друг.

Б. Огънете С3 (-) около С2 (-). В. Запоявайте двата отрицателни проводника заедно близо до C2. Това ще създаде проводник за заземяване на двата кондензатора. Внимавайте да не запоите случайно положителния извод на C2. Изрежете останалата дължина на C2 (-). Г. Обърнете кондензаторите към вас. Огънете C3 (-) в канала между двата кондензатора. Близо до края на кондензаторите огънете останалата дължина на 90 градуса, сякаш създавате крак за двата кондензатора. Д. С C1 (-) обърнат към вас, поставете C2 и C3 от лявата страна и пъхнете крака C3 (-) между клемата C1 (-) и тялото C1. F. Припой C3 (-) до C1 (-). Свързвате заземяващите щифтове на C2, C3 и C1 заедно.

Стъпка 6: Оригами на веригата: Електролитични кондензатори, част 2

А. Огънете положителния извод на C3, C3 (+) към щифт 1 на MAX756, така че да е вътре в щифтове 1 и 2.

B. Запоявайте C3 (+) към щифт 1 на MAX756. Отрежете останалата дължина на щифт 1. C. Завъртете модула така, че да лежи върху отрицателния проводник на C1, C1 (-). Изрежете ивица електрическа лента, която е по -тясна от ширината на кондензаторите C2 и C3 заедно и около два пъти по -дълга. Поставете тази електрическа лента между C1 и C2/C3, така че да покрива заземяващите щифтове C2/C3. Това ще предпази C2 (+) от случайно докосване и късо съединение към масата. Д. Огънете C2 (+) 90 градуса, така че да е над спойката на C2/C3. След това го огънете на 90 градуса към извода C1 (+). F. Запоявайте C2 (+) до C1 (+) и подрежете останалата дължина.

Стъпка 7: Осъществяване на изходния кабел

Процесът на изработване на изходния кабел зависи от това кой адаптер сте избрали за вашите проекти. Тази стъпка обхваща как да включите USB mini-B мъжки кабел, тъй като това е общ формат на щепсела. Използвах кабел, който идва от мъртъв MP3 плейър и има USB-A мъжки и mini-B мъжки краища.

Нарежете кабела на около 5 инча от върха на края на mini-B. Отстранете края на USB-A и 4-те проводника вътре. За да определите кои проводници са положителни и заземени, включете USB-A в захранващ USB жак. Тествайте комбинации от проводници с волтметър - ако има червени и черни проводници, те вероятно осигуряват съответно положителна мощност и маса. Отстранете външния изолатор на края на mini-B на около 1/4 инча. След като разберете кои проводници са положителни и заземени, J1 (+) и J1 (-), отстранете тези проводници в края на mini-B и отрежете останалите два проводника.

Стъпка 8: Разглобяване на фенерчето

А. Използвайте отвертка Phillips върху четирите винта, за да разглобите фенерчето.

Б. Фенерчето трябва да се разглобява лесно. Определете кои части са горната част на корпуса, долната част на корпуса и лицевата плоча. В. Извадете електрониката. Г. Прикрепете двата проводника близо до лицевата плоча. Ще използвате проводника, който е запоен към превключвателя, така че дръжте този проводник възможно най -дълго. След това захванете проводника и края на диода D1 (отрицателният, катодният край е маркиран с черна линия) близо до подредените монети батерии, така че дължините на проводника и диода, простиращи се от двигателя M1, да са възможно най -дълги.

Стъпка 9: Подготовка на лицевата плоча

Забележка: не всички фенерчета за ключодържатели на динамо имат LED платка. Ако вашият не го направи, можете да пропуснете тази стъпка.

А. Завийте плоска отвертка между пластмасата на лицевата плоча и LED платката. Б. Завъртете отвертката. Лицевата платка и LED платката трябва да се разпаднат. В. Намерете възела на пластмасовата лицева плоча. Г. Затегнете зъбчето с ножове за тел. Д. В новото динамо ще се изправи лицевата страна. F. Разпаявайте светодиодите от LED платката. Опитайте се да извадите светодиодите непокътнати и да оставите отворите отворени за бъдещи щифтове.

Стъпка 10: Изработка на лицевата плоча

О. Ако вашата LED платка е подобна на тази на диаграмата, ориентирайте LED D3 така, че катодният щифт D3 (-) да влезе в отвора срещу плоския край на кръглата бяла LED1 линия.

Б. Огънете анода D3 D3 (+) на 90 градуса и поставете D3 (-) в отвора на LED платката. В. Подрежете D3 (+) след завоя, така че да е по -малко от 1/8 инча. Закрепете един проводник на 1k омовия резистор R1, така че да е с дължина около 1/8 инча. Прокарайте дългия край на R1, R1 (2) през отвора в LED платката и запойте късите краища на R1 и D3 (+) заедно. Г. Обърнете LED платката. Припоявайте R1 (2) към отвора, незает от D3 (+) и отрежете останалата дължина. Лентата от мед R1 (2) сега е запоена към положителната шина. Д. Обърнете обратно LED платката. Прокарайте изходния кабел през един от отворите в пластмасовата лицева плоча. Обърнете внимание, че посоката на лицевата плоча сега е обърната и лицевата плоча ще стърчи, когато приключите. F. Запоявайте J1 (+) през отвора, който се свързва с положителната шина. Запоявайте J1 (-) към заземителната шина.

Стъпка 11: Попълване на лицевата плоча

А. Нанесете малко горещо лепило в пукнатината между LED платката и лицевата плоча от страната на кабела. Това ще придаде на механизма някаква механична якост.

Б. Тъй като не се нуждаете от монетните батерии, изварете тел от купчината. Запоявайте този проводник към R1 (2). Този проводник ще осигури захранване на LED и изходния кабел, след като е свързан към изхода на повишаващия преобразувател.

Стъпка 12: Инсталиране на превключвателя и усилващата верига на преобразувателя

А. Отлепете превключвателя от купчината батерии на фенерчето.

Б. Уверете се, че изводът на превключвателя изглежда подобен на снимката, с проводник, запоен към горния щифт SW1 (2) и нито един на долните два. Огънете средния щифт SW1 (1) на около 45 градуса от тялото на превключвателя. Можете да отрежете долния щифт. В. Долната половина на кутията има три пластмасови елементи от страната на лицевата плоча, които биха попречили на новата верига да се побере вътре. Подрежете ги с помощта на ножове за тел. Г. Може да се наложи да използвате нож за хоби, за да изрежете тези функции в нивото с останалата част от кутията. Д. Поставете превключвателя в долната половина на кутията на първоначалното му място. Уверете се, че щифтът с проводника, SW1 (2), е най -близо до края на лицевата плоча. F. Поставете цялата верига на усилващ преобразувател в кухината, като големият кондензатор C1 е обърнат към превключвателя, а двата електролитни кондензатора C2 и C3 отзад. SW1 (1) трябва да притиска отрицателния извод на C1, C1 (-). Ако не е, огънете го към кондензатора. Може да искате да поставите малко електрическа лента на C1 (-) зад щифта SW1 (2), така че да не се къса.

Стъпка 13: Свързване на лицевата плоча и схемата на увеличаващия се преобразувател

А. Поставете двигателя M1 обратно на първоначалното му място в долната половина на кутията. Удължете проводника, който излиза от двигателя - заземителния проводник M1 (-) - така че да докосва средния щифт на превключвателя SW1 (1) и отрицателния извод на големия кондензатор C1 (-).

Б. Изрежете и отстранете жицата M1 (-) до подходящата дължина и запойте жицата, SW1 (1) и C1 (-) заедно. Това е важна връзка, затова се уверете, че трите са запоени. В. Завъртете кутията така, че двигателят да е отляво и огънете катодния проводник на D1, D1 (-), така че да докосва открита част от положителния извод на C3, C3 (+). Г. Запоявайте D1 (-) и C3 (+) заедно и подрязвайте останалата дължина на D1 (-). Д. Запоявайте проводника SW1 (2) към отрицателната шина на лицевата плоча. F. Запоявайте проводника, свързан към положителната шина на лицевата плоча, към положителния извод на големия кондензатор, C1 (+).

Стъпка 14: Сглобяване отново

За да завършите сглобяването, поставете лицевата плоча в долната половина на кутията. Устната част на лицевата плоча трябва да е вътре в устната кутия, за да я държи на място.

Може да искате да поставите електрическа лента върху двигателя, ако смятате, че диодът D1 е изложен на риск от късо съединение в кутията на двигателя. Поставете зъбните колела и дръжката в първоначалното им положение. Вижте снимката по -долу, за да видите как са ориентирани в калъфа. Поставете горната половина на кутията върху долната половина. Двете части трябва да си пасват плътно, ако усилващият преобразувател е направен доста близо до този в тази инструкция. Обърнете новото и подобрено захранване и затегнете четирите винта.

Стъпка 15: Тестване

Преместете превключвателя към лицевата плоча. Това е позицията Вкл.

Задръжте захранването на динамото в лявата си ръка и завъртете дръжката с дясната ръка. Около две завъртания в секунда са добри. Трябва да срещнете малко съпротивление - това е зареждането на кондензатора. След няколко секунди напрежението ще бъде достатъчно високо, за да светне светодиода. С приближаването на кондензатора до 5V, съпротивлението ще спадне. В този момент кондензаторът се зарежда. Ако имате допълнителен адаптер със захранващи кабели за вашия изходен кабел, можете да го свържете към волтметър. Около точката, където съпротивлението на коляното пада, трябва да видите, че напрежението се приближава и остава близо до 5V. Ако срещнете съпротивление, но светодиодът не свети, проверете връзките на лицевата плоча. Ако изходното напрежение сериозно превиши 5V, уверете се, че електролитните кондензатори са правилно запоени. Ако не срещнете съпротива и тя очевидно не работи, възможно е някъде да има късо съединение във веригата на усилващия преобразувател.

Стъпка 16: Приложение

Използвах захранването на динамото, за да захранвам Luminary LM3S811 Evaluation board, която отпечатва "5V - няма батерия!" към OLED дисплей. Поради чиповете, използвани на тази платка, той черпи доста ток … около 80 mA. Следователно той не работи много дълго на захранването на динамото, докато не се нуждае от малко разклащане, но работи достатъчно дълго, за да мига различен текст на екрана. Захранването на динамото ще работи най -добре с вериги, които извличат няколко mA ток. Електрическите вериги могат да работят до 10 минути без да се въртят, в зависимост от минималното им работно напрежение.

Изпробвах и динамозахранването с хоби мотор. Докато се въртя, моторът бръмчеше заедно с 50 mA ток.