Puterea proiectului de 5 volți fără baterie: 16 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:47

Acum puteți avea o sursă de alimentare reglată în mod constant la îndemână, fără baterii pentru înlocuire sau reîncărcare! Acest instructable vă arată cum să modificați o lanternă dinamo cu cheie într-o sursă medie slabă care poate înlocui bateriile pentru orice proiecte care necesită curent rapid de 5 volți (5V DC).

Dacă ați inclus chiar și logică digitală, cipuri analogice sau un microcontroler într-un proiect, există șanse mari să găsiți o modalitate de a furniza 5V DC circuitului dvs. Există puține surse primare de 5V, deci puteți utiliza o verucă de perete pentru a converti puterea de curent alternativ (ceea ce, evident, limitează locul în care puteți lua noul dvs. gadget) sau puteți petrece timp suplimentar construind un circuit de reglare pentru a obține mai multe baterii de 1,5V la necesarul Voltaj. Aceste soluții sunt necesare pentru unele circuite, dar pentru gadget-uri mai mici, nu ar fi frumos să aveți o sursă întotdeauna pregătită, astfel încât să puteți merge direct la alte aspecte ale proiectului? Adăugând câteva componente electronice la o lanternă dinamo disponibilă pe scară largă, puteți alimenta dispozitive mici pentru perioade scurte de timp, fără a utiliza prize sau baterii. Dinamo îmbunătățită este excelentă pentru bancul de lucru sau pentru a prezenta proiecte noi aproape oriunde. Această instrucțiune descrie cum să asamblați și să instalați un convertor DC-DC intensificat care transformă tensiunea scăzută variabilă a generatorului dinamicului brelocului într-o constantă de 5V. Circuitul step-up încarcă un condensator mare care asigură stocarea energiei și o anumită putere chiar și atunci când dinamul nu se rotește. Urmând pașii din acest instructabil, puteți realiza toate acestea fără a fabrica o placă de circuit specială sau a utiliza componente de montare la suprafață greu de lipit. Pentru a obține piesele electronice din interiorul carcasei de brelocuri, este nevoie de un origami de circuit, dar după aproximativ o oră de bricolaj, veți avea un dispozitiv îngrijit care poate furniza până la 50 miliamperi de curent la un cost constant de 5V DC în timp ce înfășurați și miliwati de putere pentru câteva minute după !

Pasul 1: Cum funcționează

Generator electric Curentul care curge într-un motor creează un câmp magnetic în bobine atașate la arbore, care se transformă în prezența unui câmp magnetic de la magneți fixi. Când un motor funcționează în sens invers - puterea este aplicată prin rotirea arborelui - o tensiune este indusă în bobină. Legea lui Faraday spune că această tensiune este proporțională cu rata de schimbare a câmpului magnetic în bobină. Astfel, cu cât arborele este rotit mai repede, cu atât este mai mare tensiunea. Când porniți mânerul, acesta pune în mișcare trei roți dințate compuse. O jumătate din fiecare angrenaj compus are o rază mică, iar cealaltă jumătate are o rază mare. Când raza mică este rotită, dinții de la marginea razei mai mari schimbă locația cu o rată proporțional mai rapidă. Prin cascada acestor angrenaje compuse, viteza de manivelă poate fi multiplicată de mai multe ori și arborele generatorului poate fi rotit mult mai repede decât ar putea-o transforma un om. Necesitatea convertorului de intensificare și a condensatorului de stocare pornire rezonabilă, dar tensiunea nu este suficient de mare pentru a ajunge la 5V. De asemenea, această tensiune variază rapid în funcție de viteza de rotație a arborelui. Pentru a obține o ieșire constantă de 5V, este necesar un convertor step-up. Circuitul integrat specific ales - MAX756 - poate transforma tensiuni de până la 0,7V în 5V și vine într-un pachet util cu 8 pini. Circuitul step-up se bazează pe circuitul aplicației din foaia tehnică MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Chiar dacă aceste lanterne cu breloc dinamic sunt publicitate ca nu au nevoie de baterii, ele par să aibă trei baterii de mărime internă. Generatorul este lipit la această stivă de baterii de monede într-un circuit de încărcare oarecum brut. Cu toate acestea, nu cred că aceste baterii sunt menite să fie reîncărcabile și tind să se descarce rapid după descărcarea inițială. Acest instructabil înlocuiește acest teanc de monede cu un condensator mare care poate fi reîncărcat mai frecvent și este mai eficient. Vedeți schema pentru aspectul întregului circuit. Componentele specifice au fost alese pentru lipirea manuală ușoară, fiind în același timp cele mai mici dimensiuni care erau încă evaluate pentru tensiunile din circuit. Notă: Foaia tehnică MAX756 are C3 ca condensator de 150 uF. Condensatoarele de 150 uF pe care le-am găsit erau mult mai mari din punct de vedere fizic decât cele de 100 uF și nu s-ar încadra în brelocul mic. Astfel am înlocuit C3 cu un condensator de 100 uF și pare să funcționeze bine.

Pasul 2: Piese și instrumente

Piese ale convertorului step-up Piesele pentru circuitul step-up pot fi obținute de la un distribuitor de electronice, cum ar fi Digikey. U1 - MAX756 Convertor DC-DC de 3,3V / 5V step-up, pachet DIP cu 8 pini [Digikey # MAX756CPA + -ND] Condensator C1 - 0,33 F 5,5 V, pachet de monede [Digikey # 604-1024-ND] C2, C3 - 100 uF 6.3V condensator electrolitic din aluminiu, mini radial [Digikey # P803-ND] C4 - 0.1 uF 25V ceramic condensator de uz general, orificiu traversant [Digikey # BC1148CT-ND] L1 - 22 uH RF choke, axial [Digikey # M8138CT-ND] R1 - 1k, 1 / 4W rezistență film de carbon de uz general, axial [Digikey # 1.0KQBK -ND] D2 - 1A 20V diodă Schottky, axială [Digikey # 1N5817GOS-ND] D3 - Dacă nu puteți recicla LED-urile originale în lanternă deoarece cablurile au fost tăiate prea scurt, puteți utiliza orice LED de 2 mA, rotund T1 3mm [ex Digikey # 475-1402-ND] Lanterna cu breloc dinamic Am folosit o lanternă cu breloc dinamic cu LED care a fost marcată ca AIDvantage și realizată de LTA, Inc. (articolul nr. 02119) pentru acest proiect. Există o varietate de lanterne de dimensiuni diferite pe piață fabricate de diferiți producători - le-am văzut la magazinele alimentare (Giant pe Coasta de Est) și la magazinele de calculatoare (Microcenter). Le puteți găsi online prin Googling: lanternă cu breloc dinamic. De obicei, costă mai puțin de 5 USD. Am descoperit că există câteva variații minore între lanterne produse de diferiți producători. O lanternă pe care am primit-o la Microcenter nu avea o placă de circuite pentru LED-uri - LED-urile erau doar lipite direct pe baterie. Această placă de circuite LED este frumoasă, dar nu este necesară. Dacă descoperiți că nu există o placă de circuit separată pentru LED-uri, puteți lipi împreună cablurile pozitive și negative respective ale combo-ului rezistorului LED + și ale cablului de ieșire. Un pic de adeziv fierbinte în interiorul plăcii de lângă LED și cablul de ieșire poate conferi ansamblului o rezistență mecanică. Cealaltă variantă a fost că cablurile de pe comutatorul acestei versiuni au fost, de asemenea, lipite ușor diferit de baterie. În caz contrar, era aproape identic. Am ales acest cablu deoarece intrarea mini-USB este obișnuită pentru circuitele mici. Deoarece există 4 conexiuni în interiorul acestui cablu, trebuie să vă dați seama care fire sunt cablurile pozitive și negative. Cu toate acestea, puteți utiliza orice tip de cablu de ieșire doriți dacă cunoașteți polaritatea. Pentru a testa circuitul, probabil că veți dori, de asemenea, să aveți la dispoziție mufa complementară pentru adaptorul de ieșire. Am dezlipit priza mini-B de pe MP3 player-ul mort și am conectat firele roșii și negre la alimentarea pinilor de 5V și respectiv la sol. Instrumente Veți avea nevoie de următoarele instrumente pentru a construi și testa dinamul modificat: fier, lipit și flux (acest instructiv presupune că ați mai lipit) - voltmetru și cabluri de testare - șurubelniță mică Phillips (pentru deschiderea carcasei lanternei) - bandă electrică - freze mici pentru sârmă - clește mică - pensete (opțional, dar recomandat) - menghină reglabilă pentru brațe, unealtă manuală (opțional, dar recomandat) - șurubelniță mică cu cap plat (opțional, dar recomandat) - pistol de lipit fierbinte (opțional, dar recomandat) - cuțit hobby (opțional, dar recomandat)

Pasul 3: Origami de circuit: MAX756 și condensator de stocare

A. Identificați cei 8 pini de pe MAX756 și orientați cipul cu pinul 1 din stânga jos.

B. Întoarceți cipul (adică rotiți 180 de grade prin axa lungă) și fixați pinii 4 și 5. Acești pini merg la caracteristica indicatorului de baterie descărcată a MAX756 și nu sunt utilizați în acest manual. Puteți modifica circuitul și puteți utiliza acești pini pentru a determina când tensiunea de pe condensatorul de stocare (C1) este scăzută. Întoarceți condensatorul de stocare, astfel încât pinul negativ să fie în stânga. C. Așezați MAX756 pe condensatorul de stocare astfel încât cipul să fie aproximativ între pinii C1 (-) negativi ai condensatorului de stocare și pinii C1 (+) pozitivi. D. Îndoiți pinii condensatorului de stocare către MAX756 ca și cum ar fi să fixați cipul în poziție. Îndoiți pinii 2 și 7 de pe MAX756, astfel încât aproape să atingă pinul negativ C1 (-) al condensatorului de stocare. Îndoiți pinul 6, astfel încât aproape să atingă pinul pozitiv al condensatorului de stocare C1 (+). E. Lipiți împreună C1 (-) și pinii 2 și 7 pe MAX756. Apoi lipiți împreună C1 (+) și pinul 6 pe MAX756. F. În cele din urmă, tăiați o bucată mică de bandă electrică aproximativ de mărimea înălțimii și lățimii MAX756. Folosiți această piesă pentru a acoperi îmbinările lipite în E.

Pasul 4: Origami de circuit: inductor, condensator de referință, diodă Schottky

A. Așezați inductorul L1 împotriva pinilor 1 și 8 pe MAX756. Apăsați cablurile L1 împotriva pinilor MAX756, astfel încât componenta să fie cât mai aproape de corpul cipului.

B. Lipiți L1 la pinii 1 și 8 și fixați lungimea rămasă a cablului L1. C. Așezați condensatorul ceramic C4 astfel încât un cablu să atingă pinul 3 de pe MAX756 și celălalt să apese pe o parte expusă a pinului 2, care este acum în principal sub banda electrică. D. Lipiți C4 la pinii 2 și 3 și fixați lungimea rămasă a cablului C4. E. Privind MAX756 cu pinul 1 în stânga sus, așezați dioda Schottky D2 pe pervazul creat de condensatorul mare C1. Îndoiți pinul catodului D2 D2 (-) - identificat cu o bandă - în jurul corpului MAX756, astfel încât să atingă terminalul pozitiv al C1, C1 (+). Îndoiți anodul D2 D2 (+) în sus, astfel încât să atingă pinul 8 de pe MAX756. F. Lipiți pinii D2 pe MAX756 și fixați lungimea rămasă a cablului. Tăiați pinii 8 și 3.

Pasul 5: Origami de circuit: condensatoare electrolitice, partea 1

A. Stați condensatorii electrolitici C2 și C3 la capetele lor, astfel încât bornele negative, C2 (-) și C3 (-), să fie una lângă alta.

B. Îndoiți C3 (-) în jurul lui C2 (-). C. Lipiți împreună cele două conducte negative aproape de C2. Acest lucru va crea un cablu de masă pentru cei doi condensatori. Asigurați-vă că nu lipiți accidental borna pozitivă a lui C2. Decupați lungimea rămasă a lui C2 (-). D. Întoarceți condensatorii către dvs. Îndoiți C3 (-) în canalul de creare între cei doi condensatori. Aproape de capătul condensatoarelor, îndoiți lungimea rămasă cu 90 de grade, așa cum creați un picior pentru cei doi condensatori. E. Cu C1 (-) orientat către dvs., plasați C2 și C3 pe partea stângă și puneți piciorul C3 (-) între terminalul C1 (-) și corpul C1. F. Lipiți C3 (-) până la C1 (-). Legați știfturile de la sol ale lui C2, C3 și C1.

Pasul 6: Origami de circuit: condensatoare electrolitice, partea 2

A. Îndoiți terminalul pozitiv al lui C3, C3 (+) către pinul 1 de pe MAX756 astfel încât să fie în interiorul pinilor 1 și 2.

B. Lipiți C3 (+) la pinul 1 pe MAX756. Tăiați lungimea rămasă a știftului 1. C. Rotiți ansamblul astfel încât să se sprijine pe cablul negativ al C1, C1 (-). Tăiați o bandă de bandă electrică mai îngustă decât lățimea condensatoarelor C2 și C3 împreună și de aproximativ două ori mai lungă. Așezați această bandă electrică între C1 și C2 / C3 astfel încât să acopere pinii de masă C2 / C3. Acest lucru va împiedica C2 (+) să atingă accidental și să facă scurtcircuit la sol. E. Îndoiți C2 (+) 90 de grade, astfel încât să fie peste îmbinarea de lipit C2 / C3. Apoi îndoiți-l cu 90 de grade spre terminalul C1 (+). F. Lipiți C2 (+) la C1 (+) și tăiați lungimea rămasă.

Pasul 7: Realizarea cablului de ieșire

Procesul de realizare a cablului de ieșire depinde de adaptorul pe care îl alegeți pentru proiectele dvs. Acest pas acoperă modul de încorporare a unui cablu USB mini-B masculin, deoarece este un format de priză obișnuit. Am folosit un cablu care provenea de la un MP3 player mort și avea capete USB-A tată și mini-B tată.

Tăiați cablul la aproximativ 5 inci de la vârful capătului mini-B. Îndepărtați capătul USB-A și cele 4 fire din interior. Pentru a determina care fire sunt pozitive și la masă, conectați USB-A la o mufă USB alimentată. Testați combinațiile de fire cu un voltmetru - dacă există fire roșii și negre, acestea probabil furnizează putere pozitivă și respectiv masă. Îndepărtați izolatorul exterior de la capătul mini-B de aproximativ 1/4 inch. După ce știți ce fire sunt pozitive și împământate, J1 (+) și J1 (-), dezbrăcați aceste fire în capătul mini-B și tăiați restul de două fire.

Pasul 8: Demontarea lanternei

A. Folosiți o șurubelniță Phillips pe cele patru șuruburi pentru a demonta lanterna.

B. Lanterna ar trebui să se desprindă ușor. Identificați ce părți sunt partea superioară a carcasei, partea inferioară a carcasei și placa de față. C. Trageți electronica afară. D. Prindeți cele două fire aproape de placa frontală. Veți folosi firul care este lipit la comutator, așa că păstrați firul cât mai mult posibil. Apoi, fixați firul și capătul diodei D1 (capătul negativ, catodic este marcat cu o linie neagră) aproape de bateriile monede stivuite, astfel încât lungimea firului și a diodei care se extinde de la motorul M1 să fie cât mai lungă posibil.

Pasul 9: Pregătirea feței

Notă: nu toate lanternele cu breloc dinamic au placă cu circuite LED. Dacă al tău nu, poți sări peste acest pas.

A. Înfășurați o șurubelniță cu cap plat între plasticul plăcii frontale și placa de circuit LED. B. Răsuciți șurubelnița. Placa frontală și placa de circuit LED ar trebui să se despartă. C. Găsiți nodul pe placa de plastic. D. Fixați nubul cu tăietori de sârmă. E. Partea nub se va confrunta cu noua dinamă. F. Desoldați LED-urile de pe placa de circuit LED. Încercați să extrageți LED-urile intacte și lăsați găurile deschise pentru viitoarele pini.

Pasul 10: Realizarea feței

A. Dacă placa de circuit LED este similară cu cea din diagramă, orientați LED-ul D3 astfel încât pinul catodic D3 (-) să intre în orificiul opus capătului plat al conturului rotund alb LED1.

B. Îndoiți anodul D3 D3 (+) la 90 de grade și introduceți D3 (-) în orificiul de pe placa de circuit LED. C. Tăiați D3 (+) după cot, astfel încât să aibă o lungime mai mică de 1/8 inch. Decupați un cablu al rezistorului 1k ohm R1, astfel încât să aibă și o lungime de aproximativ 1/8 inch. Introduceți capătul lung al R1, R1 (2), prin orificiul din placa de circuite LED și lipiți capetele scurte ale R1 și D3 (+) împreună. D. Întoarceți placa de circuit LED. Lipiți R1 (2) în gaura neocupată de D3 (+) și tăiați lungimea rămasă. Banda de cupru R1 (2) este acum lipită pentru a fi magistrala pozitivă. E. Întoarceți circuitul cu LED-uri înapoi. Introduceți cablul de ieșire printr-unul dintre orificiile din placa de plastic. Rețineți că direcția plăcii este acum inversată, iar placa va rămâne în afară când ați terminat. F. Lipiți J1 (+) prin orificiul care se conectează la magistrala pozitivă. Lipiți J1 (-) la autobuzul de la sol.

Pasul 11: Finalizarea feței

A. Aplicați puțin adeziv fierbinte în fisura dintre placa de circuit LED și placa frontală de pe partea cablului. Acest lucru va conferi ansamblului o anumită rezistență mecanică.

B. Deoarece nu aveți nevoie de bateriile de monede, desudați un fir din stivă. Lipiți acest fir la R1 (2). Acest fir va furniza alimentare LED-ului și cablului de ieșire după ce a fost conectat la ieșirea convertorului step-up.

Pasul 12: Instalarea comutatorului și a circuitului convertorului pas cu pas

A. Desoldați comutatorul din stiva de baterii a lanternei.

B. Asigurați-vă că pinul comutatorului arată similar cu fotografia, cu un fir lipit la pinul superior SW1 (2) și niciunul din cele două jos. Îndoiți știftul central SW1 (1) la aproximativ 45 de grade distanță de corpul comutatorului. Puteți tăia pinul inferior. C. Jumătatea inferioară a carcasei are trei elemente din plastic pe partea laterală a plăcii frontale, care ar împiedica montarea noului circuit în interior. Tăiați-le folosind tăietori de sârmă. D. Poate fi necesar să folosiți un cuțit hobby pentru a reduce aceste caracteristici la fel cu restul carcasei. E. Puneți întrerupătorul în jumătatea inferioară a carcasei în locația inițială. Asigurați-vă că știftul cu firul, SW1 (2), este cel mai aproape de capătul plăcii frontale. F. Așezați întregul circuit convertor step-up în cavitate, cu condensatorul mare C1 orientat spre comutator și cei doi condensatori electrolitici C2 și C3 în spate. SW1 (1) ar trebui să apese pe terminalul negativ al C1, C1 (-). Dacă nu este, îndoiți-l spre condensator. Poate doriți să puneți o bandă electrică pe C1 (-) în spatele știftului SW1 (2), astfel încât să nu se scurteze.

Pasul 13: Conectarea plăcii frontale și a circuitului convertorului Step-up

A. Puneți motorul M1 înapoi în locația inițială din jumătatea inferioară a carcasei. Extindeți firul care iese din motor - firul de masă M1 (-) - astfel încât să atingă pinul central al comutatorului, SW1 (1) și terminalul negativ al condensatorului mare, C1 (-).

B. Tăiați și curățați firul M1 (-) la lungimea corespunzătoare și lipiți firul, SW1 (1) și C1 (-) împreună. Aceasta este o conexiune importantă, deci asigurați-vă că cele trei sunt lipite. C. Întoarceți carcasa astfel încât motorul să fie în stânga și îndoiți firul catodului D1, D1 (-), astfel încât să atingă o parte expusă a terminalului pozitiv al C3, C3 (+). D. Lipiți D1 (-) și C3 (+) împreună și tăiați lungimea rămasă a lui D1 (-). E. Lipiți firul SW1 (2) pe magistrala negativă a plăcii frontale. F. Lipiți firul conectat la magistrala pozitivă a plăcii frontale la terminalul pozitiv al condensatorului mare, C1 (+).

Pasul 14: reasamblarea

Pentru a termina asamblarea, montați placa frontală în jumătatea inferioară a carcasei. Buza plăcii frontale ar trebui să fie în interiorul buza carcasei pentru a o menține în poziție.

Poate doriți să plasați o bandă electrică pe motor dacă credeți că dioda D1 riscă să se scurtcircuiteze la carcasa motorului. Puneți uneltele și mânerul înapoi în pozițiile lor originale. Consultați fotografia de mai jos pentru a vedea cum sunt orientate în carcasă. Puneți jumătatea superioară a carcasei deasupra jumătății inferioare. Cele două părți ar trebui să se potrivească strâns între ele dacă convertorul step-up a fost realizat destul de aproape de cel din acest instructabil. Întoarceți noua sursă de alimentare îmbunătățită și strângeți cele patru șuruburi.

Pasul 15: Testarea

Comutați comutatorul spre față. Aceasta este poziția On.

Țineți sursa de alimentare din dinam în mâna stângă și rotiți mânerul cu mâna dreaptă. Aproximativ două rotații pe secundă este bine. Ar trebui să întâmpinați puțină rezistență - aceasta este încărcarea condensatorului. După câteva secunde, tensiunea va fi suficient de mare pentru ca lumina LED-ului. Pe măsură ce condensatorul se apropie de 5V, rezistența va scădea. În acel moment, condensatorul este încărcat. Dacă aveți un adaptor complementar cu cabluri de alimentare pentru cablul de ieșire, îl puteți conecta la un voltmetru. În jurul punctului în care rezistența la pornire scade, ar trebui să vedeți că tensiunea se apropie și rămâne aproape de 5V. Dacă întâmpinați rezistență, dar LED-ul nu se aprinde, verificați conexiunile plăcii frontale. Dacă tensiunea de ieșire depășește serios 5V, asigurați-vă că condensatorii electrolitici sunt lipiți corect. Dacă nu întâmpinați nicio rezistență și în mod clar nu funcționează, este posibil să existe un scurtcircuit undeva în circuitul convertorului pas cu pas.

Pasul 16: Aplicație

Am folosit sursa de dinam pentru a alimenta o placă de evaluare Luminary LM3S811 care imprimă „5V - fără baterie!” pe un ecran OLED. Datorită jetoanelor folosite pe această placă, atrage o cantitate echitabilă de curent … aproximativ 80 mA. În consecință, acesta nu funcționează foarte mult pe sursa de alimentare din dinamă până când nu are nevoie de puțină pornire, dar funcționează suficient de mult pentru a clipi text diferit pe ecran. Sursa de alimentare dinamic va funcționa cel mai bine cu circuite care consumă câțiva mA de curent. Circuitele pot rula până la 10 minute, fără a se declanșa, în funcție de tensiunea lor minimă de funcționare.

De asemenea, am testat alimentarea cu dinam cu un motor hobby. În timp ce pornea, motorul fredona împreună cu 50 mA de curent.