Явление электромагнитной индукции для передачи энергии на расстоянии исследовали ещё Майкл Фарадей и Никола Тесла. В новом эксперименте энтузиасты пошли по тому же пути.
USB-кабель они разрезали на три части, середину выбросили, а на фрагментах со штекерами создали катушки индуктивности, использовав алюминиевую фольгу и медную проволоку. Кроме того, для усиления магнитного поля на блоке зарядного устройства, которое включается в розетку, разместили магнит.
Индуктивное ЗУ заряжает смартфон на расстоянии до 15 м
В целом беспроводное зарядное устройство работает по принципам стандарта WPC. К розетке подсоединяется часть, которая для смартфона будет источником тока, а в самом гаджете располагается приемник (и то, и другое – индукционные катушки).
Когда одну катушку подключают к сети, в ней возникает напряжение, а вокруг катушки-передатчика – магнитное поле. Попадая в это поле, батарея смартфона, подключенная ко второй катушке индуктивности, начинает заряжаться. Однако обычные зарядные устройства предполагают, что расстояние между базой и смартфоном – не более 5-10 см, а в этом эксперименте – около 15 м:
Во время загрузки произошла ошибка.
Но дома такое повторять не стоит. Артем Анисимов, специалист сервисного центра Re-Mobile, отмечает:
Да, таких умельцев довольно много, и на видео все выглядит не так уж плохо. Однако я бы не советовал проводить подобные эксперименты. Во-первых, это не слишком безопасно. И где гарантия, что вы не переборщите, и такая зарядка не взорвется? Во-вторых, при возникновении проблем никакого гарантийного обслуживания вы не получите и больше потратите на устранение последствий таких экспериментов. Продавая вам зарядку, производитель предполагал определенные параметры устройства. Как только вы изменяете их подобным образом, ответственность полностью перекладывается на вас.
Мой любимый мобильный телефон NOKIA 6500, который был куплен порядка полугода назад, изначально не заряжался. Были проведены ремонтные работы, после чего телефон поработал около месяца. Основная проблема заключалась в том, что телефон приходилось заряжать при помощи универсального зарядного устройства, и постоянно вынимать аккумулятор неудобно.
Именно в связи с этим, я решил установить на телефон систему беспроводной зарядки. Система была собрана по собственной задумке в течение пары часов.
Как работает беспроводная зарядка
Принцип работы такой схемы беспроводной зарядки достаточно прост. Роль зарядного устройства играет передающий контур, само устройство состоит из двух контуров - передатчика и приемника.
Приемный контур (плоская катушка) находится в самом телефоне, передатчик сделан в виде небольшой подставки, внутрь которого запрятана передающая катушка.
Cхема беспроводной зарядки
Электричество передается из одного контура в другой методом индукции, возникший во втором контуре ток сначала выпрямляется и подается на аккумулятор. В качестве выпрямителя можно использовать буквально любой маломощный диод шоттки.
Сборку беспроводной зарядки своими руками начнем с передатчика.
Передатчик
Схема передатчика проста и понятна. Обычная схема блокинг-генератора на одном транзисторе. Оправа для намотки передающей катушки - на ваше усмотрение. Желательно взять оправу с диаметром 7-10 см. На оправу мотаем 40 витков медной проволоки с диаметром 0,5мм. Обмотка имеет отвод от середины. Сначала аккуратно мотаем 20 витков, затем провод скручиваем, делаем отвод и в том же направлении мотаем остальные 20 витков. С катушкой все понятно? Пошли дальше.
Транзистор абсолютно любой, я пробовал и полевые и биполярные, с полевыми чуть быстрее заряжается. Можно использовать полевые ключи серии IRFZ44/48, IRL3705, IRF3205 (указываю только те, которые использовал сам), но можно ставить буквально любые. Из биполярных можно использовать отечественные: КТ819, 805, 817, 815, 829. Выбор не критичен. Можно также использовать и транзисторы прямой проводимости, но в этом случае придется поменять полярность питания.
Номинал базового резистора не критичен (22 Ом-830 Ом).
Приемник
Приемный контур - мотал целых полчаса. Катушка плоская, состоит из 25 витков провода 0,3-0,4мм. Контур удобно мотать на небольшом куске пластмассы, витки постепенно нужно укрепить при помощи суперклея, работа достаточно грязная и долгая. После намотки отделяем контур от пластмассового стенда, на который он был намотан. Это удобно делать при помощи монтажного ножа или лезвием.
В моем случае, не работал разъем зарядки на телефоне, поэтому зарядку подключил напрямую к аккумулятору. Такое решение неудобно тем, что датчик не будет показывать, что телефон заряжается. С телефоном все завершено, теперь нужно поставить заднюю крышку.
Время зарядки напрямую зависит от мощности источника питания , в моем случае было использовано заводское зарядное устройство подопытного телефона. Устройство обеспечивает выходное напряжение в 5Вольт, при токе в 350мА.
Такая беспроводная зарядка для телефона работает безотказно, при таком раскладе компонентов мобильник полностью заряжается за 7 часов, долго, но зато заряжается. Ускорить время зарядки можно только умощнением схемы - использовать более мощный блок питания и намотать контура более толстым проводом.
По своей сути, беспроводная зарядка это обычный трансформатор с первичной (зарядник или подставка) и вторичной (телефон или смартфон) обмоткой. Но, в обычном трансформаторе используется магнитопровод (металлические пластины с высокой магнитной проницаемостью) который повышает КПД трансформатора. В нашем случае, для того чтобы повысить КПД зарядки, увеличена частота тока и обмотки взаимодействуют на частоте значительно больше 50 герц. Частота на которой работает зарядник может быть от десятков килогерц до нескольких мегагерц.
WPC (Wireless Power Consortium) отраслевой стандарт для беспроводных зарядников
Технология WPC — это перспективное направление, многие современные гаджеты (умные часы, фитнес браслеты, блютуз гарнитуры) так и просят общее зарядное устройство без проводов. WPC пока не является международным стандартом, у каждого производителя свои разработки и характеристики, но в основной массе, можно считать их взаимозаменяемыми.
Для успешной передачи энергии индукцией приемник должен обладать свойством поглощать в себя ЭлектроМагнитное Поле (ЭМП), находиться как можно ближе к передатчику и быть определенным образом ориентирован относительно него. В итоге результирующее ЭМП концентрируется в малой области между передатчиком и приемником.
При изготовлении беспроводного зарядного устройства не стоит пренебрегать безопасностью устройства и придерживаться рекомендаций.
Самодельный беспроводной зарядник делается по схеме блокинг — генератора, см. рис.:
Шаблоны печатных катушек генератора беспроводного зарядного устройства
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 частонозадающих узлов.
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.
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.
Схему этого достаточно мощного индукционного зарядного делал для зарядки пинпоинтера. Однотактная не подошла - при катушках размерами 25х30 мм сложно передать большой ток, нужный для заряда аккумулятора 18650 емкостью 2,5 А/ч. Но обо всём по порядку. Взглянем на саму принципиальную схему (кликните для её увеличения).Рабочая частота - 100 кГц. Пробовал 200 кГц - лучше не стало, а ключевым полевикам (да и IR2153) проще работать на 100 кГц. Важным элементом схемы является конденсатор С4, с ним катушка L3 образовывает параллельный колебательный контур. Катушка содержит всего 7 витков провода 1 мм, а без этого конденсатора пришлось бы мотать значительно больше витков, уменьшая диаметр провода, чтобы вписаться в наши габариты, вследствие чего - больше потери на нагрев провода, так как даже с проводом 1 мм катушка греется достаточно сильно. Да и нужный ток без этого конденсатора не получить.
Резистор R2 нужен для подстройки частоты, чтобы не подбирать конденсатор С4. В итоге меняя частоту, мы меняем выходной ток схемы. Это нужно чтобы выставить нужный ток. Через 3 мм пластик, ЗУ способно передать ток 1А
, но при этом сильно греются катушки (значительно сильнее, чем транзисторы). Лучше выставить порядка 0.5 А
.
Передатчик зарядного:
Катушки мотал на разборную бобину из пластика 2 мм толщиной:
Приемную мотал без одной боковой крышки, подстелив под нее кусок бумаги и пропитывая в процессе суперклеем. Передающую пропитывал цапон лаком или резиновым клеем - что было под рукой. Но так как в процессе работы она будет сильно нагреваться, лучше залить ее эпоксидкой.
Контролер заряда использую от Eddy71 , но можно поставить и TL431 + LM317 или вообще, плату защиты от дохлого АКБ. Или взять батарею со встроенным контролером заряда. Просто тот контролер, который использую, не только заряжает, но и не дает разрядится аккумулятору ниже 3,1 Вольта и к нему подключена тактовая кнопка, позволяющая включать/выключать нагрузку.
Блок питания для беспроводной зарядки применил 12 Вольт 2 Ампера, стоит 5 баксов, зато внутри стоит ШИМ контролер и полевичек на радиаторе. Есть даже фильтр сетевой, что меня порадовало. Это вам не дешёвый простой электронный трансформатор.
Этот девайс был задуман давно и неоднократно был опробован, все, что представлено ниже, является авторской разработкой. Не смотря на очень простую схему, устройство работает очень стабильно. Сам аппарат представляет из себя зарядное устройство для мобильного телефона без использования проводов.
Как же работает все это?
На данном сайте были опубликованы этого устройства. Первая версия оказалась не очень эффективной, затем были придуманы другие версии. Этот вариант оказался самым экономичным. Устройство позволяет зарядить телефон, если последний находится от приемника на расстоянии не более 3 - 4 см. Основа первого устройства - высокоэффективный ШИМ контроллер, который может генерировать прямоугольные импульсы с частотой до 1 МГц, но из-за больших потерь идея оказалось не очень хорошей, хотя это устройство позволяло зарядить мобильные устройства на расстоянии до 50 см от приемника.
После некоторых неудачных попыток создании такого девайса, на помощь пришел упрощенный блокинг-генератор, который с успехом использовался мною в электрошоковых устройствах.
Основные достоинства девайса:
1) Малое потребление
2) Высокое КПД (по сравнению с собратьями)
3) Сравнительно большой ток зарядки
4) Возможность работать от пониженного источника (первая версия работало от напряжения 9-16вольт)
5) Простота и компактность
Передающая часть устройства состоит из двух основных контуров. Каждый из них имеет диаметр 10 см, намотаны проводом 0,8мм. Первый контур (L1) состоит из 20 витков, второй из 35 витков того же провода. Контуры укладываются друг на друге и оформляются скотчем или изоляционной лентой.
Заранее нужно нумеровать выводы катушек, поскольку их нужно фазировать. Фазируют так - начало первой катушки соединяют с концом второй или наоборот, главное получить одну катушку с отводом.
Далее, подбираем сопротивление (если планируется запустить устройство с пониженного источника, то резистор может быть убран).
Желательно использовать подстроечный резистор 0...470 Ом, мощность резистора не очень важна (0,25-2 Ватт).
Как настроить? Просто! собираем для начала схему приемника. Подключаем питание (любой стабилизированный источник постоянного напряжения 4,5-9вольт). Настраиваем резистор так, чтобы ток покоя схемы не превышал 150мА.
Максимальный ток потребления схемы не более 600мА, согласитесь немного.
После подбора оптимального сопротивления, можно заменить переменник на постоянный резистор (0,25-1вт). Сопротивление базового ограничителя напрямую зависит от номинала входного напряжения.
В моем варианте транзистор не перегревался, но на всякий случай установите его на небольшой теплоотвод.
Устройство начинает работать от напряжения 1 вольт - еще одна особенность данной конструкции, но от такого напряжения он не будет заряжать мобильник, взамен его можно использовать в качестве преобразователя для питания маломощных устройств.
Транзистор - можно использовать буквально любой НЧ транзистор независимо от структуры. В схеме использован транзистор КТ818, с успехом можно заменить на 837, 816, 814 или 819, 805, 817, 815, только при использовании транзисторов обратной проводимости следует поменять полярность питания.
Приемник
Конструкция приемника до безобразия проста - контур, выпрямитель, стабилитрон и накопительный конденсатор. Диод нужен импульсный, желательно в СМД исполнении, поскольку вся схема будет находится в мобильном телефоне. В моем случае применен довольно мощный и распространенный диод Шоттки SS14. Такой диод способен работать на частотах до 1МГц, ток составляет до 1А!
Конденсатор не критичен, имеет емкость от 47 до 220 мкФ (больше конечно лучше, но места может не хватить). Напряжение конденсатора от 10 до 25 Вольт.
Стабилитрон - любой на напряжение 5-6 вольт (часто встречаются с напряжением 5.6 Вольт, к примеру - BZX84C5V6).
Контур приемника (L3) содержит 15 витков провода 0,3-0,7мм, мотается по спирали на внешней или внутренней стороне задней крышки телефона.
Схему можно собрать на компактной плате или же разместить в удобном месте при помощи навесного монтажа, но желательно залить монтаж резиновым клеем или силиконом.
В качестве подопытного телефона использовался сони Sony Ericsson K750, он полностью рабочий и был куплен специально для этих опытов (куплен на запчасти за 5$), затем уже был переделан подручный Nokia N95.
Устройство может заряжать мобильный телефон достаточно быстро, все зависит от общей мощности, в данном случае аккумулятор 1000мА полностью заряжается за 3 часа.
Ток во второй контур передается методом электромагнитной индукции, в данном случае это полностью безопасно, поскольку частота понижена, никаких вредных воздействий на человека нет.
Для того, чтобы установить приемный контур, мобильный телефон разбирают. К гнезду зарядки подключают промышленное зарядное устройство и находят полярность на контактах гнезда. Далее выводы приемника подключают к соответствующим выводам гнезда.
Контур можно прикрепить к задней крышке телефона при помощи эпоксидной смолы, силикона (крайне не желательно), супер клея (использовать только тогда, когда контур планируется закрепить с внешней стороны крышки).
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ818А | 1 | КТ837, КТ816, КТ814 | В блокнот | |
| VD1 | Стабилитрон | BZX84C5V6 | 1 | 5-6 Вольт | В блокнот | |
| VD2 | Диод Шоттки | SS14 | 1 | В блокнот | ||
| С1 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 1 |