Bez napätia 5 V projektový výkon: 16 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Teraz môžete mať regulovaný zdroj napájania neustále na dosah ruky BEZ batérií, ktoré je potrebné vymeniť alebo nabiť! Tento návod vám ukáže, ako zmeniť dynamo baterku na kľúče na štíhly priemer, ktorý môže nahradiť batérie v prípade akýchkoľvek projektov, ktoré vyžadujú rýchle 5 voltové napätie jednosmerného prúdu (5 V DC).

Ak ste do projektu dokonca zaradili digitálnu logiku, analógové čipy alebo mikrokontrolér, existuje veľká šanca, že ste museli nájsť spôsob, ako dodať 5 V jednosmerný prúd do vášho obvodu. Existuje niekoľko primárnych zdrojov 5 V, takže na premenu napájania striedavým prúdom môžete použiť nástennú bradavicu (čo samozrejme obmedzuje možnosti, kam si môžete vziať svoj nový prístroj), alebo môžete stráviť viac času budovaním regulačného obvodu na získanie viacerých 1,5 V batérií podľa potreby. Napätie. Tieto riešenia sú potrebné pre niektoré obvody, ale pre menšie pomôcky by nebolo pekné mať vždy pripravenú dodávku, aby ste sa mohli rovno pustiť do práce na ďalších aspektoch projektu? Pridaním niekoľkých elektronických súčiastok k široko dostupnej dynamo baterke môžete krátkodobo napájať malé zariadenia bez toho, aby ste museli používať zásuvky alebo batérie. Vylepšené dynamo je skvelé na pracovný stôl alebo na predvádzanie nových projektov takmer kdekoľvek. Tento návod sa zaoberá montážou a inštaláciou zosilneného meniča DC-DC, ktorý premieňa meniace sa nízke napätie generátora dynama na kľúče na konštantných 5 V. Zosilňovací obvod nabíja veľký kondenzátor, ktorý poskytuje skladovanie energie a určitý výkon, aj keď sa dynamo netočí. Podľa krokov v tomto návode na obsluhu to môžete dosiahnuť bez výroby špeciálnej dosky s plošnými spojmi alebo pomocou ťažko spájkovateľných súčiastok na povrchovú montáž. Na to, aby sa elektronické súčiastky dostali do puzdra na kľúče, je potrebný nejaký origami obvodu, ale asi po hodine drobenia budete mať úhľadné zariadenie, ktoré dokáže pri navíjaní a miliwattoch energie niekoľko minút generovať prúd až 50 miliampérov prúdu pri konštantnom napätí 5 V DC. !

Krok 1: Ako to funguje

Elektrický generátor Prúd prúdiaci do motora vytvára v cievkach pripevnených k hriadeľu magnetické pole, ktoré sa v prítomnosti magnetického poľa z pevných magnetov otáča. Keď motor beží obrátene - výkon je aplikovaný otáčaním hriadeľa - v cievke je indukované napätie. Faradayov zákon hovorí, že toto napätie je úmerné rýchlosti zmeny magnetického poľa v cievke. Čím rýchlejšie sa hriadeľ otáča, tým väčšie je napätie. Prevodové pomery V kľúčenke sa používa rad prevodov, aby sa generátor čo najrýchlejšie roztočil. Keď kľučkou zalomíte, uvedie do pohybu tri zložené čelné prevody. Jedna polovica každého kombinovaného prevodu má malý polomer a druhá polovica má veľký polomer. Keď sa malý polomer otočí, zuby na okraji väčšieho polomeru sa úmerne rýchlejšie menia miesto. Kaskádovaním týchto kombinovaných prevodoviek je možné niekoľkonásobne zvýšiť otáčky kľukového hriadeľa a hriadeľ generátora sa dá otáčať oveľa rýchlejšie, ako by ho dokázal otočiť človek. Potreba zosilňovača a úložného kondenzátora Prevodový pomer kľúčenky môže generovať niekoľko voltov s rozumné zalomenie, ale napätie nie je dostatočne vysoké na to, aby dosiahlo 5V. Toto napätie sa tiež rýchlo líši v závislosti od rýchlosti otáčania hriadeľa. Na dosiahnutie stabilného 5V výstupu je potrebný zosilňovač. Zvolený konkrétny integrovaný obvod - MAX756 - dokáže zmeniť napätie od 0,7 V do 5 V a je dodávaný v praktickom 8 -pinovom balení. Zosilňovací obvod je založený na obvode aplikácie v technickom liste MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfAj keď sú tieto dynamo baterky na kľúče inzerované ako nepotrebujúce žiadne batérie, zdá sa, že majú vo vnútri tri batérie veľkosti mince. Generátor je spájaný s týmto zväzkom mincových batérií v trochu surovom nabíjacom obvode. Nemyslím si však, že tieto batérie sú určené na nabíjanie a majú tendenciu sa rýchlo vybíjať po počiatočnom vybití. Tento návod nahradí tento stoh mincí veľkým kondenzátorom, ktorý je možné nabíjať častejšie a je efektívnejší. Pozrite si schému rozloženia celého obvodu. Špecifické komponenty boli zvolené pre ľahké ručné spájkovanie, pričom išlo o najmenšie veľkosti, ktoré boli ešte dimenzované na napätie v obvode. Poznámka: Technický list MAX756 má C3 ako kondenzátor 150 uF. Kondenzátory 150 uF, ktoré som našiel, boli fyzicky oveľa väčšie ako kondenzátory 100 uF a nezmestili by sa do malej kľúčenky. Preto som nahradil C3 kondenzátorom 100 uF a zdá sa, že funguje dobre.

Krok 2: Diely a nástroje

Časti zvyšovacieho obvodu je možné získať od distribútora elektroniky, ako je Digikey. U1-zosilňovač DC-DC zosilňovača U1-MAX756 3,3 V/5 V, 8pinový balík DIP [Digikey# MAX756CPA+-ND] 5,5 V kondenzátor C1-0,33 F, balenie mincí [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3-100 uF 6,3 V hliníkový elektrolytický kondenzátor, mini radiálny [Digikey# P803-ND] C4-0,1 uF 25 V keramika kondenzátor na všeobecné použitie, priechodný otvor [Digikey# BC1148CT-ND] L1-22 uH RF tlmivka, axiálny [Digikey# M8138CT-ND] R1-1k, 1/4W odpor na uhlíkový film na všeobecné použitie, axiálny [Digikey# 1.0KQBK -ND] D2-1A 20V Schottkyho dióda, axiálna [Digikey# 1N5817GOS-ND] D3-Ak nie ste schopní recyklovať pôvodné diódy LED vo baterke, pretože vodiče boli príliš krátke, môžete použiť akékoľvek 2 mA LED, okrúhly T1 3 mm [napr Digikey# 475-1402-ND] Svietidlo na kľúče Dynamo Na tento projekt som použil dynamo LED svietidlo na kľúče, ktoré bolo označené ako AIDvantage a vyrobené spoločnosťou LTA, Inc. (položka č. 02119). Na trhu je množstvo rôznych týchto bateriek rôznych výrobcov - videl som ich v obchodoch s potravinami (Giant na východnom pobreží) a počítačoch (Microcenter). Online ich nájdete na Googli: baterka na kľúče s dynamom. Obvykle stoja menej ako 5 dolárov. Zistil som, že medzi baterkami rôznych výrobcov sú určité menšie odchýlky. Jedna baterka, ktorú som dostal v Microcentre, nemala obvodovú dosku pre LED diódy - LED diódy boli práve spájkované priamo s batériou. Táto doska s obvodmi LED je pekná, ale nie je potrebná. Ak zistíte, že pre diódy LED neexistuje žiadna samostatná doska plošných spojov, stačí spájkovať príslušné kladné a záporné vodiče kombinovaného odporu a výstupného kábla LED+. Trochu horúceho lepidla vo vnútri čelnej dosky v blízkosti LED a výstupného kábla môže dať zostave mechanickú pevnosť. Ďalšou variáciou bolo, že vodiče na spínači v tejto verzii boli tiež spájkované mierne odlišne s batériou. V opačnom prípade to bolo do značnej miery identické. Výstupný kábel Ako výstupný kábel som použil kábel USB A samec až mini-B USB samec, ktorý bol zachytený z mŕtveho prehrávača MP3. Tento kábel som si vybral, pretože vstup mini-USB je bežný pre malé obvody. Pretože vnútri tohto kábla sú 4 pripojenia, musíte zistiť, ktoré vodiče sú kladnými a zápornými vodičmi. Ak však poznáte polaritu, môžete použiť ľubovoľný požadovaný typ výstupného kábla. Na testovanie obvodu budete pravdepodobne tiež chcieť mať k dispozícii doplnkový konektor pre výstupný adaptér. Odpojil som mini-B zásuvku z mŕtveho prehrávača MP3 a pripojil červené a čierne vodiče na napájanie 5V a uzemňovacích kolíkov. Nástroje Na zostavenie a testovanie upraveného dynama budete potrebovať nasledujúce nástroje:-odizolovač-spájkovanie žehlička, spájka a tavivo (tento návod predpokladá, že ste už spájkovali)- voltmetr a testovacie káble- malý krížový skrutkovač (na otvorenie puzdra baterky)- elektrická páska- malé nožnice na drôt- malé kliešte- pinzeta (voliteľné, ale odporúčané)- zverák s nastaviteľnými ramenami, nástroj z tretej ruky (voliteľný, ale odporúčaný)- malý plochý skrutkovač (voliteľný, ale odporúčaný)- horúca lepiaca pištoľ (voliteľné, ale odporúčané)- hobby nôž (voliteľný, ale odporúčané)

Krok 3: Okruh Origami: MAX756 a úložný kondenzátor

A. Identifikujte 8 kolíkov na MAX756 a orientujte čip pomocou kolíka 1 vľavo dole.

B. Prevráťte čip (t. J. Otočte ho o 180 stupňov pozdĺž dlhej osi) a zaklapnite kolíky 4 a 5. Tieto kolíky slúžia na funkciu indikátora vybitia batérie MAX756 a v tomto návode sa nepoužívajú. Môžete upraviť obvod a pomocou týchto kolíkov určiť, kedy je napätie na úložnom kondenzátore (C1) nízke. Prevráťte úložný kondenzátor tak, aby bol záporný kolík vľavo. C. Umiestnite MAX756 na úložný kondenzátor tak, aby bol čip zhruba medzi zápornými kolíkmi C1 (-) a kladným pólom C1 (+) skladovacieho kondenzátora. D. Ohnite kolíky úložného kondenzátora smerom k MAX756, ako keby čip zaklapol na miesto. Ohnite kolíky 2 a 7 na MAX756 tak, aby sa takmer dotýkali záporného kolíka C1 (-) úložného kondenzátora. Ohnite kolík 6 tak, aby sa takmer dotýkal kladného kolíka C1 (+) úložného kondenzátora. E. Spájajte spolu C1 (-) a kolíky 2 a 7 na MAX756. Potom spájkujte C1 (+) a kolík 6 na MAX756. F. Nakoniec odstrihnite malý kúsok elektrickej pásky zhruba na výšku a šírku MAX756. Tento kus použite na prekrytie spojov spájkovaných v E.

Krok 4: Okruh Origami: induktor, referenčný kondenzátor, Schottkyho dióda

A. Umiestnite induktor L1 proti kolíkom 1 a 8 na MAX756. Pritlačte vodiče L1 k kolíkom MAX756, aby bol komponent čo najbližšie k telu čipu.

B. Spájkujte L1 na kolíky 1 a 8 a zaistite zostávajúcu dĺžku vedenia L1. C. Umiestnite keramický kondenzátor C4 tak, aby sa jeden vodič dotýkal kolíka 3 na MAX756 a druhý tlačil na odkrytú časť kolíka 2, ktorá je teraz väčšinou pod elektrickou páskou. D. Spájkujte C4 na kolíky 2 a 3 a zostrihnite zostávajúcu dĺžku vedenia C4. E. Pri pohľade na MAX756 s kolíkom 1 vľavo hore umiestnite Schottkyho diódu D2 na rímsu vytvorenú veľkým kondenzátorom C1. Ohnite kolík D2 (-) katódy D2 (-) označený pásikom-okolo telesa MAX756 tak, aby sa dotýkal kladného pólu C1, C1 (+). Ohnite anódu D2 D2 (+) tak, aby sa dotýkala kolíka 8 na MAX756. F. Pripájajte kolíky D2 k MAX756 a zaistite zostávajúcu dĺžku vedenia. Orežte kolíky 8 a 3.

Krok 5: Okruh origami: elektrolytické kondenzátory, časť 1

A. Postavte elektrolytické kondenzátory C2 a C3 na svoje konce tak, aby boli záporné póly C2 (-) a C3 (-) vedľa seba.

B. Ohnite C3 (-) okolo C2 (-). C. Spájajte dva záporné vodiče dohromady v blízkosti C2. Tým sa vytvorí uzemňovací vodič pre dva kondenzátory. Dbajte na to, aby ste náhodne nespájkovali kladný pól C2. Zostrihnite zostávajúcu dĺžku C2 (-). D. Otočte kondenzátory smerom k sebe. Ohnite C3 (-) do kanála, ktorý vytvorte medzi dvoma kondenzátormi. Blízko konca kondenzátorov ohnite zostávajúcu dĺžku o 90 stupňov, ako by ste vytvorili nohu pre dva kondenzátory. E. C1 (-) smerom k vám, umiestnite C2 a C3 na ľavú stranu a zastrčte nohu C3 (-) medzi terminál C1 (-) a telo C1. F. Spájkujte C3 (-) až C1 (-). Spájate uzemňovacie kolíky C2, C3 a C1 dohromady.

Krok 6: Okruh origami: elektrolytické kondenzátory, časť 2

A. Ohnite kladný pól C3, C3 (+) smerom ku kolíku 1 na MAX756 tak, aby bol vo vnútri kolíkov 1 a 2.

B. Spájkujte C3 (+) na kolík 1 na MAX756. Orežte zostávajúcu dĺžku kolíka 1. C. Otočte zostavu tak, aby spočívala na zápornom vodiči C1, C1 (-). Odstrihnite spolu pásik elektrickej pásky, ktorý je užší ako šírka kondenzátorov C2 a C3 a je zhruba dvakrát dlhší. Túto elektrickú pásku umiestnite medzi C1 a C2/C3 tak, aby zakrývala uzemňovacie kolíky C2/C3. Tým sa zabráni náhodnému dotyku a skratu C2 (+) so zemou. E. Ohnite C2 (+) o 90 stupňov tak, aby bol nad spájkovacím spojom C2/C3. Potom ho ohnite o 90 stupňov smerom k terminálu C1 (+). F. Spájkujte C2 (+) až C1 (+) a zostrihajte zostávajúcu dĺžku.

Krok 7: Výroba výstupného kábla

Proces výroby výstupného kábla závisí od toho, aký adaptér si vyberiete pre svoje projekty. Tento krok sa zaoberá tým, ako začleniť kábel USB mini-B male, pretože je to bežný formát napájacej zásuvky. Použil som kábel, ktorý pochádzal z mŕtveho prehrávača MP3 a mal koncovky USB-A samec a mini-B samec.

Odrežte kábel asi 5 palcov od špičky konca mini-B. Odizolujte koniec USB-A a 4 vodiče vo vnútri. Ak chcete zistiť, ktoré vodiče sú kladné a uzemnené, zapojte USB-A do napájaného konektora USB. Otestujte kombinácie drôtov s voltmetrom - ak existujú červené a čierne vodiče, pravdepodobne poskytujú kladný výkon a uzemnenie. Odizolujte vonkajší izolátor na konci mini-B asi 1/4 palca. Keď zistíte, ktoré vodiče sú kladné a uzemnené, J1 (+) a J1 (-), odizolujte tieto vodiče na konci mini-B a orežte zostávajúce dva vodiče.

Krok 8: Demontáž baterky

A. Na demontáž baterky použite krížový skrutkovač na štyri skrutky.

B. Baterka by sa mala ľahko rozložiť. Identifikujte, ktoré časti sú vrchná časť, spodná časť puzdra a predná doska. C. Vytiahnite elektroniku. D. Pripojte dva vodiče blízko čelnej dosky. Budete používať drôt, ktorý je spájkovaný s prepínačom, preto ho držte čo najdlhšie. Potom zastrčte drôt a koniec diódy D1 (negatívny koniec katódy je označený čiernou čiarou) blízko naukladaných mincových batérií tak, aby dĺžky drôtu a diódy siahajúce od motora M1 boli čo najdlhšie.

Krok 9: Príprava čelnej dosky

Poznámka: nie všetky baterky na kľúče s dynamom majú dosku s LED diódami. Ak to tak nie je, môžete tento krok preskočiť.

A. Vložiť plochý skrutkovač medzi plast predného panelu a dosku s obvodmi LED. B. Skrutkujte skrutkovač. Predná doska a doska plošných spojov LED by sa mali oddeliť. C. Nájdite jadro na plastovom prednom paneli. D. Zastrihnite nub pomocou rezačky drôtu. E. Nub strana bude v novom dynamu smerovať von. F. Odpojte diódy LED z dosky LED. Pokúste sa extrahovať diódy LED neporušené a nechajte otvory otvorené pre budúce kolíky.

Krok 10: Vytvorenie čelnej dosky

A. Ak je vaša doska s obvodmi LED podobná tej na diagrame, orientujte LED D3 tak, aby katódový kolík D3 (-) smeroval do otvoru oproti plochému koncu okrúhleho bieleho obrysu LED1.

B. Ohnite anódu D3 D3 (+) o 90 stupňov a vložte D3 (-) do otvoru v doske s obvodmi LED. C. Za zákrutou zastrihnite D3 (+) tak, aby bola kratšia ako 1/8 palca. Pripojte jeden vodič 1k ohmového odporu R1 tak, aby bol tiež dlhý asi 1/8 palca. Veďte dlhý koniec R1, R1 (2) cez otvor v doske s LED diódami a spájajte krátke konce R1 a D3 (+) dohromady. D. Prevráťte obvodovú dosku LED. Spájkujte R1 (2) do otvoru neobsadeného D3 (+) a zostrihajte zostávajúcu dĺžku. Pás medi (R1) (2), ktorý je teraz spájkovaný, je kladnou zbernicou. E. Prevráťte dosku s obvodmi LED späť. Prevlečte výstupný kábel jedným z otvorov v plastovej čelnej doske. Všimnite si toho, že smer predného panelu je teraz obrátený a predný panel bude vyčnievať, keď skončíte. F. Spájkujte J1 (+) cez otvor, ktorý sa pripája k kladnej zbernici. Spájkujte J1 (-) s pozemnou zbernicou.

Krok 11: Dokončenie čelnej dosky

A. Do trhliny medzi doskou s diódami LED a prednou doskou na strane kábla naneste trochu horúceho lepidla. To poskytne zostave určitú mechanickú pevnosť.

B. Pretože mincové batérie nepotrebujete, odpájajte drôt zo stohu. Spájkujte tento drôt na R1 (2). Tento vodič poskytne napájanie diódam LED a výstupnému káblu po pripojení k výstupu zosilňovača zosilňovača.

Krok 12: Inštalácia obvodu spínača a zosilňovača

A. Odpojte spínač zo sady mincových batérií baterky.

B. Uistite sa, že vývod vypínača vyzerá podobne ako na fotografii, pričom vodič je spájkovaný s horným kolíkom SW1 (2) a žiadny s dvoma dolnými. Ohnite stredný kolík SW1 (1) asi 45 stupňov od telesa spínača. Spodný špendlík môžete pripnúť. C. Spodná polovica puzdra má na prednej strane tri plastové prvky, ktoré by zabránili tomu, aby sa nový obvod zmestil dovnútra. Orežte ich pomocou nožov na drôt. D. Možno budete musieť použiť hobby nôž na zníženie týchto funkcií v jednej rovine so zvyškom puzdra. E. Prepínač umiestnite do spodnej polovice puzdra na pôvodné miesto. Uistite sa, že kolík s drôtom, SW1 (2), je najbližšie ku koncu čelnej dosky. F. Umiestnite celý zosilňovací obvod prevodníka do dutiny tak, aby veľký kondenzátor C1 smeroval k spínaču a dva elektrolytické kondenzátory C2 a C3 vzadu. SW1 (1) by mal tlačiť na záporný pól C1, C1 (-). Ak nie je, ohnite ho smerom ku kondenzátoru. Možno budete chcieť dať elektrickú pásku na C1 (-) za kolík SW1 (2), aby sa neskratovala.

Krok 13: Pripojenie čelnej dosky a obvodu prevodníka zosilnenia

A. Vráťte motor M1 na pôvodné miesto v spodnej polovici skrinky. Predĺžte vodič vychádzajúci z motora - uzemňovací vodič M1 (-) - tak, aby sa dotýkal stredného kolíka spínača SW1 (1) a záporného pólu veľkého kondenzátora C1 (-).

B. Odrežte a odizolujte drôt M1 (-) na príslušnú dĺžku a spájkujte drôt, SW1 (1) a C1 (-) dohromady. Toto je dôležité spojenie, preto sa uistite, že sú všetky tri spájkované. C. Otočte puzdro tak, aby bol motor naľavo, a ohnite katódový vodič D1, D1 (-) tak, aby sa dotýkal odhalenej časti kladného pólu C3, C3 (+). D. Spájkujte D1 (-) a C3 (+) dohromady a orežte zostávajúcu dĺžku D1 (-). E. Pripájajte vodič SW1 (2) k zápornej zbernici predného panelu. F. Spájkujte vodič pripojený k kladnej zbernici predného panelu na kladný pól veľkého kondenzátora C1 (+).

Krok 14: Spätná montáž

Na dokončenie montáže namontujte prednú dosku do spodnej polovice puzdra. Okraj čelnej dosky by mal byť vo vnútri okraja puzdra, aby držal na svojom mieste.

Ak si myslíte, že dióde D1 hrozí skrat v skrini motora, možno budete chcieť na motor umiestniť elektrickú pásku. Vráťte prevody a rukoväť späť do pôvodných polôh. Pozrite sa na fotografiu nižšie, aby ste zistili, ako sú v puzdre orientované. Položte hornú polovicu puzdra na spodnú polovicu. Obe časti by mali do seba tesne zapadať, ak by bol prevodník zosilňovača veľmi podobný tej v tomto návode. Prevráťte nový a vylepšený zdroj napájania a utiahnite štyri skrutky.

Krok 15: Testovanie

Prepnite prepínač smerom k prednému panelu. To je poloha Zapnuté.

Držte zdroj dynama v ľavej ruke a pravou rukou zalomte kľučku. Dobré sú približne dve otáčky za sekundu. Mali by ste naraziť na malý odpor - to je nabíjanie kondenzátora. Po niekoľkých sekundách bude napätie dostatočne vysoké, aby sa rozsvietila LED dióda. Keď sa kondenzátor blíži k 5 V, odpor klesne. V tomto mieste je kondenzátor nabitý. Ak máte pre výstupný kábel doplnkový adaptér s napájacími káblami, môžete ho pripojiť k voltmetru. Okolo bodu, kde klesá odpor pri štartovaní, by ste mali vidieť, že napätie sa blíži a zostáva blízko 5V. Ak narazíte na odpor, ale dióda LED nesvieti, skontrolujte pripojenia predného panelu. Ak výstupné napätie vážne prekročí 5 V, uistite sa, že elektrolytické kondenzátory sú správne spájkované. Ak nenarazíte na žiadny odpor a očividne to nefunguje, je možné, že je skrat niekde v obvode zosilňovača.

Krok 16: Aplikácia

Napájanie dynama som použil na napájanie hodnotiacej dosky Luminary LM3S811, ktorá tlačí „5V - žiadna batéria!“na OLED displej. Vďaka čipom použitým na tejto doske odoberá značné množstvo prúdu … asi 80 mA. V dôsledku toho nepracuje príliš dlho na napájacom zdroji dynama, kým nepotrebuje kľuky, ale beží dostatočne dlho na to, aby na obrazovku blikal iný text. Napájanie dynama bude najlepšie fungovať s obvodmi, ktoré odoberajú niekoľko mA prúdu. Obvody môžu bežať až 10 minút bez pretáčania, v závislosti od ich minimálneho prevádzkového napätia.

Testoval som aj dodávku dynama s hobby motorom. Pri kľukovaní motor hučal spolu s prúdom 50 mA.