Беспроводное зарядное устройство для сотового телефона

1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Колледж педагогического образования, информатики и права
ПЦК естественнонаучных дисциплин, математики и информатики
РЕФЕРАТ
на тему:
Исследование в режиме работы Автомобильное зарядное устройство работающие от
прикуривателя
Автор реферата:
____________________
_______А.Д.Чихачев_____________
(подпись)
(инициалы, фамилия)
Специальность: 230113 Компьютерные системы и комплексы
Курс: Ш
Группа: Т-31
Зачет/незачет:_________________________________________________________
Руководитель:
_____________________
___О.П.Когумбаева_______________
(подпись, дата)
(инициалы, фамилия)
г. Абакан, 2014г.
2
Содержание
1. Введение .............................................................................................
2. Что такое зарядное устройство? ........................................................
3. Рассмотрим несколько зарядных устройств ...................................
4. Устройство автомобильного прикуривателя ...................................
5. Рассмотрим мою тему и устройство .................................................
6. Заключение .........................................................................................
7. Список Литературы ............................................................................
8. Приложение 1 .....................................................................................
9. Приложение 2 .....................................................................................
10. Приложение 3 ....................................................................................
3
4
6
11
14
15
16
17
21
28
3
1) Введение
Проблема в том что мы путешествуем, ездим по странам, ездим на природу.
И не всегда мы дома, а иногда нужно чтобы ваш телефон был заряжен. С этой
проблемой можно справится, зарядить в машине свой Телефон и быть
доволен что долго не сядет.
Цель
Рассмотреть принцип работы и действие зарядного устройства и сделать его
Задача
1. Рассмотреть устройство
2. Показать из чего оно сделано
3. В будущем его собрать
4
2) Что такое зарядное устройство?
Зарядное устройство — электронное устройство для заряда
электрических аккумуляторов энергией внешнего источника; как правило,
— от сети переменного тока.
Включает в себя преобразователь напряжения (трансформатор или
импульсный блок питания), выпрямитель, стабилизатор напряжения, и по
необходимости устройство контроля процесса заряда, средства
индикации (стрелочный или светодиодный амперметр/вольтметр).
Характеристики зарядных устройств зависят от типа аккумуляторов,
рабочего напряжения, номинальной ёмкости.
Зарядные устройства могут быть встроенными и внешними.
Зарядные и пуско-зарядные устройства аккумуляторов автомобиля
Зарядные устройства автомобильных аккумуляторов являются внешними,
запитываются от сети 220—230 В переменного тока штепсельным
разъёмом и снабжены зажимами-крокодилами для присоединения к
клеммам аккумулятора.
Пуско-зарядное устройство (ПЗУ) для автомобильных аккумуляторов
используется не только для зарядки автомобильных аккумуляторов, но
также и для запуска автомобильного двигателя электрическим стартером
при севшем аккумуляторе (без предварительной полной зарядки самого
аккумулятора). При этом может использоваться как методика пуска
двигателя с предварительной частичной подзарядкой штатного
аккумулятора в течение нескольких минут, так и запуск двигателя при
полном разряде штатного аккумулятора с немедленным запуском. Запуск
достигается за счёт возможности ПЗУ выдавать в несколько раз бо́льший
ток, чем просто зарядное устройство (ЗУ — предназначенное только для
зарядки аккумулятора). Как следствие, ПЗУ обладает существенно
бо́льшей массой и габаритами, нежели простое зарядное устройство.
Необходимый ток для запуска двигателя внутреннего сгорания должен в
моменте достигать значений 100—1000 А[1]. Поэтому первые советские
пуско-зарядные устройства обладали способностью давать ток только в
нижнем пределе потребностей[источник не указан 330 дней]. С
появлением электрических приборов и сетей, способных использовать
токи не 6 А, а 16 А, выходной ток пуско-зарядных устройств мог быть
увеличен со 100 А до 290 А.
5
Маркировка зарядных устройств для зарядки автомобильных
аккумуляторов
А В/С, где А — название зарядного устройства, В — максимальная
ёмкость аккумулятора в А*ч, который целесообразно заряжать этим
зарядным устройством, С — максимальное значение напряжения
аккумулятора, который целесообразно заряжать этим зарядным
устройством.
При превышении параметра В значения 170 А зарядное устройство может
быть использовано не только для зарядки, но и для помощи при запуске
двигателя.
Заряд литиевых батарей
Зарядные устройства для литий-ионных и литий-полимерных
аккумуляторов имеют свои особенности, поскольку перезаряд и глубокий
разряд может привести к выходу аккумулятора из строя. Основной способ
заряда
литий-ионных
и
литий-полимерных
аккумуляторов,
рекомендуемый производителями, это заряд постоянным током с
контролем тока заряда и напряжения на выводах аккумулятора. Для этого
предназначены специализированные, зачастую встроенные в аппаратуру
зарядные
устройства
с
использованием
специализированных
контроллеров.
6
3) Рассмотрим несколько зарядных устройств
Беспроводное зарядное устройство для сотового телефона
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 несколько версий 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:
Малое потребление
Высокое КПД (по сравнению с собратьями)
Сравнительно большой ток зарядки
Возможность работать от пониженного источника (первая версия
работало от напряжения 9-16вольт)
5) Простота и компактность
1)
2)
3)
4)
Схема этого устройства
Приложение 1 (Рисунок 1)
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.
7
Изготовление устройства
Приложение 1. (Рисунок 2)
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.
Приложение 1. (Рисунок 3 и 4)
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).
Приложение 1. (Рисунок 5)
Как настроить? Просто! собираем для начала схему приемника. Подключаем
питание (любой стабилизированный источник постоянного напряжения 4,59вольт). 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!
8
Приложение 1 (Рисунок 6)
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).
Приложение 1 (Рисунок 7)
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.
Приложение (Рисунок 8)
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.
Приложение 1 (Рисунок 9)
Контур можно прикрепить к задней крышке телефона при помощи эпоксидной
смолы, силикона (крайне нежелательно), супер клея (использовать только тогда,
когда контур планируется закрепить с внешней стороны крышки).
Зарядное устройство для мобильника без проводов
Данный способ был придуман, когда однажды я запутался в проводах и долго не
мог найти провод зарядного устройства и решил: почему бы не создать зарядное
устройство, которое способно зарядить мобильный телефон без проводов! И вот
9
было придумано две схемы преобразователей которые бы справились с такой
задачей. Основа зарядного устройства - метод индукции, у нас есть передающая
катушка и приемная. Первая катушка создает электромагнитное поле, во второй
образуется ток, и самое главное устройство не работает по принципу
трансформатора, сердечек тут отсутствует
Приложение 2 (Рисунок 1. Схема)
И так, первая схема преобразователя выполнена на таймере UC3845, микросхема
играет роль задающего генератора. Мощный полевой транзистор усиливает
напряжение и подает на передающую катушку, таким образом в обмотке
образуется переменной ток высокой частоты, который создает вокруг контура
электромагнитное поле. За счет этого, во второй катушке образуется переменное
напряжение, это напряжение сначала нужно выпрямить, затем сгладить помехи при
помощи конденсатора и для стабилизации напряжения дополнить стабилитроном.
Стабилитрон подбираем исходя от напряжения, которым можно зарядить телефон,
для большинства телефонов номинал напряжения составляет 5.5 вольт.
Приложение 2 (Рисунок 2)
Перейдем к деталям схемы. Диод на схеме должен быть ультрабыстрым, другие
типы диодов не подойдут! Резистор 820 Ом подбираем с мощностью не менее 2 - х
Ватт, он будет греться и маломощные диоды попросту сгорят. Полевой транзистор
может быть заменен на аналогичный, мощность данного преобразователя
достаточно большая - до 70 Ватт и поэтому транзистор нужно укрепить на
теплоотвод. Дроссель из схемы можно исключить, он намотан на ферритовом
кольце от старого блока питания и содержит 20 витков провода, с диаметром 0.8 1мм. Он служит для сглаживания сетевых помех. Транзистор можно заменить на
IRFZ44, хотя работать будет чуть хуже.
Приложение 2 (Рисунок 3,4,5,6)
Приложение 2 (Рисунок 7. Печатная плата.)
Поговорим о контурах. Контур передатчика содержит 20 витков, внутренний
диаметр контура 10 см, мотают контур проводом с диаметром от 0.5 до 1.5 мм, при
использовании толстого провода (диаметр от 1 мм) возрастет мощность поля
передатчика, это позволит заряжать мобильный телефон на дистанции до 30 - 40 см
от приемника. Для увеличения дальности можно применить большие катушки с
диаметром до 1 метра. Контур приемника содержит 40 витков проводом с
диаметром 0.4 – 0.7 мм. Схему приемника смотрите ниже.
Приложение 2 (Рисунок 8)
10
Фотографии конструкции сделаны мобильным телефоном, поэтому не было
возможности сфотографировать как устройство заряжает телефон, зато взамен вы
можете наблюдать как светится лампочка которая подключена к приемнику.
Вторая схема собрана на транзисторах обратной проводимости, частоту задает
мультивибратор, затем сигнал поступает на транзисторный усилитель напряжения,
в результате чего в контуре образуется электрический ток большой частоты.
Транзисторы мультивибраторы можно применить КТ315 или импортные аналоги
C9014, C9018 или другие. Остальные транзисторы типа КТ819, в крайнем случае
можно заменить на КТ805, последние транзисторы нужно укрепить на
теплоотводе. Как заметили данная схема питается от двух разных напряжений, для
питания мультивибратора можно использовать любой источник постоянного тока
с напряжением от 4 до 6 вольт (можно использовать литий - ионный аккумулятор
от мобильного телефона), для питания транзисторного каскада усиления
понадобится напряжение от 10 до 14 Вольт с силой тока не менее 1.5 А.
Приложение 2 (Рисунок 9)
Эта схема ни чуть ни хуже первой, поэтому какую собирать выбирайте вы!
Резисторы во второй схеме все с мощностью 0.5 Ватт. Для создании этой статьи
была пожертвована ранее изготовленная катушка Теслы... но думаю это стоило
того, хотя многие наверняка не поймут меня, но зато это что - то новое, ведь
подобные темы в интернете ранее не рассматривались, то альтернативное решение,
а заряжаться ваш мобильный телефон будет быстрее обычного (зависит от
дистанции катушек). Максимальная дистанция передачи тока при указанных
номиналах составляет 50 см, затем сила тока будет резко падать.
Приложение 2 (Рисунок 10)
11
4) Устройство автомобильного прикуривателя
Автомобильный прикуриватель – сегодня обязательная, и, пожалуй, едва
ли не самая консервативная, не подвергающаяся ни течению времени, ни
изыскам научно-технического прогресса деталь автомобиля. Ведь на
«копейке» начала семидесятых стоит такое же устройство, как и на
суперновом «Лексусе». Это определяется как его простотой системы, так
и ее доведенной до совершенства конструкцией.
К нему каждый год прилагаются все новые и новые аксессуары – самые
разнообразные пепельницы, стойкие к загрязнению табачным пеплом
чехлы сидений и коврики, пластик и обивка салона, на которых горящая
сигарета не оставляет следов, вентиляторы, освежители воздуха всех
систем и калибров, удаляющие запах дыма аэрозоли... И все это для того,
чтобы сначала усердно прокуривать автомобиль, а затем – не менее
усердно – удалять запах курева из этого самого автомобиля.
Казалось бы, всемирная борьба с курением, при полном «поражении в
правах» всех курильщиков поголовно, должна была бы зацепить своим
крылом не только общественный транспорт, но и личный. Однако
автомобильный прикуриватель не только не пал жертвой этого поветрия,
но и по-прежнему ставится во все новые и новые модели машин. И секрет
здесь в том, что прикуриватель, сохранив свое название, превратился в
гнездо для подключения доброго десятка устройств, среди которых –
предметы, весьма и весьма далекие от курения.
Именно это спасло прикуриватель от гибели в битве против вредных
привычек и за здоровый образ жизни. Хотя его использование, что
называется, по прямому назначению, в нашей стране – вещь повсеместная.
Устройство автомобильного прикуривателя уже более полувека остается
неизменным. Это находящийся на передней панели контактный стакан,
подключенный к автомобильному аккумулятору, в котором находится
металлический цилиндрик с пластмассовой кнопкой-рукояткой. Нажимая
на эту кнопку, мы утапливаем цилиндрик в гнезде, где он и фиксируется.
Нихромовая спиралька нагревается от идущего аккумулятора тока,
цилиндрик раскаляется, срабатывает термореле, и он выскакивает наружу.
Все, можно брать и закуривать.
12
Простота и надежность этого устройства привлекла к себе внимание
разработчиков самой разнообразной бытовой техники, способной сделать
жизнь «на колесах» приятнее и комфортнее. Едва ли не первыми взялись
за дело конструкторы электронагревательных приборов, попытавшиеся
заменить цилиндрик автомобильного прикуривателя автомобильным
кофейником - пластмассовым стаканчиком с открытыми пластинами
нагревательного элемента, запрессованными в его дно.
Правда, подобная конструкция нагревательного элемента даже при
включении в домашнюю электросеть вызывает такие перепады
напряжения, что лампочки устраивают форменную цветомузыку, а уж
автомобильный аккумулятор… Так что желание сварить кофейку в
машине лучше осуществлять на ходу, для чего навыки циркового
жонглера прямо-таки жизненно необходимы.
Конечно, в сравнении с автомобильным кофейником автомобильный
вентилятор на присоске – вещь куда более безопасная, но обычно не
слишком производительная, и в первую очередь это касается изделий
сегодняшней «мастерской мира» - Китайской народной республики. Хотя
постоять в пробке при жаре «за тридцать» лучше все-таки с ним, чем без
него… Единственное пожелание – зафиксировать его чем-то более
надежным, чем постоянно отклеивающаяся и падающая на голову и
прочие части организма присоска.
Однако использование прикуривателя автомобильного не по прямому его
назначению началось еще задолго до того, как Китай стал великой
индустриальной державой. Люди постарше помнят ажиотажный спрос в
80-е годы на маленький черно-белый телевизор «Электроника», который
можно было включать и в сеть, и в прикуриватель. Тогдашнюю – без
всякой иронии – гордость советской радиоэлектроники много и охотно
покупали даже те страны мира, которые и тогда принято было называть
развитыми, что и было главной причиной дефицита «Электроники» на
внутреннем рынке СССР. А ездить на «шестерке» или «Волге» с таким
телевизором было высшим шиком, и во многом благодаря именно заботе
о пище духовной, а не о курильщиках, прикуриватель получил
постоянную прописку в салонах отечественных автомобилей.
Продолжая тему использования электронагревательных приборов,
работающих от прикуривателя, можно упомянуть такое почти интимное
изделие, как подогреватель сиденья – такая себе мини-электрогрелка,
также включаемое в его гнездо, на которую ты садишься... ну, в общем,
13
понятно, чем. Понятно, что фамильные черты китайского производства и
тут дают о себе знать – греет она примерно так же, как освежает
автомобильный вентилятор на присоске. Но для особо непривередливых
– почти хай-тэк.
А теперь о настоящих высоких технологиях, по-прежнему
ориентированных на старый добрый прикуриватель. Сегодня в его гнездо
можно вставить… да все, что угодно – и ставший плоским и цветным
потомок доброй старой «Электроники», и, специально для придир –
автомобильный DVD-плеер, где дисковод и экран «в одном флаконе».
Тяжелая поступь микроэлектроники нагрузила гнездо прикуривателя
ноут- и нетбуком. Поскольку сегодняшний человек совершенно не
представляет себя без мобильной связи, то туда же вставляется и зарядка
для мобильного телефона. При такой нагрузке и таком количестве
потребителей одного прикуривателя становится явно недостаточно, и
вездесущие китайцы предлагают разветвитель — вставляешь его в гнездо,
и вот - уже целых два прикуривателя! И этого становится мало, если
вспомнить еще и о таких постоянных потребителях, как холодильник и
антирадар. Словом, автомобилестроителям необходимо срочно
увеличивать число прикуривателей в автомобиле минимум до
полудюжины!
А тут еще космический прорыв человечества и система спутниковой
навигации дали прикуривателю новую нагрузку.
Теперь и шедевры современной микроэлектроники – GPS-навигаторы –
тоже работают от обычного устройства прикуривателя, заставляя
автовладельцев лихорадочно соображать – как разделить между таким
количеством потребителей пока единственное в машине гнездо
прикуривателя, да еще и думать, как отнесется к подобной нагрузке
многострадальный автомобильный аккумулятор.
14
5) Рассмотрим мою тему и устройство
Теперь и шедевры современной микроэлектроники – GPS-навигаторы –
тоже работают от обычного устройства прикуривателя, заставляя
автовладельцев лихорадочно соображать – как разделить между таким
количеством потребителей пока единственное в машине гнездо
прикуривателя, да еще и думать, как отнесется к подобной нагрузке
многострадальный автомобильный аккумулятор.
Как сделано мое зарядное устройство USB от автомобильного
прикуривателя
Мое зарядное устройство USB от прикуривателя рассчитано на
номинальный ток нагрузки 0.5А, что обусловлено применением
стабилизатора 78M05 – а его я выбрал, в свою очередь потому, что
стабилизатор большего размера просто не помещался в корпус моего
зарядного устройства. Впрочем, мощности устройства мне вполне
хватает, ну а вы решайте для себя сами – принцип останется тем же.
Почему я решил сделать зарядное устройство USB от прикуривателя
своими руками, а не пойти и купить готовый девайс? – Да просто потому,
что всё необходимое для его изготовления у меня валялось в гараже и
мастерской:
I.
Корпус зарядного устройства USB – это разъем от сгоревшего
автомобильного насоса.
II.
USB порт выпаян из старой «дохлой» компьютерной материнской
платы.
III.
Стабилизатором 78M05 со мной поделилась сломанная приставка
PlayStation.
Собственно, даже если стабилизатор придется купить, то не особо
разоритесь.
15
6) Заключение
Рассмотрели определение устройства.
Рассмотрели виды устройства схожей с темой Реферата с моей.
Рассмотрели работу прикуривателя
Рассмотрели мое устройство
16
7) Список Литературы
1. «Сайт Паяльник». Посвящен радиоэлектронике. Здесь вы найдете
большое количество радиоэлектронных схем, статей для
начинающих, программ, данные магазинов радиодеталей, сможете
общаться на форуме и многое другое, т.е. все то, что необходимо
радиолюбителю или профессионалу. 1999-2014 Сайт-ПАЯЛЬНИК
'cxem.net' 'payalnik.pro. [Электронный ресурс].
Источник
http://cxem.net/ (Дата обращения 22.09.2014)
2. «Сайт ВикиПедия». Свободная библиотека. 1 149 368 статей.
3 899 611 страниц. Работает на движке Media Wiki. Версия
1.24wmf21 (f480d1b). Сделано 78 016 941 поправок. Загружен
168 981 файл. Последнее изменение страницы: 20:48, 17 сентября
2014.
[Электронный
ресурс].
Источник
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D0%BB%
D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%
D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0
(Дата
обращения 22.09.2014)
3. «Сайт Автошкола». Данный сайт создан с целью освещения всех
аспектов автомобильной индустрии, а также в помощь
автолюбителям по ремонту и модернизации (тюнингу) их
автомобилей. 2007 – 2014 год. [Электронный ресурс]. Источник
http://www.autoshcool.ru/ (Дата обращения 22.09.2014)
4. «Сайт Знай и Умей». Сайт для автомобилистов, самодельщиков,
дачников, садоводов, рыбаков, путешественников, спортсменов,
домохозяек 2010 - 2014. Год. Электронный ресурс]. Источник
http://znay-i-umey.ru/home.html (Дата обращения 22.09.2014)
17
8) Приложение 1
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
18
Рисунок 5
Рисунок 6
19
Рисунок 7
Рисунок 8
20
Рисунок 9
21
9) Приложение 2
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
22
Рисунок 4
23
Рисунок 5
24
Рисунок 6
25
Рисунок 7
Рисунок 8
26
Рисунок 9
Рисунок 10
27
28
10)
Рисунок 1
Приложение 3