Batterifri 5 Volt projektstyrke: 16 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Nu kan du konstant have en reguleret strømforsyning lige ved hånden uden INGEN batterier til udskiftning eller genopladning! Denne instruktør viser dig, hvordan du ændrer en nøglering dynamo lommelygte til en slank middelforsyning, der kan udskifte batterier til alle projekter, der kræver hurtig 5 volt jævnstrøm (5V DC).

Hvis du selv har inkluderet digital logik, analoge chips eller en mikrokontroller i et projekt, er der en god chance for, at du har måttet finde en måde at levere 5V DC til dit kredsløb. Der er få primære kilder til 5V, så du kan bruge en vægvorte til at konvertere vekselstrøm (hvilket naturligvis begrænser, hvor du kan tage din nye gadget), eller du kan bruge ekstra tid på at bygge et regulator kredsløb for at få flere 1,5V batterier til det nødvendige spænding. Disse løsninger er nødvendige for nogle kredsløb, men for mindre gadgets, ville det ikke være rart at have en altid klar forsyning, så du kan gå direkte i gang med andre aspekter af projektet? Ved at tilføje et par elektroniske komponenter til en dynamo lommelygte, der er meget tilgængelig, kan du drive små enheder i korte perioder uden at bruge opladninger eller batterier. Den forbedrede dynamo er fantastisk til arbejdsbordet eller viser nye projekter næsten overalt. Denne instruktionsbog dækker hvordan man samler og installerer en trin-up DC-DC-konverter, der forvandler den varierende lavspænding i nøgleringens dynamos generator til en konstant 5V. Step-up kredsløbet oplader en stor kondensator, som giver energilagring og noget strøm, selv når dynamoen ikke drejer. Ved at følge trinene i denne instruktionsbog kan du opnå alt dette uden at fremstille et specielt printkort eller bruge overflader, der er svært at lodde, på overfladen. For at få de elektroniske dele inde i nøgleringskassen kræver noget kredsløb origami, men efter cirka en times tinkering vil du have en pæn enhed, der kan levere op til 50 milliampere strøm ved en konstant 5V DC, mens viklingen og milliwatt strøm i minutter efter !

Trin 1: Sådan fungerer det

Elektrisk generator Strøm, der strømmer ind i en motor, skaber et magnetfelt i spoler, der er fastgjort til akslen, som drejer i nærvær af et magnetfelt fra faste magneter. Når en motor køres omvendt - strøm tilføres ved at dreje akslen - induceres en spænding i spolen. Faradays lov siger, at denne spænding er proportional med den hastighed, magnetfeltet ændrer i spolen. Så jo hurtigere akslen drejes, jo større er spændingen. Gearforhold En række tandhjul bruges inden for nøglering for at få generatoren til at snurre så hurtigt som muligt. Når du svinger håndtaget, sætter det tre sammensatte tandhjul i gang. Den ene halvdel af hvert sammensat gear har en lille radius, og den anden halvdel har en stor radius. Når den lille radius vendes, ændrer tænderne i kanten af den større radius sted i forhold til hurtigere hastighed. Ved at kaskade disse sammensatte tandhjul kan vendehastigheden multipliceres flere gange, og generatorakslen kan drejes meget hurtigere, end et menneske kunne dreje den. Behovet for trinomformeren og lagerkondensatoren Nøgleringens gearforhold kan generere et par volt med rimelig drejning, men spændingen er ikke høj nok til at nå 5V. Denne spænding varierer også hurtigt baseret på akselrotationshastigheden. For at få en stabil 5V-udgang er en step-up-omformer nødvendig. Det specifikke valgte integrerede kredsløb - MAX756 - kan omdanne spændinger så lave som 0,7V til 5V og fås i en praktisk 8 -pins pakke. Opgraderingskredsløbet er baseret på applikationskredsløbet i databladet MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/da/ds/MAX756-MAX757.pdf Selvom disse dynamo nøglering lommelygter er annonceret uden behov for batterier, ser det ud til at have tre møntstore batterier indeni. Generatoren er loddet til denne møntbatteri i et lidt uopladeligt opladningskredsløb. Jeg tror dog ikke, at disse batterier er beregnet til at være genopladelige, og de har en tendens til at tømme hurtigt efter den første afladning. Denne instruktør erstatter denne møntstak med en stor kondensator, der kan oplades oftere og er mere effektiv. Se skematisk for layoutet af hele kredsløbet. De specifikke komponenter blev valgt til let håndlodning, samtidig med at de var de mindste størrelser, der stadig var vurderet til spændingerne i kredsløbet. Bemærk: MAX756 -databladet har C3 som en 150 uF kondensator. De 150 uF kondensatorer, jeg fandt, var meget fysisk større end de 100 uF og passer ikke ind i den lille nøglering. Således erstattede jeg C3 med en 100 uF kondensator, og det ser ud til at fungere fint.

Trin 2: Dele og værktøjer

Dele til trinomformerDelene til trin-op-kredsløbet kan fås hos en elektronikdistributør som Digikey. U1-MAX756 3.3V/5V trin-up DC-DC-omformer, 8-benet DIP-pakke [Digikey# MAX756CPA+-ND] C1-0.33 F 5.5V kondensator, møntpakke [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3-100 uF 6.3V aluminium elektrolytisk kondensator, mini radial [Digikey# P803-ND] C4-0.1 uF 25V keramik generel kondensator, gennemgående hul [Digikey# BC1148CT-ND] L1-22 uH RF-choker, aksial [Digikey# M8138CT-ND] R1-1k, 1/4W carbonfilmmodstand til generelle formål, aksial [Digikey# 1.0KQBK -ND] D2-1A 20V Schottky-diode, aksial [Digikey# 1N5817GOS-ND] D3-Hvis du ikke kan genbruge de originale lysdioder i lommelygten, fordi ledningerne blev klippet for korte, kan du bruge en hvilken som helst 2 mA LED, rund T1 3mm [f.eks Digikey# 475-1402-ND] Dynamo nøglering lommelygte Jeg brugte en dynamo LED nøglering lommelygte, der var markeret som AIDvantage og fremstillet af LTA, Inc. (vare# 02119) til dette projekt. Der findes en række forskellige lommelygter af forskellige størrelser på markedet fremstillet af forskellige producenter - jeg har set dem i købmandsforretninger (Giant på østkysten) og computerbutikker (Microcenter). Du kan finde dem online ved at Googling: dynamo nøglering lommelygte. De koster normalt mindre end $ 5. Jeg opdagede, at der er nogle mindre variationer mellem lommelygter fremstillet af forskellige producenter. En lommelygte, jeg fik på Microcenter, havde ikke et printkort til lysdioderne - lysdioderne blev bare loddet direkte til batteriet. Dette LED printkort er pænt, men ikke påkrævet. Hvis du opdager, at der ikke er et separat printkort til LED'erne, kan du bare lodde de respektive positive og negative ledninger på LED+modstandskombinationen og udgangskablet sammen. Lidt varm lim inde i frontpladen nær LED- og outputkablet kan give forsamlingen en vis mekanisk styrke. Den anden variant var, at ledninger på kontakten på denne version også blev loddet lidt anderledes end batteriet. Ellers var det stort set identisk. Outputkabel Jeg brugte et USB A-han til mini-B USB-hankabel, der blev fjernet fra en død MP3-afspiller som outputkabel. Jeg valgte dette kabel, fordi mini-USB-indgangen er almindelig for små kredsløb. Da der er 4 tilslutninger inde i dette kabel, skal du finde ud af, hvilke ledninger der er de positive og negative afledninger. Du kan dog bruge hvilken som helst outputkabeltype, hvis du kender polariteten. For at teste kredsløbet vil du sandsynligvis også have det komplementære stik til rådighed for outputadapteren. Jeg af-loddet mini-B-fatningen fra den døde MP3-afspiller og tilsluttede henholdsvis røde og sorte ledninger til strømforsyning på 5V og jordstifter. Værktøjer Du skal bruge følgende værktøjer til at bygge og teste den modificerede dynamo:-wire stripper-lodning jern, lodde og flux (denne instruks antager, at du har loddet før)- voltmeter & testledninger- lille stjerneskruetrækker (til åbning af lommelygtehuset)- elektrisk tape- små trådskærere- små tænger- pincet (valgfri, men anbefales)- justerbar armskrue, tredjehåndsværktøj (valgfri, men anbefales)- lille skruetrækker med fladt hoved (valgfri, men anbefales)- varm limpistol (valgfri, men anbefales)- hobbykniv (valgfri, men anbefalede)

Trin 3: Circuit Origami: MAX756 og lagerkondensator

A. Identificer de 8 ben på MAX756, og orienter chippen med pin 1 nederst til venstre.

B. Vend chippen om (dvs. drej 180 grader gennem den lange akse) og klip stifter 4 og 5. Disse ben går til MAX756's indikator for lavt batteriniveau og bruges ikke i denne instruktionsbog. Du kan ændre kredsløbet og bruge disse ben til at bestemme, hvornår spændingen på lagerkondensatoren (C1) er lav. Vend lagerkondensatoren om, så den negative stift er til venstre. C. Placer MAX756 på lagerkondensatoren, så chippen er nogenlunde mellem lagerkondensatorens negative C1 (-) og positive C1 (+) ben. D. Bøj lagerkondensatorstifterne mod MAX756 som for at klippe chippen på plads. Bøj stifterne 2 og 7 på MAX756, så de næsten rører ved lagerkondensatorens negative stift C1 (-). Bøj pin 6, så den næsten rører ved lagerkondensatorens positive pin C1 (+). E. Lodde sammen C1 (-) og ben 2 og 7 på MAX756. Derefter loddes C1 (+) og pin 6 på MAX756 sammen. F. Skær endelig et lille stykke elektrisk tape omtrent på størrelse med MAX756's højde og bredde. Brug dette stykke til at dække samlingerne loddet i E.

Trin 4: Circuit Origami: Inductor, Reference Condacitor, Schottky Diode

A. Placer induktor L1 mod ben 1 og 8 på MAX756. Tryk L1 -lederne mod MAX756 -benene, så komponenten er så tæt på chiphuset som muligt.

B. Loddemiddel L1 til ben 1 og 8, og klip den resterende L1 -ledningslængde fast. C. Placer keramisk kondensator C4, så den ene ledning rører pin 3 på MAX756, og den anden presser mod en udsat del af pin 2, som nu for det meste er under elbåndet. D. Lodde C4 til ben 2 og 3, og klip den resterende C4 -ledningslængde fast. E. Når man ser på MAX756 med pin 1 øverst til venstre, placeres Schottky -dioden D2 på afsatsen, der er skabt af den store kondensator C1. Bøj D2-katoden D2 (-) pin-identificeret med et bånd-rundt om MAX756-kroppen, så den rører den positive terminal på C1, C1 (+). Bøj D2 -anoden D2 (+) op, så den rører pin 8 på MAX756. F. Lod D2 -benene til MAX756, og klip den resterende ledningslængde fast. Beskær stifterne 8 og 3.

Trin 5: Circuit Origami: elektrolytiske kondensatorer, del 1

A. Stil elektrolytkondensatorerne C2 og C3 på deres ender, så de negative terminaler, C2 (-) og C3 (-), ligger ved siden af hinanden.

B. Bøj C3 (-) omkring C2 (-). C. Lod de to negative elektroder sammen tæt på C2. Dette vil skabe en jordledning til de to kondensatorer. Sørg for ikke ved et uheld at lodde den positive terminal på C2. Klip den resterende længde af C2 (-). D. Vend kondensatorerne mod dig. Bøj C3 (-) ind i kanalen mellem de to kondensatorer. Nær enden af kondensatorerne, bøj den resterende længde 90 grader, ligesom du opretter en fod til de to kondensatorer. E. Med C1 (-) mod dig, skal du placere C2 og C3 på venstre side og stikke C3 (-) foden mellem C1 (-) terminalen og C1 kroppen. F. Loddemateriale C3 (-) til C1 (-). Du binder jordstifterne på C2, C3 og C1 sammen.

Trin 6: Circuit Origami: elektrolytiske kondensatorer, del 2

A. Bøj den positive terminal på C3, C3 (+) mod pin 1 på MAX756, så den er inde i ben 1 og 2.

B. Loddemateriale C3 (+) til pin 1 på MAX756. Trim den resterende længde af pin 1. C. Drej samlingen, så den hviler på den negative ledning af C1, C1 (-). Skær en stribe elektrisk tape, der er smallere end bredden af kondensatorerne C2 og C3 sammen og cirka dobbelt så lang. Placer denne elektriske tape mellem C1 og C2/C3, så den dækker C2/C3 jordstiftene. Dette forhindrer C2 (+) i at røre ved et uheld og kortslutte til jorden. E. Bøj C2 (+) 90 grader, så det er over C2/C3 loddetappen. Bøj den derefter 90 grader mod C1 (+) terminalen. F. Lod lod C2 (+) til C1 (+) og trim den resterende længde.

Trin 7: Fremstilling af outputkablet

Processen til fremstilling af outputkablet afhænger af hvilken adapter du vælger til dine projekter. Dette trin dækker, hvordan du integrerer et USB mini-B-hankabel, da det er et almindeligt strømstikformat. Jeg brugte et kabel, der kom fra en død MP3-afspiller og havde USB-A han- og mini-B han-ender.

Skær kablet cirka 5 tommer fra spidsen af mini-B-enden. Fjern USB-A-enden og de 4 ledninger indeni. For at afgøre, hvilke ledninger der er positive og jordede, skal du tilslutte USB-A'en til et strømforsynet USB-stik. Test kombinationer af ledninger med et voltmeter - hvis der er røde og sorte ledninger, giver de sandsynligvis henholdsvis positiv effekt og jord. Fjern den ydre isolator på mini-B-enden ca. 1/4 tommer. Når du ved, hvilke ledninger der er positive og jordede, J1 (+) og J1 (-), skal du fjerne disse ledninger i mini-B-enden og trimme de resterende to ledninger.

Trin 8: Afmontering af lommelygten

A. Brug en stjerneskruetrækker på de fire skruer til at adskille lommelygten.

B. Lommelygten skal let trække fra hinanden. Identificer, hvilke dele der er kabinetets top, kassebund og frontplade. C. Træk elektronikken ud. D. Klip de to ledninger tæt på frontpladen. Du vil bruge ledningen, der er loddet til kontakten, så behold den ledning så længe som muligt. Klip derefter ledningen og enden af diode D1 (den negative katodeende markeret med en sort streg) tæt på de stablede møntbatterier, så ledningen og diodelængderne, der strækker sig fra motoren M1, er så lange som muligt.

Trin 9: Forberedelse af frontpladen

Bemærk: ikke alle dynamo nøglering lommelygter har et LED printkort. Hvis din ikke gør det, kan du springe dette trin over.

A. Kile en flad skruetrækker mellem forpladens plast og LED -printkortet. B. Drej skruetrækkeren. Frontpladen og LED -printkortet skal springe fra hinanden. C. Find hullet på plastpladen. D. Klip nuben med trådskærere. E. Nub -siden vender udad i den nye dynamo. F. Afsolder lysdioderne fra LED -printkortet. Prøv at udtrække lysdioderne intakte og lad hullerne være åbne for fremtidige stifter.

Trin 10: Lav frontpladen

A. Hvis dit LED-printkort ligner det i diagrammet, skal du orientere LED D3, så katodestiften D3 (-) går i hullet overfor den flade ende af den runde hvide LED1-kontur.

B. Bøj D3-anoden D3 (+) 90 grader, og indsæt D3 (-) i hullet i LED-printkortet. C. Beskær D3 (+) efter bøjningen, så den er mindre end 1/8 tommer lang. Klip den ene ledning af 1k ohm modstanden R1, så den også er omkring 1/8 tommer lang. Før den lange ende af R1, R1 (2) gennem hullet i LED -printkortet og lod de korte ender af R1 og D3 (+) sammen. D. Vend LED -printkortet om. Lod lod R1 (2) til hullet, der ikke er optaget af D3 (+), og trim den resterende længde. Strimlen af kobber R1 (2) er nu loddet til er den positive bus. E. Vend LED -printkortet tilbage. Før outputkablet gennem et af hullerne i plastpladen. Bemærk, at frontpladens retning nu er omvendt, og frontpladen vil stikke ud, når du er færdig. F. Lod lod J1 (+) gennem hullet, der forbinder til den positive bus. Lodde J1 (-) til jordbussen.

Trin 11: Færdiggørelse af frontpladen

A. Påfør lidt varm lim i revnen mellem LED -printkortet og frontpladen på kabelsiden. Dette vil give forsamlingen en vis mekanisk styrke.

B. Da du ikke har brug for møntbatterierne, skal du aflodde en ledning fra stakken. Lod denne ledning til R1 (2). Denne ledning vil levere strøm til LED og udgangskabel efter tilslutning til trin-up konverterens udgang.

Trin 12: Installation af switch og step-up konverter kredsløb

A. Aflod kontakten fra lommelygteens møntbatteri.

B. Sørg for, at switch pinout ligner billedet, med en ledning loddet til den øverste pin SW1 (2) og ingen på de nederste to. Bøj den midterste pin SW1 (1) cirka 45 grader væk fra switchhuset. Du kan klippe den nederste pin. C. Den nederste halvdel af kabinettet har tre plastfunktioner på frontpladesiden, som forhindrer det nye kredsløb i at passe ind. Trim disse ved hjælp af trådskærere. D. Du skal muligvis bruge en hobbykniv til at skære disse funktioner ned i niveau med resten af sagen. E. Sæt kontakten i den nederste halvdel af kabinettet på sin oprindelige placering. Sørg for, at tappen med ledningen, SW1 (2), er tættest på frontpladens ende. F. Placer hele trin-up konverter kredsløbet i hulrummet, med den store kondensator C1 vendt mod kontakten og de to elektrolytiske kondensatorer C2 og C3 på bagsiden. SW1 (1) skal trykke mod den negative terminal på C1, C1 (-). Hvis det ikke er det, skal du bøje det mod kondensatoren. Det kan være en god idé at sætte noget elektrisk tape på C1 (-) bag SW1 (2) stiften, så den ikke bliver kort.

Trin 13: Tilslutning af frontpladen og trin-til-konverter kredsløb

A. Sæt motoren M1 tilbage på sin oprindelige placering i den nederste halvdel af kabinettet. Forlæng ledningen, der kommer ud af motoren - jord M1 (-) ledningen - så den rører den midterste pin af kontakten, SW1 (1), og den negative terminal på den store kondensator, C1 (-).

B. Klip og fjern M1 (-) ledningen til den passende længde, og lod kablet, SW1 (1) og C1 (-) sammen. Dette er en vigtig forbindelse, så sørg for at de tre er loddet. C. Drej kabinettet, så motoren er til venstre, og bøj katodeledningen til D1, D1 (-), så den rører en udsat del af den positive terminal på C3, C3 (+). D. Lodde D1 (-) og C3 (+) sammen og trimme den resterende længde af D1 (-). E. Lod lod SW1 (2) ledningen til frontpladens negative bus. F. Lod den ledning, der er forbundet til frontpladens plusbus, til den positive terminal på den store kondensator, C1 (+).

Trin 14: Genmontering

Afslut monteringen ved at montere frontpladen inde i den nederste halvdel af kabinettet. Frontpladens læbe skal være inde i sagens læbe for at holde den på plads.

Du vil måske placere noget elektrisk tape på motoren, hvis du tror, at dioden D1 risikerer at blive kortsluttet til motorhuset. Sæt gearene og håndtaget tilbage i deres oprindelige position. Se billedet herunder for at se, hvordan de er orienteret i sagen. Sæt den øverste halvdel af kassen oven på den nederste halvdel. De to dele skal passe tæt sammen, hvis trin-up-konverteren blev lavet ret tæt på den i denne instruktionsbog. Vend den nye og forbedrede strømforsyning om, og stram de fire skruer.

Trin 15: Test

Skift kontakten mod frontpladen. Det er On -positionen.

Hold dynamo -strømforsyningen i din venstre hånd og drej håndtaget med din højre hånd. Omkring to omdrejninger i sekundet er godt. Du skulle støde på lidt modstand - det er kondensatorens opladning. Efter et par sekunder vil spændingen være høj nok lyset LED. Når kondensatoren nærmer sig 5V, vil modstanden falde. På dette tidspunkt oplades kondensatoren. Hvis du har en komplementær adapter med strømledninger til dit udgangskabel, kan du slutte det til et voltmeter. Omkring det punkt, hvor svingmodstanden falder, skal du se, at spændingen nærmer sig og forbliver nær 5V. Hvis du støder på modstand, men lysdioden ikke lyser, skal du kontrollere frontpladens forbindelser. Hvis udgangsspændingen alvorligt overskrider 5V, skal du sørge for, at de elektrolytiske kondensatorer er loddet korrekt. Hvis du ikke støder på nogen modstand, og det tydeligvis ikke virker, er det muligt, at der er en kort et sted i trin-up-konverterkredsløbet.

Trin 16: Ansøgning

Jeg brugte dynamoforsyningen til at drive et Luminary LM3S811 Evalueringskort, der udskriver "5V - intet batteri!" til et OLED -display. På grund af de chips, der bruges på dette bord, trækker det en rimelig mængde strøm … omkring 80 mA. Følgelig kører den ikke særlig længe på dynamo -strømforsyningen, før den skal bruges lidt, men den kører længe nok til at blinke forskellig tekst på skærmen. Dynamo -strømforsyningen fungerer bedst med kredsløb, der trækker et par mA strøm. Kredsløb kan køre i op til 10 minutter uden start, afhængigt af deres mindste driftsspænding.

Jeg testede også dynamo -forsyningen med en hobbymotor. Mens den startede, brummede motoren sammen med 50 mA strøm.