Batterifritt 5 Volt prosjektkraft: 16 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:26

Nå kan du ha en regulert strømforsyning hele tiden på fingertuppene uten batterier å bytte ut eller lade opp! Denne instruksen viser deg hvordan du endrer en nøkkelring dynamo lommelykt til en slank gjennomsnittlig forsyning som kan erstatte batterier for alle prosjekter som krever rask 5 volt likestrøm (5V DC).

Hvis du til og med har inkludert digital logikk, analoge sjetonger eller en mikrokontroller i et prosjekt, er det en god sjanse for at du har måttet finne en måte å gi 5V DC til kretsen din. Det er få primære kilder til 5V, så du kan bruke en veggvorter til å konvertere vekselstrøm (som åpenbart begrenser hvor du kan ta den nye gadgeten), eller du kan bruke ekstra tid på å bygge en regulatorkrets for å få flere 1,5V batterier til det nødvendige Spenning. Disse løsningene er nødvendige for noen kretser, men for mindre gadgets, ville det ikke vært fint å ha en alltid klar forsyning, slik at du kan gå direkte til andre aspekter av prosjektet? Ved å legge til noen få elektroniske komponenter i en allment tilgjengelig dynamo lommelykt, kan du drive små enheter i korte perioder uten å bruke opptak eller batterier. Den forbedrede dynamoen er flott for arbeidsbenken eller for å vise frem nye prosjekter omtrent hvor som helst. Denne instruksen dekker hvordan du monterer og installerer en trinnvis DC-DC-omformer som gjør den varierende lavspenningen til nøkkelringdynamoen til en konstant 5V. Oppstartskretsen lader en stor kondensator som gir energilagring og litt strøm, selv når dynamoen ikke snur. Ved å følge trinnene i denne instruksjonsboken, kan du oppnå alt dette uten å lage et spesielt kretskort eller bruke overflater som er vanskelig å lodde på overflaten. For å få de elektroniske delene inne i nøkkelringskassen krever litt krets -origami, men etter omtrent en time med tinker vil du ha en pen enhet som kan levere opptil 50 milliampere strøm ved en konstant 5V DC mens den vikles og milliwatt strøm i minutter etter !

Trinn 1: Slik fungerer det

Elektrisk generator Strøm som strømmer inn i en motor skaper et magnetfelt i spoler festet til akselen, som svinger i nærvær av et magnetfelt fra faste magneter. Når en motor kjøres i revers - strøm tilføres ved å dreie akselen - induseres en spenning i spolen. Faradays lov sier at denne spenningen er proporsjonal med hastigheten magnetfeltet endrer i spolen. Så jo raskere akselen dreies, jo større er spenningen. Girforhold En serie gir brukes i nøkkelringen for å få generatoren til å snurre så fort som mulig. Når du sveiver håndtaket, setter det tre sammensatte tannhjul i bevegelse. Den ene halvdelen av hvert sammensatt gir har en liten radius og den andre halvdelen har en stor radius. Når den lille radius er snudd, endrer tennene i kanten av den større radius stedet med en forholdsvis raskere hastighet. Ved å kaste disse sammensatte tannhjulene kan vevhastigheten multipliseres flere ganger, og generatorakselen kan dreies mye raskere enn et menneske kan snu den. rimelig sveising, men spenningen er ikke høy nok til å nå 5V. Denne spenningen varierer også raskt basert på akselrotasjonshastigheten. For å få en jevn 5V-utgang, trengs en trinnvis omformer. Den spesifikke integrerte kretsen som er valgt - MAX756 - kan gjøre spenninger så lave som 0,7V til 5V og kommer i en praktisk 8 -pinners pakke. Oppgraderingskretsen er basert på applikasjonskretsen i databladet MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Selv om disse dynamo nøkkelring lommelyktene er annonsert uten behov for batterier, ser det ut til å ha tre myntstore batterier inni. Generatoren er loddet til denne myntbatteribunken i en noe rå ladekrets. Imidlertid tror jeg ikke at disse batteriene er ment å være oppladbare, og de har en tendens til å tømmes raskt etter den første utladningen. Denne instruksen erstatter denne myntbunken med en stor kondensator som kan lades oftere og er mer effektiv. Se skjematisk oversikt over hele kretsen. De spesifikke komponentene ble valgt for enkel håndlodding, samtidig som de var de minste størrelsene som fremdeles var vurdert for spenningene i kretsen. Merk: MAX756 -databladet har C3 som en 150 uF kondensator. De 150 uF kondensatorene jeg fant var mye fysisk større enn de 100 uF og passer ikke inn i den lille nøkkelringen. Dermed erstattet jeg C3 med en 100 uF kondensator, og det ser ut til å fungere fint.

Trinn 2: Deler og verktøy

Deler til trinnomformerDelene til oppstartskretsen kan fås fra en elektronikkdistributør som Digikey. U1-MAX756 3.3V/5V trinn-opp DC-DC-omformer, 8-pinners DIP-pakke [Digikey# MAX756CPA+-ND] C1-0.33 F 5.5V kondensator, myntpakke [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3-100 uF 6.3V aluminium elektrolytisk kondensator, miniradial [Digikey# P803-ND] C4-0.1 uF 25V keramikk generell kondensator, gjennomgående hull [Digikey# BC1148CT-ND] L1-22 uH RF-drossel, aksial [Digikey# M8138CT-ND] R1-1k, 1/4W generell karbonfilmmotstand, aksial [Digikey# 1.0KQBK -ND] D2-1A 20V Schottky-diode, aksial [Digikey# 1N5817GOS-ND] D3-Hvis du ikke kan resirkulere de originale lysdiodene i lommelykten fordi ledningene ble klippet for kort, kan du bruke hvilken som helst 2 mA LED, rund T1 3mm [f.eks Digikey# 475-1402-ND] Dynamo nøkkelring lommelykt Jeg brukte en dynamo LED nøkkelring lommelykt som var merket som AIDvantage og laget av LTA, Inc. (vare# 02119) for dette prosjektet. Det finnes en rekke slike lommelykter på markedet laget av forskjellige produsenter - jeg har sett dem i dagligvarebutikker (Giant on the East Coast) og datamaskinbutikker (Microcenter). Du finner dem på nettet ved å Googling: dynamo nøkkelring lommelykt. De koster vanligvis mindre enn $ 5. Jeg oppdaget at det er noen mindre variasjoner mellom lommelykter laget av forskjellige produsenter. En lommelykt jeg fikk på Microcenter hadde ikke et kretskort for lysdiodene - lysdiodene ble bare loddet direkte til batteriet. Dette LED -kretskortet er fint, men ikke nødvendig. Hvis du finner ut at det ikke er et separat kretskort for lysdiodene, kan du bare lodde de respektive positive og negative ledningene til kombinasjonen LED+motstand og utgangskabel sammen. Litt varmt lim inne i frontplaten nær LED og utgangskabelen kan gi enheten litt mekanisk styrke. Den andre varianten var at ledninger på bryteren på denne versjonen også ble loddet litt annerledes enn batteriet. Ellers var den ganske identisk. Utgangskabel Jeg brukte en USB A-han til mini-B USB-hann-kabel som ble fjernet fra en død MP3-spiller som utgangskabel. Jeg valgte denne kabelen fordi mini-USB-inngangen er vanlig for små kretser. Siden det er 4 tilkoblinger inne i denne kabelen, må du finne ut hvilke ledninger som er de positive og negative ledningene. Du kan imidlertid bruke hvilken som helst utgangskabeltype hvis du kjenner polariteten. For å teste kretsen vil du sannsynligvis også ha den komplementære kontakten tilgjengelig for utgangsadapteren. Jeg avloddet mini-B-kontakten fra den døde MP3-spilleren og koblet røde og svarte ledninger til henholdsvis 5V og jordede pins. Verktøy Du trenger følgende verktøy for å bygge og teste den modifiserte dynamoen:-wire stripper-lodding jern, loddetinn og fluss (denne instruksen forutsetter at du har loddet før)- voltmeter og testledninger- liten stjerneskrutrekker (for å åpne lommelykthuset)- elektrisk tape- små trådkuttere- små tang- pinsett (valgfritt, men anbefalt)- justerbar armskrue, tredjehåndsverktøy (valgfritt, men anbefalt)- liten flatskrutrekker (valgfritt, men anbefalt)- varm limpistol (valgfritt, men anbefalt)- hobbykniv (valgfritt, men anbefalt)

Trinn 3: Circuit Origami: MAX756 og lagringskondensator

A. Identifiser de 8 pinnene på MAX756 og orienter brikken med pinne 1 nederst til venstre.

B. Vend brikken (dvs. roter 180 grader gjennom den lange aksen) og fest pinnene 4 og 5. Disse pinnene går til MAX756s indikatorfunksjon for lavt batteri og brukes ikke i denne instruksjonsboken. Du kan endre kretsen og bruke disse pinnene til å bestemme når spenningen på lagringskondensatoren (C1) er lav. Snu lagringskondensatoren slik at den negative pinnen er til venstre. C. Plasser MAX756 på lagringskondensatoren slik at brikken er omtrent mellom lagringskondensatorens negative C1 (-) og positive C1 (+) pinner. D. Bøy lagerkondensatorpinnene mot MAX756 som for å klemme brikken på plass. Bøy pinne 2 og 7 på MAX756 slik at de nesten berører lagringskondensatorens negative pinne C1 (-). Bøy pin 6 slik at den nesten berører lagringskondensatorens positive pin C1 (+). E. Lodd sammen C1 (-) og pinnene 2 og 7 på MAX756. Deretter loddes sammen C1 (+) og pinne 6 på MAX756. F. Til slutt skjærer du et lite stykke elektrisk tape omtrent på størrelse med MAX756s høyde og bredde. Bruk dette stykket til å dekke leddene loddet i E.

Trinn 4: Krets -origami: Induktor, referansekondensator, Schottky -diode

A. Plasser induktoren L1 mot pinnene 1 og 8 på MAX756. Trykk L1 -lederne mot MAX756 -pinnene, slik at komponenten er så nær sponlegemet som mulig.

B. Lodd L1 til pinnene 1 og 8 og fest den gjenværende L1 -ledningslengden. C. Plasser keramisk kondensator C4 slik at den ene ledningen berører pinne 3 på MAX756 og den andre presser mot en utsatt del av pinne 2, som nå stort sett er under det elektriske båndet. D. Lodd C4 til pinne 2 og 3 og fest den gjenværende lengden på C4 -ledningen. E. Når du ser på MAX756 med pinne 1 øverst til venstre, plasserer du Schottky -dioden D2 på avsatsen som er opprettet av den store kondensatoren C1. Bøy D2-katoden D2 (-) -pinnen-identifisert med et bånd-rundt MAX756-kroppen slik at den berører den positive terminalen til C1, C1 (+). Bøy D2 -anoden D2 (+) opp slik at den berører pinne 8 på MAX756. F. Lodd D2 -pinnene til MAX756 og fest den gjenværende ledningslengden. Beskjær pinnene 8 og 3.

Trinn 5: Krets -origami: Elektrolytiske kondensatorer, del 1

A. Stå elektrolytkondensatorene C2 og C3 på endene slik at de negative terminalene, C2 (-) og C3 (-), ligger ved siden av hverandre.

B. Bøy C3 (-) rundt C2 (-). C. Lodde de to negative ledningene sammen nær C2. Dette vil skape en jordledning for de to kondensatorene. Pass på at du ikke ved et uhell lodder den positive terminalen til C2. Fest den gjenværende lengden på C2 (-). D. Snu kondensatorene mot deg. Bøy C3 (-) inn i kanalen mellom de to kondensatorene. Nær enden av kondensatorene, bøy den gjenværende lengden 90 grader som om du lager en fot for de to kondensatorene. E. Med C1 (-) vendt mot deg, plasser C2 og C3 på venstre side og stikk C3 (-) foten mellom C1 (-) terminalen og C1 kroppen. F. Lodding C3 (-) til C1 (-). Du knytter bakkenålene til C2, C3 og C1 sammen.

Trinn 6: Krets -origami: Elektrolytiske kondensatorer, del 2

A. Bøy den positive terminalen til C3, C3 (+) mot pinne 1 på MAX756 slik at den er inne i pinnene 1 og 2.

B. Lodd C3 (+) til pinne 1 på MAX756. Trim den gjenværende lengden på pinne 1. C. Snu enheten slik at den hviler på den negative ledningen til C1, C1 (-). Klipp en stripe med elektrisk tape som er smalere enn bredden på kondensatorene C2 og C3 sammen og omtrent dobbelt så lang. Plasser dette elektriske båndet mellom C1 og C2/C3 slik at det dekker C2/C3 bakkenålene. Dette vil holde C2 (+) ved et uhell å berøre og kortslutte til bakken. E. Bøy C2 (+) 90 grader slik at den er over C2/C3 loddetinn. Bøy den deretter 90 grader mot C1 (+) terminalen. F. Lodd C2 (+) til C1 (+) og trim den gjenværende lengden.

Trinn 7: Lag utgangskabelen

Prosessen for å lage utgangskabelen avhenger av hvilken adapter du velger for prosjektene dine. Dette trinnet dekker hvordan du integrerer en USB mini-B-mannskabel, siden det er et vanlig strømpluggformat. Jeg brukte en kabel som kom fra en død MP3-spiller og hadde USB-A hann og mini-B hannender.

Klipp kabelen omtrent 5 tommer fra spissen av mini-B-enden. Fjern USB-A-enden og de 4 ledningene inni. For å finne ut hvilke ledninger som er positive og jordede, kobler du USB-A til en USB-kontakt. Test kombinasjoner av ledninger med et voltmeter - hvis det er røde og svarte ledninger, gir de sannsynligvis henholdsvis positiv effekt og jord. Fjern den ytre isolatoren på mini-B-enden omtrent 1/4 tommer. Når du vet hvilke ledninger som er positive og jordede, J1 (+) og J1 (-), fjerner du disse ledningene i mini-B-enden og klipper de to gjenværende ledningene.

Trinn 8: Demontering av lommelykten

A. Bruk en stjerneskrutrekker på de fire skruene for å demontere lommelykten.

B. Lommelykten skal lett trekkes fra hverandre. Identifiser hvilke deler som er på toppen, på undersiden og på forsiden. C. Trekk ut elektronikken. D. Fest de to ledningene nær frontplaten. Du vil bruke ledningen som er loddet til bryteren, så behold den så lenge som mulig. Fest deretter ledningen og enden av dioden D1 (den negative, katodeenden er markert med en svart linje) nær de stablede myntbatteriene slik at tråd- og diodelengdene som strekker seg fra motoren M1 er så lange som mulig.

Trinn 9: Forberede frontplaten

Merk: ikke alle dynamo nøkkelring lommelykter har et LED kretskort. Hvis din ikke gjør det, kan du hoppe over dette trinnet.

A. Kile en flat skrutrekker mellom frontplaten og LED -kretskortet. B. Vri skrutrekkeren. Frontplaten og LED -kretskortet skal sprekke fra hverandre. C. Finn pluggen på plastplaten. D. Fest klemmen med trådkuttere. E. Nub -siden vil vende ut i den nye dynamoen. F. Løs LEDene fra LED -kretskortet. Prøv å trekke ut lysdiodene intakte og la hullene stå åpne for fremtidige pinner.

Trinn 10: Lag frontplaten

A. Hvis LED-kretskortet ditt ligner det i diagrammet, må du orientere LED D3 slik at katodestiften D3 (-) går i hullet overfor den flate enden av den runde hvite LED1-konturen.

B. Bøy D3-anoden D3 (+) 90 grader og sett D3 (-) inn i hullet i LED-kretskortet. C. Trim D3 (+) etter svingen slik at den er mindre enn 1/8 tommer lang. Fest den ene ledningen til 1 k ohm -motstanden R1 slik at den også er omtrent 1/8 tommer lang. Før den lange enden av R1, R1 (2) gjennom hullet i LED -kretskortet og lodd de korte endene av R1 og D3 (+) sammen. D. Snu LED -kretskortet. Lodd R1 (2) til hullet som ikke er okkupert av D3 (+) og trim den gjenværende lengden. Kobberstripen R1 (2) er nå loddet til den positive bussen. E. Snu LED -kretskortet tilbake. Før utgangskabelen gjennom et av hullene i plastplaten. Vær oppmerksom på at frontplaten er invertert og frontplaten vil stikke ut når du er ferdig. F. Lodde J1 (+) gjennom hullet som kobles til den positive bussen. Lodde J1 (-) til bakkebussen.

Trinn 11: Fullfør frontplaten

A. Påfør litt varmt lim i sprekken mellom LED -kretskortet og frontplaten på kabelsiden. Dette vil gi forsamlingen en viss mekanisk styrke.

B. Siden du ikke trenger myntbatteriene, må du løsne en ledning fra bunken. Lodd denne ledningen til R1 (2). Denne ledningen vil levere strøm til LED og utgangskabel etter at den er koblet til trinn-omformerens utgang.

Trinn 12: Installere bryteren og trinn-opp-omformerkretsen

A. Løsne bryteren fra lommelyktens myntbatteri.

B. Pass på at bryterenes pinout ligner på bildet, med en ledning loddet til den øverste pinnen SW1 (2) og ingen på de to nederste. Bøy den midterste pinnen SW1 (1) omtrent 45 grader fra bryterhuset. Du kan klippe den nederste pinnen. C. Den nedre halvdelen av saken har tre plastfunksjoner på frontplatesiden som forhindrer den nye kretsen i å passe inn. Trim disse ved hjelp av wire cutters. D. Du må kanskje bruke en hobbykniv for å kutte disse funksjonene i flukt med resten av saken. E. Sett bryteren i den nedre halvdelen av saken på den opprinnelige plasseringen. Sørg for at tappen med ledningen, SW1 (2), er nærmest frontplaten. F. Plasser hele oppgraderingsomformerkretsen i hulrommet, med den store kondensatoren C1 vendt mot bryteren og de to elektrolytiske kondensatorene C2 og C3 på baksiden. SW1 (1) skal trykke mot den negative terminalen til C1, C1 (-). Hvis det ikke er det, bøy det mot kondensatoren. Det kan være lurt å sette litt elektrisk tape på C1 (-) bak SW1 (2) pinnen slik at den ikke blir kort.

Trinn 13: Koble til frontplaten og trinnkonverteringskretsen

A. Sett motoren M1 tilbake til sin opprinnelige plassering i den nedre halvdelen av saken. Forleng ledningen som kommer ut av motoren - bakken M1 (-) ledningen - slik at den berører den midtre pinnen på bryteren, SW1 (1), og den negative terminalen til den store kondensatoren, C1 (-).

B. Klipp og stripe M1 (-) ledningen til passende lengde og lodd ledningen, SW1 (1) og C1 (-) sammen. Dette er en viktig forbindelse, så sørg for at de tre er loddet. C. Vri huset slik at motoren er på venstre side, og bøy katodeledningen til D1, D1 (-), slik at den berører en eksponert del av den positive terminalen til C3, C3 (+). D. Lodd D1 (-) og C3 (+) sammen og trim den gjenværende lengden på D1 (-). E. Lodd SW1 (2) ledningen til den negative bussen på frontplaten. F. Lod ledningen som er koblet til den positive bussen på frontplaten til den positive terminalen på den store kondensatoren, C1 (+).

Trinn 14: Montering på nytt

For å fullføre monteringen må du montere frontplaten inne i den nedre delen av saken. Faceplate leppen skal være innsiden av saken leppen for å holde den på plass.

Det kan være lurt å plassere litt elektrisk tape på motoren hvis du tror at dioden D1 risikerer å bli kortsluttet til motorhuset. Sett girene og håndtaket tilbake i sin opprinnelige posisjon. Se bildet nedenfor for å se hvordan de er orientert i saken. Legg den øverste halvdelen av saken på toppen av den nedre halvdelen. De to delene bør passe tett sammen hvis trinnomformeren ble laget ganske tett til den i denne instruksjonsboken. Snu den nye og forbedrede strømforsyningen og stram de fire skruene.

Trinn 15: Testing

Vipp bryteren mot frontplaten. Det er On -posisjonen.

Hold dynamo -strømforsyningen i venstre hånd og vri håndtaket med høyre hånd. Rundt to rotasjoner per sekund er bra. Du bør støte på litt motstand - det er kondensatoren som lades. Etter noen sekunder vil spenningen være høy nok til lyset fra LED -en. Når kondensatoren nærmer seg 5V, vil motstanden synke. På dette tidspunktet er kondensatoren ladet. Hvis du har en tilleggsadapter med strømledninger for utgangskabelen, kan du koble den til et voltmeter. Rundt punktet der svekkemotstanden synker, bør du se at spenningen nærmer seg og holder seg nær 5V. Hvis du støter på motstand, men lysdioden ikke lyser, må du kontrollere tilkoblingene på frontplaten. Hvis utgangsspenningen seriøst overskrider 5V, må du kontrollere at de elektrolytiske kondensatorene er loddet riktig. Hvis du ikke støter på noen motstand og det tydeligvis ikke fungerer, er det mulig at det er en kort plass et eller annet sted i trinn-omformerkretsen.

Trinn 16: Søknad

Jeg brukte dynamo -forsyningen til å drive et Luminary LM3S811 Evalueringskort som skriver ut "5V - ikke batteri!" til en OLED -skjerm. På grunn av brikkene som brukes på dette brettet, trekker det en god del strøm … ca 80 mA. Følgelig går den ikke veldig lenge på dynamo -strømforsyningen før den trenger litt sveising, men den går lenge nok til å blinke forskjellig tekst på skjermen. Dynamo -strømforsyningen vil fungere best med kretser som trekker noen få mA strøm. Kretser kan gå i opptil 10 minutter uten sveising, avhengig av minimum driftsspenning.

Jeg testet også dynamo -forsyningen med en hobbymotor. Mens den svingte, brummet motoren sammen med 50 mA strøm.