Brezžični prenos moči z MOSFET

Polprevodniški tranzistor kovinskega oksida z učinkom polja je najpogosteje izdelan z oksidacijo, ki jo nadzoruje silicij. Trenutno je to najpogosteje uporabljena vrsta tranzistorja, ker je glavna funkcija tega tranzistorja nadzor prevodnosti, sicer pa je, koliko toka lahko dovaja med izvorno in odvodno sponko MOSFET-jev, odvisno od vsote uporabljene napetosti na njeni vratni sponki. Napetost, uporabljena na priključku vrat, proizvaja električno polje za nadzor prevodnosti naprave. MOSFET-ji se uporabljajo za izdelavo različnih aplikacijskih vezij, kot so pretvorniki DC-DC, nadzor motorja, Razsmerniki , Brezžični prenos moči , itd. Ta članek obravnava, kako oblikovati brezžično vezje za prenos moči z uporabo visoko učinkovitega MOSFET .

Brezžični prenos moči z MOSFET

Glavni koncept tega je zasnova sistema WPT (brezžični prenos moči) z MOSFET-ji in resonančno induktivno sklopko za nadzor prenosa moči med tuljavo Tx in Rx. To je mogoče storiti z resonančnim polnjenjem tuljave iz izmeničnega toka, ki nato posreduje naknadno napajanje uporovnemu bremenu. To vezje je v pomoč pri zelo hitrem in močnem polnjenju naprave z nizko porabo energije prek brezžične induktivne sklopke.

Brezžični prenos energije je mogoče definirati kot; prenos električne energije od vira energije do električnega bremena na daljavo brez kablov ali prevodne žice je znan kot WPT (brezžični prenos energije). Brezžični prenos električne energije prinaša izjemno spremembo na področju elektrotehnike, ki odpravlja uporabo običajnih bakrenih kablov in tudi žic za prenos toka. Brezžični prenos energije je učinkovit, zanesljiv, ima nizke stroške vzdrževanja in hiter za dolge ali kratke dosege. Uporablja se za brezžično polnjenje mobilnega telefona ali polnilne baterije.

Zahtevane komponente

Brezžični prenos moči z vezjem MOSFET vključuje predvsem oddajnik in sprejemnik. Potrebne komponente za izdelavo oddajnika za brezžični prenos energije vključujejo predvsem; napetostni vir (Vdc) – 30V, kondenzator-6,8 nF, RF dušilke (L1 & L2) je 8,6 μH & 8,6 μH, oddajna tuljava (L) – 0,674 μH, upori R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, kondenzator C deluje kot resonančni kondenzatorji, diode D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 in MOSFET Q2-IRF540

Potrebne komponente za izdelavo sprejemnega odseka za brezžični prenos energije vključujejo predvsem; diode D1 do D4 – D4007, upor (R) – 1k ohm, regulator napetosti IC – LM7805 IC, sprejemna tuljava (L) – 1,235 μH, kondenzatorji, kot sta C1 – 6,8 nF in C2 je 220 μF.

Brezžični prenos moči s povezavami MOSFET

Priključki brezžičnega oddajnika za prenos moči so naslednji:

• Pozitivni priključek upora R1 je priključen na vir napetosti 30 V, drugi priključek pa na LED. Katodni priključek LED je povezan z GND prek upora R2.
• Pozitivni priključek upora R3 je priključen na vir napetosti 30 V, drugi priključek pa na priključek vrat MOSFET-a. Tukaj je katodni priključek LED priključen na priključek vrat MOSFET-a.
• Odvodni priključek MOSFET-a je priključen na napajalno napetost preko pozitivnega priključka diode in induktor 'L1'.
• Izvorni terminal MOSFET je povezan z GND.
• V induktorju 'L1' je drug terminal povezan z anodnim priključkom diode D2, njegov katodni priključek pa je povezan z uporom R3 prek kondenzatorjev 'C' in induktorja 'L'.
• Pozitivni priključek upora R4 je povezan z napajalno napetostjo, drugi priključek upora pa je povezan s priključkom vrat MOSFET prek anodnih in katodnih priključkov diod D1 in D2.
• Pozitivni priključek induktorja 'L2' je povezan z napajalno napetostjo, drugi priključek pa je povezan z odtočnim priključkom MOSFET-a prek anode priključka diode 'D2'.
• Izvorni terminal MOSFET je povezan z GND.

Povezave odseka sprejemnika za brezžični prenos energije so naslednje:

• Pozitivni priključki induktorja 'L', kondenzatorja 'C1' so povezani z anodnim priključkom D1, drugi priključki tuljave 'L', kondenzatorja 'C1' pa so povezani s katodnim priključkom D4.
• Anodni priključek diode D2 je priključen na katodni priključek diode D3, anodni priključek diode D3 pa na anodni priključek diode D4.
• Katodni priključek diode D2 je povezan s katodnim priključkom diode D1, anodni priključek diode D1 pa je povezan z drugimi priključki induktorja 'L' in kondenzatorja 'C1'.
• Pozitivni priključek upora 'R' je priključen na katodna priključka D1 in D2, drugi priključki upora pa na anodni priključek LED, katodni priključek LED pa na GND.
• Pozitivni priključek kondenzatorja C2 je povezan z vhodnim priključkom LM7805 IC, njegov drugi priključek je povezan z GND in nožica GND LM7805 IC je povezana z GND.

Delo

To vezje za brezžični prenos energije vključuje predvsem dva odseka oddajnik in sprejemnik. V tem delu je tuljava oddajnika izdelana iz 6 mm emajlirane žice ali magnetne žice. Pravzaprav je ta žica bakrena žica s tanko plastjo izolacijske prevleke. Premer oddajne tuljave je 6,5 palcev ali 16,5 cm in 8,5 cm v dolžino.

Vezje oddajnega odseka vključuje vir enosmernega toka, oddajno tuljavo in oscilator. Vir enosmernega toka zagotavlja stabilno enosmerno napetost, ki je podana kot vhod v oscilatorsko vezje. Po tem spremeni enosmerno napetost v izmenično napetost z visoko frekvenco in se poda oddajni tuljavi. Zaradi izmeničnega toka z visoko frekvenco se bo tuljava oddajnika napajala, da bo znotraj tuljave nastala izmenično magnetno polje.

Sprejemna tuljava znotraj sprejemnega dela je izdelana iz bakrene žice 18 AWG s premerom 8 cm. V tokokrogu sprejemnega odseka tuljava sprejemnika dobi to energijo kot inducirano izmenično napetost v svoji tuljavi. Usmernik v tem delu sprejemnika spremeni napetost iz AC v DC. Končno se ta spremenjena enosmerna napetost zagotovi obremenitvi skozi segment krmilnika napetosti. Glavna funkcija brezžičnega sprejemnika energije je polnjenje baterije z nizko močjo prek induktivne sklopke.

Kadarkoli je zagotovljeno napajanje za oddajniško vezje, se enosmerni tok napaja skozi obe strani tuljav L1 in L2 in do odvodnih sponk MOSFET-ov, nato pa se napetost pojavi na priključkih vrat MOSFET-jev in poskuša vklopiti tranzistorje .

Če predpostavimo, da je prvi MOSFET Q1 vklopljen, bo odvodna napetost drugega MOSFET-a vpeta blizu GND. Istočasno bo drugi MOSFET v izklopljenem stanju, odvodna napetost drugega MOSFET-a pa se bo povečala do najvišje vrednosti in začela padati zaradi vezja rezervoarja, ki ga ustvarjata kondenzator 'C' in primarna tuljava oscilatorja v enem samem polciklu.

Prednosti brezžičnega prenosa energije so; da je cenejši, bolj zanesljiv, nikoli ne zmanjka baterije znotraj brezžičnih območij, učinkovito prenaša več energije v primerjavi z žicami, zelo priročen, okolju prijazen itd. Slabosti brezžičnega prenosa energije so; da je izguba moči velika, neusmerjena in neučinkovita za daljše razdalje.

The aplikacije brezžičnega prenosa energije vključujejo industrijske aplikacije, ki vključujejo brezžične senzorje nad rotacijskimi gredmi, polnjenje in napajanje brezžične opreme ter zavarovanje vodotesne opreme z odstranitvijo polnilnih kablov. Uporabljajo se za polnjenje mobilnih naprav, gospodinjskih aparatov, brezpilotnih letal in električnih vozil. Uporabljajo se za delovanje in polnjenje medicinskih vsadkov, ki vključujejo; srčni spodbujevalniki, podkožne zaloge zdravil in drugi vsadki. Ta sistem za brezžični prenos energije je mogoče ustvariti doma/na krušni plošči, da boste razumeli njegovo delovanje. pa poglejmo

Kako ustvariti napravo WirelessPowerTranfer doma?

Ustvarjanje preproste naprave za brezžični prenos energije (WPT) doma je lahko zabaven in poučen projekt, vendar je pomembno upoštevati, da izgradnja učinkovitega sistema WPT z veliko izhodno močjo običajno vključuje naprednejše komponente in premisleke. Ta vodnik opisuje osnovni projekt DIY za izobraževalne namene z uporabo induktivne sklopke. Upoštevajte, da so naslednje naprave nizke porabe energije in niso primerne za polnjenje naprav.

Potrebni materiali:

• Tuljava oddajnika (tuljava TX): tuljava žice (približno 10-20 obratov), ​​navita okoli cilindrične oblike, kot je PVC cev.

• Sprejemna tuljava (RX tuljava): podobna tuljavi TX, vendar po možnosti z več obrati za večjo izhodno napetost.

• LED (Light Emitting Diode): Kot preprosto breme za prikaz prenosa moči.

• N-kanalni MOSFET (npr. IRF540): Za ustvarjanje oscilatorja in preklop tuljave TX.

• Dioda (npr. 1N4001): Za popravljanje AC izhoda iz tuljave RX.

• Kondenzator (npr. 100 μF): Za izravnavo usmerjene napetosti.

• Upor (npr. 220Ω): Za omejevanje toka LED.

• Baterija ali DC napajanje: Za napajanje oddajnika (TX).

• Žične plošče in premostitvene žice: Za izdelavo vezja.

• Pištola za vroče lepilo: Za pritrditev tuljav na svoje mesto.

Razlaga vezja:

Poglejmo, kako je treba povezati vezje oddajnika in sprejemnika.

Stran oddajnika (TX):

• Baterija ali napajanje z enosmernim tokom: To je vaš vir napajanja za oddajnik. Priključite pozitivni pol baterije ali napajalnika enosmernega toka na pozitivno letev vaše mizne plošče. Priključite negativni priključek na negativno vodilo (GND).

• TX tuljava (oddajna tuljava): Povežite en konec TX tuljave z odvodnim (D) priključkom MOSFET-a. Drugi konec tuljave TX se poveže s pozitivnim priključkom na testni plošči, kjer je priključen pozitivni priključek vašega vira energije.

• MOSFET (IRF540): Izvorni (S) priključek MOSFET-a je priključen na negativni tir (GND) testne plošče. To poveže izvorni priključek MOSFET-a z negativnim polom vašega vira energije.

• Priključek vrat (G) MOSFET-a: V poenostavljenem vezju ta priključek ostane nepovezan, kar dejansko neprekinjeno vklaplja MOSFET.

Stran sprejemnika (RX):

• LED (obremenitev): priključite anodo (daljši vod) LED na pozitivno letev na mizi. Priključite katodo (krajši kabel) LED na en konec tuljave RX.

• Tuljava RX (sprejemna tuljava): Drugi konec tuljave RX mora biti priključen na negativno tirnico (GND) testne plošče. To ustvari zaprt krog za LED.

• Dioda (1N4001): Postavite diodo med katodo LED in negativno letev (GND) testne plošče. Katoda diode mora biti povezana s katodo LED, njena anoda pa mora biti povezana z negativno tirnico.

• Kondenzator (100 μF): En vod kondenzatorja priključite na katodo diode (anodna stran LED). Drugi vod kondenzatorja priključite na pozitivno vodilo na mizi. Ta kondenzator pomaga izravnati popravljeno napetost in zagotavlja stabilnejšo napetost za LED.

Tako so komponente povezane v vezju. Ko napajate stran oddajnika (TX), tuljava TX ustvari spreminjajoče se magnetno polje, ki inducira napetost v tuljavi RX na strani sprejemnika (RX). Ta inducirana napetost se popravi, zgladi in uporabi za napajanje LED, kar prikazuje brezžični prenos energije v zelo osnovni obliki. Ne pozabite, da je to izobraževalna predstavitev z nizko porabo energije, ki ni primerna za praktične aplikacije brezžičnega polnjenja.