Batterifri 5 Volt projektkraft: 16 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Nu kan du ha en reglerad strömförsörjning ständigt till hands utan några batterier att byta ut eller ladda! Denna instruktionsbok visar dig hur du ändrar en nyckelring dynamo ficklampa till en mager genomsnittlig strömförsörjning som kan ersätta batterier för alla projekt som kräver snabb 5 volt likström (5V DC).

Om du ens har inkluderat digital logik, analoga chips eller en mikrokontroller i ett projekt finns det en god chans att du har behövt hitta ett sätt att tillhandahålla 5V DC till din krets. Det finns få primära källor till 5V, så du kan använda en väggvarta för att konvertera växelström (vilket uppenbarligen begränsar var du kan ta din nya pryl) eller så kan du lägga extra tid på att bygga en regulatorkrets för att få flera 1,5V batterier till det nödvändiga Spänning. Dessa lösningar krävs för vissa kretsar, men för mindre prylar, vore det inte trevligt att ha en alltid redo så att du kan gå direkt till andra aspekter av projektet? Genom att lägga till några elektroniska komponenter till en allmänt tillgänglig dynamoficklampa kan du driva små enheter under korta perioder utan att använda uttag eller batterier. Den förbättrade dynamon är utmärkt för arbetsbänken eller för att visa upp nya projekt nästan var som helst. Denna instruktionsbok täcker hur man monterar och installerar en steg-upp DC-DC-omvandlare som förvandlar den varierande lågspänningen i nyckelringens dynamos generator till en konstant 5V. Stegkretsen laddar en stor kondensator som ger energilagring och lite ström även när dynamon inte svänger. Genom att följa stegen i denna instruktionsbok kan du åstadkomma allt detta utan att tillverka ett speciellt kretskort eller använda hårdmonterade ytmonterade komponenter. För att få de elektroniska delarna inuti nyckelringskåpan krävs lite kretsorigami, men efter ungefär en timmes pyssel kommer du att ha en snygg enhet som kan ge upp till 50 milliampar ström vid en konstant 5V DC medan den lindas och milliwatt effekt i minuter efter !

Steg 1: Hur det fungerar

Elgenerator Ström som strömmar in i en motor skapar ett magnetfält i spolar som är fästa vid axeln, vilket vrids i närvaro av ett magnetfält från fasta magneter. När en motor körs bakåt - effekt appliceras genom att vrida axeln - en spänning induceras i spolen. Faradays lag säger att denna spänning är proportionell mot den hastighet magnetfältet ändrar i spolen. Ju snabbare axeln vrids, desto större spänning. Växlingsförhållanden En serie växlar används i nyckelringen för att få generatorn att snurra så snabbt som möjligt. När du vrider handtaget, sätter det tre sammansatta kugghjul i rörelse. Hälften av varje sammansatt växel har en liten radie och den andra hälften har en stor radie. När den lilla radien vrids ändras tänderna vid kanten av den större radien i en proportionellt snabbare takt. Genom att kasta dessa sammansatta kugghjul kan vevhastigheten multipliceras flera gånger och generatoraxeln kan vridas mycket snabbare än en människa kan vända den. rimlig vevning, men spänningen är inte tillräckligt hög för att nå 5V. Denna spänning varierar också snabbt baserat på axelns rotationshastighet. För att få en stabil 5V-utgång krävs en stegomvandlare. Den specifika integrerade kretsen som valts - MAX756 - kan vrida spänningar så låga som 0,7V till 5V och levereras i ett praktiskt 8 -stiftspaket. Uppgraderingskretsen är baserad på applikationskretsen i databladet MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Även om dessa dynamo-nyckelringficklampor annonseras utan behov av batterier, verkar de ha tre myntstora batterier inuti. Generatorn är lödd till denna myntbatteri i en något rå laddningskrets. Jag tror dock inte att dessa batterier är avsedda att vara laddningsbara, och de tenderar att tömmas snabbt efter den första urladdningen. Denna instruktionsbok ersätter denna myntstapel med en stor kondensator som kan laddas oftare och är mer effektiv. Se schemat för hela kretsens layout. De specifika komponenterna valdes för enkel handlödning samtidigt som de var de minsta storlekarna som fortfarande var märkta för spänningarna i kretsen. Obs: MAX756 -databladet har C3 som en 150 uF kondensator. De 150 uF kondensatorer jag hittade var mycket fysiskt större än de 100 uF och skulle inte passa in i den lilla nyckelringen. Således ersatte jag C3 med en 100 uF kondensator och det verkar fungera bra.

Steg 2: Delar och verktyg

Delar till stegomvandlare Delarna till stegkretsen kan erhållas från en elektronikdistributör som Digikey. U1-MAX756 3.3V/5V steg-upp DC-DC-omvandlare, 8-stifts DIP-paket [Digikey# MAX756CPA+-ND] C1-0,33 F 5,5 V kondensator, myntpaket [Digikey# 604-1024-ND] C2, C3-100 uF 6,3 V aluminiumelektrolytkondensator, miniradial [Digikey# P803-ND] C4-0,1 uF 25V keramik kondensator för allmänt ändamål, genomgående hål [Digikey# BC1148CT-ND] L1-22 uH RF-drossel, axiell [Digikey# M8138CT-ND] R1-1k, 1/4W kolfilmresistor för allmänt ändamål, axiell [Digikey# 1.0KQBK -ND] D2-1A 20V Schottky-diod, axiell [Digikey# 1N5817GOS-ND] D3-Om du inte kan återvinna de ursprungliga lysdioderna i ficklampan eftersom ledningarna klippts för kort kan du använda valfri 2 mA LED, rund T1 3mm [t.ex. Digikey# 475-1402-ND] Dynamo nyckelring ficklampa Jag använde en dynamo LED nyckelring ficklampa som var markerad som AIDvantage och tillverkad av LTA, Inc. (artikel# 02119) för detta projekt. Det finns en mängd olika ficklampor på marknaden tillverkade av olika tillverkare - jag har sett dem i livsmedelsbutiker (Giant på östkusten) och datorbutiker (Microcenter). Du hittar dem online via Googling: dynamo nyckelring ficklampa. De kostar vanligtvis mindre än $ 5. Jag upptäckte att det finns några mindre variationer mellan ficklampor tillverkade av olika tillverkare. En ficklampa jag fick på Microcenter hade inte ett kretskort för lysdioderna - lysdioderna löddes bara direkt på batteriet. Detta LED -kretskort är trevligt men krävs inte. Om du upptäcker att det inte finns något separat kretskort för lysdioderna kan du bara lödas respektive positiva och negativa ledningar för LED+motståndskombinationen och utgångskabeln tillsammans. Lite varmt lim inuti frontplattan nära LED och utgångskabel kan ge enheten en viss mekanisk styrka. Den andra varianten var att ledningar på strömbrytaren på den här versionen också löddes något annorlunda än batteriet. Annars var det ganska identiskt. Utgångskabel Jag använde en USB A-hane till mini-B USB-hane-kabel som togs bort från en död MP3-spelare som utgångskabel. Jag valde denna kabel eftersom mini-USB-ingången är vanlig för små kretsar. Eftersom det finns 4 anslutningar inuti denna kabel måste du ta reda på vilka ledningar som är de positiva och negativa ledningarna. Du kan dock använda vilken typ av utgångskabel du vill om du känner till polariteten. För att testa kretsen kommer du förmodligen också att vilja ha komplementuttaget tillgängligt för utgångsadaptern. Jag avlödde mini-B-behållaren från den döda MP3-spelaren och anslöt röda och svarta ledningar till 5V respektive jordstift. Verktyg Du behöver följande verktyg för att bygga och testa den modifierade dynamon:-trådavlägsnare-lödning järn, löd och flux (denna instruktion förutsätter att du har lödt tidigare)- voltmeter och testledningar- liten Phillips-skruvmejsel (för att öppna ficklampan)- eltejp- små trådskärare- små tänger- pincett (valfritt, men rekommenderas)- justerbart armskruv, tredjehandsverktyg (tillval, men rekommenderas)- liten plattskruvmejsel (tillval, men rekommenderas)- varm limpistol (tillval, men rekommenderas)- hobbykniv (valfritt, men rekommenderad)

Steg 3: Circuit Origami: MAX756 och lagringskondensator

A. Identifiera de 8 stiften på MAX756 och rikta in chipet med stift 1 längst ner till vänster.

B. Vänd chipet (dvs. rotera 180 grader genom den långa axeln) och kläm stiften 4 och 5. Dessa stift går till MAX756: s låg batterinivå och används inte i denna instruktionsbok. Du kan ändra kretsen och använda dessa stift för att avgöra när spänningen på lagringskondensatorn (C1) är låg. Vänd lagringskondensatorn så att den negativa stiftet är till vänster. C. Placera MAX756 på lagringskondensatorn så att chipet ligger ungefär mellan lagringskondensatorns negativa C1 (-) och positiva C1 (+) stift. D. Böj lagringskondensatorns stift mot MAX756 som för att klämma fast chipet. Böj stiften 2 och 7 på MAX756 så att de nästan vidrör lagringskondensatorns negativa stift C1 (-). Böj stift 6 så att det nästan vidrör lagringskondensatorns positiva stift C1 (+). E. Löd ihop C1 (-) och stiften 2 och 7 på MAX756. Löd sedan ihop C1 (+) och stift 6 på MAX756. F. Skär slutligen en liten bit av tejp ungefär i storleken på MAX756: s höjd och bredd. Använd denna bit för att täcka lederna som är lödda i E.

Steg 4: Krets origami: induktor, referenskondensator, Schottky -diod

A. Placera induktor L1 mot stiften 1 och 8 på MAX756. Pressa L1 -ledarna mot MAX756 -stiften så att komponenten är så nära chipkroppen som möjligt.

B. Löd L1 till stift 1 och 8 och kläm fast återstående L1 -ledningslängd. C. Placera den keramiska kondensatorn C4 så att en ledning vidrör stift 3 på MAX756 och den andra pressar mot en exponerad del av stift 2, som nu mestadels ligger under eltejpen. D. Löd C4 till stift 2 och 3 och kläm fast återstående C4 -ledningslängd. E. Om du tittar på MAX756 med stift 1 längst upp till vänster, placerar du Schottky -dioden D2 på avsatsen som skapas av den stora kondensatorn C1. Böj stiftet D2-katod D2 (-)-identifierat med ett band-runt MAX756-kroppen så att det vidrör den positiva terminalen på C1, C1 (+). Böj D2 -anoden D2 (+) så att den vidrör stift 8 på MAX756. F. Löd D2 -stiften på MAX756 och kläm fast återstående ledningslängd. Klipp stiften 8 och 3.

Steg 5: Circuit Origami: Elektrolytkondensatorer, del 1

A. Ställ elektrolytkondensatorerna C2 och C3 på deras ändar så att de negativa terminalerna, C2 (-) och C3 (-), ligger bredvid varandra.

B. Böj C3 (-) runt C2 (-). C. Löd de två negativa ledarna tillsammans nära C2. Detta skapar en jordledning för de två kondensatorerna. Se till att inte av misstag löda den positiva terminalen på C2. Klipp fast den återstående längden på C2 (-). D. Vänd kondensatorerna mot dig. Böj C3 (-) in i kanalen mellan de två kondensatorerna. Nära slutet av kondensatorerna, böj den återstående längden 90 grader som om du skapar en fot för de två kondensatorerna. E. Med C1 (-) vänd mot dig, placera C2 och C3 på vänster sida och stoppa C3 (-) foten mellan C1 (-) terminalen och C1 kroppen. F. Löd C3 (-) till C1 (-). Du knyter ihop markpinnarna på C2, C3 och C1.

Steg 6: Circuit Origami: Elektrolytkondensatorer, del 2

A. Böj den positiva terminalen på C3, C3 (+) mot stift 1 på MAX756 så att den sitter inuti stiften 1 och 2.

B. Lödning C3 (+) till stift 1 på MAX756. Trimma den kvarvarande längden på stift 1. C. Vänd enheten så att den vilar på den negativa ledningen för C1, C1 (-). Klipp en remsa av eltejp som är smalare än bredden på kondensatorerna C2 och C3 tillsammans och ungefär dubbelt så lång. Placera denna elektriska tejp mellan C1 och C2/C3 så att den täcker C2/C3 jordstift. Detta kommer att hålla C2 (+) från att av misstag röra vid och kortsluta till marken. E. Böj C2 (+) 90 grader så att det är över C2/C3 -lödfogen. Böj den sedan 90 grader mot C1 (+) terminalen. F. Löd C2 (+) till C1 (+) och trimma kvarvarande längd.

Steg 7: Gör utmatningskabeln

Processen för att göra utgångskabeln beror på vilken adapter du väljer för dina projekt. Det här steget behandlar hur du integrerar en USB mini-B hankabel, eftersom det är ett vanligt nätkontaktformat. Jag använde en kabel som kom från en död MP3-spelare och hade USB-A-hane och mini-B-hane.

Klipp kabeln cirka 5 tum från spetsen på mini-B-änden. Ta bort USB-A-änden och de fyra trådarna inuti. För att avgöra vilka ledningar som är positiva och jordade, anslut USB-A till ett USB-uttag. Testa kombinationer av ledningar med en voltmeter - om det finns röda och svarta ledningar ger de förmodligen positiv effekt respektive jord. Ta bort den yttre isolatorn på mini-B-änden cirka 1/4 tum. När du vet vilka ledningar som är positiva och slipade, J1 (+) och J1 (-), ta bort dessa trådar i mini-B-änden och trimma de återstående två trådarna.

Steg 8: Demontering av ficklampan

A. Använd en Phillips -skruvmejsel på de fyra skruvarna för att demontera ficklampan.

B. Ficklampan ska lätt lossna. Identifiera vilka delar som är fodralets överdel, fodralets undersida och frontplattan. C. Dra ut elektroniken. D. Kläm fast de två trådarna nära frontplattan. Du kommer att använda tråden som är lödd till omkopplaren, så behåll den så länge som möjligt. Kläm sedan fast tråden och änden av diod D1 (den negativa katodänden är markerad med en svart linje) nära de staplade myntbatterierna så att tråd- och diodlängderna som sträcker sig från motorn M1 är så långa som möjligt.

Steg 9: Förbereda frontplattan

Obs! Alla ficklampor med dynamo -nyckelring har inte ett LED -kretskort. Om din inte gör det kan du hoppa över det här steget.

A. Kila in en platt skruvmejsel mellan frontplattan och LED -kretskortet. B. Vrid skruvmejseln. Frontplattan och LED -kretskortet ska lossna. C. Hitta nubben på plastplattan. D. Kläm fast nubben med trådskärare. E. Nub -sidan vetter ut i den nya dynamon. F. Avlöd lysdioderna från LED -kretskortet. Försök att extrahera lysdioderna intakta och lämna hålen öppna för framtida stift.

Steg 10: Gör frontpanelen

A. Om ditt LED-kretskort liknar det i diagrammet, rikta LED D3 så att katodstiftet D3 (-) går i hålet mittemot den plana änden av den runda vita LED1-konturen.

B. Böj D3-anoden D3 (+) 90 grader och sätt in D3 (-) i hålet i LED-kretskortet. C. Trimma D3 (+) efter böjningen så att den är mindre än 1/8 tum lång. Kläm fast en ledning på 1k ohm -motståndet R1 så att den också är ungefär 1/8 tum lång. Mata den långa änden av R1, R1 (2) genom hålet i LED -kretskortet och löd ihop de korta ändarna av R1 och D3 (+). D. Vänd på LED -kretskortet. Löd R1 (2) till hålet oupptaget av D3 (+) och trimma kvarvarande längd. Remsan av koppar R1 (2) är nu lödd till den positiva bussen. E. Vänd tillbaka LED -kretskortet. Mata utmatningskabeln genom ett av hålen i plastplattan. Observera att riktningen på frontplattan nu är omvänd och att frontplattan sticker ut när du är klar. F. Löd J1 (+) genom hålet som ansluter till den positiva bussen. Löd J1 (-) till markbussen.

Steg 11: Slutföra frontplattan

A. Applicera lite varmt lim i sprickan mellan LED -kretskortet och frontplattan på kabelsidan. Detta kommer att ge enheten en viss mekanisk styrka.

B. Eftersom du inte behöver myntbatterierna, avlöd en tråd från bunten. Löd denna tråd till R1 (2). Denna kabel kommer att ge ström till LED och utgångskabel efter att ha anslutits till stegomvandlarens utgång.

Steg 12: Installera omkopplaren och stegomvandlarkretsen

A. Lossa omkopplaren från ficklampans myntbatteri.

B. Se till att omkopplarens pinout ser ut som på bilden, med en tråd lödad på den övre stift SW1 (2) och ingen på de två nedre. Böj mittstiftet SW1 (1) cirka 45 grader från omkopplarhuset. Du kan klippa den nedre stiftet. C. Den nedre halvan av höljet har tre plastfunktioner på frontplattans sida som skulle förhindra att den nya kretsen passar inuti. Trimma dessa med trådskärare. D. Du kan behöva använda en hobbykniv för att skära ner dessa funktioner i linje med resten av fodralet. E. Sätt omkopplaren i den nedre halvan av fodralet på sin ursprungliga plats. Se till att tappen med tråden, SW1 (2), är närmast frontplattans ände. F. Placera hela stegomvandlarkretsen i hålrummet, med den stora kondensatorn C1 vänd mot omkopplaren och de två elektrolytkondensatorerna C2 och C3 på baksidan. SW1 (1) ska trycka mot den negativa terminalen på C1, C1 (-). Om det inte är det, böj det mot kondensatorn. Du kanske vill sätta lite eltejp på C1 (-) bakom stiftet SW1 (2) så att det inte blir kort.

Steg 13: Anslutning av frontplattan och steg-omvandlarkretsen

A. Sätt tillbaka motorn M1 på sin ursprungliga plats i den nedre halvan av fodralet. Förläng kabeln som kommer ut ur motorn - jordledningen M1 (-) - så att den vidrör mittstiftet på omkopplaren, SW1 (1) och den negativa terminalen på den stora kondensatorn, C1 (-).

B. Klipp och ta bort M1 (-) -tråden till lämplig längd och löd ihop tråden, SW1 (1) och C1 (-). Detta är en viktig anslutning, så se till att de tre är lödda. C. Vrid höljet så att motorn är till vänster och böj katodledningen för D1, D1 (-) så att den rör en exponerad del av den positiva terminalen på C3, C3 (+). D. Löd D1 (-) och C3 (+) tillsammans och trimma den återstående längden på D1 (-). E. Löd SW1 (2) -tråden till den negativa bussen på frontplattan. F. Löd kabeln som är ansluten till frontplattans plusbuss till den positiva terminalen på den stora kondensatorn, C1 (+).

Steg 14: Återmontering

För att avsluta monteringen, montera frontplattan inuti den nedre halvan av fodralet. Frontplattans läpp bör vara inuti fodralets läpp för att hålla den på plats.

Du kanske vill placera lite tejp på motorn om du tror att dioden D1 riskerar att bli kortsluten till motorhuset. Sätt tillbaka växlarna och handtaget i sina ursprungliga lägen. Se bilden nedan för att se hur de är orienterade i fallet. Lägg den övre halvan av fodralet ovanpå den nedre halvan. De två delarna bör passa tätt ihop om stegomvandlaren gjordes ganska nära den i denna instruktionsbok. Vänd på den nya och förbättrade strömförsörjningen och dra åt de fyra skruvarna.

Steg 15: Testning

Vrid omkopplaren mot frontplattan. Det är On -positionen.

Håll dynamo -strömförsörjningen i vänster hand och vev handtaget med höger hand. Runt två varv per sekund är bra. Du bör stöta på lite motstånd - det är kondensatorns laddning. Efter några sekunder kommer spänningen att vara tillräckligt hög när lysdioden lyser. När kondensatorn närmar sig 5V kommer motståndet att sjunka. Vid denna tidpunkt laddas kondensatorn. Om du har en kompletterande adapter med strömkablar för din utgångskabel kan du ansluta den till en voltmeter. Runt den punkt där vevmotståndet sjunker bör du se att spänningen närmar sig och stannar nära 5V. Om du stöter på motstånd men lysdioden inte lyser, kontrollera anslutningarna på frontplattan. Om utspänningen allvarligt överskrider 5V, se till att elektrolytkondensatorerna är korrekt lödda. Om du inte stöter på något motstånd och det uppenbarligen inte fungerar, är det möjligt att det finns en kort plats någonstans i stegomvandlarkretsen.

Steg 16: Ansökan

Jag använde dynamotillförseln för att driva en Luminary LM3S811 utvärderingskort som skriver ut "5V - inget batteri!" till en OLED -skärm. På grund av de marker som används på detta kort drar det en hel del ström … cirka 80 mA. Följaktligen går den inte särskilt länge på dynamo -strömförsörjningen tills den behöver lite vev, men den går tillräckligt länge för att blinka olika text på skärmen. Dynamo -strömförsörjningen fungerar bäst med kretsar som drar några mA ström. Kretsar kan köras i upp till 10 minuter utan veva, beroende på deras lägsta driftspänning.

Jag testade också dynamotillförseln med en hobbymotor. Medan den svängde, surrade motorn tillsammans med 50 mA ström.