Беспроводная передача энергии с помощью MOSFET

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник чаще всего изготавливается с кремниевым контролируемым оксидированием. В настоящее время это наиболее часто используемый тип транзистора, поскольку основная функция этого транзистора заключается в контроле проводимости, в противном случае ток, который может поступать между выводами истока и стока МОП-транзистора, зависит от суммы приложенного напряжения к его выводу затвора. Напряжение, приложенное к выводу затвора, создает электрическое поле, управляющее проводимостью устройства. МОП-транзисторы используются для создания различных схем применения, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный ток, управление двигателем, Инверторы , Беспроводная передача энергии и т. д. В этой статье обсуждается, как спроектировать схему беспроводной передачи энергии с использованием высокоэффективного МОП-транзистор .

Беспроводная передача энергии с помощью MOSFET

Основная концепция заключается в разработке системы WPT (беспроводной передачи энергии) с МОП-транзисторами и резонансной индуктивной связью для управления передачей энергии между катушками Tx и Rx. Это можно сделать с помощью резонансной зарядки катушки от переменного тока, после чего передав последующее питание на резистивную нагрузку. Эта схема помогает очень быстро и мощно заряжать маломощные устройства посредством индуктивной связи по беспроводной сети.

Беспроводную передачу энергии можно определить как; Передача электрической энергии от источника питания к электрической нагрузке на расстояние без каких-либо кабелей или проводов называется БПЭ (беспроводная передача энергии). Беспроводная передача энергии вносит необычайные изменения в область электротехники, устраняя использование обычных медных кабелей, а также токоведущих проводов. Беспроводная передача энергии эффективна, надежна, требует низких затрат на обслуживание и быстра на большие и короткие расстояния. Он используется для беспроводной зарядки сотового телефона или аккумуляторной батареи.

Необходимые компоненты

Беспроводная передача энергии с помощью схемы MOSFET в основном включает в себя секцию передатчика и секцию приемника. Компоненты, необходимые для создания секции передатчика для беспроводной передачи энергии, в основном включают в себя; источник напряжения (В постоянного тока) – 30В, конденсатор – 6,8 нФ, ВЧ дроссели (L1 и L2) – 8,6 мкГн и 8,6 мкГн, Катушка передатчика (L) – 0,674 мкГн, резисторы R1-1К, R2-10 К, R3-94 Ом, R4-94 Ом, R5-10 К, Конденсатор С работает как резонирующие конденсаторы, диоды D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 и MOSFET Q2-IRF540.

Компоненты, необходимые для создания секции приемника для беспроводной передачи энергии, в основном включают в себя; диоды от D1 до D4 – D4007, резистор (R) – 1 кОм, регулятор напряжения Микросхема — микросхема LM7805, приемная катушка (L) — 1,235 мкГн, конденсаторы типа C1 — 6,8 нФ и C2 — 220 мкФ.

Беспроводная передача энергии с помощью соединений MOSFET

Подключения секции передатчика беспроводной передачи энергии выполняются следующим образом:

• Положительная клемма резистора R1 подключена к источнику напряжения 30 В, а другая клемма подключена к светодиоду. Катодный вывод светодиода подключен к заземлению через резистор R2.
• Положительный вывод резистора R3 подключен к источнику напряжения 30 В, а другой вывод подключен к выводу затвора МОП-транзистора. Здесь катодный вывод светодиода соединен с выводом затвора МОП-транзистора.
• Стоковая клемма MOSFET подключена к источнику напряжения через положительную клемму диода и индуктор «Л1».
• Истоковая клемма MOSFET подключена к GND.
• В дросселе «L1» другой вывод подключен к анодному выводу диода D2, а его катодный вывод подключен к резистору R3 через конденсаторы «С» и дроссель «L».
• Положительная клемма резистора R4 подключена к источнику напряжения, а другая клемма резистора подключена к клемме затвора полевого МОП-транзистора через анодные и катодные клеммы диодов D1 и D2.
• Положительная клемма дросселя «L2» подключена к источнику напряжения, а другая клемма подключена к стоковой клемме MOSFET через анодную клемму диода «D2».
• Истоковая клемма MOSFET подключена к GND.

Соединения секции приемника беспроводной передачи энергии следующие:

• Положительные клеммы катушки индуктивности «L», конденсатора «С1» подключены к анодной клемме D1, а другие клеммы катушки индуктивности «L», конденсатора «С1» подключены к катодной клемме D4.
• Анодная клемма диода D2 подключена к катодной клемме диода D3, а анодная клемма диода D3 подключена к анодной клемме диода D4.
• Катодная клемма диода D2 подключена к катодной клемме диода D1, а анодная клемма диода D1 подключена к другим клеммам катушки индуктивности «L» и конденсатора «C1».
• Положительная клемма резистора «R» подключена к катодным клеммам D1 и D2, другие клеммы резистора подключены к анодной клемме светодиода, а катодная клемма светодиода подключена к GND.
• Положительная клемма конденсатора C2 подключена к входной клемме микросхемы LM7805, другая клемма подключена к GND, а вывод GND микросхемы LM7805 подключен к GND.

Работающий

Эта схема беспроводной передачи энергии в основном включает в себя две секции: передатчик и приемник. В этом разделе катушка передатчика изготовлена ​​из эмалированного провода диаметром 6 мм или магнитного провода. На самом деле этот провод представляет собой медный провод с тонким слоем изоляционного покрытия. Диаметр катушки передатчика составляет 6,5 дюймов или 16,5 см и длина 8,5 см.

Схема секции передатчика включает в себя источник питания постоянного тока, катушку передатчика и генератор. Источник питания постоянного тока обеспечивает стабильное напряжение постоянного тока, которое подается на вход схемы генератора. После этого оно преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение высокой частоты и подается на передающую катушку. Из-за переменного тока высокой частоты катушка передатчика будет возбуждаться, создавая переменное магнитное поле внутри катушки.

Приемная катушка внутри приемной секции изготовлена ​​из медного провода 18 AWG и диаметром 8 см. В цепи секции приемника катушка приемника получает эту энергию в виде индуцированного переменного напряжения в своей катушке. Выпрямитель в этой секции приемника изменяет напряжение с переменного тока на постоянное. Наконец, это измененное напряжение постоянного тока подается на нагрузку по всему сегменту контроллера напряжения. Основная функция беспроводного приемника энергии — зарядка маломощной батареи посредством индуктивной связи.

Всякий раз, когда питание подается на схему передатчика, постоянный ток подается через две стороны катушек L1 и L2 и на стоковые клеммы МОП-транзисторов, затем напряжение появляется на клеммах затвора МОП-транзисторов и пытается включить транзисторы. .

Если предположить, что первый МОП-транзистор Q1 включен, то напряжение стока второго МОП-транзистора будет ограничено до уровня, близкого к земле. Одновременно второй МОП-транзистор будет в выключенном состоянии, а напряжение стока второго МОП-транзистора увеличится до пика и начнет падать из-за контура емкости, создаваемого конденсатором «С» и первичной катушкой генератора в течение одного полупериода.

Преимущества беспроводной передачи энергии: что он дешевле, более надежен, никогда не разряжает аккумулятор в беспроводных зонах, эффективно передает больше энергии по сравнению с проводами, очень удобен, экологичен и т. д. Недостатками беспроводной передачи энергии являются; потери мощности высоки, ненаправлены и неэффективны на больших расстояниях.

применения беспроводной передачи энергии включают промышленные приложения, в том числе беспроводные датчики над вращающимися валами, зарядку и питание беспроводного оборудования, а также защиту водонепроницаемого оборудования путем отсоединения зарядных шнуров. Они используются для зарядки мобильных устройств, бытовой техники, беспилотных самолетов и электромобилей. Они используются для работы и зарядки медицинских имплантатов, которые включают в себя; кардиостимуляторы, подкожные препараты и другие имплантаты. Эту систему беспроводной передачи энергии можно создать дома или на хлебной панели, чтобы понять ее работу. дай посмотреть

Как создать устройство WirelessPowerTranfer дома?

Создание простого устройства беспроводной передачи энергии (БПЭ) в домашних условиях может оказаться интересным и познавательным проектом, но важно отметить, что создание эффективной системы БПЭ со значительной выходной мощностью обычно включает в себя более сложные компоненты и аспекты. В этом руководстве описывается базовый проект «Сделай сам» для образовательных целей с использованием индуктивной связи. Имейте в виду, что следующие устройства имеют малое энергопотребление и не подходят для зарядки устройств.

Необходимые материалы:

• Катушка передатчика (катушка TX): катушка провода (около 10–20 витков), намотанная вокруг цилиндрической формы, например трубы из ПВХ.

• Приемная катушка (катушка RX): аналогична катушке TX, но предпочтительно с большим количеством витков для увеличения выходного напряжения.

• Светодиод (светоизлучающий диод): в качестве простой нагрузки для демонстрации передачи энергии.

• N-канальный МОП-транзистор (например, IRF540): для создания генератора и переключения катушки TX.

• Диод (например, 1N4001): для выпрямления выходного переменного тока катушки RX.

• Конденсатор (например, 100 мкФ): для сглаживания выпрямленного напряжения.

• Резистор (например, 220 Ом): для ограничения тока светодиода.

• Батарея или источник постоянного тока: для питания передатчика (TX).

• Макет и перемычки: для построения схемы.

• Пистолет для горячего клея: для фиксации катушек на месте.

Объяснение схемы:

Давайте посмотрим, как должны быть подключены цепи передатчика и приемника.

Сторона передатчика (TX):

• Батарея или источник постоянного тока: это источник питания передатчика. Подключите положительную клемму батареи или источника питания постоянного тока к положительной шине макета. Подключите отрицательную клемму к отрицательной шине (GND).

• Катушка TX (катушка передатчика): Подключите один конец катушки TX к стоковой (D) клемме MOSFET. Другой конец катушки TX подключается к положительной шине макета, к которой подключается положительная клемма вашего источника питания.

• MOSFET (IRF540): Истоковая клемма (S) MOSFET подключена к отрицательной шине (GND) макетной платы. Это связывает клемму источника MOSFET с отрицательной клеммой вашего источника питания.

• Вывод затвора (G) полевого МОП-транзистора: в упрощенной схеме этот вывод остается неподключенным, что фактически постоянно включает полевой МОП-транзистор.

Сторона приемника (RX):

• Светодиод (нагрузка): Подключите анод (более длинный провод) светодиода к положительной шине макета. Подключите катод (более короткий провод) светодиода к одному концу катушки RX.

• Катушка RX (катушка приемника): другой конец катушки RX должен быть подключен к отрицательной шине (GND) макетной платы. Это создает замкнутую цепь для светодиода.

• Диод (1N4001): поместите диод между катодом светодиода и отрицательной шиной (GND) макетной платы. Катод диода должен быть подключен к катоду светодиода, а его анод — к отрицательной шине.

• Конденсатор (100 мкФ): Подключите один вывод конденсатора к катоду диода (анодная сторона светодиода). Подключите другой вывод конденсатора к положительной шине макета. Этот конденсатор помогает сгладить выпрямленное напряжение, обеспечивая более стабильное напряжение на светодиоде.

Вот как соединяются компоненты в схеме. Когда вы подаете питание на сторону передатчика (TX), катушка TX генерирует изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует напряжение в катушке RX на стороне приемника (RX). Это наведенное напряжение выпрямляется, сглаживается и используется для питания светодиода, демонстрируя беспроводную передачу энергии в очень простой форме. Помните, что это обучающая демонстрация с низким энергопотреблением, не подходящая для практических приложений беспроводной зарядки.