Tranzistor kov-oxid-polovodič je vyráběn nejčastěji křemíkem řízenou oxidací. V současné době se jedná o nejběžněji používaný typ tranzistoru, protože hlavní funkcí tohoto tranzistoru je řídit vodivost, jinak kolik proudu může dodávat mezi svorky zdroje a odvodu MOSFETů závisí na součtu napětí aplikovaného na jeho hradlový terminál. Napětí přivedené na hradlový terminál vytváří elektrické pole pro řízení vodivosti zařízení. MOSFETy se používají k výrobě různých aplikačních obvodů, jako jsou DC-DC měniče, řízení motoru, Střídače , Bezdrátový přenos energie atd. Tento článek pojednává o tom, jak navrhnout obvod bezdrátového přenosu energie s použitím vysoce účinného MOSFET .

Bezdrátový přenos energie s MOSFET

Hlavním konceptem je navrhnout systém WPT (bezdrátový přenos energie) s MOSFETy a rezonanční indukční vazbou pro řízení přenosu energie mezi cívkami Tx a Rx. To lze provést nabíjením rezonanční cívky ze střídavého proudu, po kterém se následné napájení přenese na odporovou zátěž. Tento obvod je užitečný při velmi rychlém a výkonném nabíjení zařízení s nízkou spotřebou prostřednictvím indukční vazby bezdrátově.

Bezdrátový přenos energie lze definovat jako; přenos elektrické energie ze zdroje energie do elektrické zátěže na vzdálenost bez jakýchkoli kabelů nebo vodivého drátu je známý jako WPT (wireless power transfer). Bezdrátový přenos energie představuje mimořádnou změnu v oblasti elektrotechniky, která odstraňuje použití konvenčních měděných kabelů a také vodičů s proudem. Bezdrátový přenos energie je účinný, spolehlivý, má nízké náklady na údržbu a je rychlý na dlouhé i krátké vzdálenosti. To se používá pro bezdrátové nabíjení mobilního telefonu nebo dobíjecí baterie.

Požadované komponenty

Bezdrátový přenos energie s MOSFET obvodem zahrnuje především vysílací a přijímací sekci. Požadované komponenty pro vytvoření části vysílače pro bezdrátový přenos energie zahrnují zejména; zdroj napětí (Vdc) – 30V, kondenzátor-6,8 nF, RF tlumivky (L1 & L2) je 8,6 μH & 8,6 μH, Cívka vysílače (L) – 0,674 μH, rezistory R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, kondenzátor C funguje jako rezonanční kondenzátory, diody D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 a MOSFET Q2-IRF540

Požadované komponenty pro vytvoření části přijímače pro bezdrátový přenos energie zahrnují zejména; diody D1 až D4 – D4007, Rezistor (R) – 1k ohm, regulátor napětí IC – LM7805 IC, cívka přijímače (L) – 1,235μH, kondenzátory jako C1 – 6,8nF a C2 je 220μF.

Bezdrátový přenos energie s připojením MOSFET

Zapojení sekce vysílače bezdrátového přenosu energie následuje takto;

Bezdrátový obvod pro přenos energie

Kladná svorka rezistoru R1 je připojena ke zdroji napětí 30V a druhá svorka je připojena k LED. Katodový terminál LED je připojen k GND přes odpor R2.
Kladná svorka rezistoru R3 je připojena ke zdroji napětí 30V a další svorka je připojena ke svorce hradla MOSFET. Zde je katodová svorka LED připojena k hradlové svorce MOSFET.
Svorka kolektoru MOSFET je připojena ke zdroji napětí přes kladnou svorku diody a induktor 'L1'.
Zdrojový terminál MOSFET je připojen k GND.
V induktoru „L1“ je další svorka připojena k anodové svorce diody D2 a její katodová svorka je připojena k rezistoru R3 přes kondenzátory „C“ a induktor „L“.
Kladná svorka rezistoru R4 je připojena ke zdroji napětí a druhá svorka rezistoru je připojena ke svorce hradla MOSFET přes anodové a katodové svorky diod D1 a D2.
Kladná svorka induktoru „L2“ je připojena ke zdroji napětí a druhá svorka je připojena ke svorce kolektoru MOSFET přes anodovou svorku diody „D2“.
Zdrojový terminál MOSFET je připojen k GND.

Zapojení sekce přijímače bezdrátového přenosu energie následuje takto;

Bezdrátový obvod přijímače pro přenos energie

Kladné svorky induktoru „L“ a kondenzátoru „C1“ jsou připojeny k anodové svorce D1 a ostatní svorky induktoru „L“, kondenzátoru „C1“ jsou připojeny ke katodové svorce D4.
Vývod anody diody D2 je připojen k vývodu katody diody D3 a vývod anody diody D3 je připojen k vývodu anody diody D4.
Katodová svorka diody D2 je připojena ke svorce katody diody D1 a svorka anody diody D1 je připojena k dalším svorkám induktoru „L“ a kondenzátoru „C1“.
Kladná svorka odporu „R“ je připojena ke katodovým svorkám D1 a D2 a další svorky rezistoru jsou připojeny k anodové svorce LED a katodová svorka LED je připojena k GND.
Kladná svorka kondenzátoru C2 je připojena ke vstupní svorce LM7805 IC, druhá svorka je připojena ke GND a pin LM7805 IC GND je připojen k GND.

Pracovní

Tento obvod bezdrátového přenosu energie obsahuje hlavně dvě sekce vysílače a přijímače. V této sekci je cívka vysílače vyrobena z 6mm smaltovaného drátu nebo magnetického drátu. Ve skutečnosti je tento drát měděný drát s tenkou vrstvou izolačního povlaku. Průměr cívky vysílače je 6,5 palce nebo 16,5 cm a 8,5 cm na délku.

Obvod sekce vysílače obsahuje zdroj stejnosměrného proudu, cívku vysílače a oscilátor. Zdroj stejnosměrného proudu poskytuje stabilní stejnosměrné napětí, které je přiváděno jako vstup do obvodu oscilátoru. Poté změní stejnosměrné napětí na střídavé napětí s vysokou frekvencí a je přivedeno do vysílací cívky. Kvůli střídavému proudu s vysokou frekvencí se cívka vysílače nabudí a vytvoří v cívce střídavé magnetické pole.

Cívka přijímače v sekci přijímače je vyrobena z měděného drátu 18 AWG, který má průměr 8 cm. V obvodu sekce přijímače dostává cívka přijímače tuto energii jako indukované střídavé napětí ve své cívce. Usměrňovač v této části přijímače mění napětí ze střídavého na stejnosměrné. Nakonec je toto změněné stejnosměrné napětí přiváděno do zátěže v celém segmentu regulátoru napětí. Hlavní funkcí bezdrátového napájecího přijímače je nabíjení nízkoenergetické baterie prostřednictvím indukční vazby.

Kdykoli je do obvodu vysílače přivedeno napájení, pak se stejnosměrný proud dodává přes dvě strany cívek L1 a L2 a do svodů MOSFETů, pak se napětí objeví na svorkách hradla MOSFETů a pokusí se zapnout tranzistory. .

Pokud předpokládáme, že první MOSFET Q1 je zapnutý, potom bude napětí kolektoru druhého MOSFETu sevřeno blízko GND. Současně bude druhý MOSFET ve vypnutém stavu a odběrové napětí druhého MOSFETu se zvýší na vrchol a začne klesat kvůli obvodu nádrže vytvořenému kondenzátorem „C“ a primární cívkou oscilátoru během jediného půlcyklu.

Výhody bezdrátového přenosu energie jsou; že je méně nákladný, spolehlivější, nikdy se nevybije baterie v bezdrátových zónách, efektivně přenáší více energie ve srovnání s dráty, je velmi pohodlný, ekologický atd. Nevýhody bezdrátového přenosu energie jsou; že ztráta výkonu je vysoká, nesměrová a neefektivní na delší vzdálenosti.

The aplikace bezdrátového přenosu energie zahrnují průmyslové aplikace, které zahrnují bezdrátové senzory nad rotačními hřídeli, nabíjení a napájení bezdrátových zařízení a zabezpečení vodotěsných zařízení odstraněním nabíjecích kabelů. Používají se pro nabíjení mobilních zařízení, domácích spotřebičů, bezpilotních letadel a elektrických vozidel. Používají se pro provoz a nabíjení lékařských implantátů, které zahrnují; kardiostimulátory, podkožní zásoby léků a další implantáty. Tyto bezdrátové systémy přenosu energie lze vytvořit v home/breadbaordu, abyste pochopili jeho fungování. Uvidíme

Jak vytvořit zařízení WirelessPowerTranfer doma?

Vytvoření jednoduchého zařízení pro bezdrátový přenos energie (WPT) doma může být zábavným a vzdělávacím projektem, ale je důležité si uvědomit, že vybudování účinného systému WPT s významným výstupním výkonem obvykle vyžaduje pokročilejší komponenty a úvahy. Tato příručka nastiňuje základní DIY projekt pro vzdělávací účely využívající indukční vazbu. Uvědomte si prosím, že následující je nízkoenergetický a není vhodný pro nabíjení zařízení.

Potřebné materiály:

Cívka vysílače (TX Coil): Cívka drátu (asi 10-20 závitů) navinutá kolem válcového tvaru, jako je PVC trubka.
Přijímací cívka (RX cívka): Podobné jako TX cívka, ale pokud možno s více závity pro zvýšení výstupního napětí.
LED (Light Emitting Diode): Jako jednoduchá zátěž pro demonstraci přenosu energie.
N-kanálový MOSFET (např. IRF540): Pro vytvoření oscilátoru a přepnutí TX cívky.
Dioda (např. 1N4001): Pro usměrnění AC výstupu z RX cívky.
Kondenzátor (např. 100μF): Pro vyhlazení usměrněného napětí.
Rezistor (např. 220Ω): Pro omezení proudu LED.
Bateriový nebo stejnosměrný zdroj napájení: K napájení vysílače (TX).
Breadboard a propojovací kabely: Pro stavbu okruhu.
Horká lepicí pistole: K zajištění cívek na místě.

Vysvětlení okruhu:

Podívejme se, jak musí být zapojen obvod vysílače a přijímače.

Strana vysílače (TX):

Baterie nebo stejnosměrné napájení: Toto je váš zdroj energie pro vysílač. Připojte kladný pól baterie nebo zdroje stejnosměrného napájení ke kladné kolejnici vašeho prkénka. Připojte zápornou svorku k záporné kolejnici (GND).

“multimetry se primárně používají k měření ”
TX cívka (vysílací cívka): Připojte jeden konec TX cívky ke svodu (D) tranzistoru MOSFET. Druhý konec TX cívky se připojuje ke kladné kolejnici prkénka, což je místo, kde je připojen kladný pól vašeho zdroje napájení.
MOSFET (IRF540): Svorka zdroje (S) MOSFETu je připojena k záporné kolejnici (GND) nepájivé desky. Tím se připojí zdrojový terminál MOSFET k zápornému terminálu vašeho zdroje energie.
Brána (G) Svorka MOSFETu: Ve zjednodušeném obvodu je tato svorka ponechána nezapojená, což efektivně zapíná MOSFET nepřetržitě.

Strana přijímače (RX):

LED (Load): Připojte anodu (delší kabel) LED ke kladné kolejnici na prkénku. Připojte katodu (kratší vodič) LED k jednomu konci RX cívky.
Cívka RX (cívka přijímače): Druhý konec cívky RX by měl být připojen k záporné kolejnici (GND) na prkénku. Tím se vytvoří uzavřený obvod pro LED.
Dioda (1N4001): Umístěte diodu mezi katodu LED a zápornou kolejnici (GND) prkénka. Katoda diody by měla být připojena ke katodě LED a její anoda by měla být připojena k záporné kolejnici.
Kondenzátor (100μF): Připojte jeden vodič kondenzátoru ke katodě diody (anodová strana LED). Připojte druhý vodič kondenzátoru ke kladné kolejnici na prkénku. Tento kondenzátor pomáhá vyhladit usměrněné napětí a poskytuje stabilnější napětí pro LED.

Takto jsou komponenty zapojeny v obvodu. Když napájíte stranu vysílače (TX), TX cívka generuje měnící se magnetické pole, které indukuje napětí v RX cívce na straně přijímače (RX). Toto indukované napětí je usměrněno, vyhlazeno a použito k napájení LED, což demonstruje bezdrátový přenos energie ve velmi základní formě. Pamatujte, že se jedná o nenáročnou a vzdělávací ukázku, která není vhodná pro praktické aplikace bezdrátového nabíjení.