Tranzystor polowy z efektem metalu, tlenku i półprzewodnika jest najczęściej wytwarzany w procesie utleniania kontrolowanego krzemem. Obecnie jest to najczęściej używany typ tranzystora, ponieważ główną funkcją tego tranzystora jest kontrola przewodności, w przeciwnym razie ilość prądu, jaką można dostarczyć pomiędzy zaciski źródła i drenu tranzystora MOSFET, zależy od sumy napięcia przyłożonego do zacisku bramki. Napięcie przyłożone do końcówki bramki wytwarza pole elektryczne kontrolujące przewodzenie urządzenia. Tranzystory MOSFET są używane do tworzenia różnych obwodów aplikacyjnych, takich jak przetwornice DC-DC, sterowanie silnikiem, Falowniki , Bezprzewodowe przesyłanie mocy itp. W tym artykule omówiono, jak zaprojektować obwód bezprzewodowego przesyłania mocy przy użyciu wysoce wydajnych MOSFET .

Bezprzewodowy transfer mocy za pomocą MOSFET

Główną koncepcją jest zaprojektowanie systemu WPT (bezprzewodowego przesyłania mocy) z tranzystorami MOSFET i rezonansowym sprzężeniem indukcyjnym do sterowania przenoszeniem mocy pomiędzy cewkami Tx i Rx. Można tego dokonać poprzez ładowanie cewki rezonansowej z prądu przemiennego, a następnie przekazanie kolejnego zasilania do obciążenia rezystancyjnego. Obwód ten jest pomocny w bardzo szybkim i mocnym ładowaniu urządzenia o małej mocy poprzez bezprzewodowe sprzężenie indukcyjne.

“półprzewodniki to substancje o właściwościach pomiędzy przewodnikiem a izolatorem. ”

Bezprzewodową transmisję mocy można zdefiniować jako; przesyłanie energii elektrycznej ze źródła zasilania do obciążenia elektrycznego na odległość bez żadnych kabli lub przewodów przewodzących jest znane jako WPT (bezprzewodowa transmisja mocy). Bezprzewodowe przesyłanie mocy stanowi niezwykłą zmianę w dziedzinie elektrotechniki, która eliminuje użycie konwencjonalnych kabli miedzianych, a także przewodów przewodzących prąd. Bezprzewodowa transmisja mocy jest wydajna, niezawodna, ma niskie koszty konserwacji i jest szybka zarówno na duże, jak i krótkie odległości. Służy do bezprzewodowego ładowania telefonu komórkowego lub akumulatora.

Wymagane komponenty

Bezprzewodowe przesyłanie mocy za pomocą obwodu MOSFET obejmuje głównie sekcję nadajnika i sekcję odbiornika. Elementy wymagane do wykonania sekcji nadajnika do bezprzewodowego przesyłania mocy obejmują głównie; źródło napięcia (Vdc) – 30V, kondensator – 6,8 nF, dławiki RF (L1 i L2) 8,6 μH i 8,6 μH, Cewka nadajnika (L) – 0,674 μH, rezystory R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, Kondensator C działa jak kondensatory rezonujące, diody D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 i MOSFET Q2-IRF540

Elementy wymagane do wykonania sekcji odbiornika do bezprzewodowego przesyłania mocy obejmują głównie; diody D1 do D4 – D4007, Rezystor (R) – 1k Ohm, Regulator napięcia IC – LM7805 IC, cewka odbiornika (L) – 1,235 μH, kondensatory takie jak C1 – 6,8 nF i C2 to 220 μF.

Bezprzewodowy transfer mocy z połączeniami MOSFET

Połączenia sekcji bezprzewodowego nadajnika transferu mocy są następujące:

Obwód bezprzewodowego nadajnika transferu mocy

Dodatni zacisk rezystora R1 jest podłączony do źródła napięcia 30 V, a drugi zacisk jest podłączony do diody LED. Zacisk katodowy diody LED jest podłączony do masy GND poprzez rezystor R2.
Dodatni zacisk rezystora R3 jest podłączony do źródła napięcia 30 V, a drugi zacisk jest podłączony do zacisku bramki MOSFET-u. Tutaj zacisk katody diody LED jest podłączony do zacisku bramki MOSFET-u.
Zacisk spustowy MOSFET-u jest podłączony do źródła napięcia poprzez dodatni zacisk diody i induktor „L1”.
Terminal źródłowy MOSFET-u jest podłączony do GND.
W cewce „L1” inny zacisk jest podłączony do zacisku anodowego diody D2, a jej zacisk katodowy jest podłączony do rezystora R3 poprzez kondensatory „C” i cewkę indukcyjną „L”.
Dodatni zacisk rezystora R4 jest podłączony do źródła napięcia, a drugi zacisk rezystora jest podłączony do zacisku bramki MOSFET-u poprzez zaciski anodowe i katodowe diod D1 i D2.
Dodatni zacisk „L2” cewki indukcyjnej jest podłączony do źródła napięcia, a drugi zacisk jest podłączony do zacisku drenu MOSFET-u poprzez zacisk anodowy diody „D2”.
Terminal źródłowy MOSFET-u jest podłączony do GND.

Połączenia sekcji odbiornika bezprzewodowego przesyłania mocy są następujące:

Obwód odbiornika bezprzewodowego przesyłania mocy

Dodatnie zaciski cewki indukcyjnej „L” i kondensatora „C1” są podłączone do zacisku anodowego D1, a pozostałe zaciski cewki indukcyjnej „L” i kondensatora „C1” są podłączone do zacisku katodowego D4.
Zacisk anodowy diody D2 jest podłączony do zacisku katody diody D3, a zacisk anodowy diody D3 jest podłączony do zacisku anodowego diody D4.
Zacisk katody diody D2 jest podłączony do zacisku katody diody D1, a zacisk anody diody D1 jest podłączony do pozostałych zacisków cewki indukcyjnej „L” i kondensatora „C1”.
Dodatni zacisk rezystora „R” jest podłączony do zacisków katody D1 i D2, a pozostałe zaciski rezystora są podłączone do zacisku anodowego diody LED, a zacisk katody diody LED jest podłączony do GND.
Dodatni zacisk kondensatora C2 jest podłączony do zacisku wejściowego układu LM7805 IC, drugi zacisk jest podłączony do GND, a styk GND układu LM7805 IC jest podłączony do GND.

Pracujący

Ten bezprzewodowy obwód przesyłu mocy składa się głównie z nadajnika i odbiornika z dwiema sekcjami. W tej sekcji cewka nadajnika jest wykonana z drutu emaliowanego o średnicy 6 mm lub drutu magnetycznego. W rzeczywistości ten drut jest drutem miedzianym pokrytym cienką warstwą powłoki izolacyjnej. Średnica cewki nadajnika wynosi 6,5 cala lub 16,5 cm i 8,5 cm długości.

Obwód sekcji nadajnika zawiera źródło prądu stałego, cewkę nadajnika i oscylator. Źródło zasilania prądem stałym zapewnia stabilne napięcie prądu stałego, które jest podawane jako sygnał wejściowy do obwodu oscylatora. Następnie zmienia napięcie stałe na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości i jest podawany do cewki nadawczej. Ze względu na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości cewka nadajnika zostanie pobudzona, aby wytworzyć w cewce zmienne pole magnetyczne.

Cewka odbiornika w sekcji odbiornika jest wykonana z drutu miedzianego 18 AWG i średnicy 8 cm. W obwodzie sekcji odbiornika cewka odbiornika pobiera tę energię w postaci indukowanego napięcia przemiennego w swojej cewce. Prostownik w tej sekcji odbiornika zmienia napięcie z prądu przemiennego na prąd stały. W końcu to zmienione napięcie prądu stałego jest dostarczane do obciążenia w całym segmencie regulatora napięcia. Główną funkcją bezprzewodowego odbiornika energii jest ładowanie akumulatora o małej mocy poprzez sprzężenie indukcyjne.

Za każdym razem, gdy obwód nadajnika jest zasilany, prąd stały przepływa przez obie strony cewek L1 i L2 oraz do zacisków drenu tranzystorów MOSFET, wówczas na zaciskach bramki tranzystorów MOSFET pojawia się napięcie i próbuje włączyć tranzystory .

Jeśli założymy, że pierwszy MOSFET Q1 jest włączony, wówczas napięcie drenu drugiego MOSFET-u zostanie zaciśnięte tak, aby było bliskie GND. Jednocześnie drugi MOSFET będzie wyłączony, a napięcie drenu drugiego MOSFET-a wzrośnie do wartości szczytowej i zacznie spadać z powodu obwodu zbiornika utworzonego przez kondensator „C” i cewkę pierwotną oscylatora w ciągu jednego półcyklu.

Zalety bezprzewodowego przesyłania mocy to; że jest tańszy, bardziej niezawodny, nigdy nie wyczerpuje się akumulator w strefach bezprzewodowych, efektywnie przesyła więcej energii w porównaniu do przewodów, jest bardzo wygodny, przyjazny dla środowiska itp. Wadami bezprzewodowego przesyłania mocy są; że utrata mocy jest duża, bezkierunkowa i nieefektywna na dłuższych dystansach.

The zastosowania bezprzewodowego przesyłu energii obejmują zastosowania przemysłowe, które obejmują czujniki bezprzewodowe nad wałami obrotowymi, ładowanie i zasilanie sprzętu bezprzewodowego oraz zabezpieczanie wodoszczelnego sprzętu poprzez usuwanie przewodów ładujących. Służą do ładowania urządzeń mobilnych, sprzętu AGD, bezzałogowych statków powietrznych i pojazdów elektrycznych. Służą one do obsługi i ładowania implantów medycznych, które obejmują: rozruszniki serca, leki podskórne i inne implanty. Te bezprzewodowe systemy przesyłu energii można utworzyć w domu/breadbaord, aby zrozumieć ich działanie. pokazać

Jak stworzyć urządzenie WirelessPowerTranfer w domu?

Tworzenie prostego urządzenia do bezprzewodowego przesyłania mocy (WPT) w domu może być projektem zabawnym i edukacyjnym, ale należy pamiętać, że zbudowanie wydajnego systemu WPT o znacznej mocy wyjściowej zazwyczaj wymaga bardziej zaawansowanych komponentów i rozważań. W tym przewodniku opisano podstawowy projekt DIY do celów edukacyjnych wykorzystujący sprzężenie indukcyjne. Należy pamiętać, że poniższe urządzenia mają niską moc i nie nadają się do ładowania urządzeń.

Potrzebne materiały:

Cewka nadajnika (cewka TX): Cewka z drutu (około 10–20 zwojów) owinięta wokół cylindrycznego kształtu, takiego jak rura PCV.
Cewka odbiorcza (cewka RX): podobna do cewki TX, ale najlepiej z większą liczbą zwojów w celu zwiększenia napięcia wyjściowego.
LED (dioda elektroluminescencyjna): Jako proste obciążenie demonstrujące przeniesienie mocy.
N-kanałowy MOSFET (np. IRF540): Do tworzenia oscylatora i przełączania cewki TX.
Dioda (np. 1N4001): Do prostowania wyjścia AC z cewki RX.
Kondensator (np. 100 μF): Do wygładzenia wyprostowanego napięcia.
Rezystor (np. 220 Ω): Aby ograniczyć prąd diody LED.
Zasilanie bateryjne lub prądem stałym: Do zasilania nadajnika (TX).
Płytka prototypowa i przewody połączeniowe: Do budowy obwodu.

“sygnały cyfrowe a sygnały analogowe ”
Pistolet do klejenia na gorąco: Do mocowania cewek na miejscu.

Wyjaśnienie obwodu:

Zobaczmy, jak należy połączyć obwód nadajnika i odbiornika.

Strona nadajnika (TX):

Bateria lub zasilanie prądem stałym: To jest źródło zasilania nadajnika. Podłącz dodatni zacisk akumulatora lub zasilacza prądu stałego do dodatniej szyny płytki prototypowej. Podłącz zacisk ujemny do szyny ujemnej (GND).
Cewka TX (cewka nadajnika): Podłącz jeden koniec cewki TX do zacisku drenu (D) tranzystora MOSFET. Drugi koniec cewki TX łączy się z dodatnią szyną płytki stykowej, czyli tam, gdzie podłączony jest dodatni zacisk źródła zasilania.
MOSFET (IRF540): Zacisk źródła (S) MOSFET-u jest podłączony do szyny ujemnej (GND) płytki prototypowej. Łączy to zacisk źródłowy MOSFET-u z ujemnym zaciskiem źródła zasilania.
Zacisk bramki (G) MOSFET-a: W uproszczonym obwodzie zacisk ten pozostaje niepodłączony, co skutecznie włącza MOSFET w sposób ciągły.

Strona odbiornika (RX):

LED (obciążenie): Podłącz anodę (dłuższy przewód) diody LED do dodatniej szyny płytki prototypowej. Podłącz katodę (krótszy przewód) diody LED do jednego końca cewki RX.
Cewka RX (cewka odbiorcza): Drugi koniec cewki RX powinien być podłączony do szyny ujemnej (GND) płytki prototypowej. Tworzy to obwód zamknięty dla diody LED.

“jak zrobić linię podążającą za robotem ”
Dioda (1N4001): Umieść diodę pomiędzy katodą diody LED a szyną ujemną (GND) płytki prototypowej. Katodę diody należy podłączyć do katody diody LED, a jej anodę do szyny ujemnej.
Kondensator (100 μF): Podłącz jeden przewód kondensatora do katody diody (po stronie anody diody LED). Podłącz drugi przewód kondensatora do dodatniej szyny płytki prototypowej. Kondensator ten pomaga wygładzić wyprostowane napięcie, zapewniając bardziej stabilne napięcie diody LED.

W ten sposób elementy są połączone w obwodzie. Kiedy zasilasz stronę nadajnika (TX), cewka TX generuje zmienne pole magnetyczne, które indukuje napięcie w cewce RX po stronie odbiornika (RX). To indukowane napięcie jest prostowane, wygładzane i wykorzystywane do zasilania diody LED, demonstrując bezprzewodowy transfer mocy w bardzo prostej formie. Pamiętaj, że jest to demonstracja o niskim poborze mocy i edukacyjna, która nie nadaje się do praktycznych zastosowań w zakresie ładowania bezprzewodowego.