Многие пользователи электронных портативных устройств, снабженных аккумуляторами энергии и зарядными устройствами к ним, в том числе мобильных телефонов и фонариков, неоднократно задавали себе вопрос: когда же, наконец, производители откажутся от неудобной системы разъемных соединений, при подключении зарядных устройств, заменив их на нечто более инновационное?
Передатчик, подключенный к источнику постоянного тока, каким является сетевой адаптер, создает переменное поле в катушке индуктивности, которая установлена в зарядный бокс. Когда приемная катушка фонаря попадает в поле зарядной станции, в ней создается переменное напряжение, которое выпрямляется и стабилизируется электронной схемой приемника-фонаря.
При входном переменном напряжении 220 В ±15% выходное постоянное напряжение в фонаре 3,3 В при максимальном выходном токе 500 мА. При этих технических параметрах дистанционная передача энергии обеспечивается на расстоянии до 20 мм между катушками, причем корпус фонаря и адаптера не является помехой для магнитной индукции. Индуктивность передающей катушки: 30 мГн.
Тем не менее, оптимальное расстояние между катушками приемника и передатчика, при котором передача энергии (в соответствии с параметрами катушек) максимальна, должно быть в пределах 2 мм, тогда заряд аккумулятора фонаря происходит быстрее.
При атом диаметр катушки для передачи энергии 38 мм, а ее высота — всего 2 мм.
Внешний вид сетевого адаптера со снятой крышкой корпуса показан на рис.1.
Рис. 1
На рис.2 показан вид, со снятой крышкой корпуса фонаря, в котором установлена вторая часть устройства: приемник, выпрямителя напряжения и тонкая АКБ, о которой речь пойдет далее.
Рис. 2
На рис.3 показаны обе части (устройства приемник и передатчик), реализованные на SMD-элементах, смонтированных на печатных платах, вместе с катушками. Такой узел используется в качестве зарядного устройства для других цепей — он питается от постоянного напряжения 12 В.
Рис. 3
Особенности устройства
Стабильный источник питания, качественная изоляция катушек приемника и передатчика, компактный дизайн.
На рис.4 показана электрическая схема устройства.
Рис. 4
Слева на рис.4 показан передатчик, реализованный по однотактной схеме генератора, транзисторе VT1. Внешний вид этого электронного узла показан на рис.1.
Справа на рис.4 показан приемный узел с выпрямителем, светодиодом и АКБ. Он не нуждается в описании своей работы по причине простаты схемы.
Приемная катушка — бескаркасная, она содержит 90 витков провода типа ПЭЛ диаметром 0,6 мм. Диаметр обмотки (внешний диаметр бескаркасной катушки) 30 мм. Катушка «передатчика» (рис.4) содержит 110 витков того же провода, с внешним диаметром катушки 50 мм, а внутренним диаметром 35 мм. Провод применяется тог же. Таким образом, во время подключения адаптера к сети и помещения корпуса фонаря со светодиодом и аккумулятором на «штатное» место в адаптере, приемная катушка оказывается внутри передающей катушки.
Светедиод HL1 типа WTC040A с мощностью 1 Вт теплоотводом не снабжен.
Варианты доработки и применения
Вариант для доработки устройства таков. Стабилизированное напряжение (примерно 3,3 В) с током до 500 мА можно снять с выводов приемника и подать на электронное устройство или аккумулятор для зарядки. Такое доработанное устройство может быть полезным в качестве зарядного устройства для сотовых телефонов, планшетов, обеспечения беспроводного электропитания в промышленных маломощных или самодельных изделиях робототехники и моделировании, в качестве источника беспроводного питания, реализованного для электронных устройств домашней автоматики.
Немного о АКБ, примененной в данном фонарике.
Сегодня довольно популярны ультратонкие литий-ионные батареи относительно нового типа, предназначенные для портативных устройств различного назначения. Речь идет об аккумуляторах, способных при аналогичных габаритных размерах и прочих равных условиях хранить в 2-3 раза больше электрической энергии в сравнении с существующими сегодня аналогами. Добиться почти двукратного прироста позволила технология производства, при которой в аккумуляторе одновременно используется как твердый, так и жидкий электролит. Причем жидкий электролит не является горючим благодаря специальным компонентам-добавкам, что повышает безопасность эксплуатации ультратонкой АКБ. «Твердый» электролит представляет собой полимерный слой-мембрану, покрывающий электрод из литиевой фольги, взаимодействующий с жидким ионным электролитом.
Такая АКБ после 300 полных зарядок теряет примерно 20% своей первоначальной энергоемкости. С использованием такой «ультратонкой» технологии в АКБ стали возможными и безразъемные соединения при зарядке аккумуляторов переносных (в том числе мобильных устройств). Такой технический подход способствует тому, что портативные устройства становятся более удобными и безопасными, а также долговечными, водь разъемные соединения традиционно являются слабым местом устройств бытовой электроники, Тем не менее, важно отметить и то, что главным недостатком источников энергии с жидкими ионными электролитами (плоскими АКБ) является их относительно высокая себестоимость и невысокие показатели долговечности.
Автор: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург