Бесконтактное зарядное устройство-2

Автор предлагает вариант бесконтактного зарядного устройст­ва для зарядки аккумуляторной батареи малогабаритного фонаря.

Для большего удобства пользования светодиодным фонариком-брело­ком в нём взамен гальванических эле­ментов применены аккумуляторы и бес­контактное зарядное устройство. Кон­струкция этого фонаря в разобранном виде показана на рис. 1. Его развинчивающийся корпус состоит из трёх час­тей: передней 1, центральной 5 и зад­ней 6. Передняя и задняя части изготов­лены из металлизированной пластмас­сы, средняя — из алюминия, в которой размещена кассета 7, содержащая три гальванических элемента LR44. В зад­ней части установлен кнопочный вы­ключатель, в передней — пластмассо­вый металлизированный держатель 3, в отверстия которого вставлены светодиоды 2 (всего пять штук). Пластмассо­вая втулка 4 фиксирует выводы свето­диодов в передней части корпуса. При этом выводы катодов свиты в один жгут и образуют кон­такт, который после сборки фонаря механически соеди­няется с минусовым выво­дом аккумуляторной бата­реи. Аноды светодиодов с помощью втулки 4 прижаты к корпусу передней части фонаря и через среднюю, заднюю части корпуса и кнопочный выключатель со­единены с плюсовым вы­водом батареи. Таким обра­зом, в фонаре все контакты — механические, и нет ни одной пайки.

Рис. 1

Поскольку ёмкость галь­ванических элементов LR44 и аналогичных невелика, при регулярном пользовании фонарём требуется их частая замена, что весьма неудобно и затратно. Поэтому было решено заменить гальванические эле­менты аналогичными по габаритным размерам Ni-MH аккумуляторами (рис. 2), которые изъяты из малогаба­ритных светодиодных газонных све­тильников с зарядкой от солнечных батарей. Стоимость этих светильников невелика, а оставшиеся от них компо­ненты (солнечная батарея, повышаю­щий преобразователь напряжения) так­же нашли своё применение в других конструкциях. Но часто вынимать акку­муляторы для подзарядки тоже неудоб­но, к тому же для них необходимо за­рядное устройство. Поэтому был приме­нён бесконтактный или, как его сейчас называют, беспроводный способ заряд­ки, сущность которого заключается в пе­редаче энергии с помощью индуктивной связи между катушками индуктивности. Описание такого устройства было ранее опубликовано («Бесконтактное зарядное устройство»).

Рис. 2

Поскольку габариты дорабатываемо­го фонаря невелики, применён упрощённый вариант зарядного устройства, а зарядка проводится по времени. Само зарядное устройство аналогично при­ведённому в указанной выше статье, изменена только конструкция раздели­тельного трансформатора (его обозна­чение на схеме в указанной статье Т2). Схема доработки фонаря показана на рис. 3. Вторичная обмотка раздели­тельного трансформатора включена между катодами светодиодов и минусо­вым выводом батареи питания. Зарядка аккумуляторов осуществляется так. При установке фонаря (в выключенном состоянии) на зарядное устройство в катушке Т2.2 наводится переменное напряжение. Положительная полуволна (условно плюс на правом по схеме выводе катушки Т2.2) через диоды VD1 и VD2 поступает на аккумуляторную батарею и заряжает её. Отрицательную полуволну не пропускает диод VD1.

Рис. 3

Диод КД103Б был применён по не­скольким причинам. Во-первых, он име­ет малые габариты и легко размещает­ся в корпусе кнопки, во-вторых, у него допустимое обратное напряжение 50 В и, в-третьих, он имеет сравнительно большую ёмкость p-n перехода около 20 пФ. Последнее свойство при отрица­тельной полуволне напряжения на ка­тушке Т2.2 обеспечивает небольшой (доли миллиампера) прямой ток через светодиоды, что вызывает их слабое свечение, которое служит индикацией процесса зарядки.

Диод КД103Б (VD1) устанавливают так. Аккуратно со стороны толкателя выдавливают кнопку из задней части корпуса фонаря. В пластмассовой части кнопки (белого цвета на рис. 1) с помо­щью тонкого разогретого жала паяльни­ка делают паз, в который и вставляют диод. Вывод анода подкладывают под металлическую шайбу (с шипами) кноп­ки, а вывод катода наматывают на спи­раль пружины. Ленточные выводы дио­да хорошо подходят для этого случая.

Для размещения катушки Т2.2 было найдено место в передней части корпу­са фонаря (рис. 4). Поскольку держатель 6 со светодиодами 1 не­много утоплен в передней час­ти 3 корпуса фонаря, катушка 2 установлена перед светодио­дами. Их катоды (выделены синим цветом) спаяны вместе, и к ним припаян диск 5 диамет­ром 2…3 мм, изготовленный из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Вы­воды катушки припаяны к кон­тактным площадкам на проти­воположных сторонах диска. Сборку этой части конструк­ции проводят в следующем порядке. Сначала вставляют светодиоды в держатель, сви­вают и спаивают их катоды. Диод VD2 припаивают к вы­водам светодиодов. Держатель вставляют в переднюю часть кор­пуса и устанавливают пластмассовую втулку 4 так, чтобы выводы анодов све­тодиодов (показаны красным цветом) были плотно прижаты к корпусу. К выво­дам катодов припаивают диск, а затем к нему — выводы катушки. Для этого в центре держателя надо предварительно сделать отверстия диаметром 1…2 мм. Собирают фонарь и после проверки его работоспособности приклеивают ка­тушку и покрывают её снаружи тонким слоем прочного клея.

Рис. 4

Внешний диаметр катушки Т2.2 дол­жен быть таким, чтобы она входила в пе­реднюю часть корпуса фонаря, а внут­ренний, — чтобы в неё свободно входил магнитопровод. Поэтому катушку мож­но изготовить так. На магнитопровод наматывают 3…4 слоя тонкой полиэти­леновой плёнки и размещают несколько отрезков тонкой нитки. Внавал наматы­вают 90… 100 витков провода ПЭВ-2 0,1, и с помощью ниток формуют катушку в виде тора. Проверяют её на соответст­вие указанным выше требованиям, если это так, пропитывают её клеем «Мо­мент» и сразу устанавливают в перед­нюю часть корпуса, чтобы катушка рас­полагалась на краю (рис. 4), но не выхо­дила за его пределы. Как уже отмечено, применено заряд­ное устройство, описанное в указанной выше статье. Конструкцию раздели­тельного трансформатора зарядного устройства поясняет рис. 5.

Рис. 5

Катушка 1 (Т2.1 в схеме указанной статьи) намота­на на кольцевом ферритовом магнито- проводе 5 с внешним диаметром 12,5, внутренним 7,5 и высотой 6,5 мм (от дросселя фильтра компьютерного бло­ка питания) проводом ПЭВ-2 0,1 между щёчками 2 наружным диаметром 17 мм, изготовленными из тонкого картона. Толщина намотки — 3 мм. Число витков (300…500) подбирают при налажива­нии. Для зарядки фонарь устанавлива­ют так, чтобы магнитопровод 5 вошёл в катушку 4 и упёрся в светодиоды 3. В этом случае связь между обмотками разделительного трансформатора ста­нет достаточной для зарядки аккумуля­торной батареи. Трансформатор за­крепляют на верхней крышке зарядного устройства (рис. 6), а на него устанав­ливают фонарь (рис. 7).

Рис. 6

Рис. 7

Но здесь есть важный момент, о ко­тором не следует забывать. Поскольку передняя часть корпуса фонаря метал­лизирована, если разместить в ней катушку Т2.2, в металлическом покры­тии будет протекать вихревой ток, делая зарядку аккумуляторной батареи практически невозможной. Чтобы исключить возникновение этого тока, перед окон­чательной сборкой необходимо удалить металлизацию в местах, показанных на рис. 8 красными линиями. Сделать это надо аккуратно снаружи и внутри перед­ней части корпуса с помощью узкой ост­рой отвёртки. Кроме того, следует уда­лить всю металлизацию с держателя светодиодов.

Рис. 8

Налаживание сводится к подбору числа витков обмотки Т2.1. Для этого сначала наматывают 500 витков, уста­навливают фонарь на зарядку (в выключенном состоянии) и измеряют ток че­рез батарею. Делают это так. Заднюю часть отвинчивают, плотно прижимают к средней части корпуса, а между плюсо­вым выводом аккумуляторной батареи и прижимной пружиной включают милли­амперметр постоянного тока. Подбор­кой числа витков устанавливают заряд­ный ток 4…6 мА. В этом случае время зарядки приблизительно равно 10…14 ч, т. е. её можно проводить в течение ночи. О необходимости зарядки свидетельст­вует снижение яркости свечения фона­ря. Следует ещё отметить, что благода­ря свойствам светодиодов глубокая разрядка аккумуляторов маловероятна, что продлевает срок их эксплуатации.

Автор:   И. НЕЧАЕВ, г. Москва

Источник: Радио №7,  2015