Безразъемное зарядное устройство для небольшого фонаря

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?Рассматриваемое далее устройство предназначено для быстрой беспроводной зарядки аккумуляторов или (в пер­спективе может быть доработано) для непосредственного пи­тания низковольтных и маломощных электронных устройств. Весь комплект состоит из двух устройств: сетевого адаптера и непосредственно электрического фонаря с мощным свето­диодом в качестве источника света. Оба устройства показа­ны на фото.

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