Беспроводная зарядка / Habr
Всем привет. Приобрел на китайском сайте комплект для беспроводной передачи энергии, также называется беспроводная зарядка. Конечно, данное устройство можно собрать своими руками самостоятельно, в интернете схем беспроводных зарядных устройств хватает. Но я захотел приобрести именно законченное устройство, предлагаемое нам как DIY устройство. Использовать в качестве беспроводной зарядки для мобильного телефона, я не собирался. А вот в робототехнике, я видел явные преимущества по сравнению с проводными зарядными устройствами.
Созданное вами в робототехнике устройство, может самостоятельно оценивать заряд батареи и по мере надобности самостоятельно произвести подзарядку. К примеру, роботу, достаточно подойти на соответствующее расстояние к зарядному устройству и процесс зарядки начнется. Весьма удобно, хочет робот оставаться в рабочем состоянии пусть сам о себе заботится.
Напряжение питания передатчика двенадцать вольт, а при этом выход у приемника составляет пять вольт. Заявленный максимальный ток зарядки составляет шестьсот миллиампер. Дополнительной документации на сайте не было. Порывшись в интернете, выудил следующую информацию. В приемнике используется микросхема T3168
В отличие от приемника, передатчик энергии, назову это так залитый компаундом. Соответственно добраться до платы не предоставлялось возможным. В документации к приемнику шла ответная схема передатчика.
Но я все-таки добрался до платы (при помощи молотка), как оказалось, схема отличается. На плате было установлено две микросхемы, без каких либо обозначений. Скудную информацию о таинственных микро сборках удалось получить на форумах. Я выяснил, что это два мощных транзистора включенных в режиме высокочастотного генератора. Впоследствии я выяснил, что приобрести можно и открытую плату без заливки.
Что касается тока зарядки. Беспроводное зарядное устройство, как я уже говорил, позволяет заряжать аккумулятор током до 600 миллиампер. Но данный ток мы получим только в непосредственной близости между контурами. Из таблицы видно соотношение расстояния и тока.
Демонстрацию беспроводного зарядного устройства и ряд другого я снял на видео. В общем, модуль мне понравился. В дальнейшем собираюсь беспроводное зарядное устройство применить в своем проекте.
Беспроводная зарядка своими руками: как правильно сделать, инструкция
С повышением количества мобильных устройств на руках жителей планеты, как никогда встает вопрос обеспечения приборов питанием. Конечно, самый простой способ – зарядка аккумуляторных батарей, с последующим использованием накопленного тока. Вот только, бесконечное подключение или отсоединение зарядного кабеля к устройству приводит со временем к разбалтыванию и выходу разъемов из строя. Вариантом решения служит беспроводная зарядка, сделанная своими руками или приобретенная в магазине.
Принцип работы беспроводной зарядки для телефона
К сожалению, современные модели представленных устройств передачи тока по эфиру имеют некоторые недостатки. Но удобство применения такого оборудования позволяет закрыть глаза на его минусы. Собственно, весь процесс зарядки заключается в помещении мобильного устройства рядом или на специальную платформу – передатчик. Конечно же, телефон, планшет, смарт–часы, ноутбук или иное конечное перемещаемое устройство должны быть оборудованы соответствующим клиентским получателем тока по воздуху. Зарядка телефона по воздуху: один из вариантов исполнения
Топовый ценовой сегмент устройств уже, скорее всего, содержит в своей конструкции встроенный приемник индукционных сигналов одного из распространенных стандартов – Qi, PMA и AirFuel, а соответствующий передатчик можно приобрести уже в сборе, или отдельно, а также он, бывает, что поставляется вместе с мобильным оборудованием. Есть и проприетарные, закрытые стандарты беспроводной зарядки, которые используются, к примеру, фирмой Samsung для своих продуктов.
Но основная разница состоит не в принципе передачи – используется всегда физический эффект электромагнитной индукции, – а в частоте переменного тока на выходе передатчика. Стандарт Qi, который разрабатывается концерном компаний по использованию беспроводной энергии WPC, характерен этим параметром излучателей в пределах 100-205 кГц. PMA, производимый одноименной компанией, применяет для передачи тока диапазон 277-357 кГц.
Хоть он и проиграл конкурентную борьбу с QI, многие производители оставляют возможность его использования в своих устройствах беспроводной зарядки, или гибридным образом оба стандарта, или конкретно одного PMA. Гибридное беспроводное зарядное устройство
После падения технологии PMA фирма, его ранее производящая, объединила свои усилия с более чем 200 компаниями, входящими в концерн WPC. Результатом стала разработка нового стандарта AirFuel, который подразумевает подключение передающих катушек, выполняющих роль антенн, на резонансных частотах, что позволило увеличить расстояние приема и общий КПД системы зарядки. Передача тока по воздуху
Вопросом, как сделать беспроводную зарядку или передачу питания различным устройствам по воздуху, задавались люди еще более 200 лет назад. Конечно, тогда не было аккумуляторов, но существовали их прообразы – лейденские банки. Поэтому и вопрос их подзарядки или непосредственного снабжения энергией устройств-потребителей без использования проводов и поднимался.
Еще в XIX веке, родоначальник всей электрической физики – Андре Ампер, от имени которого и получала название единица измерения силы тока, открыл физическое явление электромагнитной индукции.
Основные его труды в этом направлении связаны с наблюдением за опытами. Им было замечено, что есть взаимосвязь, при возникновении электромагнитного поля в двух рядом расположенных проволочных катушках. Если подать ток в одну, то и во второй будет наблюдаться возникновение тока на концах ее проводников и общего магнитного эффекта. Было установлено, путем проведенных экспериментов, что мощность электромагнитной индукции сильно падает при увеличении расстояния между обмотками. Тот самый Андре-Мари Ампер
Спустя почти 100 лет, работы Ампера были продолжены гением своего времени – Николой Тесла, который изучал передачу высокочастотных токов по воздуху и проектировал различные устройства их приема, с использованием такой технологии.
Постепенно физические принципы, лежащие в основе приборов обмена питанием через эфир, были подзабыты и не использовались. Слишком высоки затраты мощности передаваемого тока, малы расстояния, сложно производство принимающего и передающего оборудования на большие дистанции.
Второе дыхание технология получила с развитием носимых гаджетов и необходимостью их постоянной подзарядки. Аккумуляторы мобильных устройств имеют конечную емкость, весьма невеликую из-за своего размера, в то же время, внутренняя начинка сотовых телефонов, планшетов, «умных» часов и прочих мобильных устройств становится все более «жадной» к потреблению, что и приводит к необходимости постоянного подключения источника тока.
Состав беспроводной зарядки для телефона
Самодельное беспроводное зарядное устройствоПрежде чем изготавливать индукционную беспроводную зарядку для телефона своими руками, необходимо разобраться, какие компоненты относятся к приемнику, а что входит в состав передатчика. Индукционная токовая связь подразумевает генератор частоты сигнала. Можно использовать как самый простой – на одном транзисторе, так и более сложный – применяя сборку на микросхемах.
Минус первого способа – его относительно низкие частоты работы. А от этого параметра прибора как раз зависит дальность расстояния передачи, возникновение вихревых, паразитных токов в рядом расположенных металлических предметах, общая сложность монтажа антенны, – она должна состоять из двух взаимосвязанных обмоток. Схемы второго типа лишены этих недостатков.
В сущности, излучатель в системах индукционной связи и состоит из самого блока питания, выдающего напряжение, генератора, превращающего постоянный ток в последовательность импульсов, и передающей антенны – в роли которой используется намотанная проволокой своеобразная катушка.
Схема приемника еще проще. Обмотка-антенна через диод и конденсатор, преобразующий импульсы в постоянный ток, подключены к входам потребителя, в качестве которых может выступать зарядный штекер мобильного устройства или его аккумуляторная батарея напрямую.
В существующих схемах используемые токи малы, происходит передача энергии мощностью не более 5В.
Преимущества и недостатки самодельной беспроводной зарядки
Прежде чем перейти к тому, как сделать беспроводную зарядку для телефона, планшета или иного мобильного устройства, желательно быть уверенным в необходимости ее использования, учитывая все плюсы и минусы существующих систем питания без проводов.
Итак, плюсы, если изготовить схему беспроводной зарядки своими руками:
- стоимость конструкции на порядок ниже, чем у покупных вариантов;
- удобство применения – нет необходимости бесконечно вставлять или вынимать штекер зарядного устройства, достаточно просто положить телефон рядом с передающей частью;
- из предыдущего пункта проистекает уменьшение износа разъемов;
- ну, и конечно же, повышение своего ЧСВ и профессионализма в результате самостоятельного изготовления устройства.
Есть у конструкции и несколько минусов:
- необходимость доставания/покупки деталей;
- умение паять или представление о процедуре монтажа схемы;
- медленная зарядка устройств при передачах энергии по воздуху, которая происходит в несколько раз дольше. Это характерно и для промышленных вариантов исполнения беспроводных зарядок.
- малое расстояние, на котором работает технология.
- относительная сложность сборки без гарантии успеха.
- наличие индукционных токов при работе беспроводной зарядки. Они, конечно, микроскопические, тем не менее, могут вызывать нагрев металлических поверхностей, электронных компонентов, отрицательно сказываться на здоровье. Кроме того, они вносят помехи в работу радиооборудования и оказывают общее негативное влияние на электронику.
Инструкция по созданию беспроводной зарядки своими руками
Описываться будет достаточно простая схема беспроводной зарядки. Передатчик в ней выполнен на микросхеме таймере – формирователе одиночных импульсов и полевом транзисторе, а приемник на диоде и стабилизаторе. Схема беспроводной зарядки
Простота конструкции дает возможность произвести ее даже навесным монтажом. Необходимо только помнить о том, что микросхемы и вообще полупроводниковые элементы не любят перегрева, поэтому сборку нужно выполнять придерживая пинцетом ножки критических компонентов схемы между их корпусом и местом пайки. Это позволит уменьшить температуру чувствительной части – пинцет будет работать, как радиатор.
Лучше использовать специальную панельку, для размещения на ней микросхемы таймера.
Инструменты и материалы для изготовления беспроводной зарядки
Для изготовления схемы беспроводной зарядки понадобятся:
- ножницы или кусачки для работы с проволокой;
- флюс и припой, в простейшем варианте канифоль и олово;
- паяльник 25-40Вт;
- обычное зарядное устройство от мобильного телефона;
- микросхема формирователя импульсов NE555 на 5В;
- мощный полевой транзистор IRF-Z44;
Пример расположения выводов на аналоге транзистора
- стабилизатор напряжения 7805;
Расположение пинов стабилизатора
- диод M4, для схемы приемника;
- конденсаторы – два по 10n, и по одному 100n и 10µ;
- резисторы – 10 Ом и 1 кОм;
- медная, лакированная проволока для антенны – сечением 1 мм и 0,35-0,4 мм.
Изготовление передатчика
Как уже говорилось, монтаж схемы передатчика можно сделать, как навесной, так и на макетной или самостоятельно травленой плате. Здесь его размеры особого значения не имеют. Единственное замечание – антенна должна быть расположена ближе к подложке, на которую впоследствии помещается приемник.
Сама форма катушки также влияния на представленную схему большого не имеет, но рекомендуется выполнить ее спиральной формой, как на фотографии. Это улучшит характеристики передачи энергии, позволит повысить расстояние между приемником и излучателем. Передатчик на травленной плате и с антенной хорошей формы
Намотку рекомендуется проводить внутри какого-либо корпуса круглой формы – к примеру, в коробке от CD диска – в том месте, где он сам находился. Туда укладывается провод, с оставлением кончика, к которому будет припаян один из контактов самого передатчика, и потом витками, оборачивая вокруг предыдущих, укладывается проволока. Нужно сделать 25 таких оборотов.
После окончания намотки рекомендуется залить всю конструкцию универсальным клеем или эпоксидной смолой, оставив только конечные выходы проволоки. Которые в свою очередь необходимо залудить, а впоследствии и подсоединить к выходам излучателя. Схема излучателя
Изготовление приёмника
Приемник собрать еще проще. В нем минимум элементов. Вот только в его случае лучше всего осуществлять намотку антенны спиральным способом, для уменьшения размера схемы. Хотя самодельное приемное устройство, с высокой вероятностью, все равно не поместится в корпус телефона. А вот для планшетов есть реальный шанс его встроенного использования, так-как обычно в корпусе подобных устройств есть еще много свободного места.
Элементы схемы скрепляются пайкой. В идеале желательно использовать SMD компоненты, но можно обойтись и обычными радиодеталями. Намотка катушки антенны производится проволокой или проводом сечения 0,35-0,4 мм. Для уверенного приема индуцированных токов необходимо сделать 30 витков. Схема приемника
Соединение элементов
Хотелось бы заметить, что, как и для любой передающей и принимающей аппаратуры – в случае индукционной также необходима аккуратность выполнения. Просто смотать в кучу присоединенные элементы не получится – будут возникать паразитные электрические связи, которые сведут на нет весь толк от собранного прибора.
Для исполнения схемы все же рекомендуется вытравить их из заготовок, или же в случае недоступности фольгированного текстолита – использовать макетную плату. Все соединения – пайка, никаких скруток. Слишком ненадежно и мало того, что будет плохой контакт, так еще и в случае его возникновения будет трудно найти источник проблемы.
Особенности процесса сборки и подключения
Тут нужно помнить о том, что приемник будет присоединен к реальному, достаточно дорогому устройству–потребителю. Поэтому, перед присоединением нужно мультиметром проверить полярность на выходах приемника и наличие необходимого напряжения при работе собранной схемы – оно должно быть в пределах 4-5В. Стрелочный мультиметр – удобен для определения полярности
Также нужно определиться, как подключать потребителя. Здесь два варианта – или напрямую к аккумулятору, но в этом случае не будет видно, заряжен он уже или нет при выключенном устройстве, или в штатный разъем питания.
В обоих случаях обязательна проверка полярности и допустимых токов! Цена упущения – последующая функциональность мобильного устройства.
Модели телефонов, поддерживающие беспроводную зарядку
Собственно говоря, весь топовый сегмент мобильного оборудования от известных производителей обладает приемниками индукционных токов. Среди них аппараты Apple, Blackerry, Sony, Yota, Kyosera, Motorola, LG, Samsung, Asus, Google, HTC, Nokia.
Советы по выбору комплектующих
Богатство существующей элементарной базыМногие элементы схемы индуктивного передатчика и приемника тока имеют как российские, так и зарубежные аналоги. К примеру, таймер NE555 можно безболезненно заменить на его полные аналоги (для некоторых необходимо будет проверить калибровку ножек и рабочее напряжение) – 1006ВИ1, 1006ВИ2, AN1555(N), GL555, LB8555(D|P), LM555(CN|N), MC1455(P|P1), NJM555D, RC555, TA7555P, UPC1555(C), UPC617C, KP1006ВИ1(А), KФ1006ВИ1, 142EH6, ICM7555(CBA-T|IPA)), LM555(CM|N), MC1455(D|U|G|P1), NE555(D|M|P|N), TA7555(F|S), UA555(TC(-8)|PC), ECG955M, M51841P.
В качестве полевого транзистора подойдут его варианты MTP50N05, КП723А, MTP50N06V, STP45NE06, STP50N06, MTB50N06V, STB45NF06T4, HUF75329(P3|S3(S)), STP45NF06, STP60NF06, STB60NF06(T4|L|LT4) или близкие по характеристикам.
Диод М4 в приемном контуре – заменяется любым с допустимыми токами 1А/400В. Можно чуть менее мощным, так как сила приходящего питания намного меньше.
Стабилизатор напряжения также можно заменить любым с выходным током 5В. Полные аналоги: L7805CV, MC7805CTG, русский КР142ЕН5А.
Универсальные катушки Qi Wireless и беспроводная зарядка для самостоятельной адаптации смартфона к Qi
Готовим Qi Wireless сами: универсальные DIY катушки-приемникиВ обзоре будут стресс-тесты и расчлененка.
Катушки-приемники подходят для большинства смартфонов, разбирать смартфон и паять что-либо внутри не требуется.
Монтаж-демонтаж безболезненный.
Всем привет!
В обзоре речь пойдет о вкусной и полезной Qi-Wireless зарядке.
Для начала про ресиверы этого стандарта.
Универсальные катушки-приемники Qi Wireless Далее просто катушки.
В лоте на выбор несколько типов.
В лоте на выбор 4 типа катушек — Lightning, Micro USB двух типов, и Type-C,
При выборе обратите внимание, какой тип коннектора у вас.
Для Micro USB есть разница.
Внутри катушек стоит преобразователь-стабилизатор питания
Внешний вид катушки — в металлизированном скотче, тонкая
Размеры катушек 4.76 см х 8.35 см, длина шлейфа 2.5 см.
На конце шлейфа коннектор к смартфону, который будет постоянно подключен
Катушка тонкая, под чехлом мешать не будет
Часть катушек для «дела», часть будет на «убой».
Катушка с Type-C
Коннектор
Коннекторы Micro USB двух типов
Все катушки имеют сходные размеры, отличаются только коннекторами
Зарядку брал вот эту 10W Qi Wireless Charger
Таблица совместимости для зарядки. Это перечень смартфонов со встроенной зарядкой Qi Wireless
Внешний вид зарядки
В комплекте есть провод и инструкция
Размеры диаметр 100 мм, толщина 6 мм.
Питается от 5В/2А либо 9В/1.5А.
На выходе 5В до 1А.
Зарядка прозрачная — выглядит очень прикольно. Коннектор MicroUSB спрятан на боковой поверхности
Кабель из комплекта совсем простой, но я буду пользоваться именно им, для честности
При подключении к источнику питания, зарядка выбирает режим 9В, но потребление достаточно маленькое. Ток скачет (передатчик периодически включается, в ожидании смартфона)
При включении зарядка мигает несколько раз, а также есть световая индикация при зарядке
Небольшой ликбез по использованию.
Вставляем в разъем, загинаем на заднюю крышку, прячем под чехол
Демонтировать обратно — тянем за разъем, а не за провода.
Примеряю к Андроид-смартфону
Аккуратно устанавливаем коннектор
Накидываем на заднюю крышку
Прячем под чехол.Специально взял прозрачный чехол, чтобы было видно. 
Катушка не мешается, заодно разъем закрыт от пыли
Аналогично, примерка к айфону
Коннектор Lightning, односторонний (на катушке)
Подключаем
Загибаем
Прячем под чехол
Разъем закрыт, чехол не топорщится
Погонял катушки со смартфоном
Зарядка идет, причем написано — быстрая беспроводная (есть просто беспроводная).
Потребляемый ток при напряжении 9В: 1.5А.
Тоже самое для Lightning
Температурные замеры
Работа (10Вт примерно на зарядке)
Снимаю и фотографирую по отдельности
Катушки и зарядка быстро остывают до приемлемых температур
Еще раз устанавливаю — рабочая температура при 10Вт — это 60-70 градусов. На катушке около 0.7….0.8A
Катушка спокойно выдает 4.7В при токе 0.7А….0.8А.
Обычный режим питания — 5В/0.5А
Прибавляю ток.
Обратите внимание, если прижим неплотный (например, смартфон лег криво, или далеко), то КПД передачи уменьшается, напряжение на катушке уменьшается сильно. Речь не идет про чехлы до 2-3 мм пробивает нормально). Заявлено до 8мм, но после 5 мм зарядка будет, но медленнее.
Стресс тест.
Ставлю электронную нагрузку на 0,9А (примерно) и оставляю на полчаса. Имитирую ситуацию с разряженным в ноль смартфоном.
И проверяю температуру. Держится стабильно на уровне 80°-90°С, Если подкрутить до 1.0А или плотно прижать к источнику (КПД передачи повышается, повышается напряжение, мощность примерно на 15%), то передаваемая мощность слегка вырастает, растет и выделение тепла. На фото показания более 100°. Остывает катушка быстро, буквально секунд за 30, если убрать с зарядки.
Продолжу мучения и издевательства, надругаюсь над одной из катушек.
Проклеена катушка металлизированным скотчем, плотным, как в конверте.
Внутри гибкая печатная плата и микросхема-преобразователь-стабилизатор.
Катушка намотана двойным проводом, плоская, виток к витку.
Толщина провода около 0.4мм, 
Катушка действительно компактная
Макро-фото преобразователя
Выводы.
Катушки интересные, можно безболезненно поиграться с Qi-зарядкой. Удобно, если все смартфоны у вас с Qi Wireless, а какой-то один без — это способ «подтянуть» его.
Беспроводная зарядка Qi Wireless удобна в ряде случаев. Например, неспешная зарядка в автомобиле, когда в холдере смартфон работает в качестве навигатора, при необходимости его схватил и побежал, без подстыковывания и отстыковывания мотни проводов. Кстати, можно же и запитать не только смартфоны, но и навигаторы, и прочие устройства с MicroUSB 5В — тут нет ограничений.
Указанные параметры выхода 5В/1А для катушки являются предельными.
В пределах 0.8А выход работает штатно. Смартфоны, которые перепробовал. заряжаются при 0.5…..0.7А.
В минусах укажу, что катушки, все-таки, дешевые. Частого подключения-отключения не переживут — или катушка надломится, или шлейф, или коннектор, который пластиковый.
Приемники Qi Wireless — недорогой способ добавить беспроводную зарядку в ваше устройство.
Что касается зарядки 10Вт — неплохая, особенно дизайн понравился. К ней вообще нет нареканий, заказал еще в качестве подарка друзьям.
Дополнительная информация — Пруфы покупки
Заказывал зарядку и одну катушку для айфона, продавец насыпал на тест еще катушку Type-C и MicroUSB.
Дисклеймер: в тестах использовал плату-переходник, которая имеет свое падение напряжение (и потери) на коннекторах. Погрешность может достигать 0.3В. Питался от внешнего аккумулятора, в зависимости от используемого источника могут быть различия при питании. Естественно, многое зависит от вашего смартфона. Например., Asus Zenfon2 имеет покатую заднюю крышку, КПД передачи в этом случае снижается, из-за неравномерности прижима.
Плата зарядки с защитой, для самоделок под литий
Плата довольно популярная и обзор на нее уже здесь был, так что я просто освежу информацию в памяти сообщества. Сам купил для переделки фонаря с ИК датчиком, т.к. он «поглощает» по 4 батарейки формата ААА каждый месяц. Обзор сделаю весной, когда собственно доберусь до этого фонаря.Кто впервые видит эту деталь, на языке обывателя вкратце расскажу, что это такое и как её можно применить в домашнем хозяйстве.
Данная плата в основном применяется для переделки изделий на батарейках под питание от лития (аккумуляторов 18650 и старых батарей от телефонов/смартфонов). Очень часто плату используют для переделки фонарей, настольных ламп, игрушек. Так же можно сделать самодельное зарядное устройство. А если добавить универсальную плату повышения напряжения, то можно смастерить хороший блок питания.
Примеры переделок
Вот пример переделки дешевого налобного фонаря.
Фото Alfardiys На фото плата без защитыПример переделки настольной лампы
Фото cartmannn. Плата с защитой
Вот так выглядит партия из 5-и штук. При необходимости просто отламываем один сегмент и начинаем мастерить.
Так выглядят платы с оборотной стороны
Плата очень маленькая и компактная, что дает возможность встроить ее практически в любое устройство без лишнего свободного пространства.
Подключение очень простое. Вставляем кабель в microUSB разъем и плата готова к работе.Проверим тестером напряжение на выходах
Теперь мультиметром.
Теперь USB-ZKE
Схема подключения
Другим источником может служить вот такой «умный» модуль AC-DC. Припаять провод с вилкой и готово питание от сети 220 В. Ссылка
Потребителем может быть светодиод фонарика или моторчик игрушки. А если поставить вот такой модуль, то получиться зарядка. Ссылка
А подключив такой модуль, сможете в ручную выставлять требуемое напряжение на выходе от 4 до 38 В Ссылка
Для подключения аккумулятора используем например вот такой держатель Ссылка
Упаковка
Оплата и трек
Цену продавец поднял совсем недавно и судя по продажам не надолго. Если надобность в платах не критичная, можно подождать пока цена упадет.
Как видим хоть платка и мала, но может служить хорошим подспорьем для переделки многих бытовых устройств на потребление от литиевых аккумуляторов.
Понимаю что ничего нового я не написал, но надеюсь что для кого-то этот пост будет полезен и интересен.
Спасибо за внимание.
