Daya Proyek 5 Volt bebas baterai: 16 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Sekarang Anda dapat memiliki catu daya yang diatur terus-menerus di ujung jari Anda tanpa baterai untuk diganti atau diisi ulang! Instruksi ini menunjukkan kepada Anda cara memodifikasi senter dinamo gantungan kunci menjadi pasokan rata-rata ramping yang dapat menggantikan baterai untuk proyek apa pun yang membutuhkan daya 5 volt arus searah (5V DC) cepat.

Jika Anda bahkan memasukkan logika digital, chip analog, atau mikrokontroler ke dalam sebuah proyek, ada kemungkinan Anda harus menemukan cara untuk menyediakan 5V DC ke sirkuit Anda. Ada beberapa sumber utama 5V, sehingga Anda dapat menggunakan kutil dinding untuk mengubah daya AC (yang jelas membatasi di mana Anda dapat membawa gadget baru Anda) atau Anda dapat menghabiskan waktu ekstra membangun sirkuit regulator untuk mendapatkan beberapa baterai 1,5V sesuai kebutuhan. voltase. Solusi ini diperlukan untuk beberapa sirkuit, tetapi untuk gadget yang lebih kecil, bukankah lebih baik memiliki suplai yang selalu siap sehingga Anda dapat langsung mengerjakan aspek lain dari proyek? Dengan menambahkan beberapa komponen elektronik ke senter dinamo yang tersedia secara luas, Anda dapat memberi daya pada perangkat kecil untuk waktu yang singkat tanpa menggunakan stopkontak atau baterai. Dinamo yang ditingkatkan sangat bagus untuk meja kerja atau memamerkan proyek baru di mana saja. Instruksi ini mencakup cara merakit dan memasang konverter DC-DC step-up yang mengubah tegangan rendah yang bervariasi dari generator dinamo gantungan kunci menjadi 5V konstan. Rangkaian step-up mengisi kapasitor besar yang menyediakan penyimpanan energi dan beberapa daya bahkan ketika dinamo tidak berputar. Dengan mengikuti langkah-langkah dalam Instruksi ini, Anda dapat menyelesaikan semua ini tanpa membuat papan sirkuit khusus atau menggunakan komponen pemasangan permukaan yang sulit disolder. Untuk mendapatkan bagian-bagian elektronik di dalam kotak gantungan kunci memerlukan beberapa origami sirkuit, tetapi setelah sekitar satu jam mengutak-atik Anda akan memiliki perangkat yang rapi yang dapat menghasilkan hingga 50 miliamp arus pada 5V DC konstan saat berliku dan daya miliwatt selama beberapa menit setelahnya. !

Langkah 1: Cara Kerjanya

Generator listrik Arus yang mengalir ke motor menciptakan medan magnet dalam gulungan yang melekat pada poros, yang berubah dengan adanya medan magnet dari magnet tetap. Ketika motor dijalankan secara terbalik - daya diterapkan dengan memutar poros - tegangan diinduksi dalam koil. Hukum Faraday mengatakan tegangan ini sebanding dengan laju perubahan medan magnet dalam kumparan. Jadi semakin cepat poros diputar, semakin besar tegangannya. Rasio roda gigi Serangkaian roda gigi digunakan di dalam gantungan kunci untuk membuat generator berputar secepat mungkin. Saat Anda memutar pegangan, itu membuat tiga roda gigi kompon bergerak. Setengah dari setiap gigi majemuk memiliki jari-jari kecil dan setengah lainnya memiliki jari-jari besar. Ketika radius kecil diputar, gigi di tepi radius yang lebih besar berubah lokasi pada tingkat yang lebih cepat secara proporsional. Dengan mengalirkan roda gigi majemuk ini, laju engkol dapat dikalikan beberapa kali dan poros generator dapat diputar jauh lebih cepat daripada yang dapat diputar manusia. Kebutuhan akan konverter step-up dan kapasitor penyimpananRasio roda gigi gantungan kunci dapat menghasilkan beberapa volt dengan engkol yang wajar, tetapi tegangannya tidak cukup tinggi untuk mencapai 5V. Tegangan ini juga berubah dengan cepat berdasarkan kecepatan putaran poros. Untuk mendapatkan output 5V yang stabil, diperlukan konverter step-up. Sirkuit terpadu khusus yang dipilih - MAX756 - dapat mengubah tegangan serendah 0,7V menjadi 5V dan hadir dalam paket 8 pin yang praktis. Rangkaian step-up didasarkan pada rangkaian aplikasi di lembar data MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfMeskipun senter gantungan kunci dinamo ini diiklankan tidak memerlukan baterai, mereka tampaknya memiliki tiga baterai seukuran koin di dalamnya. Generator disolder ke tumpukan baterai koin ini dalam sirkuit pengisian yang agak kasar. Namun, menurut saya baterai ini tidak dimaksudkan untuk dapat diisi ulang, dan cenderung cepat habis setelah pengosongan awal. Instruksi ini menggantikan tumpukan koin ini dengan kapasitor besar yang dapat diisi ulang lebih sering dan lebih efisien. Lihat skema untuk tata letak seluruh rangkaian. Komponen spesifik dipilih untuk penyolderan tangan yang mudah sambil menjadi ukuran terkecil yang masih dinilai untuk voltase di sirkuit. Catatan: Lembar data MAX756 memiliki C3 sebagai kapasitor 150 uF. Kapasitor 150 uF yang saya temukan secara fisik jauh lebih besar daripada yang 100 uF dan tidak muat di dalam gantungan kunci kecil. Jadi saya mengganti C3 dengan kapasitor 100 uF dan tampaknya berfungsi dengan baik.

Langkah 2: Suku Cadang dan Alat

Suku cadang konverter step-upSuku cadang untuk rangkaian step-up dapat diperoleh dari distributor elektronik seperti Digikey. U1 -- MAX756 3.3V/5V konverter DC-DC step-up, paket DIP 8-pin [Digikey# MAX756CPA+-ND]C1 -- 0,33 F 5.5V kapasitor, paket koin [Digikey# 604-1024-ND]C2, C3 -- 100 uF 6.3V aluminium electrolytic kapasitor, mini radial [Digikey# P803-ND]C4 -- 0.1 uF 25V ceramic kapasitor serba guna, lubang tembus [Digikey# BC1148CT-ND]L1 -- 22 uH RF choke, aksial [Digikey# M8138CT-ND]R1 -- 1k, 1/4W resistor film karbon serba guna, aksial [Digikey# 1.0KQBK -ND]D2 -- 1A 20V Schottky diode, axial [Digikey# 1N5817GOS-ND]D3 -- Jika Anda tidak dapat mendaur ulang LED asli pada senter karena kabelnya terlalu pendek, Anda dapat menggunakan LED 2 mA, bulat T1 3mm [misalnya Digikey#475-1402-ND]Senter Gantungan Kunci DinamoSaya menggunakan senter gantungan kunci dinamo LED yang ditandai sebagai AIDvantage dan dibuat oleh LTA, Inc. (item# 02119) untuk proyek ini. Ada berbagai macam senter berukuran ini di pasaran yang dibuat oleh produsen yang berbeda -- saya pernah melihatnya di toko bahan makanan (Giant di Pantai Timur) dan toko komputer (Microcenter). Anda dapat menemukannya secara online dengan Googling: senter gantungan kunci dinamo. Mereka biasanya berharga kurang dari $5. Saya menemukan ada beberapa variasi kecil antara senter yang dibuat oleh produsen yang berbeda. Satu senter yang saya dapatkan di Microcenter tidak memiliki papan sirkuit untuk LED -- LED hanya disolder langsung ke baterai. Papan sirkuit LED ini bagus tetapi tidak diperlukan. Jika Anda menemukan bahwa tidak ada papan sirkuit terpisah untuk LED, Anda cukup menyolder masing-masing kabel positif dan negatif dari kombo LED+resistor dan kabel output bersama-sama. Sedikit lem panas di dalam pelat muka dekat LED dan kabel keluaran dapat memberikan kekuatan mekanis pada rakitan. Variasi lainnya adalah bahwa sakelar pada versi ini juga disolder sedikit berbeda ke baterai. Jika tidak, itu hampir identik. Kabel keluaran Saya menggunakan kabel USB A male ke mini-B USB male yang diambil dari pemutar MP3 mati sebagai kabel output. Saya memilih kabel ini karena input mini-USB umum untuk sirkuit kecil. Karena ada 4 koneksi di dalam kabel ini, Anda harus mencari tahu kabel mana yang merupakan kabel positif & negatif. Namun, Anda dapat menggunakan jenis kabel output apa pun yang Anda inginkan jika Anda mengetahui polaritasnya. Untuk menguji rangkaian, Anda mungkin juga ingin memiliki soket pelengkap yang tersedia untuk adaptor keluaran. Saya melepas penyolderan stopkontak mini-B dari pemutar MP3 yang mati dan menghubungkan kabel merah dan hitam masing-masing ke 5V dan pin arde. AlatAnda akan memerlukan alat berikut untuk membuat dan menguji dinamo yang dimodifikasi:-- wire stripper-- menyolder besi, solder, & fluks (Petunjuk ini mengasumsikan Anda telah menyolder sebelumnya)-- voltmeter & kabel uji-- obeng Phillips kecil (untuk membuka kotak senter)- pita listrik-- pemotong kawat kecil-- tang kecil-- pinset (opsional, tetapi disarankan)-- catok lengan yang dapat disesuaikan, perkakas tangan ketiga (opsional, tetapi disarankan)- obeng pipih kecil (opsional, tetapi disarankan)-- pistol lem panas (opsional, tetapi disarankan)-- pisau hobi (opsional, tetapi direkomendasikan)

Langkah 3: Origami Sirkuit: MAX756 dan Kapasitor Penyimpanan

A. Identifikasi 8 pin pada MAX756 dan arahkan chip dengan pin 1 di kiri bawah.

B. Balikkan chip (yaitu putar 180 derajat melalui sumbu panjang) dan jepit pin 4 dan 5. Pin ini masuk ke fitur indikator baterai rendah MAX756 dan tidak digunakan dalam Instruksi ini. Anda dapat memodifikasi rangkaian dan menggunakan pin ini untuk menentukan kapan tegangan pada kapasitor penyimpanan (C1) rendah. Balikkan kapasitor penyimpanan sehingga pin negatif berada di sebelah kiri. C. Tempatkan MAX756 pada kapasitor penyimpanan sehingga chip kira-kira berada di antara pin negatif C1(-) dan positif C1(+) kapasitor penyimpanan. D. Tekuk pin kapasitor penyimpanan ke arah MAX756 seolah-olah untuk menjepit chip pada tempatnya. Tekuk pin 2 dan 7 pada MAX756 sehingga hampir menyentuh pin negatif kapasitor penyimpanan C1(-). Tekuk pin 6 sehingga hampir menyentuh pin positif kapasitor penyimpanan C1(+). E. Solder bersama C1(-) dan pin 2 dan 7 pada MAX756. Kemudian solder bersama C1(+) dan pin 6 pada MAX756. F. Terakhir, potong sepotong kecil pita listrik kira-kira seukuran tinggi dan lebar MAX756. Gunakan bagian ini untuk menutupi sambungan yang disolder di E.

Langkah 4: Origami Sirkuit: Induktor, Kapasitor Referensi, Dioda Schottky

A. Tempatkan induktor L1 pada pin 1 dan 8 pada MAX756. Tekan lead L1 terhadap pin MAX756 sehingga komponen sedekat mungkin dengan badan chip.

B. Solder L1 ke pin 1 dan 8 dan jepit sisa panjang lead L1. C. Tempatkan kapasitor keramik C4 sehingga salah satu timah menyentuh pin 3 pada MAX756 dan yang lainnya menekan bagian terbuka dari pin 2, yang sekarang sebagian besar berada di bawah pita listrik. D. Solder C4 ke pin 2 dan 3 dan jepit sisa panjang kabel C4. E. Melihat MAX756 dengan pin 1 di kiri atas, letakkan dioda Schottky D2 pada langkan yang dibuat oleh kapasitor besar C1. Tekuk pin D2 katoda D2(-) -- diidentifikasi dengan pita -- di sekitar badan MAX756 sehingga menyentuh terminal positif C1, C1(+). Tekuk anoda D2 D2(+) ke atas sehingga menyentuh pin 8 pada MAX756. F. Solder pin D2 ke MAX756 dan jepit sisa panjang kabel. Potong pin 8 dan 3.

Langkah 5: Origami Sirkuit: Kapasitor Elektrolit, Bagian 1

A. Berdirikan kapasitor elektrolit C2 dan C3 pada ujungnya sehingga terminal negatif, C2(-) dan C3(-), terletak bersebelahan.

B. Tekuk C3(-) di sekitar C2(-). C. Solder dua lead negatif bersama-sama dekat dengan C2. Ini akan membuat ground lead untuk dua kapasitor. Pastikan untuk tidak menyolder terminal positif C2 secara tidak sengaja. Klip sisa panjang C2(-). D. Balikkan kapasitor ke arah Anda. Tekuk C3(-) ke dalam saluran yang dibuat di antara dua kapasitor. Di dekat ujung kapasitor, tekuk sisa panjang 90 derajat seperti Anda membuat kaki untuk kedua kapasitor. E. Dengan C1(-) menghadap Anda, letakkan C2 dan C3 di sisi kiri dan selipkan kaki C3(-) di antara terminal C1(-) dan badan C1. F. Solder C3(-) ke C1(-). Anda mengikat pin ground C2, C3, dan C1 bersama-sama.

Langkah 6: Sirkuit Origami: Kapasitor Elektrolit, Bagian 2

A. Tekuk terminal positif C3, C3(+) ke arah pin 1 pada MAX756 sehingga berada di dalam pin 1 dan 2.

B. Solder C3(+) ke pin 1 pada MAX756. Potong sisa panjang pin 1. C. Putar rakitan sehingga bertumpu pada kabel negatif C1, C1(-). Potong pita listrik yang lebih sempit dari lebar kapasitor C2 dan C3 bersama-sama dan sekitar dua kali lebih panjang. Tempatkan pita listrik ini antara C1 dan C2/C3 sehingga akan menutupi pin ground C2/C3. Ini akan menjaga C2(+) agar tidak menyentuh dan korslet secara tidak sengaja ke ground. E. Tekuk C2(+) 90 derajat sehingga melewati sambungan solder C2/C3. Kemudian tekuk 90 derajat ke arah terminal C1(+). F. Solder C2(+) ke C1(+) dan potong panjang yang tersisa.

Langkah 7: Membuat Kabel Output

Proses pembuatan kabel output tergantung pada adaptor apa yang Anda pilih untuk proyek Anda. Langkah ini mencakup cara memasukkan kabel USB mini-B male, karena ini adalah format colokan listrik yang umum. Saya menggunakan kabel yang berasal dari pemutar MP3 mati dan memiliki ujung USB-A male dan mini-B male.

Potong kabel sekitar 5 inci dari ujung ujung mini-B. Lepaskan ujung USB-A dan 4 kabel di dalamnya. Untuk menentukan kabel mana yang positif dan ground, colokkan USB-A ke soket USB yang dialiri daya. Uji kombinasi kabel dengan voltmeter - jika ada kabel merah dan hitam, mereka mungkin masing-masing memberikan daya dan ground positif. Lepaskan isolator luar pada ujung mini-B sekitar 1/4 inci. Setelah Anda mengetahui kabel mana yang positif dan ground, J1(+) dan J1(-), lepaskan kabel ini di ujung mini-B dan rapikan dua kabel yang tersisa.

Langkah 8: Membongkar Senter

A. Gunakan obeng Phillips pada keempat sekrup untuk membongkar senter.

B. Senter harus terlepas dengan mudah. Identifikasi bagian mana yang merupakan bagian atas kasing, bagian bawah kasing, dan pelat muka. C. Tarik elektronik keluar. D. Jepit kedua kabel di dekat pelat muka. Anda akan menggunakan kabel yang disolder ke sakelar, jadi simpan kabel itu selama mungkin. Kemudian jepit kabel dan ujung dioda D1 (ujung katoda negatif ditandai dengan garis hitam) dekat dengan baterai koin yang ditumpuk sehingga panjang kabel dan dioda yang memanjang dari motor M1 sepanjang mungkin.

Langkah 9: Mempersiapkan Faceplate

Catatan: tidak semua senter gantungan kunci dinamo memiliki papan sirkuit LED. Jika milik Anda tidak, Anda dapat melewati langkah ini.

A. Tempelkan obeng pipih di antara plastik pelat muka dan papan sirkuit LED. B. Putar obeng. Pelat muka dan papan sirkuit LED harus terpisah. C. Temukan inti pada pelat muka plastik. D. Klip inti dengan pemotong kawat. E. Sisi inti akan menghadap keluar di dinamo baru. F. Desolder LED dari papan sirkuit LED. Cobalah untuk mengekstrak LED utuh dan biarkan lubang terbuka untuk pin di masa depan.

Langkah 10: Membuat Faceplate

A. Jika papan sirkuit LED Anda mirip dengan yang ada di diagram, arahkan LED D3 sehingga pin katoda D3(-) akan masuk ke lubang yang berlawanan dengan ujung datar dari garis LED1 putih bundar.

B. Tekuk anoda D3 D3(+) 90 derajat dan masukkan D3(-) ke dalam lubang di papan sirkuit LED. C. Potong D3(+) setelah tikungan sehingga panjangnya kurang dari 1/8 inci. Klip satu ujung resistor 1k ohm R1 sehingga panjangnya juga sekitar 1/8 inci. Masukkan ujung panjang R1, R1(2), melalui lubang di papan sirkuit LED dan solder ujung pendek R1 dan D3(+) bersama-sama. D. Balikkan papan sirkuit LED. Solder R1(2) ke lubang yang tidak ditempati oleh D3(+) dan potong sisa panjangnya. Strip tembaga R1(2) sekarang disolder ke bus positif. E. Balikkan papan sirkuit LED kembali. Masukkan kabel output melalui salah satu lubang di pelat muka plastik. Perhatikan bahwa arah pelat muka sekarang terbalik dan pelat muka akan menonjol setelah Anda selesai. F. Solder J1(+) melalui lubang yang menghubungkan ke bus positif. Solder J1(-) ke ground bus.

Langkah 11: Menyelesaikan Faceplate

A. Oleskan sedikit lem panas ke celah antara papan sirkuit LED dan pelat muka di sisi kabel. Ini akan memberi rakitan beberapa kekuatan mekanis.

B. Karena Anda tidak memerlukan baterai koin, putuskan kawat dari tumpukan. Solder kabel ini ke R1(2). Kawat ini akan memberikan daya ke LED dan kabel output setelah dihubungkan ke output konverter step-up.

Langkah 12: Memasang Sakelar dan Rangkaian Konverter Step-up

A. Matikan sakelar dari tumpukan baterai koin senter.

B. Pastikan pinout sakelar terlihat seperti foto, dengan kawat disolder ke pin atas SW1(2) dan tidak ada di dua bawah. Tekuk pin tengah SW1(1) sekitar 45 derajat dari badan sakelar. Anda dapat memotong pin bawah. C. Setengah bagian bawah casing memiliki tiga fitur plastik di sisi pelat muka yang akan mencegah sirkuit baru masuk ke dalam. Potong ini menggunakan pemotong kawat. D. Anda mungkin perlu menggunakan pisau hobi untuk memotong fitur-fitur ini hingga rata dengan bagian kasing lainnya. E. Letakkan sakelar di bagian bawah kotak di lokasi aslinya. Pastikan pin dengan kabel, SW1(2), paling dekat dengan ujung pelat muka. F. Tempatkan seluruh rangkaian konverter step-up ke dalam rongga, dengan kapasitor besar C1 menghadap ke sakelar dan dua kapasitor elektrolitik C2 dan C3 di belakang. SW1(1) harus menekan terminal negatif C1, C1(-). Jika tidak, tekuk ke arah kapasitor. Anda mungkin ingin memasang pita listrik pada C1(-) di belakang pin SW1(2) agar tidak korslet.

Langkah 13: Menghubungkan Sirkuit Faceplate dan Step-up Converter

A. Pasang kembali motor M1 ke posisi semula di bagian bawah casing. Perpanjang kabel yang keluar dari motor - kabel ground M1(-) - sehingga menyentuh pin tengah sakelar, SW1(1), dan terminal negatif kapasitor besar, C1(-).

B. Potong dan kupas kabel M1(-) dengan panjang yang sesuai dan solder kabel, SW1(1), dan C1(-) bersama-sama. Ini adalah koneksi yang penting, jadi pastikan ketiganya disolder. C. Putar casing sehingga motor berada di sebelah kiri Anda, dan tekuk kabel katoda D1, D1(-), sehingga menyentuh bagian terminal positif C3, C3(+) yang terbuka. D. Solder D1(-) dan C3(+) bersama-sama dan potong sisa panjang D1(-). E. Solder kabel SW1(2) ke bus negatif pelat muka. F. Solder kabel yang terhubung ke bus positif pelat muka ke terminal positif kapasitor besar, C1(+).

Langkah 14: Perakitan Kembali

Untuk menyelesaikan perakitan, pasang pelat muka di bagian bawah casing. Bibir pelat muka harus berada di dalam bibir casing untuk menahannya di tempatnya.

Anda mungkin ingin memasang pita listrik pada motor jika menurut Anda dioda D1 berisiko mengalami korslet pada casing motor. Pasang kembali roda gigi dan pegangan ke posisi semula. Konsultasikan foto di bawah ini untuk melihat bagaimana mereka berorientasi dalam kasus ini. Letakkan bagian atas kasing di atas bagian bawah. Kedua bagian harus cocok satu sama lain jika konverter step-up dibuat cukup dekat dengan yang ada di Instructable ini. Balikkan catu daya yang baru dan lebih baik dan kencangkan keempat sekrupnya.

Langkah 15: Pengujian

Alihkan sakelar ke pelat muka. Itu adalah posisi On.

Pegang catu daya dinamo di tangan kiri Anda dan engkol gagangnya dengan tangan kanan Anda. Sekitar dua putaran per detik itu bagus. Anda harus menghadapi sedikit hambatan -- itulah pengisian kapasitor. Setelah beberapa detik tegangan akan cukup tinggi menyalakan LED. Saat kapasitor mendekati 5V, resistansi akan turun. Pada saat itu, kapasitor diisi. Jika Anda memiliki adaptor pelengkap dengan kabel daya untuk kabel output Anda, Anda dapat menghubungkannya ke voltmeter. Di sekitar titik di mana resistensi engkol turun, Anda akan melihat bahwa tegangan mendekati dan tetap di dekat 5V. Jika Anda menemui hambatan tetapi LED tidak menyala, periksa sambungan pelat muka. Jika tegangan keluaran melebihi 5V, pastikan kapasitor elektrolit disolder dengan benar. Jika Anda tidak menemukan hambatan apa pun dan itu jelas tidak berfungsi, mungkin ada korsleting di suatu tempat di rangkaian konverter step-up.

Langkah 16: Aplikasi

Saya menggunakan suplai dinamo untuk memberi daya pada papan Evaluasi Luminary LM3S811 yang mencetak "5V - tanpa baterai!" ke layar OLED. Karena chip yang digunakan pada papan ini, ia menarik cukup banyak arus…sekitar 80 mA. Akibatnya tidak berjalan terlalu lama pada catu daya dinamo sampai membutuhkan beberapa engkol, tetapi berjalan cukup lama untuk mem-flash teks yang berbeda di layar. Catu daya dinamo akan bekerja paling baik dengan sirkuit yang menarik arus beberapa mA. Sirkuit dapat berjalan hingga 10 menit tanpa engkol, tergantung pada tegangan operasi minimumnya.

Saya juga menguji suplai dinamo dengan motor hobi. Saat memutar, motor bersenandung dengan arus 50 mA.