Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ładowanie bezprzewodowe - budowa ładowarki indukcyjnej

04 Cze 2016 21:59 4299 12
  • Poziom 5  
    Witam!

    Chciałbym uzyskać efekt ładowania indukcyjnego, przy czym ładowanym elementem miałby być robot zabawka wyposażony w baterie litowo-jonową. Nie mam potrzeby stosowania protokołów Qi itp. Po prostu parkuje robocika na podstawce, a on ma zacząć się ładować ;)

    Nie oczekuję gotowca, a jedynie uwag / porad jak mogę ulepszyć układ, aby uzyskać lepsze właściwości głównie jeśli chodzi o sprawność i wydajność prądową. Bardzo mnie ten temat zaciekawił, nakupowałem sporo gotowych cewek i chciałbym dla samego siebie czegoś się nauczyć i wykonać tego typu ładowarkę ;)

    W chwili obecnej wykonałem nadajnik i odbiornik według schematu:

    Ładowanie bezprzewodowe - budowa ładowarki indukcyjnej

    a) Nadajnik

    Zbudowany w oparciu o cewkę 6,3uH (produkcji Abracon o oznaczeniu AWCCA-50N50H35-C02-B) i wraz z kondensatorem 200nF tworzą układ rezonansowy przy sygnale kluczującym tranzystor wynoszącym 150kHz.

    Nadajnik pobiera około 500mA. Na oscyloskopie widać, że napięcie na cewce przypomina sinusoidę od 0V do napięcia zasilania.

    b) Odbiornik

    Zbudowany jest w oparciu o cewkę 10,7uH(produkcji Vishay o oznaczeniu IWAS-3827EC-50) i kondensator 100nF tworzą układ rezonansowy dla sygnałów 150kHz.

    Na oscyloskopie dostaję ładną sinusoide o napieciu 0d -6 do +6V, ale o bardzo małej wydajności prądowej. Oczywiście sygnał z cewki odbiorczej trafia na mostek Gretza jest prostowane i stabilizowane na poziomie 5V.

    Suma sumarum przy takim podłączeniu napięcie ma oczekiwaną wartość, ale pobór prądu jest na poziomie około 50mA (potem już szybko napięcie spada).

    Tak jak pisałem wcześniej jestem na etapie kombinowania w każdą możliwą stronę. Kolejnym krokiem jest podanie na cewkę nadawczą sygnał sinusoidalny oraz w obecnym układzie zwiększenie prądu płynącego przez cewkę nadawczą.

    Na każdą propozycję, ewentualnie wytknięcie jakiś błędów bardzo dziękuje!

    Pozdrawiam!
  • Poziom 40  
    Z tego co wiem, to ładowanie indukcyjne ma kiepską sprawność mimo wszystko. Natomiast rzeczą decydującą o wysokiej sprawności ładowania jest współczynnik sprzężenia magnetycznego cewek k. Z przybliżeniem można go policzyć z tego wzoru:
    k=r1*r2²/(r1²+l²)√(r1²+l²)
    gdzie: r1 - promień cewki 1
    r2 - promień cewki 2
    l - odległość między cewkami o wspólnej osi
    Jak widać stopień sprzężenia zależy od odległości między cewkami. Bardzo ważne jest też ich wzajemne ułożenie - cewki powinny być umieszczone na wspólnej osi - każda odchyłka będzie mocno obniżać sprawność rozwiązania.
    Czyli mówiąc oględnie - cewki muszą być jak najbliżej siebie i być umieszczone jak najbardziej współosiowo - bardzo duży wpływ na sprawność ma też częstotliwość pracy układu - czym wyższa tym sprawność także rośnie - ale należy pamiętać by nie przesadzać z częstotliwością ze względu na możliwe zakłócenia EM.
    A tak praktycznie to transformatory powietrzne (a takim jest twój układ) mają z zasady działania kiepską sprawność. I rewelacyjnych wyników mimo wszystko bym się nie spodziewał...
  • Pomocny post
    Poziom 36  
    Producenci podają wydajność rzędu 70% i 10 W po stronie odbiorczej, a więc całkiem nieźle.

    W Twoim przypadku:
    12Vx500 mA=6W
    6W x70%=4,2W
    czyli ok 100 mA przy ładowaniu akumulatora o napięciu 4,2 V.

    Uzyskałeś 50 mA; być może z powodu braku pełnego rezonansu:

    6,3 µH i 200 nF to 142 KHz
    10,7 µH 100 nF to 154 kHz

    Zwróć również uwagę na szeregowo dołączony do cewek kondensator(y) w profesjonalnych rozwiązaniach:

    http://www.low-powerdesign.com/article_TI-Qi.html
  • Poziom 5  
    Dziękuję za odpowiedzi.

    Adamcyn - Widziałem miedzy innymi link z Twojej odpowiedzi, ale nie do końca rozumiem w jakim celu dodawany jest ten kondensator w szeregu i jak go obliczyć.

    W moim przypadku kondensator podłączony do cewki wyliczany był ze wzoru f=1/(2*pi*√(L*C)) tak, aby w układzie nadajnika i odbiornika uzyskać rezonans przy odpowiedniej częstotliwości.

    W sumie w nadajniku mam połączenie szeregowe LC, a w odbiorniku równolegle.
    Generalnie sugerowałem się między innymi tą stroną:

    http://www.nutsvolts.com/magazine/article/august2013_Bates
  • Poziom 36  
    Pawel_1985 napisał:
    W moim przypadku kondensator podłączony do cewki wyliczany był ze wzoru f=1/(2*pi*√(L*C)) tak, aby w układzie nadajnika i odbiornika uzyskać rezonans przy odpowiedniej częstotliwości.

    Skorzystałem z tego kalkulatora:
    http://ekalk.eu/lc_pl.html
    Pawel_1985 napisał:
    nie do końca rozumiem w jakim celu dodawany jest ten kondensator w szeregu i jak go obliczyć

    Sądzę, że jest on szczególnie ważny po stronie odbiorczej, aby zmniejszyć oddziaływanie mostka i kondensatora filtrującego o dużej pojemności - tłumienie i odstrojenie obwodu LC.
    Wypróbuj różne wartości, pamiętając o zmniejszeniu prądu z cewki na skutek reaktancji tego kondensatora.
  • Pomocny post
    Poziom 40  
    Bardzo ważną rzeczą oprócz częstotliwości rezonansowej jest dobroć obwodu. Określa ona efektywne pasmo przenoszenia obwodu LC (inaczej mówiąc selektywność). Im dobroć większa tym obwód "ostrzejszy" (bardziej selektywny o stromej charakterystyce częstotliwościowej). Zazwyczaj o całkowitej dobroci obwodu decyduje dobroć cewki. Oczywiście dobroć cewki nie jest stała i zależy od wielu czynników - nie mniej jednak każda cewka ma zakres maksymalnej dobroci. W przypadku cewki IWAS-3827EC-50 producent podaje wartość dobroci Q=30. Co oznacza, że użyteczne pasmo obwodu z tą cewką wynosi 154 kHz/30=5,13 kHz. Co to oznacza? Że w odległości 5,13 kHz od częstotliwości rezonansowej układ będzie odbierał tylko połowę mocy jaką odbierałby przy częstotliwości rezonansowej.
    Natomiast dla cewki Abracon producent podaje Q=72 czyli dla obwodu nadawczego pasmo wynosi: 142 kHz/72=1,97 kHz - czyli pasmo tego obwodu zawiera się między 140,03 kHz a 143,97 kHz. Natomiast pasmo obwodu odbiorczego wynosi 148,87 kHz do 159,13 kHz. U ciebie jak wyliczył kolega @Adamcyn częstotliwości rezonansowe to odpowiednio 142 kHz i 154 kHz. A z tych uproszczonych wyliczeń wynika, że pasma obwodów nadawczego i odbiorczego się nie pokrywają - a to oznacza, że obwody nie są w stanie przesłać między sobą maksymalnej ilości energii. Oczywiście trzeba mieć na uwadze, że wzięta do obliczeń wartość dobroci to podana przez producenta najkorzystniejsza wartość - w rzeczywistości może się ona trochę różnić, niemniej jednak szukałbym przyczyny niskiej sprawności w niedopasowaniu obwodów. Cewka Abracona ma parametry dobroci mierzone dla częstotliwości 100 kHz a cewka Vishaya dla 200 kHz - dla innych częstotliwości mogą się one znacznie różnić. Na dodatek należy wziąć jeszcze pod uwagę tolerancję parametrów użytych elementów - co także będzie wpływać na częstotliwość rezonansową i inne parametry obwodu. Może oprócz kondensatora stałego warto zastosować jeszcze kondensator o zmiennej pojemności i za jego pomocą dostroić obwody do siebie...
  • Poziom 38  
    Zastanòw się nad polepszeniem sprzężenia.Cewka nawinięta na rurce, która wchodzi do rurki z cewką nadawczą.
  • Poziom 5  
    Fajnie temat się rozwinął;)

    Zbigniew - proponujesz rozwiązanie coś na wzór elektrycznych szczoteczek do zębów, niestety ale ja wolałbym już zostać przy już kupionych płaskich cewkach.

    Adamcyn, Xantix - faktycznie nie sądziłem, że dobór tych kondensatorów musi być tak dokładny i pomimo tego, że korzystałem z tego samego kalkulatora to w wykonanym prototypie dałem kondensatory, które rozmijały się o te kilka nF względem wyliczonych wartości.

    Zastanawiam się czy jeśli nadajniku i odbiorniku wykorzystam dwie takie same cewki (np. Abracona - kupowałem po 2 sztuki) i dam identyczne kondensatory to czy nie bedzie to dobry sposób na szybkie i łatwe dopasowanie obwodów rezonansowych?

    Dodam również kondensator w szeregu do układu LC w odbiorniku (np. około 47uF).

    Zastanawiam się czy nie zmienić jeszcze trochę nadajnika i na przykład czy nie podłączyć kondensatora w szeregu lub równolegle do cewki (kondensator do kolektora, a nie do masy).
  • Poziom 40  
    Pawel_1985 napisał:
    Zastanawiam się czy jeśli nadajniku i odbiorniku wykorzystam dwie takie same cewki (np. Abracona - kupowałem po 2 sztuki) i dam identyczne kondensatory to czy nie bedzie to dobry sposób na szybkie i łatwe dopasowanie obwodów rezonansowych?

    No, na pewno zastosowanie identycznych elementów ułatwi ich dopasowanie - między innymi dlatego, że wtedy oba obwody miałyby podobne parametry i ich przebieg w funkcji częstotliwości. Najlepiej zastosować kondensatory o niskiej tolerancji.
    Albo też zmierzyć rzeczywistą indukcyjność każdej z cewek i na tej podstawie dobrać precyzyjnie kondensator do każdego obwodu. W razie czego zawsze można dostroić za pomocą kondensatora zmiennego.
  • Poziom 36  
    Paweł,
    przeskanuj obwód odbiorczy w paśmie 100- 200 Khz (bez kondensatora w nadajniku) mierząc i zapisując poszczególne napięcia. Wyznaczysz rzeczywistą częstotliwość rezonansową odbiornika i powstanie przy tym wykres dobroci, o którym napisał kol. Xantix.
    Określisz jednocześnie również wpływ kondensatora szeregowego, mostka Graetza i kondensatora filtrującego, odpowiednio odłączając te elementy.

    Kondensator równolegle do cewki w nadajniku to dobry pomysł.
    Szeregowy kondensator separujący w odbiorniku to raczej rząd nF, a nie µF.
  • Poziom 38  
    To jest rozwiązanie z bramy przesuwnej, przemysłowej, sprawdzone.