Puissance de projet 5 volts sans batterie : 16 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

Maintenant, vous pouvez avoir une alimentation régulée en permanence à portée de main sans piles à remplacer ou à recharger ! Ce Instructable vous montre comment modifier une lampe de poche à dynamo porte-clés en une alimentation moyenne maigre qui peut remplacer les piles pour tous les projets nécessitant une alimentation rapide en courant continu de 5 volts (5 V CC).

Si vous avez même inclus une logique numérique, des puces analogiques ou un microcontrôleur dans un projet, il y a de fortes chances que vous ayez dû trouver un moyen de fournir 5 V CC à votre circuit. Il existe peu de sources primaires de 5 V, vous pouvez donc utiliser une verrue murale pour convertir le courant alternatif (ce qui limite évidemment l'endroit où vous pouvez emporter votre nouveau gadget) ou vous pouvez passer plus de temps à construire un circuit régulateur pour obtenir plusieurs piles de 1,5 V au besoin Tension. Ces solutions sont nécessaires pour certains circuits, mais pour les petits gadgets, ne serait-il pas agréable d'avoir un approvisionnement toujours prêt afin que vous puissiez directement travailler sur d'autres aspects du projet ? En ajoutant quelques composants électroniques à une lampe de poche à dynamo largement disponible, vous pouvez alimenter de petits appareils pendant de courtes périodes sans utiliser de prises ou de piles. La dynamo améliorée est idéale pour l'établi ou pour montrer de nouveaux projets à peu près n'importe où. Ce Instructable explique comment assembler et installer un convertisseur DC-DC élévateur qui transforme la basse tension variable du générateur de la dynamo du trousseau en un 5V constant. Le circuit élévateur charge un gros condensateur qui fournit un stockage d'énergie et une certaine puissance même lorsque la dynamo ne tourne pas. En suivant les étapes de ce Instructable, vous pouvez accomplir tout cela sans fabriquer un circuit imprimé spécial ou utiliser des composants de montage en surface difficiles à souder. Pour obtenir les pièces électroniques à l'intérieur du boîtier du porte-clés, il faut un peu d'origami de circuit, mais après environ une heure de bricolage, vous aurez un appareil soigné qui peut fournir jusqu'à 50 milliampères de courant à un courant continu de 5V pendant l'enroulement et des milliwatts de puissance pendant les minutes qui suivent. !

Étape 1: Comment ça marche

Générateur électriqueLe courant circulant dans un moteur crée un champ magnétique dans des bobines fixées à l'arbre, qui tourne en présence d'un champ magnétique provenant d'aimants fixes. Lorsqu'un moteur tourne à l'envers - la puissance est appliquée en tournant l'arbre - une tension est induite dans la bobine. La loi de Faraday dit que cette tension est proportionnelle à la vitesse à laquelle le champ magnétique change dans la bobine. Ainsi, plus l'arbre est tourné rapidement, plus la tension est élevée. Rapports d'engrenageUne série d'engrenages est utilisée dans le porte-clés pour faire tourner le générateur le plus rapidement possible. Lorsque vous tournez la poignée, elle met en mouvement trois engrenages droits composés. Une moitié de chaque engrenage composé a un petit rayon et l'autre moitié a un grand rayon. Lorsque le petit rayon est tourné, les dents au bord du plus grand rayon changent d'emplacement à une vitesse proportionnellement plus rapide. En cascadant ces engrenages composés, le taux de démarrage peut être multiplié plusieurs fois et l'arbre du générateur peut être tourné beaucoup plus rapidement qu'un humain ne pourrait le tourner. Le besoin du convertisseur élévateur et du condensateur de stockage Le rapport de démultiplication du porte-clés peut générer quelques volts avec démarrage raisonnable, mais la tension n'est pas assez élevée pour atteindre 5V. Cette tension varie également rapidement en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre. Pour obtenir une sortie 5V stable, un convertisseur élévateur est nécessaire. Le circuit intégré spécifique choisi - le MAX756 - peut transformer des tensions aussi basses que 0,7 V en 5 V et est livré dans un boîtier pratique à 8 broches. Le circuit élévateur est basé sur le circuit d'application de la fiche technique du MAX756. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdfMême si ces lampes de poche à dynamo sont annoncées comme n'ayant pas besoin de piles, elles semblent avoir trois piles de la taille d'une pièce à l'intérieur. Le générateur est soudé à cette pile bouton dans un circuit de charge quelque peu grossier. Cependant, je ne pense pas que ces batteries soient destinées à être rechargeables et elles ont tendance à se décharger rapidement après la décharge initiale. Ce Instructable remplace cette pile de pièces par un gros condensateur qui peut être rechargé plus fréquemment et est plus efficace. Voir le schéma pour la disposition de l'ensemble du circuit. Les composants spécifiques ont été choisis pour un soudage manuel facile tout en étant les plus petites tailles encore évaluées pour les tensions dans le circuit. Remarque: la fiche technique du MAX756 a C3 comme condensateur de 150 uF. Les condensateurs de 150 uF que j'ai trouvés étaient physiquement beaucoup plus gros que ceux de 100 uF et ne rentraient pas dans le petit porte-clés. J'ai donc remplacé C3 par un condensateur de 100 uF et cela semble bien fonctionner.

Étape 2: Pièces et outils

Pièces du convertisseur élévateurLes pièces du circuit élévateur peuvent être obtenues auprès d'un distributeur d'électronique tel que Digikey. U1 -- MAX756 Convertisseur CC-CC élévateur 3,3V/5V, boîtier DIP à 8 broches [Digikey# MAX756CPA+-ND]C1 -- Condensateur 0.33 F 5.5V, paquet de pièces [Digikey# 604-1024-ND]C2, C3 -- Condensateur électrolytique aluminium 100 uF 6.3V, mini radial [Digikey# P803-ND]C4 -- 0.1 uF 25V céramique condensateur à usage général, traversant [Digikey# BC1148CT-ND]L1 -- Inductance RF 22 uH, axiale [Digikey# M8138CT-ND]R1 -- 1k, résistance à film de carbone à usage général 1/4W, axiale [Digikey# 1.0KQBK -ND]D2 -- Diode Schottky 1A 20V, axiale [Digikey# 1N5817GOS-ND]D3 -- Si vous n'êtes pas en mesure de recycler les LED d'origine de la lampe de poche parce que les fils ont été trop courts, vous pouvez utiliser n'importe quelle LED 2 mA, rond T1 3mm [ex. Digikey# 475-1402-ND]Lampe de poche porte-clés Dynamo Il existe une variété de lampes de poche de cette taille sur le marché, fabriquées par différents fabricants - je les ai vues dans des épiceries (Giant sur la côte est) et des magasins d'informatique (Microcenter). Vous pouvez les trouver en ligne en googlant: lampe de poche porte-clés dynamo. Ils coûtent généralement moins de 5 $. J'ai découvert qu'il existe quelques variations mineures entre les lampes de poche fabriquées par différents fabricants. Une lampe de poche que j'ai achetée au Microcenter n'avait pas de circuit imprimé pour les LED - les LED étaient juste soudées directement à la batterie. Cette carte de circuit LED est agréable mais pas obligatoire. Si vous constatez qu'il n'y a pas de circuit imprimé séparé pour les LED, vous pouvez simplement souder les fils positifs et négatifs respectifs du combo LED + résistance et du câble de sortie ensemble. Un peu de colle chaude à l'intérieur de la façade près de la LED et du câble de sortie peut donner à l'ensemble une certaine résistance mécanique. L'autre variante était que les fils de l'interrupteur de cette version étaient également soudés légèrement différemment de la batterie. Sinon, c'était à peu près identique. Câble de sortie J'ai utilisé un câble USB A mâle à mini-B USB mâle récupéré d'un lecteur MP3 mort comme câble de sortie. J'ai choisi ce câble car l'entrée mini-USB est courante pour les petits circuits. Puisqu'il y a 4 connexions à l'intérieur de ce câble, vous devez déterminer quels fils sont les fils positifs et négatifs. Cependant, vous pouvez utiliser n'importe quel type de câble de sortie si vous connaissez la polarité. Pour tester le circuit, vous voudrez probablement aussi disposer de la prise complémentaire pour l'adaptateur de sortie. J'ai dessoudé le réceptacle mini-B du lecteur MP3 mort et connecté les fils rouge et noir pour alimenter les broches 5V et de terre, respectivement. fer, soudure et flux (cet Instructable suppose que vous avez déjà soudé)--voltmètre et fils de test--petit tournevis cruciforme (pour ouvrir le boîtier de la lampe de poche)--ruban électrique--petites pinces coupantes--petites pinces--pincelles (facultatif, mais recommandé) -- étau à bras réglables, outil de troisième main (facultatif, mais recommandé) -- petit tournevis à tête plate (facultatif, mais recommandé) -- pistolet à colle chaude (facultatif, mais recommandé) -- couteau de loisir (facultatif, mais conseillé)

Étape 3: Circuit Origami: MAX756 et condensateur de stockage

A. Identifiez les 8 broches du MAX756 et orientez la puce avec la broche 1 en bas à gauche.

B. Retournez la puce (c'est-à-dire faites pivoter de 180 degrés sur l'axe long) et clipsez les broches 4 et 5. Ces broches vont à la fonction d'indicateur de batterie faible du MAX756 et ne sont pas utilisées dans ce Instructable. Vous pouvez modifier le circuit et utiliser ces broches pour déterminer quand la tension sur le condensateur de stockage (C1) est faible. Retournez le condensateur de stockage de sorte que la broche négative soit sur la gauche. C. Placez le MAX756 sur le condensateur de stockage de sorte que la puce soit à peu près entre les broches négatives C1(-) et positives C1(+) du condensateur de stockage. D. Pliez les broches du condensateur de stockage vers le MAX756 comme pour clipser la puce en place. Pliez les broches 2 et 7 du MAX756 de manière à ce qu'elles touchent presque la broche négative C1(-) du condensateur de stockage. Pliez la broche 6 pour qu'elle touche presque la broche positive C1 (+) du condensateur de stockage. E. Soudez ensemble C1(-) et les broches 2 et 7 sur le MAX756. Puis soudez ensemble C1(+) et la broche 6 sur le MAX756. F. Enfin, coupez un petit morceau de ruban isolant à peu près de la taille et de la hauteur du MAX756. Utilisez cette pièce pour couvrir les joints soudés en E.

Étape 4: Circuit Origami: Inductance, Condensateur de Référence, Diode Schottky

A. Placez l'inducteur L1 contre les broches 1 et 8 du MAX756. Appuyez les fils L1 contre les broches du MAX756 afin que le composant soit aussi proche que possible du corps de la puce.

B. Soudez L1 aux broches 1 et 8 et coupez la longueur de fil L1 restante. C. Placez le condensateur céramique C4 de sorte qu'un fil touche la broche 3 du MAX756 et que l'autre appuie contre une partie exposée de la broche 2, qui se trouve maintenant principalement sous le ruban isolant. D. Soudez C4 aux broches 2 et 3 et coupez la longueur de câble C4 restante. E. En regardant le MAX756 avec la broche 1 en haut à gauche, placez la diode Schottky D2 sur le rebord créé par le grand condensateur C1. Pliez la broche D2(-) de la cathode D2 - identifiée par une bande - autour du corps du MAX756 de sorte qu'elle touche la borne positive de C1, C1 (+). Pliez l'anode D2 D2(+) vers le haut de manière à ce qu'elle touche la broche 8 du MAX756. F. Soudez les broches D2 au MAX756 et coupez la longueur de câble restante. Coupez les broches 8 et 3.

Étape 5: Circuit Origami: Condensateurs électrolytiques, Partie 1

A. Placez les condensateurs électrolytiques C2 et C3 sur leurs extrémités de sorte que les bornes négatives, C2(-) et C3(-), soient côte à côte.

B. Pliez C3(-) autour de C2(-). C. Soudez les deux fils négatifs ensemble près de C2. Cela créera un fil de masse pour les deux condensateurs. Assurez-vous de ne pas souder accidentellement la borne positive de C2. Coupez la longueur restante de C2(-). D. Retournez les condensateurs vers vous. Pliez C3 (-) dans le canal créé entre les deux condensateurs. Près de l'extrémité des condensateurs, pliez la longueur restante à 90 degrés comme si vous créiez un pied pour les deux condensateurs. E. Avec C1(-) face à vous, placez C2 et C3 sur le côté gauche et rentrez le pied C3(-) entre la borne C1(-) et le corps C1. F. Souder C3(-) à C1(-). Vous attachez les broches de terre de C2, C3 et C1 ensemble.

Étape 6: Circuit Origami: Condensateurs électrolytiques, Partie 2

A. Pliez la borne positive de C3, C3(+) vers la broche 1 du MAX756 de sorte qu'elle se trouve à l'intérieur des broches 1 et 2.

B. Soudez C3(+) à la broche 1 du MAX756. Coupez la longueur restante de la broche 1. C. Tournez l'ensemble de façon à ce qu'il repose sur le fil négatif de C1, C1(-). Coupez une bande de ruban isolant plus étroite que la largeur des condensateurs C2 et C3 ensemble et environ deux fois plus longue. Placez ce ruban isolant entre C1 et C2/C3 afin qu'il recouvre les broches de masse C2/C3. Cela empêchera C2(+) de toucher accidentellement et de court-circuiter à la terre. E. Pliez C2(+) à 90 degrés de manière à ce qu'il soit au-dessus du joint de soudure C2/C3. Puis pliez-le à 90 degrés vers la borne C1 (+). F. Soudez C2(+) à C1(+) et coupez la longueur restante.

Étape 7: fabrication du câble de sortie

Le processus de fabrication du câble de sortie dépend de l'adaptateur que vous choisissez pour vos projets. Cette étape explique comment incorporer un câble USB mini-B mâle, car il s'agit d'un format de prise d'alimentation courant. J'ai utilisé un câble provenant d'un lecteur MP3 mort et doté d'extrémités USB-A mâle et mini-B mâle.

Coupez le câble à environ 5 pouces de la pointe de l'extrémité mini-B. Dénudez l'extrémité USB-A et les 4 fils à l'intérieur. Pour déterminer quels fils sont le positif et la terre, branchez l'USB-A dans une prise USB alimentée. Testez les combinaisons de fils avec un voltmètre - s'il y a des fils rouges et noirs, ils fournissent probablement une alimentation positive et une masse, respectivement. Dénudez l'isolant extérieur sur l'extrémité mini-B d'environ 1/4 de pouce. Une fois que vous savez quels fils sont positifs et mis à la terre, J1 (+) et J1 (-), dénudez ces fils à l'extrémité mini-B et coupez les deux fils restants.

Étape 8: Démontage de la lampe de poche

A. Utilisez un tournevis cruciforme sur les quatre vis pour démonter la lampe de poche.

B. La lampe de poche doit se séparer facilement. Identifiez les pièces que sont le haut du boîtier, le bas du boîtier et la façade. C. Retirez l'électronique. D. Clipsez les deux fils près de la façade. Vous utiliserez le fil qui est soudé à l'interrupteur, alors gardez ce fil aussi longtemps que possible. Clipsez ensuite le fil et l'extrémité de la diode D1 (l'extrémité négative de la cathode est marquée d'un trait noir) à proximité des piles boutons empilées afin que les longueurs de fil et de diode partant du moteur M1 soient aussi longues que possible.

Étape 9: Préparation de la façade

Remarque: toutes les lampes de poche à porte-clés dynamo n'ont pas de carte de circuit imprimé à LED. Si ce n'est pas le cas, vous pouvez sauter cette étape.

A. Coincez un tournevis à tête plate entre le plastique de la plaque frontale et le circuit imprimé LED. B. Tournez le tournevis. La plaque frontale et la carte de circuit LED doivent se séparer. C. Trouvez la pointe sur la plaque frontale en plastique. D. Coupez le nœud avec des pinces coupantes. E. Le côté nub sera tourné vers l'extérieur dans la nouvelle dynamo. F. Dessouder les LED du circuit imprimé LED. Essayez d'extraire les LED intactes et laissez les trous ouverts pour les futures broches.

Étape 10: fabrication de la façade

A. Si votre carte de circuit LED est similaire à celle du schéma, orientez la LED D3 de sorte que la broche cathodique D3 (-) aille dans le trou en face de l'extrémité plate du contour rond blanc de la LED1.

B. Pliez l'anode D3 D3(+) à 90 degrés et insérez D3(-) dans le trou du circuit imprimé LED. C. Coupez D3(+) après le coude pour qu'il mesure moins de 1/8 de pouce de long. Coupez un fil de la résistance de 1k ohm R1 de sorte qu'il mesure également environ 1/8 de pouce de long. Faites passer l'extrémité longue de R1, R1 (2) dans le trou de la carte de circuit imprimé LED et soudez les extrémités courtes de R1 et D3 (+) ensemble. D. Retournez le circuit imprimé LED. Soudez R1(2) au trou inoccupé par D3(+) et coupez la longueur restante. La bande de cuivre R1(2) est maintenant soudée sur le bus positif. E. Retournez le circuit imprimé LED. Faites passer le câble de sortie par l'un des trous de la plaque frontale en plastique. Notez que la direction de la façade est maintenant inversée et que la façade ressortira lorsque vous aurez terminé. F. Soudez le J1 (+) à travers le trou qui se connecte au bus positif. Soudez J1(-) au bus de masse.

Étape 11: Compléter la façade

A. Appliquez un peu de colle chaude dans la fissure entre le circuit imprimé LED et la plaque frontale du côté du câble. Cela donnera à l'ensemble une certaine résistance mécanique.

B. Puisque vous n'avez pas besoin des piles bouton, dessoudez un fil de la pile. Soudez ce fil à R1(2). Ce fil alimentera la LED et le câble de sortie après avoir été connecté à la sortie du convertisseur élévateur.

Étape 12: Installation du circuit du commutateur et du convertisseur élévateur

A. Dessouder l'interrupteur de la pile bouton de la lampe de poche.

B. Assurez-vous que le brochage du commutateur ressemble à la photo, avec un fil soudé à la broche supérieure SW1(2) et aucun sur les deux inférieures. Plier la broche centrale SW1(1) à environ 45 degrés du corps du commutateur. Vous pouvez clipser la goupille du bas. C. La moitié inférieure du boîtier a trois éléments en plastique sur le côté de la façade qui empêcheraient le nouveau circuit de s'adapter à l'intérieur. Coupez-les à l'aide de pinces coupantes. D. Vous devrez peut-être utiliser un cutter pour couper ces éléments au ras du reste du boîtier. E. Placez l'interrupteur dans la moitié inférieure du boîtier à son emplacement d'origine. Assurez-vous que la broche avec le fil, SW1(2), est la plus proche de l'extrémité de la plaque frontale. F. Placer l'ensemble du circuit convertisseur élévateur dans la cavité, avec le gros condensateur C1 tourné vers l'interrupteur et les deux condensateurs électrolytiques C2 et C3 à l'arrière. SW1(1) doit être appuyé contre la borne négative de C1, C1(-). Si ce n'est pas le cas, pliez-le vers le condensateur. Vous voudrez peut-être mettre du ruban isolant sur C1(-) derrière la broche SW1(2) afin qu'il ne court pas.

Étape 13: connexion de la plaque frontale et du circuit du convertisseur élévateur

A. Remettez le moteur M1 dans son emplacement d'origine dans la moitié inférieure du boîtier. Étendez le fil qui sort du moteur - le fil de terre M1 (-) - de sorte qu'il touche la broche du milieu du commutateur, SW1 (1), et la borne négative du grand condensateur, C1 (-).

B. Coupez et dénudez le fil M1(-) à la longueur appropriée et soudez le fil, SW1(1) et C1(-) ensemble. Il s'agit d'une connexion importante, alors assurez-vous que les trois sont soudés. C. Tournez le boîtier de manière à ce que le moteur soit sur votre gauche et pliez le fil cathodique de D1, D1(-), de sorte qu'il touche une partie exposée de la borne positive de C3, C3(+). D. Soudez D1(-) et C3(+) ensemble et coupez la longueur restante de D1(-). E. Soudez le fil SW1(2) au bus négatif de la façade. F. Soudez le fil connecté au bus positif de la façade à la borne positive du grand condensateur, C1(+).

Étape 14: Remontage

Pour terminer l'assemblage, placez la façade à l'intérieur de la moitié inférieure du boîtier. La lèvre de la façade doit être à l'intérieur de la lèvre du boîtier pour la maintenir en place.

Vous voudrez peut-être placer du ruban isolant sur le moteur si vous pensez que la diode D1 risque de provoquer un court-circuit avec le boîtier du moteur. Remettez les engrenages et la poignée dans leurs positions d'origine. Consultez la photo ci-dessous pour voir comment ils sont orientés dans le boîtier. Placez la moitié supérieure du boîtier sur la moitié inférieure. Les deux parties doivent s'emboîter étroitement si le convertisseur élévateur a été assez proche de celui de ce Instructable. Retournez la nouvelle alimentation améliorée et serrez les quatre vis.

Étape 15: Tester

Basculez l'interrupteur vers la façade. C'est la position On.

Tenez l'alimentation dynamo dans votre main gauche et tournez la poignée avec votre main droite. Environ deux rotations par seconde, c'est bien. Vous devriez rencontrer une petite résistance - c'est la charge du condensateur. Après quelques secondes, la tension sera suffisamment élevée pour allumer la LED. Au fur et à mesure que le condensateur approche de 5V, la résistance chute. À ce stade, le condensateur est chargé. Si vous disposez d'un adaptateur complémentaire avec des cordons d'alimentation pour votre câble de sortie, vous pouvez le connecter à un voltmètre. Autour du point où la résistance au démarrage chute, vous devriez voir que la tension approche et reste proche de 5V. Si vous rencontrez une résistance mais que la LED ne s'allume pas, vérifiez les connexions de la façade. Si la tension de sortie dépasse sérieusement 5V, assurez-vous que les condensateurs électrolytiques sont correctement soudés. Si vous ne rencontrez aucune résistance et que cela ne fonctionne clairement pas, il est possible qu'il y ait un court-circuit quelque part dans le circuit du convertisseur élévateur.

Étape 16: Candidature

J'ai utilisé l'alimentation dynamo pour alimenter une carte d'évaluation Luminary LM3S811 qui imprime "5V - pas de batterie!" à un écran OLED. En raison des puces utilisées sur cette carte, elle consomme une bonne quantité de courant… environ 80 mA. Par conséquent, il ne fonctionne pas très longtemps sur l'alimentation de la dynamo jusqu'à ce qu'il ait besoin d'être lancé, mais il fonctionne suffisamment longtemps pour faire clignoter un texte différent à l'écran. L'alimentation dynamo fonctionnera mieux avec des circuits qui consomment quelques mA de courant. Les circuits peuvent fonctionner jusqu'à 10 minutes sans démarrage, en fonction de leur tension de fonctionnement minimale.

J'ai également testé l'alimentation dynamo avec un moteur hobby. Pendant le démarrage, le moteur bourdonnait avec 50 mA de courant.