poster333

Бесконтактное зарядное устройство-2

И. НЕЧАЕВ, г. Москва

Автор предлагает вариант бесконтактного зарядного устройства для зарядки аккумуляторной батареи малогабаритного фонаря.

Для большего удобства пользования светодиодным фонариком-брелоком в нём взамен гальванических элементов применены аккумуляторы и бесконтактное зарядное устройство. Конструкция этого фонаря в разобранном виде показана на рис. 1. Его развинчивающийся корпус состоит из трёх частей: передней 1, центральной 5 и задней 6. Передняя и задняя части изготовлены из металлизированной пластмассы, средняя — из алюминия, в которой размещена кассета 7, содержащая три гальванических элемента LR44. В задней части установлен кнопочный выключатель, в передней — пластмассовый металлизированный держатель 3, в отверстия которого вставлены светодиоды 2 (всего пять штук). Пластмассовая втулка 4 фиксирует выводы светодиодов в передней части корпуса. При этом выводы катодов свиты в один жгут и образуют контакт, который после сборки фонаря механически соединяется с минусовым выводом аккумуляторной батареи. Аноды светодиодов с помощью втулки 4 прижаты к корпусу передней части фонаря и через среднюю, заднюю части корпуса и кнопочный выключатель соединены с плюсовым выводом батареи. Таким образом, в фонаре все контакты — механические, и нет ни одной пайки.

Поскольку ёмкость гальванических элементов LR44 и аналогичных невелика, при регулярном пользовании фонарём требуется их частая замена, что весьма неудобно и затратно. Поэтому было решено заменить гальванические элементы аналогичными по габаритным размерам Ni-MH аккумуляторами (рис. 2), которые изъяты из малогабаритных светодиодных газонных светильников с зарядкой от солнечных батарей. Стоимость этих светильников невелика, а оставшиеся от них компоненты (солнечная батарея, повышающий преобразователь напряжения) также нашли своё применение в других конструкциях. Но часто вынимать аккумуляторы для подзарядки тоже неудобно, к тому же для них необходимо зарядное устройство. Поэтому был применён бесконтактный или, как его сейчас называют, беспроводный способ зарядки, сущность которого заключается в передаче энергии с помощью индуктивной связи между катушками индуктивности. Описание такого устройства было ранее опубликовано в журнале "Радио" № 5 за 2015 г. на с. 34—36 (Нечаев И. "Бесконтактное зарядное устройство").


Поскольку габариты дорабатываемого фонаря невелики, применён упрощённый вариант зарядного устройства, а зарядка проводится по времени. Само зарядное устройство аналогично приведённому в указанной выше статье, изменена только конструкция разделительного трансформатора (его обозначение на схеме в указанной статье Т2). Схема доработки фонаря показана на рис. 3. Вторичная обмотка разделительного трансформатора включена между катодами светодиодов и минусовым выводом батареи питания. Зарядка аккумуляторов осуществляется так. При установке фонаря (в выключенном состоянии) на зарядное устройство в катушке Т2.2 наводится переменное напряжение. Положительная полуволна (условно плюс на правом по схеме выводе катушки Т2.2) через диоды VD1 и VD2 поступает на аккумуляторную батарею и заряжает её. Отрицательную полуволну не пропускает диод VD1.

Диод КД103Б был применён по нескольким причинам. Во-первых, он имеет малые габариты и легко размещается в корпусе кнопки, во-вторых, у него допустимое обратное напряжение 50 В и, в-третьих, он имеет сравнительно большую ёмкость р-n перехода около 20 пФ. Последнее свойство при отрицательной полуволне напряжения на катушке Т2.2 обеспечивает небольшой (доли миллиампера) прямой ток через светодиоды, что вызывает их слабое свечение, которое служит индикацией процесса зарядки.

Диод КД103Б (VD1) устанавливают так. Аккуратно со стороны толкателя выдавливают кнопку из задней части корпуса фонаря. В пластмассовой части кнопки (белого цвета на рис. 1) с помощью тонкого разогретого жала паяльника делают паз, в который и вставляют диод. Вывод анода подкладывают под металлическую шайбу (с шипами) кнопки, а вывод катода наматывают на спираль пружины. Ленточные выводы диода хорошо подходят для этого случая.

Для размещения катушки Т2.2 было найдено место в передней части корпуса фонаря (рис. 4). Поскольку держатель 6 со светодиодами 1 немного утоплен в передней части 3 корпуса фонаря, катушка 2 установлена перед светодиодами. Их катоды (выделены синим цветом) спаяны вместе, и к ним припаян диск 5 диаметром 2...3 мм, изготовленный из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Выводы катушки припаяны к контактным площадкам на противоположных сторонах диска. Сборку этой части конструкции проводят в следующем порядке. Сначала вставляют светодиоды в держатель, свивают и спаивают их катоды. Диод VD2 припаивают к выводам светодиодов. Держатель вставляют в переднюю часть корпуса и устанавливают пластмассовую втулку 4 так, чтобы выводы анодов светодиодов (показаны красным цветом) были плотно прижаты к корпусу. К выводам катодов припаивают диск, а затем к нему — выводы катушки. Для этого в центре держателя надо предварительно сделать отверстия диаметром 1...2 мм. Собирают фонарь и после проверки его работоспособности приклеивают катушку и покрывают её снаружи тонким слоем прочного клея.

Внешний диаметр катушки Т2.2 должен быть таким, чтобы она входила в переднюю часть корпуса фонаря, а внутренний, — чтобы в неё свободно входил магнитопровод. Поэтому катушку можно изготовить так. На магнитопровод наматывают 3...4 слоя тонкой полиэтиленовой плёнки и размещают несколько отрезков тонкой нитки. Внавал наматывают 90... 100 витков провода ПЭВ-2 0,1, и с помощью ниток формуют катушку в виде тора. Проверяют её на соответствие указанным выше требованиям, если это так, пропитывают её клеем "Момент" и сразу устанавливают в переднюю часть корпуса, чтобы катушка располагалась на краю (рис. 4), но не выходила за его пределы.


Как уже отмечено, применено зарядное устройство, описанное в указанной выше статье. Конструкцию разделительного трансформатора зарядного устройства поясняет рис. 5. Катушка 1 (Т2.1 в схеме указанной статьи) намотана на кольцевом ферритовом магнито-проводе 5 с внешним диаметром 12,5, внутренним 7,5 и высотой 6,5 мм (от дросселя фильтра компьютерного блока питания) проводом ПЭВ-2 0,1 между щёчками 2 наружным диаметром 17 мм, изготовленными из тонкого картона. Толщина намотки — 3 мм. Число витков (300...500) подбирают при налаживании. Для зарядки фонарь устанавливают так, чтобы магнитопровод 5 вошёл в катушку 4 и упёрся в светодиоды 3. В этом случае связь между обмотками разделительного трансформатора станет достаточной для зарядки аккумуляторной батареи. Трансформатор закрепляют на верхней крышке зарядного устройства (рис. 6), а на него устанавливают фонарь (рис. 7).

Но здесь есть важный момент, о котором не следует забывать. Поскольку передняя часть корпуса фонаря металлизирована, если разместить в ней катушку Т2.2, в металлическом покрытии будет протекать вихревой ток, делая зарядку аккумуляторной батареи практически невозможной. Чтобы исключить возникновение этого тока, перед окончательной сборкой необходимо удалить металлизацию в местах, показанных на рис. 8 красными линиями. Сделать это надо аккуратно снаружи и внутри передней части корпуса с помощью узкой острой отвёртки. Кроме того, следует удалить всю металлизацию с держателя светодиодов.


Налаживание сводится к подбору числа витков обмотки Т2.1. Для этого сначала наматывают 500 витков, устанавливают фонарь на зарядку (в выключенном состоянии) и измеряют ток через батарею. Делают это так. Заднюю часть отвинчивают, плотно прижимают к средней части корпуса, а между плюсовым выводом аккумуляторной батареи и прижимной пружиной включают миллиамперметр постоянного тока. Подборкой числа витков устанавливают зарядный ток 4...6 мА. В этом случае время зарядки приблизительно равно 10... 14 ч, т. е. её можно проводить в течение ночи. О необходимости зарядки свидетельствует снижение яркости свечения фонаря. Следует ещё отметить, что благодаря свойствам светодиодов глубокая разрядка аккумуляторов маловероятна, что продлевает срок их эксплуатации.