Smartphone laddare drivs av brand (5 / 7 steg)

Steg 5: elektronik

Den bärande tanken var att ha en reglerad utspänning till åtal eller power olika slags prylar. Eftersom TEG-modulen producerar mycket låg spänning (0-5V beroende på värmekälla) behövde jag ett bra spänning step-up och regulator. Jag ville att bygga allt själv och därför skapat ett helt annat projekt för detta eftersom det visade sig vara mycket användbar. Spänningen steg upp är inte tillräckligt kraftfull så byggde jag två av dem. En kommer att driva 3-5V fläkten och en kommer att driva andra elektronik.

Du hitta step-up projektet här:

Jag lagt till två mer krav för detta projekt:

1. TEG-modul måste skyddas från överhettning
2. iPhone måste skyddas från för höga spänningar

Temperaturvakt & spänning regulator:
TEG-modul kommer att bryta om temperaturen överstiger 350ºC på varma sidan eller 180 ºC på kalla sidan. För att varna användaren byggde jag en justerbar temperatur monitor. Det kommer att slå på en röd LED om temperaturen når en viss gräns som du kan ställa in som du vill.

När använda att mycket värme spänningen kommer att gå över 5V och som kan skada vissa elektronik. Step-up kan bara öka och inte avgå. Jag kunde inte hitta en lösning som gör både och därmed min egen justerbar spänning limiter. Den kombinerar en operationsförstärkare och en zener diod att upptäcka en viss spänning och sedan mata utsignalen till en MOSFET-transistor. Transistor kommer genväg hela strömkällan men endast om högre än spänningsnivå (5V). Som kommer att snabbt öka nuvarande och eftersom TEG-modulen har en begränsad produktion effekt det följaktligen kommer att släppa den tillverkade spänningen. Att medel det kommer att bränna bort all energi som värme men samtidigt hålla en mycket stabil spänning, inte kan det helt enkelt överstiga 5V. Det visar också på en LED så att användaren kan stänga ner värmekällan tills lampan slocknar igen. En enklare lösning skulle vara att bara använda en zener diod till foder utspänning till marken om ovanstående 4.7V. Men det är inte lika tydliga och förmodligen bränna upp. Jag kunde bara hitta en 5W zener och det räcker inte.

Hjärtat i denna krets är en låg spänning operationsförstärkare. Jag använder en MCP6002 som driver på 1,8-6V. Den har två enheter inuti vilket innebär att du kan kombinera både övervaka temperatur och spänning limiter med samma krets.

Hur bygga det är liknande till step-up projektet, titta på det först! Komponenter som behövs:

• IC: MCP6002
• 8PIN uttag för IC
• R3, R4, R5: 1KΩ
• R6: 22
• R7, R8: 470Ω
• R9: 100KΩ
• R10: 10KΩ
• R11: PT1000 temperaturgivare
• R12, R13: 68KΩ
• R14, R15: 47KΩ
• P2, P3: 1KΩ (kanske 10KΩ fungerar, inte testat)
• D3, D4: Röd LED
• D5: 4.7V zener diod, låg effekt
• T1: Hög effekt MOSFET-transistor, BUZ12 eller liknande

Konstruktion:

1. Ta en titt på min krets layout och försöka förstå det så bra som möjligt.
2. Mäta det exakta värdet av R3, det behövs senare för kalibrering
3. Placera komponenter på en prototyp styrelse enligt mina bilder.
4. Se till att alla dioder har korrekt polarisering!
5. Löda och skär alla ben
6. Skära koppar körfält på prototyp styrelse enligt mina bilder
7. Lägg till behövs sladdar och löda för
8. Tillskurna 43x22mm prototyp styrelse

Kalibrering av temperatur monitor:
Jag placerade temperaturgivaren på den kalla sidan av TEG-modul. Den har en max temp stylingtemperatur på 180 ºC och jag kalibrerat min bildskärm till 120ºC för att varna mig i god tid. Den platina PT1000 har ett motstånd av 1000Ω vid noll grader och ökar dess motståndskraft tillsammans med dess temperatur. Värden kan hittas här. Bara multiplicera med 10.

För att beräkna kalibreringsvärden måste det exakta värdet av R3. Min var till exempel 986Ω. Enligt tabellen har PT1000 ett motstånd av 1461Ω vid 120ºC. R3 och R11 bildar en spänningsavdelare och utspänningen beräknas enligt detta:
Vout=(R3*vin)/(R3+R11)

Det enklaste sättet att kalibrera detta är alltför foder krets med 5V och sedan mäta spänningen på IC PIN3. Justera sedan P2 tills rätt spänning (Vout) nås. Jag beräknat spänningen som denna:
(986 * 5) /(1461+986) = 2.01V

Det betyder att jag justera P2 tills jag har 2.01V på PIN3. När R11 når 120ºC, blir spänningen på PIN2 lägre än PIN3 och som utlöser LED. R6 fungerar som en Schmitt-trigger. Värdet av det avgör hur "långsam" utlösaren kommer att vara. Utan den skulle lampan gå ut till samma värde som det går. Nu stängs den av när temperaturen sjunker ca 10%. Om du ökar värdet för R6 får du en "snabbare" trigger och lägre värde skapar en "långsammare" trigger.

Kalibrering av spänning limiter:
Det är mycket lättare. Bara mata krets med spänningsnivå du vill och vrid P3 tills LED går. Se till att nuvarande är inte för högt över T1 eller det kommer att brinna! Kanske använda en annan liten kylfläns. Det fungerar på samma sätt som temperaturvakt. När spänningen över zener diod ökar över 4.7V kommer det släppa spänningen till PIN6. Spänningen till PIN5 avgör när PIN7 utlöses.

USB-kontakt:
Det sista jag lagt var USB-kontakten. Många moderna smartphones kommer inte att debitera om it´s inte är ansluten till en lämplig laddare. Telefonen besluta att titta på de två raderna i USB-kabeln. Om raderna data matas av en 2V, telefonen "tycker" det ansluten till datorn och börja ta betalt vid låg effekt, runt 500mA för en iPhone 4s till exempel. Om de utfodras av 2,8 resp. 2.0V startar laddning på 1A men det är för mycket för denna krets. För att få 2V använde jag några motstånd för att bilda en spänningsavdelare:
Vout =(R12*Vin) /(R12+R14) =(47*5) /(47+68) = 2,04 vilket är bra eftersom jag normalt kommer att ha lite under 5V.

Titta på min krets layout och bilder hur man löd den.

Nästa steg:
Församlingen (elektronik)