Питание пульта ДУ от нестандартных источников: индукционное и не только

В прошлой статье мы рассматривали такую интересную тему как оснащение пульта дистанционного управления для бытовой техники, в частности, телевизора, как у меня — совершенно неожиданной вещью: системой встроенного электропитания, на базе генератора механического принципа действия — попросту говоря, генератора на основе широко распространённого мотор-редуктора типа N20 с металлическими шестернями. 

Как мы там убедились, это абсолютно реально и даже более того — весьма легко устроить! Также, ниже статьи, в комментариях, мы (я и ряд читателей) выдвинули идеи, которые пришли после ознакомления со статьёй (а у меня, после написания статьи) — как ещё можно было бы, в теории, проапгрейдить систему, для её ещё большей эффективности. 

Казалось бы, всё хорошо и прекрасно? Однако, человек такое существо, что всегда хочет большего! :-D

Например, как бы так устроить, «чтобы ничего не делать, а заряд сам накапливался?!» 

И сегодня мы как раз попробуем кое-что из этого, а именно, создание индукционной зарядки для пульта дистанционного управления! 

Если мы обратимся хотя бы вот к этой статье, то увидим, что существует довольно большое количество способов беспроводной передачи электроэнергии, где одним из старейших способов является создание индуктивной связи, а одним из старейших типов устройств, реализующих подобный принцип является трансформатор, в данном случае, без сердечника — попросту говоря, это две катушки, в одной из которых протекает колеблющийся ток, вызывающий своим электромагнитным полем индуцирование ответного электрического тока, в другой катушке, расположенной рядом, где уже затем, этот индуцированный ток может быть использован для потребителя, как напрямую, в переменном виде, так и, как показано на картинке ниже — выпрямлен, с последующим его полезным использованием: 

Досконально порывшись в своих электронных «закромах» (а они, надо сказать, весьма обширны! :-) ), я с сожалением отметил для себя, что под рукой у меня совершенно нет компонентов, с помощью которых я мог бы собрать тестовый образец колебательной системы, создающей «правильную синусоиду»… 

Была одна весьма интересная идейка, любопытная сама по себе (с технической точки зрения), но, вряд ли сильно интересная с точки зрения практичности — сделать «умформер» из сначала XX века, взяв за основу любой из имеющихся в изобилии под рукой коллекторных двигателей (переделкой механической части и последующим вращением его вала другим двигателем), так как принцип мы очень хорошо разобрали в одной из прошлых статей. 

Это была бы прям каноничная синусоида! Да ещё и полученная исключительно механическим способом, без каких-либо электронных компонентов (что уже здорово и познавательно!).  

Частота только была бы маловата (как подсказывает нам вики — передаваемая мощность увеличивается с частотой и иметь под рукой большую частоту, при прочих равных, было бы, по идее, неплохо) … 

Тем не менее, немного поразмышляв над этим, я понял, что, по большому счёту, мы можем пойти и совершенно альтернативным путём! И, к тому же, возможно, гораздо более интересным! 

Главное ведь для нас что? А главное для нас — каким-либо образом создать пульсации тока в изначальной катушке, даже если он не будет синусоидальным…то есть… (тут, некоторые, наверняка, начинают уже догадываться) — сгодится даже цифровая форма импульса! То есть, прямоугольные импульсы, того же самого ШИМ-сигнала!  

Что это означает в практическом смысле для нас? А то, что это кардинально упрощает построение устройства, так как у меня под рукой как раз имеется микроконтроллер и маленький драйвер двигателей HG7881CP. 

То есть, в теории, мы могли бы создать две катушки, где одну из них накачивать прямоугольными импульсами от этого драйвера двигателей (если будет сильно греться — запараллелить оба канала, так как он двухканальный, чтобы увеличить пропускную способность по току), что, соответственно, будет, в теории, возбуждать токи во второй катушке, установленной внутри пульта дистанционного управления или даже прямо снаружи него! 

Ещё немного подумав над этим, я понял, что система, вероятно, будет весьма неэффективна — ни про какие умные слова, вроде «резонансов» тут даже слыхом не слыхивали… :-) вместо этого — тупо прямоугольные (ну, или квадратные, если хотите) импульсы…

С другой стороны, учитывая, что мы собираемся питать всего лишь малопотребляющий пульт — для него сгодится, пожалуй, всё, что угодно!

Соответственно, чтобы уменьшить (хотя бы в области механической части) неэффективность устройства — я сразу отказался от катушек в форме плоских блинчиков и вместо них решил выбрать форму в виде двух катушек, расположенных одна внутри другой: внешняя катушка представляет собой стационарно расположенный, условно говоря «док», а внутренняя катушка, по задумке, должна прикрепляться к нижней части пульта и выступать примерно на 15 мм из него, где диаметр внутренней катушки я взял за 30 мм. 

То есть, я подумал, что, учитывая концентрацию поля внутри катушки, это будет, возможно, наиболее умным решением, несколько нивелирующим остальную неэффективность. 

То есть, для зарядки, внутренняя катушка на пульте — должна вставляться во внешнюю катушку стационарно расположенную. 

Несколько прикинув, решил намотать примерно 55 витков на каждую катушку, расположив их в три слоя. 

Сразу же решил для себя, что мотать их вручную я даже изначально не собираюсь: вместо этого, взял имеющийся небольшой шаговый двигатель, прикреплённый гораздо ранее, для другого проекта — на небольшую станинку (по задумке — это станинка должна струбциной прижиматься к столу и, таким образом вся система удерживаться во время намотки). 

Сказано-сделано: напечатал вот такие три детали — для внешней катушки, для внутренней катушки и дискообразную вставку во внешнюю катушку, которая должна её поддерживать во время намотки, чтобы её не шатало (на фотографии — показана в самом низу):

А вот так, когда она вставлена (временно, потом будет удалена):

В итоге, вся система намотки получилась вот такая: блок питания на 12в, Esp32 Wroom32, драйвер двигателя HG7881CP, завалявшаяся кнопка от джойстика — она хороша чем, что можно на неё нажать и стартовать/поставить на паузу намотку. 

Получилось, надо сказать, весьма удобно! Единственное неудобство выявилось — нет поводка, который укладывал бы витки за витком, аккуратно и последовательно. Как выявилось, моя рука для этого — далеко не лучший вариант! :-D 

Ну и примерно вот так выглядел вывод в Serial порт, во время намотки: 

Как можно видеть, иногда ставил паузы, чтобы перехватить провод, что-то поправить… Для этого весьма удобной оказалась функция шагового двигателя по удержанию вала (блокируется намертво и стоит как вкопанный, если кто не знает). 

Ну и, в итоге, получилось нечто такое — не особо аккуратно, но сойдёт:

Сверху в итоге замотал лентой ФУМ из хозмага — не для изоляции, а больше для удержания провода, чтобы не разматывался. Получилось вроде даже аккуратно (если не заглядывать в обмотки под лентой :-D):

Далее был набросан небольшой скетч, который генерировал ШИМ, с частотой в 15000 Гц и заполнением 50 на 50 (50% продолжительность импульсов и 50% продолжительность пауз) — можно было бы и повыше частоту взять и заполнение «задрать» вверх, однако я несколько опасался за драйвер двигателя: штука слабенькая, я неоднократно видел, как они прекрасно горят (в буквальном смысле, с кучей дыма) — поэтому, хотелось бы избежать этого… Так что, видим, что здесь есть перспективы для улучшений…

В прошлом, у меня было любопытный проект, где удалось избавиться от постоянного выгорания подобных драйверов именно подобным образом — просто-напросто уменьшить частоту и коэффициент заполнения ШИМ: этого сразу хватило (а до этого горели непрерывно). 

Конкретных чисел уже не помню за давностью лет… Просто, вот был такой факт…

Так как мне был нужен выпрямленный ток, к выходным контактам внутренней катушки я присоединил диодный мост, который мы разбирали в прошлой статье — миниатюрная сборка для smd-монтажа MB6S (размером примерно 5х5х2 мм):

Я, наверное, как и многие из тех, кому приходится иметь дело с относительно сложными системами, не особо люблю вещи, которые получаются сразу, с первого раза (начинаешь подозревать какой-то подвох), а тут, возможно, впервые, за долгое время — я столкнулся именно с этим: конструкция завелась буквально сразу и на выходе внутренней катушки показала напряжение примерно в 2,1 в, которое, впрочем, секунд через 10 просело до 1,89В и на этом стабилизировалось:

Сразу заодно замерил и ток, который изначально составил (при запуске системы) что-то около 30 мА, а затем, вполне бодренько, также, секунд за 10, вырос и стабилизировался на среднем значении в 60 мА, с колебаниями в плюс/минус 1-2 мА. 

Дал системе поработать минут 5-7: драйвер вполне уверенно держал нагрузку, был слегка нагрет, в то время как катушки, если и были нагреты, то настолько незначительно, что «на грани иллюзий»: непонятно, то ли они нагреты, то ли нет (тепломера какого-то у меня нет, так что точнее сказать не могу)! 

В общем, по крайней мере, холостую работу, система держит… 

Так как изначальная идея была в зарядке ионистора*, который планировалось устанавливать внутрь пульта — этих неполных двух вольт, понятное дело, мало.

*На 5,5В, 5.0F, который должен был бы выступать вместо стандартных батарей питания, для чего его требовалось (по идее) зарядить до максимального возможного напряжения (5,5В), а затем после него поставить стабилизатор HT7333 на напряжение в 3,3В на выходе (тоже рассмотренный в прошлой статье), от которого и должен был бы питаться пульт.

То есть, нам требуется каким-то образом поднять напряжение… И у меня как раз, как будто специально для этого случая, завалялась миниатюрная (11 мм х 11 мм х 7,5 мм) плата «повышайки», которая может запуститься всего лишь от 0,9В (диапазон допустимых напряжений на входе: 0,9В…5В), выдав на выходе в районе 5В. 

Устанавливаем эту плату на внутренней катушке, после диодного моста, и видим, что напряжение сразу подпрыгнуло до 4,9В. Уже вполне годно:

Сразу замеряем и ток, который у меня составил что-то в районе 34 мА. 

Какой мы можем для себя сделать из всего этого вывод?  

Думаю, что примерно такой: даже кривая/косая сборка — с неровно намотанными витками, без синусоиды, без резонанса, с большим расстоянием между катушками (у меня толщина стенки внешней катушки, на которую была намотана проволока составляет 2 мм, что довольно много) — заводится моментально и вполне себе работает, генерируя довольно неплохие токи, где при этом, сами элементы конструкции греются незначительно! 

Это в свою очередь даёт возможность экспериментировать в широких пределах — изготавливая цифрового типа конструкции (для хобби-целей), исключительно с помощью кода изменяя частоту и заполнение ШИМ в широких пределах (хотя бы, чтобы система не грелась и, в то же время, давала достаточное питание), а также изготавливая катушки разных типов, которые, для таких не особо требовательных устройств, наподобие того же пульта дистанционного управления — вполне себе сгодятся!  

К тому же, логически рассуждая, мы видим, что, я, по сути, «что-то сделал, а потом выкручивался»: намотал какие-то катушки, а потом пытался повысить напряжение!  

Вместо этого, в дальнейшем, можно собрать полноценный трансформатор, например, повышающего типа, намотав побольше витков на внутреннюю катушку и сразу получая, например, 5,5В для зарядки ионистора (хотя, я бы ещё стабилизатор поставил на 5В — из той же серии НТ, наподобие НТ7333, только этот будет уже HT7350).

А теперь — алле, оп! На арене цирка львы — совершенно другой подход, который кардинально упрощает всё предыдущее! :-D  

Мы видим, что предыдущий подход, вполне себе может дать результат, однако, если вам не хочется подобных жертв «ради технического искусства» (для результата повозиться придётся и прилично), то есть и более простые варианты: например, я себе некоторое время назад взял на али небольшую солнечную батарею, размерами 120х38 мм, которая, при цене в 138 руб (примерно) заявляется, что выдаёт 6В и 100 мА! И всё это — без каких-либо катушек, микроконтроллеров, обмоток и прочего! :-D  

Соответственно, что? А вот что: такая солнечная батарея + два стабилизатора + ионистор:

• HT7350 — перед ионистором (на 5,5В, 5.0F);

• НТ7333 — после ионистора, для подачи питания на пульт (но это я говорю о своём пульте! У вас параметры могут быть другие, в зависимости от количества потребных батарей и напряжения!).

На этом всё. :-) Лаконично, просто, технично! 

На фото ниже, ради интереса, я разместил рядом: солнечную батарею, пульт, один стабилизатор, ионистор. Примерно так это бы выглядело (только ещё одного стабилизатора не хватает):

Причём, я ради интереса протестировал эту солнечную батарею прямо в квартире, при относительно тусклом свете потолочной люстры — как видим, она без проблем выдаёт 3В: 

Которых, понятное дело, также недостаточно для зарядки ионистора (по крайней мере, моего типа)... 

Но, как мы знаем, всегда можно комбинировать: «Hasta la vista, baby!», «-No problemo» скажем, поставить после солнечной батареи стабилизатор на HT7350, за ним — вот эту повышайку на 5В, ионистор, стабилизатор на НТ7333 и затем пульт (но, опять же повторюсь, это мой случай; у вас может быть по-другому, так что за непреложную инструкцию не брать! У вас для пульта может требоваться другое количество батарей и напряжение!). 

Так что, как видим, к конечному результату можно прийти и более коротким, эффективным путём… Хотя, с другой стороны, опыт самостоятельного построения индукционных передач — это тоже весьма познавательно и увлекательно!

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.