Il transistor ad effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo è fabbricato più frequentemente con ossidazione controllata dal silicio. Al momento, questo è il tipo di transistor più comunemente usato perché la funzione principale di questo transistor è controllare la conduttività, altrimenti la quantità di corrente che può fornire tra i terminali di source e drain del MOSFET dipende dalla somma della tensione applicata al terminale di gate. La tensione applicata al terminale di gate produce un campo elettrico per controllare la conduzione del dispositivo. I MOSFET vengono utilizzati per realizzare diversi circuiti applicativi come convertitori DC-DC, controllo motore, Invertitori , Trasferimento di potenza senza fili , ecc. In questo articolo viene illustrato come progettare un circuito di trasferimento di potenza wireless utilizzando un circuito ad alta efficienza MOSFET .

Trasferimento di potenza wireless con MOSFET

Il concetto principale è progettare un sistema WPT (trasferimento di potenza wireless) con MOSFET e accoppiamento induttivo risonante per controllare la trasmissione di potenza tra una bobina Tx e Rx. Ciò può essere fatto caricando la bobina risonante da CA, quindi trasmettendo l'alimentazione successiva al carico resistivo. Questo circuito è utile per caricare un dispositivo a bassa potenza in modo molto rapido ed efficace tramite accoppiamento induttivo in modalità wireless.

La trasmissione di potenza wireless può essere definita come; la trasmissione di energia elettrica dalla fonte di alimentazione a un carico elettrico per una distanza senza cavi o fili conduttori è nota come WPT (trasmissione di potenza senza fili). Il trasferimento di potenza wireless apporta un cambiamento straordinario nel campo dell'ingegneria elettrica che elimina l'uso dei tradizionali cavi in rame e anche dei fili che trasportano corrente. La trasmissione di potenza wireless è efficiente, affidabile, con bassi costi di manutenzione e veloce sia a lungo che a corto raggio. Viene utilizzato per caricare in modalità wireless un telefono cellulare o una batteria ricaricabile.

Componenti richiesti

Il trasferimento di potenza wireless con un circuito MOSFET comprende principalmente la sezione trasmettitore e la sezione ricevitore. I componenti richiesti per realizzare la sezione del trasmettitore per il trasferimento di potenza wireless includono principalmente; sorgente di tensione (Vcc) – 30 V, condensatore-6,8 nF, induttanze RF (L1 e L2) è 8,6 μH e 8,6 μH, bobina del trasmettitore (L) – 0,674 μH, resistori R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, il condensatore C funziona come condensatori risonanti, diodi D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 e MOSFET Q2-IRF540

I componenti necessari per realizzare una sezione ricevente per il trasferimento di potenza wireless includono principalmente; diodi da D1 a D4 – D4007, resistore (R) – 1k ohm, regolatore di tensione IC – IC LM7805, bobina ricevente (L) – 1.235μH, condensatori come C1 – 6,8nF e C2 è 220μF.

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Trasferimento di potenza wireless con connessioni MOSFET

I collegamenti della sezione del trasmettitore di trasferimento di potenza wireless sono i seguenti;

Circuito trasmettitore di trasferimento di potenza wireless

Il terminale positivo del resistore R1 è collegato a una sorgente di tensione da 30 V e l'altro terminale è collegato al LED. Il terminale del catodo del LED è collegato a GND tramite un resistore R2.
Il terminale positivo del resistore R3 è collegato a una sorgente di tensione da 30 V e un altro terminale è collegato al terminale di gate del MOSFET. Qui, il terminale del catodo del LED è collegato al terminale di gate del MOSFET.
Il terminale di drain del MOSFET è collegato alla tensione di alimentazione attraverso il terminale positivo del diodo e induttore 'L1'.
Il terminale sorgente del MOSFET è collegato a GND.
Nell'induttore 'L1' un altro terminale è collegato al terminale dell'anodo del diodo D2 e il suo terminale del catodo è collegato al resistore R3 tramite i condensatori 'C' e l'induttore 'L'.
Il terminale positivo del resistore R4 è collegato all'alimentazione di tensione e l'altro terminale del resistore è collegato al terminale di gate del MOSFET attraverso i terminali dell'anodo e del catodo dei diodi D1 e D2.
Il terminale positivo dell'induttore 'L2' è collegato all'alimentazione di tensione e l'altro terminale è collegato al terminale di drain del MOSFET attraverso il terminale dell'anodo del diodo 'D2'.
Il terminale sorgente del MOSFET è collegato a GND.

I collegamenti della sezione del ricevitore per il trasferimento di potenza wireless sono i seguenti:

Circuito ricevitore per trasferimento di potenza wireless

I terminali positivi dell'induttore 'L', il condensatore 'C1' sono collegati al terminale dell'anodo di D1 e gli altri terminali dell'induttore 'L', il condensatore 'C1' sono collegati al terminale del catodo di D4.
Il terminale dell'anodo del diodo D2 è collegato al terminale del catodo del diodo D3 e il terminale dell'anodo del diodo D3 è collegato al terminale dell'anodo del diodo D4.
Il terminale del catodo del diodo D2 è collegato al terminale del catodo del diodo D1 e il terminale dell'anodo del diodo D1 è collegato agli altri terminali dell'induttore 'L' e del condensatore 'C1'.
Il terminale positivo 'R' del resistore è collegato ai terminali del catodo di D1 e D2 e gli altri terminali di un resistore sono collegati a un terminale dell'anodo del LED e il terminale del catodo del LED è collegato a GND.
Il terminale positivo C2 del condensatore è collegato a un terminale di ingresso dell'IC LM7805, l'altro terminale è collegato a GND e il pin GND dell'IC LM7805 è collegato a GND.

Lavorando

Questo circuito di trasferimento di potenza wireless comprende principalmente due sezioni, trasmettitore e ricevitore. In questa sezione la bobina del trasmettitore è realizzata con filo smaltato da 6 mm o filo smaltato. In realtà, questo filo è un filo di rame con un sottile strato di rivestimento isolante su di esso. Il diametro della bobina del trasmettitore è di 6,5 pollici o 16,5 cm e 8,5 cm di lunghezza.

Il circuito della sezione del trasmettitore include una fonte di alimentazione CC, una bobina del trasmettitore e un oscillatore. Una fonte di alimentazione CC fornisce una tensione CC stabile che viene fornita come ingresso al circuito dell'oscillatore. Successivamente, trasforma la tensione CC in alimentazione CA ad alta frequenza e viene trasmessa alla bobina di trasmissione. A causa della corrente CA ad alta frequenza, la bobina del trasmettitore si eccita per produrre un campo magnetico alternato al suo interno.

La bobina ricevente all'interno della sezione ricevente è realizzata con filo di rame da 18 AWG con un diametro di 8 cm. Nel circuito della sezione ricevente, la bobina ricevente riceve l'energia sotto forma di tensione alternata indotta nella sua bobina. Un raddrizzatore in questa sezione del ricevitore cambia la tensione da CA a CC. Alla fine, questa tensione continua modificata viene fornita al carico attraverso un segmento del regolatore di tensione. La funzione principale di un ricevitore di alimentazione wireless è caricare una batteria a bassa potenza tramite accoppiamento induttivo.

Ogni volta che viene fornita alimentazione al circuito del trasmettitore, la corrente CC viene fornita attraverso i due lati delle bobine L1 e L2 e ai terminali di drain dei MOSFET, quindi la tensione apparirà ai terminali di gate dei MOSFET e tenta di accendere i transistor .

Se assumiamo che il primo MOSFET Q1 sia acceso, la tensione di drain del secondo MOSFET verrà bloccata vicino a GND. Contemporaneamente, il secondo MOSFET sarà spento e la tensione di drain del secondo MOSFET aumenterà fino al picco e inizierà a diminuire a causa del circuito tank creato dal condensatore 'C' e dalla bobina primaria dell'oscillatore durante un singolo mezzo ciclo.

I vantaggi del trasferimento di potenza wireless sono; che è meno costoso, più affidabile, non esaurisce mai la carica della batteria all'interno delle zone wireless, trasmette in modo efficiente più energia rispetto ai cavi, è molto conveniente, ecologico, ecc. Gli svantaggi del trasferimento di energia wireless sono; che la perdita di potenza è elevata, non direzionale e non efficiente per distanze maggiori.

IL applicazioni del trasferimento di potenza wireless coinvolgono applicazioni industriali che includono sensori wireless sopra alberi rotanti, ricarica e alimentazione di apparecchiature wireless e protezione di apparecchiature a tenuta stagna rimuovendo i cavi di ricarica. Questi vengono utilizzati per la ricarica di dispositivi mobili, elettrodomestici, aerei senza pilota e veicoli elettrici. Questi sono utilizzati per il funzionamento e la ricarica di impianti medici che includono; pacemaker, forniture di farmaci sottocutanei e altri impianti. Questi sistemi di trasferimento di energia wireless possono essere creati in casa/breadbaord per comprenderne il funzionamento. vediamo

Come creare un dispositivo WirelessPowerTranfer a casa?

Creare un semplice dispositivo WPT (Wireless Power Transfer) a casa può essere un progetto divertente ed educativo, ma è importante notare che la costruzione di un sistema WPT efficiente con una potenza in uscita significativa in genere coinvolge componenti e considerazioni più avanzati. Questa guida descrive un progetto fai-da-te di base per scopi didattici utilizzando l'accoppiamento induttivo. Tieni presente che quanto segue è a basso consumo e non è adatto per caricare dispositivi.

Materiale necessario:

Bobina del trasmettitore (bobina TX): una bobina di filo (circa 10-20 giri) avvolta attorno a una forma cilindrica, come un tubo in PVC.
Bobina ricevente (bobina RX): simile alla bobina TX, ma preferibilmente con più spire per una maggiore tensione in uscita.
LED (diodo a emissione luminosa): come semplice carico per dimostrare il trasferimento di potenza.
MOSFET a canale N (ad esempio IRF540): per creare un oscillatore e commutare la bobina TX.
Diodo (ad esempio, 1N4001): per rettificare l'uscita CA dalla bobina RX.
Condensatore (ad esempio, 100μF): per livellare la tensione raddrizzata.
Resistore (ad esempio, 220Ω): per limitare la corrente del LED.

“componenti elettrici e cosa fanno ”
Batteria o alimentatore CC: per alimentare il trasmettitore (TX).
Cavi breadboard e ponticelli: per costruire il circuito.
Pistola per colla a caldo: per fissare le bobine in posizione.

Spiegazione del circuito:

Vediamo come devono essere collegati il circuito trasmettitore e ricevitore.

Lato trasmettitore (TX):

Batteria o alimentazione CC: questa è la fonte di alimentazione per il trasmettitore. Collega il terminale positivo della batteria o dell'alimentatore CC al binario positivo della breadboard. Collegare il terminale negativo alla guida negativa (GND).
Bobina TX (bobina del trasmettitore): collegare un'estremità della bobina TX al terminale di scarico (D) del MOSFET. L'altra estremità della bobina TX si collega al binario positivo della breadboard, che è il punto in cui è collegato il terminale positivo della fonte di alimentazione.
MOSFET (IRF540): il terminale source (S) del MOSFET è collegato al binario negativo (GND) della breadboard. Questo collega il terminale sorgente del MOSFET al terminale negativo della fonte di alimentazione.
Terminale Gate (G) del MOSFET: nel circuito semplificato, questo terminale viene lasciato non collegato, il che di fatto accende continuamente il MOSFET.

Lato ricevitore (RX):

LED (carico): collegare l'anodo (cavo più lungo) del LED alla guida positiva della breadboard. Collegare il catodo (cavo più corto) del LED a un'estremità della bobina RX.
Bobina RX (bobina ricevitore): l'altra estremità della bobina RX deve essere collegata al binario negativo (GND) della breadboard. Questo crea un circuito chiuso per il LED.
Diodo (1N4001): posizionare il diodo tra il catodo del LED e il binario negativo (GND) della breadboard. Il catodo del diodo dovrebbe essere collegato al catodo del LED e il suo anodo dovrebbe essere collegato al binario negativo.
Condensatore (100μF): collegare un conduttore del condensatore al catodo del diodo (il lato anodico del LED). Collega l'altro cavo del condensatore al binario positivo della breadboard. Questo condensatore aiuta a livellare la tensione raddrizzata, fornendo una tensione più stabile al LED.

Ecco come sono collegati i componenti nel circuito. Quando si alimenta il lato trasmettitore (TX), la bobina TX genera un campo magnetico variabile, che induce una tensione nella bobina RX sul lato ricevitore (RX). Questa tensione indotta viene raddrizzata, livellata e utilizzata per alimentare il LED, dimostrando il trasferimento di potenza wireless in una forma molto semplice. Ricorda che questa è una dimostrazione a basso consumo ed educativa, non adatta per applicazioni pratiche di ricarica wireless.