Bài viết được dịch từ trang web Instructables

Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn tạo ra nguồn điện cảm ứng để sử dụng cho các thiết bị của bạn mà không cần phải cấp nguồn theo kiểu nối dây kim loại. Các thiết bị của bạn cũng có thể được sạc bằng nguồn không dây.

Bài viết này sẽ chỉ cho bạn những điều cơ bản của việc tạo ra một nguồn điện không dây rất rẻ và dễ dàng, mà bạn có thể sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị của bạn thông qua không khí!

Video minh họa

Bước 1: Nó là cái gì? Làm thế nào để nó hoạt động?

Học điện tử cơ bản qua ví dụ

Một vài năm trước đây MIT tạo ra một hệ thống chuyển nguồn không dây. Chúng truyền năng lượng trong một khoảng cách hai mét, từ các cuộn dây ở bên trái đến cuộn dây bên phải, nơi mà nó có công suất cho một bóng đèn 60W. Trở lại năm 2006, đây là một điều khá mới mẻ. Bạn chỉ có thể tưởng tượng những gì tương tự như thế sẽ được thực hiện. Thực tế hầu hết chúng ta không có thời gian hoặc các vật liệu tốt như MIT có. Vì vậy, tôi đã thực hiện điều này đơn giản và dễ làm hơn.

Mạch ghép cảm ứng (Inductive Coupling) sử dụng từ trường để truyền nguồn điện. Từ một cuộn dây sơ cấp, tạo ra một từ trường. Sau đó, có một cuộn dây thứ cấp trong đó gồm một tụ điện và một cuộn dây, tụ điện tạo ra một mạch cộng hưởng giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. 

Tất cả bắt đầu với máy phát. Máy phát này cần tạo ra tín hiệu sóng vuông xoay chiều 147,7 kHz. Xin đề cập thêm một chút, đơn vị tần số là Hertzs​​, kế đến là kHz, sau đó là MHz. MIT sử dụng một sóng có tần số 10 MHz để tương tác với cuộn dây, nhưng trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng một tín hiệu tần số 147,7 kHz để nó không quá phức tạp.

Cuộn dây thứ cấp có một tụ 0,02 uF. Điều này sẽ cho phép hai mạch được ghép đôi, và sự truyền nguồn sẽ được thực hiện một cách có hiệu quả. Tụ điện 0,02 uF chỉ được sử dụng cho tần số này, và giá trị được lựa chọn của tụ sẽ thay đổi tùy thuộc vào tần số.

Các cuộn dây sơ cấp tạo ra một từ trường, khi cuộn dây khác được đặt ở gần đó, năng lượng sẽ được cảm ứng lan qua.

Do không có được một tụ 0.02 uF, vì vậy chúng ta sử dụng hai tụ 0.01 uF kết nối với nhau.

Khóa học điện tử thực hành 20 buổi tại phòng lab hiện đại, đầy đủ thiết bị cho sinh viên thực hành. Cơ hội tốt nhất, dễ nhất cho mọi người bắt đầu nghiên cứu thực hành IoT.

Bước 2: Tạo cuộn sơ cấp

Chúng ta sẽ sử dụng dây điện từ làm chất liệu cho cuộn dây sơ cấp.

Tiếp theo chúng ta cần một cái gì đó để tạo ra tín hiệu sóng vuông xoay chiều 147,7 kHz. Bạn có thể mua máy phát chức năng này trên:
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9002,
Nó rất tốt cho những gì chúng ta cần. Giá rẻ và đơn giản. Đây sẽ là bo mạch chính để tạo ra các tín hiệu.

Bằng cách sử dụng một bút chì hoặc cây đinh, và dây điện từ bạn có, bạn có thể làm ra một cuộn dây khá tốt. Tôi đã làm khoảng 30-40 vòng, tùy thuộc vào độ dày của dây điện từ. Dây điện từ có phủ một lớp rất mỏng xung quanh bên ngoài nó (xi cách điện). Để tách bỏ nó ở 2 đầu cuộn dây điện từ, ta hơ chúng trên ngọn lửa trong vài giây. Dùng vít lần lượt gắn cố định 2 đầu dây này vào 2 cực đầu ra của máy phát điện chức năng. Phân cực không phải là một vấn đề ngay bây giờ bởi vì các tín hiệu là xoay chiều- AC. Bây giờ mắc song song tụ 0.02 uF với 2 đầu cuộn dây từ trường này (cũng là song song với 2 đầu ra của máy phát chức năng). Bật máy phát điện chức năng lên và sử dụng đồng hồ đo để hiển thị gần nhất với tần số 147-149 kHz bằng cách điều chỉnh các chiết áp. Đảm bảo rằng công tắc bên trái của bo máy phát chức năng cài đặt thiết lập sóng vuông, và như thế bạn đã chuẩn bị tốt để tiếp tục. Các đầu kết nối ra của máy phát chức năng sẽ cho ra 1 tín hiệu xoay chiều.

Bước 3: Cuộn thứ cấp

Mạch này sẽ là một trong những mạch đơn giản nhất bạn đã từng tạo ra. Nó bao gồm 1 cuộn dây điện từ nhưng nhỏ hơn so với cuộn sơ cấp, và một tụ 0.02 uF cũng như ở cuộn sơ cấp, và một ít chì để hàn chân. Đối với mạch để cấp nguồn cho đèn LED thì chỉ cần như thế. Tuy nhiên, để tạo nguồn cấp cho iPod và các thiết bị khác của bạn có sử dụng nguồn DC, bạn cần một cầu diode, hoặc 1 bộ chỉnh lưu để chuyển nguồn AC thành DC để cấp nguồn cho các thiết bị cầm tay của bạn. Quay trở lại dự án đang làm là cuộn dây thứ cấp có một đầu ra AC để cấp nguồn cho các đèn LED.

Bước 4: Kiểm tra khả năng đâm xuyên của nguồn không dây qua các vật liệu khác

Học điện tử cơ bản đến nâng cao

Từ nhỏ, bạn đã luôn luôn biết, nước và điện KHÔNG ĐƯỢC TRỘN (chạm) lẫn nhau, và đó có thể đúng, nhưng không phải với điện không dây. Tôi đã thử nghiệm điều này trong nước. Không, tôi đã không bị sốc, nhưng bạn có thể. KHÔNG! Bạn cũng sẽ không bị sốc, tôi hứa. Thử nghiệm này cho thấy rằng loại hình điện không dây này có thể đi qua gần như bất cứ thứ gì, ngoại trừ kim loại, tôi biết, tôi rất buồn khi tôi nhận ra điều đó. Ví như, trong sử dụng thực tế, nhiều người dùng bàn làm bằng kim loại để đặt các cuộn dây. Tốt nhất chỉ nên sử dụng bàn gỗ.

Nhưng trong môi trường nước, nhiều người sẽ nghĩ rằng đây là công nghệ vào loại có tiềm năng! Nó hoạt động một cách chính xác như thể nó không bị đặt trong nước. Chỉ cần 1 túi nhựa để bọc bảo vệ các thiết bị điện tử. Không giống như WiFi có thể bị yếu đi khi bị cản trở bởi những bức tường và những thứ khác, còn đối với điện không dây thì không!

Bước 5: Các mạch điện

Ba bức ảnh đã đăng là các mạch mà chúng ta sử dụng. Cuộn sơ cấp được chế tạo bằng  các cuộn dây điện từ. (Máy phát chức năng là mạch chính của cuộn sơ cấp, bạn có thể mua nó dễ dàng từ đường link được đăng phía trên). Trong sơ đồ cuộn thứ cấp, chỉ dùng 1 tụ điện có giá trị 0,02 uF.

Bước 6: Dữ liệu

Sự tạo nguồn trực tiếp từ máy phát điện chức năng cho tới các cuộn dây: 110,5 mW. Hiệu quả năng lượng tối đa đạt được là 42,2%. Đây là một hiệu quả năng lượng chấp nhận được dựa theo điều kiện ngân sách hạn chế và thời gian thử nghiệm ngắn.

Các biểu đồ sau đây đại diện cho hiệu quả sản lượng điện đầu ra của các cuộn dây thứ cấp có được theo những khoảng cách nhất định so với cuộn sơ cấp. Tại khoảng cách 3 inch, dòng điện xuất ra có giá trị nhỏ và không hiệu quả, không đủ để cung cấp năng lượng bất cứ điều gì. Tuy nhiên, tại khoảng cách 0 inch, công suất đầu ra là rất có khả năng để thực hiện mục tiêu theo đúng chỉ tiêu kỹ thuật.

Bước 7: Phần cứng bổ sung

Học điện tử cơ bản đến nâng cao

Bây giờ tôi đã thêm một cầu diode  AC - DC để chuyển đổi từ nguồn  AC sang DC. Sau đó, tôi đã thêm một Jun (Joule Theif) đến cầu diode, nó là một mạch rất đơn giản để khuếch đại công suất đầu vào (điện áp DC từ cầu diode). 

Điều này cho phép các đèn LED được thắp sáng lên khi nguồn nuôi chạy ra xa trong cuộn dây, bởi vì điện áp đi đến đèn LED là cao hơn. Nó bây giờ có thể cấp nguồn DC cho các thiết bị.

Bước 8: Thông tin thêm

Học điện tử thực hành

Tôi đã giới thiệu cho bạn những điều cơ bản của việc truyền tải điện không dây qua khoảng cách ngắn.

  • Nếu bạn trang bị bằng một máy phát chức năng lớn hơn, bạn có thể sử dụng trong cùng một cách mà tôi sử dụng ở đây.
  • Bên cạnh đó, bạn cũng có thể sử dụng Timer 555, nó có thể tạo ra cùng một loại tín hiệu, nhưng phức tạp hơn một chút.

Với kích thước của các cuộn dây như đã thấy trong những bức ảnh trên, tùy thuộc vào cách bạn điều chỉnh để chọn tần số, bạn đạt hiệu quả khoảng 70-85%. Các đèn LED trong các cuộn dây thứ cấp, bắt đầu mờ dần khi khoảng cách là khoảng 2 inch so với cuộn sơ cấp. Tại khoảng cách 5 inch, nó là khá tối, nhưng ở khoảng cách 4 inch nó vẫn còn một chút ánh sáng. Nếu cuộn dây được dựng lên theo chiều thẳng đứng, đèn LED không sáng. 

Dưới đây là các biến số giá trị của vật liệu có thể thay đổi kết quả khi lựa chọn để sử dụng:

  • Cỡ dây - 22
  • Chiều dài dây - 40 feet (1 feet = 0,3048 m).
  • Giá trị tụ điện trong sơ cấp và thứ cấp - 0,02 uF
  • Điện áp đầu vào - khoảng 6 volt. 

Gợi ý: Có thể sử dụng một MOSFET irf 520 để khuếch đại công suất đầu vào từ máy phát chức năng, nó sẽ làm tăng điện áp thứ cấp lên rất nhiều. 

Cách sử dụng cuộn dây thứ cấp - một đồng hồ đo điện áp sẽ được sử dụng trước tiên để kiểm tra nếu có xuất hiện 1 điện áp; sau đó bạn có thể gắn vào một đèn LED. Tôi đã nhận được 5v từ cuộn thứ cấp với điện áp đầu vào cuộn sơ cấp là 6.3 V.