Transfert de puissance sans fil avec MOSFET

Le transistor à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur est fabriqué le plus souvent avec une oxydation contrôlée par le silicium. À l'heure actuelle, il s'agit du type de transistor le plus couramment utilisé car la fonction principale de ce transistor est de contrôler la conductivité. Dans le cas contraire, la quantité de courant pouvant être fournie entre les bornes source et drain des MOSFET dépend de la somme de la tension appliquée à sa borne de grille. La tension appliquée à la borne de grille produit un champ électrique pour contrôler la conduction de l'appareil. Les MOSFET sont utilisés pour créer différents circuits d'application tels que les convertisseurs DC-DC, la commande de moteur, Onduleurs , Transfert d'énergie sans fil , etc. Cet article explique comment concevoir un circuit de transfert de puissance sans fil utilisant un MOSFET .

Transfert de puissance sans fil avec MOSFET

Le concept principal est de concevoir un système WPT (transfert de puissance sans fil) avec des MOSFET et un couplage inductif résonant pour contrôler la transmission de puissance entre une bobine Tx et Rx. Cela peut être fait avec une charge de bobine résonante à partir du courant alternatif, puis en transmettant l'alimentation ultérieure à la charge résistive. Ce circuit est utile pour charger un appareil à faible consommation très rapidement et puissamment grâce à un couplage inductif sans fil.

La transmission de puissance sans fil peut être définie comme : la transmission d'énergie électrique de la source d'alimentation à une charge électrique sur une distance sans aucun câble ni fil conducteur est connue sous le nom de WPT (transmission d'énergie sans fil). Le transfert d'énergie sans fil apporte un changement extraordinaire dans le domaine de l'électrotechnique en supprimant l'utilisation de câbles en cuivre conventionnels ainsi que de fils porteurs de courant. La transmission de puissance sans fil est efficace, fiable, à faible coût de maintenance et rapide à longue ou courte portée. Ceci est utilisé pour charger un téléphone portable ou une batterie rechargeable sans fil.

Composants requis

Le transfert de puissance sans fil avec un circuit MOSFET comprend principalement la section émetteur et la section récepteur. Les composants requis pour fabriquer la section émetteur pour le transfert de puissance sans fil comprennent principalement : source de tension (Vdc) – 30 V, condensateur-6,8 nF, selfs RF (L1 et L2) sont de 8,6 μH et 8,6 μH, bobine émettrice (L) – 0,674 μH, résistances R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, le condensateur C fonctionne comme un condensateur résonnant, les diodes D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 et MOSFET Q2-IRF540

Les composants requis pour créer une section de réception pour le transfert de puissance sans fil comprennent principalement : diodes D1 à D4 – D4007, Résistance (R) – 1k ohm, Régulateur de tension IC – LM7805 IC, bobine réceptrice (L) – 1,235 μH, condensateurs comme C1 – 6,8 nF et C2 sont de 220 μF.

Transfert de puissance sans fil avec connexions MOSFET

Les connexions de la section émetteur de transfert de puissance sans fil sont les suivantes :

• La borne positive de la résistance R1 est connectée à une source de tension de 30 V et l'autre borne est connectée à la LED. La borne cathodique de la LED est connectée à GND via une résistance R2.
• La borne positive de la résistance R3 est connectée à une source de tension de 30 V et une autre borne est connectée à la borne de grille du MOSFET. Ici, la borne cathodique de la LED est connectée à la borne de grille du MOSFET.
• La borne de drain du MOSFET est connectée à l'alimentation en tension via la borne positive de la diode et inducteur 'L1'.
• La borne source du MOSFET est connectée à GND.
• Dans l'inductance « L1 », une autre borne est connectée à la borne anodique de la diode D2 et sa borne cathodique est connectée à la résistance R3 via les condensateurs « C » et l'inductance « L ».
• La borne positive de la résistance R4 est connectée à l'alimentation en tension et l'autre borne de la résistance est connectée à la borne de grille du MOSFET via les bornes d'anode et de cathode des diodes D1 et D2.
• La borne positive de l'inductance « L2 » est connectée à l'alimentation en tension et l'autre borne est connectée à la borne de drain du MOSFET via la borne d'anode de la diode « D2 ».
• La borne source du MOSFET est connectée à GND.

Les connexions de la section récepteur de transfert de puissance sans fil sont les suivantes :

• Les bornes positives de l'inductance 'L' et du condensateur 'C1' sont connectées à la borne anodique de D1, et les autres bornes de l'inductance 'L' et du condensateur 'C1' sont connectées à la borne cathodique de D4.
• La borne d'anode de diode D2 est connectée à la borne d'anode de diode D3 et la borne d'anode de diode D3 est connectée à la borne d'anode de diode D4.
• La borne de cathode de diode D2 est connectée à la borne de cathode de diode D1 et la borne d'anode de diode D1 est connectée aux autres bornes de l'inductance « L » et du condensateur « C1 ».
• La borne positive de la résistance « R » est connectée aux bornes cathodiques de D1 et D2 et les autres bornes d'une résistance sont connectées à une borne anodique de LED et la borne cathodique de LED est connectée à GND.
• La borne positive du condensateur C2 est connectée à une borne d'entrée du LM7805 IC, son autre borne est connectée à GND et la broche GND du LM7805 IC est connectée à GND.

Fonctionnement

Ce circuit de transfert de puissance sans fil comprend principalement deux sections émetteur et récepteur. Dans cette section, la bobine émettrice est réalisée avec du fil émaillé ou du fil magnétique de 6 mm. En fait, ce fil est un fil de cuivre recouvert d’une fine couche d’isolation. Le diamètre de la bobine émettrice est de 6,5 pouces ou 16,5 cm et 8,5 cm de longueur.

Le circuit de la section émetteur comprend une source d'alimentation CC, une bobine émettrice et un oscillateur. Une source d’alimentation CC fournit une tension CC stable qui est fournie en entrée au circuit oscillateur. Après cela, il transforme la tension continue en courant alternatif à haute fréquence et est transmis à la bobine émettrice. En raison du courant alternatif à haute fréquence, la bobine émettrice sera alimentée pour produire un champ magnétique alternatif à l'intérieur de la bobine.

La bobine réceptrice à l'intérieur de la section réceptrice est constituée d'un fil de cuivre 18 AWG d'un diamètre de 8 cm. Dans le circuit de la section réceptrice, la bobine réceptrice reçoit cette énergie sous forme de tension alternative induite dans sa bobine. Un redresseur dans cette section réceptrice change la tension du courant alternatif au courant continu. Enfin, cette tension continue modifiée est fournie à la charge tout au long d'un segment de contrôleur de tension. La fonction principale d’un récepteur d’énergie sans fil est de charger une batterie faible consommation via un couplage inductif.

Chaque fois que l'alimentation est fournie au circuit émetteur, le courant continu est fourni à travers les deux côtés des bobines L1 et L2 et aux bornes de drain des MOSFET, puis la tension apparaîtra aux bornes de grille des MOSFET et tente d'allumer les transistors. .

Si nous supposons que le premier MOSFET Q1 est activé, alors la tension de drain du deuxième MOSFET sera fixée à proximité de GND. Simultanément, le deuxième MOSFET sera hors tension et la tension de drain du deuxième MOSFET augmentera jusqu'à atteindre un pic et commencera à chuter en raison du circuit de réservoir créé par le condensateur « C » et la bobine primaire de l'oscillateur tout au long d'un seul demi-cycle.

Les avantages du transfert d’énergie sans fil sont : qu'il est moins coûteux, plus fiable, qu'il ne manque jamais de batterie dans les zones sans fil, qu'il transmet efficacement plus de puissance que les fils, qu'il est très pratique, écologique, etc. Les inconvénients du transfert d'énergie sans fil sont : cette perte de puissance est élevée, non directionnelle et inefficace sur de longues distances.

Le applications du transfert d'énergie sans fil impliquent des applications industrielles qui incluent des capteurs sans fil au-dessus des arbres rotatifs, le chargement et l'alimentation d'équipements sans fil et la sécurisation des équipements étanches en retirant les cordons de chargement. Ceux-ci sont utilisés pour recharger les appareils mobiles, les appareils électroménagers, les avions sans pilote et les véhicules électriques. Ceux-ci sont utilisés pour faire fonctionner et charger des implants médicaux, notamment : stimulateurs cardiaques, fournitures de médicaments sous-cutanés et autres implants. Ces systèmes de transfert d'énergie sans fil peuvent être créés à la maison/sur pain pour comprendre son fonctionnement. laisse voir

Comment créer un appareil WirelessPowerTranfer à la maison ?

Créer un simple dispositif de transfert d'énergie sans fil (WPT) à la maison peut être un projet amusant et éducatif, mais il est important de noter que la construction d'un système WPT efficace avec une puissance de sortie importante implique généralement des composants et des considérations plus avancés. Ce guide décrit un projet de bricolage de base à des fins éducatives utilisant le couplage inductif. Veuillez noter que les éléments suivants sont de faible consommation et ne conviennent pas au chargement d'appareils.

Les matériaux nécessaires:

• Bobine d'émetteur (bobine TX) : une bobine de fil (environ 10 à 20 tours) enroulée autour d'une forme cylindrique, telle qu'un tuyau en PVC.

• Bobine réceptrice (bobine RX) : similaire à la bobine TX, mais de préférence avec plus de tours pour une tension de sortie accrue.

• LED (Light Emitting Diode) : Comme simple charge pour démontrer le transfert de puissance.

• MOSFET à canal N (par exemple, IRF540) : pour créer un oscillateur et commuter la bobine TX.

• Diode (par exemple, 1N4001) : Pour redresser la sortie CA de la bobine RX.

• Condensateur (par exemple 100 μF) : Pour lisser la tension redressée.

• Résistance (par exemple 220 Ω) : Pour limiter le courant de la LED.

• Batterie ou alimentation CC : pour alimenter l'émetteur (TX).

• Planche à pain et fils de liaison : pour construire le circuit.

• Pistolet à colle chaude : Pour maintenir les bobines en position.

Explication du circuit :

Voyons comment les circuits émetteur et récepteur doivent être connectés.

Côté émetteur (TX) :

• Batterie ou alimentation CC : Il s’agit de votre source d’alimentation pour l’émetteur. Connectez la borne positive de la batterie ou de l'alimentation CC au rail positif de votre maquette. Connectez la borne négative au rail négatif (GND).

• Bobine TX (bobine émettrice) : connectez une extrémité de la bobine TX à la borne de drain (D) du MOSFET. L'autre extrémité de la bobine TX se connecte au rail positif de la planche à pain, où est connectée la borne positive de votre source d'alimentation.

• MOSFET (IRF540) : La borne source (S) du MOSFET est connectée au rail négatif (GND) de la planche à pain. Cela relie la borne source du MOSFET à la borne négative de votre source d'alimentation.

• Borne de porte (G) du MOSFET : Dans le circuit simplifié, cette borne est laissée non connectée, ce qui active efficacement le MOSFET en continu.

Côté récepteur (RX) :

• LED (charge) : connectez l'anode (fil le plus long) de la LED au rail positif de la planche à pain. Connectez la cathode (fil le plus court) de la LED à une extrémité de la bobine RX.

  “relais statique vs mosfet ”

• Bobine RX (bobine de réception) : L'autre extrémité de la bobine RX doit être connectée au rail négatif (GND) de la planche à pain. Cela crée un circuit fermé pour la LED.

• Diode (1N4001) : placez la diode entre la cathode de la LED et le rail négatif (GND) de la maquette. La cathode de la diode doit être connectée à la cathode de la LED et son anode doit être connectée au rail négatif.

• Condensateur (100 μF) : connectez un fil du condensateur à la cathode de la diode (le côté anode de la LED). Connectez l'autre fil du condensateur au rail positif de la planche à pain. Ce condensateur aide à lisser la tension redressée, fournissant ainsi une tension plus stable à la LED.

C’est ainsi que les composants sont connectés dans le circuit. Lorsque vous alimentez le côté émetteur (TX), la bobine TX génère un champ magnétique changeant, qui induit une tension dans la bobine RX côté récepteur (RX). Cette tension induite est redressée, lissée et utilisée pour alimenter la LED, démontrant ainsi le transfert de puissance sans fil sous une forme très basique. N'oubliez pas qu'il s'agit d'une démonstration pédagogique à faible consommation, qui ne convient pas aux applications pratiques de chargement sans fil.