У розділі 1 ми згадали деякі альтернативні джерела енергії, які можна використовувати для роботи електронних пристроїв: сонячну енергію, генератори на основі ефекту Фарадея і енергію радіохвиль. У цій главі ми розглядаємо декілька проектів, заснованих на альтернативних джерелах енергії, які базуються на ефекті Фарадея. Робоча напруга для багатьох компактних автономних конструкцій можна отримати за допомогою цікавого пристрою, який перетворює механічну енергію в електричну (за законом Фарадея). Перетворювачі механічної енергії в електричну (динамо-машини), що працюють на ефекті Фарадея, добре відомі. Однак пристрій, зображене на рис. 7.1, стало популярним завдяки ліхтарикам, які теж з’явилися досить давно. Конструкція складається з пластикової трубки відповідного діаметру і довжини, всередині якої знаходиться магніт. На трубку намотана котушка з кількома сотнями витків мідного емальованого дроту, а кінці трубки закриті заглушками. Для генерування напруги трубку потрібно просто потрясти. При переміщенні магніту по трубці в котушці виникає змінна напруга, яке можна випрямити і відфільтрувати. Величина напруги визначається за законом Фарадея:

де U – наведену напругу, N- число витків котушки, а άφ / dt- швидкість зміни магнітного потоку через котушку. Магнітний потік через котушку дорівнює: φ = Вх S, де В – це магнітне поле, S – площа поперечного перерізу котушки. Таким чином, котушка з більш сильним магнітом і з великим поперечним перерізом видаватиме більший магнітний потік. Щоб в котушці виникла напруга, магнітне поле повинно змінюватися, що й робиться шляхом переміщення магнітів в трубці. Механічне переміщення магніту створює зміна магнітного потоку через котушку, яке генерує напруга в ній. При швидкому переміщенні швидкість зміни магнітного потоку і напруга будуть більше. Коли магніт входить в котушку, полярність напруги, що генерується буде протилежна тій, яка виникає при виході магніту з котушки. Отже, в котушці генерується симетричне різнополярних напругу.

Рис. 7.1. Конструкція генератора на ефекті Фарадея

Такий генератор має безліч переваг. Батарейки не будуть потрібні, значить, їх споживання зменшиться і це буде нашим внеском у збереження чистоти довкілля. До того ж вас ніколи не підведе що сіла в самий невідповідний момент батарейка.

Вибір відповідного стабілізатора напруги

Єдина проблема пристрою без батарейок- вам доведеться трясти його рівно стільки часу, скільки ви хочете подавати напругу на схему. Якщо ви перестанете трясти трубку, то вона перестане видавати напругу і у вас буде тільки залишкову напругу на конденсаторах. Для пристроїв, які не повинні функціонувати постійно, цього може виявитися цілком достатньо. В інших випадках можна трясти трубку періодично і заряджати іоністор, від якого буде подаватися харчування на схему. Іоністор – це конденсатор дуже великої місткості. У порівнянні зі звичайними електролітичними конденсаторами иони- сторі мають набагато більш низьке максимальна робоча напруга. Такий підхід має свої недоліки: для зарядки іоністори до необхідного напруги потрібно багато часу і зусиль. Зазвичай максимальний робочий напруга такого конденсатора одно 2,5 або 2,7 В, хоча є іоністори і на 5 В. іоністорів ємністю 10 Ф напругою 2,5 В зберігає 25 кулонів заряду (при повній зарядці). Звичайний електролітичний конденсатор (10000 мкФ / 25В) зберігає тільки 0,25 кулона. Однак якщо в пристрої з іоністорів потрібно робоча напруга 5 В, знадобиться підвищувальний перетворювач напруги.

На рис. 7.2 зображена блок-схема джерела живлення з іоністорів і підвищує перетворювачем МАХ756. Напруга з котушки випрямляється за допомогою чотирьох діодів і подається на іоністор. Вихідна напруга МАХ756 можна налаштувати на 3,3 або 5 В (залежно від стану вхідного контакту 3/5 *). Якщо цей контакт заземлений, то на виході 5 В, якщо ж на ньому вхідна напруга, то на виході буде 3,3 В. Для схеми потрібно дуже мало зовнішніх компонентів.

Рис. 7.2. Блок-схема джерела живлення з іоністорів

Рис. 7.3. Джерело живлення на базі генератора Фарадея зі стабілізатором LDO

На рис. 7.3 показаний джерело живлення зі звичайним електролітичним конденсатором відповідного номіналу (в даному випадку 4700 мкФ / 25 В) на виході випрямляча. Стабілізатор з низьким падінням напруги (LDO) типу LD2950, ​​який випускається на кілька вихідних напруг (у даній схемі на 5 В).

У табл. 7.1 наведені деякі підвищують перетворювачі постійної напруги, які можна використовувати з генератором Фарадея, випрямлячем і іоністорів. Перетворювач постійної напруги вибирають по струму спокою і мінімального вхідній напрузі. Перетворювач з низьким струмом спокою, безумовно, переважно. Однак часто вибір залежить від того, що є під рукою або навіть від того, яку мікросхему легше припаяти на плату.

Таблиця 7.1. Характеристики деяких підвищують перетворювачів

постійної напруги

Номер

по

порядку

Влаштуй

ство

Виробник

Мінімальна напруга на перетворювачі, В

Мінімальна напруга запуску, В

Струм

СПОКОЮ,

мкА

1

МАХ756

Maxim

0,7

1,1

60

2

TPS61070

Texas

Instruments

0,9

1,1

19

3

ZXSC100

Zetex

0,92

1,01

150

Джерело: Гадре, Д., Цікаві проекти на базі мікроконтролерів tinyAVR / Дхананья Гадре, Нігула Мелхотра: Пер. з англ. – СПб .: БХВ-Петербург, 2012. – 352 с .: іл. – (Електроніка)