El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico se fabrica con mayor frecuencia con oxidación controlada por silicio. En la actualidad, este es el tipo de transistor más comúnmente utilizado porque la función principal de este transistor es controlar la conductividad; de lo contrario, la cantidad de corriente que se puede suministrar entre los terminales de fuente y drenaje de los MOSFET depende de la suma del voltaje aplicado a su terminal de puerta. El voltaje aplicado al terminal de la puerta produce un campo eléctrico para controlar la conducción del dispositivo. Los MOSFET se utilizan para crear diferentes circuitos de aplicaciones, como convertidores CC-CC, control de motores, Inversores , Transferencia de energía inalámbrica , etc. Este artículo analiza cómo diseñar un circuito de transferencia de energía inalámbrica utilizando alta eficiencia. MOSFET .

Transferencia de energía inalámbrica con MOSFET

El concepto principal de esto es diseñar un sistema WPT (transferencia de potencia inalámbrica) con MOSFET y acoplamiento inductivo resonante para controlar la transmisión de potencia entre una bobina Tx y Rx. Esto se puede hacer cargando la bobina resonante desde CA y luego transmitiendo la alimentación posterior a la carga resistiva. Este circuito es útil para cargar un dispositivo de bajo consumo de forma muy rápida y potente mediante acoplamiento inductivo de forma inalámbrica.

La transmisión de energía inalámbrica se puede definir como; La transmisión de energía eléctrica desde la fuente de energía a una carga eléctrica a una distancia sin cables ni cables conductores se conoce como WPT (transmisión de energía inalámbrica). La transferencia de energía inalámbrica supone un cambio extraordinario en el campo de la ingeniería eléctrica que elimina el uso de cables de cobre convencionales y también cables portadores de corriente. La transmisión de energía inalámbrica es eficiente, confiable, de bajo costo de mantenimiento y rápida para largo o corto alcance. Se utiliza para cargar un teléfono móvil o una batería recargable de forma inalámbrica.

Componentes requeridos

La transferencia de energía inalámbrica con un circuito MOSFET incluye principalmente la sección del transmisor y la sección del receptor. Los componentes necesarios para crear una sección de transmisor para transferencia de energía inalámbrica incluyen principalmente; fuente de voltaje (VCC): 30 V, condensador: 6,8 nF, bobinas de RF (L1 y L2) de 8,6 μH y 8,6 μH, bobina del transmisor (L): 0,674 μH, resistencias R1-1K, R2-10 K, R3-94 ohm, R4-94 ohm, R5-10 K, el condensador C funciona como condensadores resonantes, diodos D1-D4148, D2-D4148, MOSFET Q1-IRF540 y MOSFET Q2-IRF540

Los componentes necesarios para crear una sección receptora para transferencia de energía inalámbrica incluyen principalmente; diodos D1 a D4 – D4007, Resistencia (R) – 1 k ohm, regulador de voltaje IC - LM7805 IC, bobina receptora (L) - 1.235μH, condensadores como C1 - 6.8nF y C2 son 220μF.

Transferencia de energía inalámbrica con conexiones MOSFET

Las conexiones de la sección del transmisor de transferencia de energía inalámbrica son las siguientes;

Circuito transmisor de transferencia de energía inalámbrica

El terminal positivo de la resistencia R1 está conectado a una fuente de voltaje de 30 V y el otro terminal está conectado al LED. El terminal del cátodo del LED está conectado a GND a través de una resistencia R2.
El terminal positivo de la resistencia R3 está conectado a una fuente de voltaje de 30 V y otro terminal está conectado al terminal de puerta del MOSFET. Aquí, el terminal del cátodo del LED está conectado al terminal de puerta del MOSFET.
El terminal de drenaje del MOSFET está conectado al suministro de voltaje a través del terminal positivo del diodo y inductor 'L1'.
El terminal fuente de MOSFET está conectado a GND.
En el inductor 'L1' se conecta otro terminal al terminal ánodo del diodo D2 y su terminal cátodo está conectado a la resistencia R3 a través de los condensadores 'C' y el inductor 'L'.
El terminal positivo de la resistencia R4 está conectado al suministro de voltaje y el otro terminal de la resistencia está conectado al terminal de puerta del MOSFET a través de los terminales de ánodo y cátodo de los diodos D1 y D2.
El terminal positivo del inductor 'L2' está conectado al suministro de voltaje y el otro terminal está conectado al terminal de drenaje del MOSFET a través del terminal de ánodo del diodo 'D2'.
El terminal fuente de MOSFET está conectado a GND.

Las conexiones de la sección del receptor de transferencia de energía inalámbrica son las siguientes:

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Circuito receptor de transferencia de energía inalámbrica

Los terminales positivos del inductor 'L', condensador 'C1' están conectados al terminal del ánodo de D1, y los otros terminales del inductor 'L', condensador 'C1' están conectados al terminal del cátodo de D4.
El terminal del ánodo del diodo D2 está conectado al terminal del ánodo del diodo D3 y el terminal del ánodo del diodo D3 está conectado al terminal del ánodo del diodo D4.
El terminal del cátodo del diodo D2 está conectado al terminal del cátodo del diodo D1 y el terminal del ánodo del diodo D1 está conectado a otros terminales del inductor 'L' y del condensador 'C1'.
El terminal positivo de la resistencia 'R' está conectado a los terminales del cátodo de D1 y D2 y otros terminales de una resistencia están conectados a un terminal de ánodo del LED y el terminal del cátodo del LED está conectado a GND.
El terminal positivo del condensador C2 está conectado a un terminal de entrada del LM7805 IC, su otro terminal está conectado a GND y el pin GND del LM7805 IC está conectado a GND.

Laboral

Este circuito de transferencia de energía inalámbrica incluye principalmente dos secciones, transmisor y receptor. En esta sección la bobina transmisora está fabricada con alambre esmaltado de 6mm o alambre magnético. En realidad, este cable es un cable de cobre con una fina capa aislante. El diámetro de la bobina del transmisor es de 6,5 pulgadas o 16,5 cm y 8,5 cm de longitud.

El circuito de la sección del transmisor incluye una fuente de alimentación de CC, una bobina del transmisor y un oscilador. Una fuente de alimentación de CC proporciona un voltaje de CC estable que se proporciona como entrada al circuito oscilador. Después de eso, cambia el voltaje de CC a energía de CA con alta frecuencia y se envía a la bobina transmisora. Debido a la corriente alterna de alta frecuencia, la bobina del transmisor se energizará para producir un campo magnético alterno dentro de la bobina.

La bobina del receptor dentro de la sección del receptor está hecha con alambre de cobre de 18 AWG que tiene un diámetro de 8 cm. En el circuito de la sección del receptor, la bobina del receptor recibe esa energía como voltaje alterno inducido en su bobina. Un rectificador en esta sección del receptor cambia el voltaje de CA a CC. Por último, este voltaje CC modificado se proporciona a la carga a través de un segmento del controlador de voltaje. La función principal de un receptor de energía inalámbrico es cargar una batería de baja potencia mediante acoplamiento inductivo.

Siempre que se proporciona fuente de alimentación al circuito del transmisor, la corriente CC se suministra a través de los dos lados de las bobinas L1 y L2 y a los terminales de drenaje de los MOSFET, luego el voltaje aparecerá en los terminales de puerta de los MOSFET e intentará encender los transistores. .

Si asumimos que el primer MOSFET Q1 está encendido, entonces el voltaje de drenaje del segundo MOSFET se fijará cerca de GND. Simultáneamente, el segundo MOSFET estará apagado y el voltaje de drenaje del segundo MOSFET aumentará hasta alcanzar su punto máximo y comenzará a disminuir debido al circuito del tanque creado por el capacitor 'C' y la bobina primaria del oscilador durante un único medio ciclo.

Las ventajas de la transferencia de energía inalámbrica son; que es menos costoso, más confiable, nunca se queda sin batería dentro de las zonas inalámbricas, transmite más energía de manera eficiente en comparación con los cables, es muy conveniente, ecológico, etc. Las desventajas de la transferencia de energía inalámbrica son; esa pérdida de energía es alta, no direccional y no eficiente para distancias más largas.

El aplicaciones de transferencia de energía inalámbrica involucran aplicaciones industriales que incluyen sensores inalámbricos sobre ejes giratorios, carga y alimentación de equipos inalámbricos y protección de equipos herméticos quitando los cables de carga. Se utilizan para cargar dispositivos móviles, electrodomésticos, aviones no tripulados y vehículos eléctricos. Se utilizan para operar y cargar implantes médicos que incluyen; marcapasos, suministros de medicamentos subcutáneos y otros implantes. Este sistema inalámbrico de transferencia de energía se puede crear en el hogar/panel de pan para comprender su funcionamiento. Vamos a ver

¿Cómo crear un dispositivo WirelessPowerTranfer en casa?

Crear un dispositivo de transferencia de energía inalámbrica (TIP) simple en casa puede ser un proyecto divertido y educativo, pero es importante tener en cuenta que construir un sistema TIP eficiente con una producción de energía significativa generalmente implica componentes y consideraciones más avanzadas. Esta guía describe un proyecto básico de bricolaje con fines educativos utilizando acoplamiento inductivo. Tenga en cuenta que lo siguiente es de bajo consumo y no es adecuado para cargar dispositivos.

Materiales necesitados:

Bobina del transmisor (bobina TX): una bobina de cable (alrededor de 10 a 20 vueltas) enrollada alrededor de una forma cilíndrica, como una tubería de PVC.
Bobina receptora (bobina RX): similar a la bobina TX, pero preferiblemente con más vueltas para aumentar la salida de voltaje.
LED (diodo emisor de luz): como carga simple para demostrar la transferencia de energía.
MOSFET de canal N (por ejemplo, IRF540): para crear un oscilador y cambiar la bobina TX.
Diodo (por ejemplo, 1N4001): para rectificar la salida de CA de la bobina RX.
Condensador (por ejemplo, 100 μF): para suavizar el voltaje rectificado.
Resistencia (por ejemplo, 220Ω): para limitar la corriente del LED.
Batería o fuente de alimentación CC: Para alimentar el transmisor (TX).

“cómo hacer una bobina de calentamiento por inducción ”
Cables de puente y placa de pruebas: para construir el circuito.
Pistola de pegamento caliente: Para asegurar las bobinas en su posición.

Explicación del circuito:

Veamos cómo se debe conectar el circuito del transmisor y el receptor.

“luz infrarroja para visión nocturna ”

Lado del transmisor (TX):

Batería o suministro de CC: esta es la fuente de alimentación para el transmisor. Conecte el terminal positivo de la batería o fuente de alimentación de CC al riel positivo de su placa. Conecte el terminal negativo al riel negativo (GND).
Bobina TX (bobina transmisora): Conecte un extremo de la bobina TX al terminal de drenaje (D) del MOSFET. El otro extremo de la bobina TX se conecta al riel positivo de la placa, que es donde se conecta el terminal positivo de su fuente de alimentación.
MOSFET (IRF540): El terminal de fuente (S) del MOSFET está conectado al riel negativo (GND) de la placa. Esto vincula el terminal fuente del MOSFET al terminal negativo de su fuente de alimentación.
Terminal de puerta (G) del MOSFET: en el circuito simplificado, este terminal se deja desconectado, lo que efectivamente enciende el MOSFET de forma continua.

Lado del receptor (RX):

LED (carga): conecte el ánodo (cable más largo) del LED al riel positivo de la placa. Conecte el cátodo (cable más corto) del LED a un extremo de la bobina RX.
Bobina RX (bobina receptora): El otro extremo de la bobina RX debe conectarse al riel negativo (GND) de la placa de pruebas. Esto crea un circuito cerrado para el LED.
Diodo (1N4001): Coloque el diodo entre el cátodo del LED y el riel negativo (GND) de la placa. El cátodo del diodo debe estar conectado al cátodo del LED y su ánodo debe estar conectado al riel negativo.
Condensador (100μF): Conecte un cable del capacitor al cátodo del diodo (el lado del ánodo del LED). Conecte el otro cable del condensador al riel positivo de la placa. Este condensador ayuda a suavizar el voltaje rectificado, proporcionando un voltaje más estable al LED.

Así es como se conectan los componentes en el circuito. Cuando alimenta el lado del transmisor (TX), la bobina TX genera un campo magnético cambiante, que induce un voltaje en la bobina RX en el lado del receptor (RX). Este voltaje inducido se rectifica, suaviza y utiliza para alimentar el LED, lo que demuestra la transferencia de energía inalámbrica de una forma muy básica. Recuerde que esta es una demostración educativa y de bajo consumo, no apta para aplicaciones prácticas de carga inalámbrica.