DIY зарядка для телефона 5В — схема преобразования 230В AC в 5В DC безопасно

Как сделать простую зарядку для мобильного телефона — схема 5В DC из 230В AC

Думали ли вы, как работает зарядка телефона или как маленькое устройство преобразует 220–230В AC в 5В или нужное напряжение? В этом проекте объясним схему, безопасно заряжающую телефон, преобразуя 220В AC в рабочее напряжение телефона.

Сейчас зарядки бывают с разными параметрами. Здесь сделаем схему для получения 5В стабилизированного DC из 220В AC. Эту схему можно использовать как источник питания для других устройств, макетных плат, микроконтроллеров и микросхем.

В изготовлении зарядки 4 основных этапа. 1 — понижение 220В AC до малого напряжения. 2 — выпрямление AC в DC полномостовым выпрямителем. 3 — фильтрация пульсаций (ripple) после выпрямления. 4 — стабилизация напряжения: IC 7805 выдает 5В стабилизированного DC.

Связанные проекты:

• Автоматический выключатель света в ванной — схема и принцип
• Автоматический дверной звонок с детекцией объектов на Arduino

Схема зарядки мобильного телефона

Необходимые компоненты

• Понижающий трансформатор 9-0-9 1 А (с центральным отводом)
• Диоды
• Конденсаторы — 1000 мкФ и 0.01 мкФ
• Стабилизатор напряжения IC 7805

Связанные проекты:

• Преобразователь 12В в 5В — Boost и Buck конвертеры
• Простая схема мигалки 24В

Понижающий трансформатор 9-0-9 с центральным отводом

9-0-9 — понижающий трансформатор с центральным отводом. В таком трансформаторе провод подключен точно в середине вторичной обмотки и удерживается на нулевом потенциале соединением с нулём. Этот трансформатор преобразует 220В AC в 9В AC.

Эта техника позволяет дать два отдельных выходных напряжения, равных по величине, но противоположных по полярности. Работа похожа на обычный трансформатор (первичная и вторичная обмотки). Первичное напряжение индуцирует напряжение во вторичной обмотке магнитной индукцией, но благодаря центральному проводнику получаем два напряжения.

Такой понижающий трансформатор с центральным отводом 주로 используется в выпрямительных схемах для преобразования AC в DC.

На диаграме видно: получаем два напряжения V_A и V_B от трех проводов, ноль соединен с землей — поэтому это также двухфазный трехпроводный трансформатор.

Одно напряжение получаем нагрузкой между линией 1 и линией 2 к нулю. Если нагрузка подключена напрямую между линией 1 и линией 2 — получаем суммарное напряжение (сумму двух).

Пусть N_p, N_a, N_B — число витков первичной катушки, первой и второй половин вторичной. V_P — напряжение на первичной, V_A и V_B — на половинах вторичной. Расчет:

• V_A = (N_A / N_P) × V_P
• V_B = (N_B / N_P) × V_P
• V_Total = V_A + V_B

Главное отличие от обычного трансформатора: обычный дает одно напряжение, с центральным отводом — два.

Связанные материалы:

• Идеи финальных проектов по электронике
• Идеи проектов для студентов-электротехников
• Простые идеи мини-проектов по электронике для начинающих

Полномостовой выпрямитель

Полномостовой выпрямитель — схема, преобразующая переменный ток (AC) в прямой (DC), выпрямляя оба полуволны периода. Состоит из 4 диодов в мостовой схеме (как на рисунке). Процесс называется выпрямлением.

Работа мостовой схемы:

Рассмотрим один период (T) волны AC. Первая половина (0 до T/2) — положительная, вторая (T/2 до T) — отрицательная. Нужно преобразовать отрицательную в положительную.

Первую половину оставляем, вторую преобразуем 4 диодами (D₁, D₂, D₃, D₄) как на схеме. Диоды проводят только в прямом смещении, в обратном — не проводят.

В первой положительной полуволне диоды D₂ и D₃ открыты (прямое смещение) — получаем такую же положительную полуволну на выходе. Во второй отрицательной полуволне открываются D₁ и D₄ — выдают положительную полуволну, аналогичную первой. Так каждая отрицательная полуволна выпрямляется в положительную. Выход идет на фильтр.

Применения: питание двигателей, LED, сварка (стабильный полярный DC), детекция амплитуды радиосигналов.

Связанные проекты:

• Детектор скорости автомобиля — схема и код
• Схема тестера кабелей и проводов

Фильтрация

После выпрямления выход — не чистый DC. Это пульсирующий DC с высоким коэффициентом пульсаций (ripple factor). Нельзя подавать в телефон — легко повредит устройство, не стабильный DC.

Пульсирующий DC после выпрямления имеет в 2 раза большую частоту, чем входной AC. Высокую пульсацию преобразуют в нормальный DC сглаживающими конденсаторами. Параллельное подключение конденсатора к нагрузке уменьшает пульсации и повышает средний уровень DC.

Работа и принцип схемы зарядки мобильного телефона:

Когда высокопульсирующий DC подается на конденсатор, он заряжается до пика волны. Когда волна спадает от пика, конденсатор разряжается, удерживая выходное напряжение стабильным — волна не падает до минимума, создавая нормальный DC.

Расчет емкости конденсатора для фильтрации:

Формула: C = (I × t) / V, где

• C = Расчетная емкость
• I = Максимальный выходной ток (пусть 500 мА)
• t = Период
• V = Пиковое выходное напряжение после фильтрации

Входное AC 50 Гц, значит после выпрямления частота пульсаций = 100 Гц.

Период t = 1/f = 1/100 = 0.01 с = 10 мс.

Напряжение на входе стабилизатора = 7 В (5 В DC выход + 2 В запас), вычитаем из пикового выходного. Трансформатор 9-0-9 дает 9 В RMS, пик = √2 × RMS. В цикле используем 2 диода. Падение на диоде 0.7 В, на 2 диодах = 1.4 В. Итог:

Пиковое выходное напряжение (V) = 9В × 1.414В – 1.4В – 7В = 4.33 В.

Следовательно,

C = Q / V (где Q = I × t)

C = (0.5 А × 0.01 с) / 4.33 В = 1154 мкФ (≈ 1000 мкФ).

Связанные проекты:

• Умная домашняя автоматизация — схема и код
• Контроллер температуры паяльника

Стабилизатор напряжения IC 7805

IC 7805 — стабилизатор, выдающий 5В стабилизированного DC. Рабочее входное напряжение 7–35В. Минимум на входе 7В. Выход 4.8–5.2В, ток 1 А.

Разница вход-выход = 2В — значительная. Эта разница выделяется как тепло, чем больше разница — тем больше тепло. Нужен радиатор на стабилизаторе чтобы избежать выхода из строя.

Выделяемое тепло = (Входное напряжение – Выходное напряжение) × Выходной ток

Пример: вход 12В, выход 5В, ток 500 мА. Тепло = (12–5) × 0.5 = 3.5 Ватт. Нужен радиатор, рассеивающий 3.5 Вт.

7805 означает: «78» — положительный, «05» — 5 вольт, то есть +5В DC. У IC 3 ножки: вход, земля, выход. Конденсатор 0.01 мкФ на выходе 7805 устраняет шум от переходных процессов напряжения.

Связанные проекты:

• Электронный глаз — LDR и IC 4049 для охраны
• Автоматический LED аварийный светильник

Заключение

Понимая описанные процедуры, можно спроектировать свою зарядку для телефона с нужным выходом. Потребуются изменения в параметрах трансформатора — выбрать понижающий до нужного напряжения.

Выпрямление аналогично — просто преобразует отрицательную полуволну в положительную. Расчет конденсатора для фильтрации должен быть точным, особенно для зарядки телефона. Разницу вход-выход стабилизатора 7805 нужно учитывать и проектировать радиатор соответственно.