micro:bit:zasilanie z jednego paluszka AA? TAK: złodziej Jouli

micro:bit można zasilać na kilka różnych sposobów. Jest USB (które dodatkowo służy do programowania). Standardowy zestaw zawiera zasobnik na dwie baterie 2xAAA. W poprzednim tekście mówiłem o zasilaniu micro:bit przez moduł Mi:Power. Wiemy już, że micro:bit może działać na pastylkowej baterii cr2032. Ale – czy są inne sposoby zasilania?

Oczywiście – każde źródło zasilania, którego napięcie dostosujecie do poziomu akceptowalnego przez micro:bit. Ale tym razem chciałem wspomnieć o … złodzieju dżuli (joule Thief). Dlaczego? Bo dzięki niemu możecie zasilić micro:bit… z jednego paluszka AA:) A podobno 1.5v nie wystarczy…

Złodziej Dżuli (Joule Thief) to jedna z tych konstrukcji, gdzie kilka połączonych bardzo podstawowych elementów daje niesamowity efekt – a wytłumaczenie fenomenu działania może być materiałem na całkiem niezłą rozprawę…

Najważniejsze jest to, co ten układ potrafi: wycisnąć ze źródła zasilania ostatnie resztki prądu i jednocześnie zwiększyć napięcie. To taka najprostsza przetwornica step-up. Dzięki niej z paluszka AA można np. zasilić dużą diodę lub doładować telefon komórkowy. Co ciekawe – ‚złodziej’ wyciśnie ostatnie elektrony ze źródła… aż do napięcia około 0.8v! (czyli np. właściwie martwej baterii AA lub dążącego do pełnego rozładowania kondensatora).

Oczywiście nie ma nic za darmo: mówimy tu raczej o prądach rzędu dziesiątek miliamperów… Ale dla naszego micro:bit powinno to wystarczyć.

Elementy

Do zbudowania Złodzieja będziecie potrzebować:

  • Rdzeń ferrytowy,
  • 2 żyły ze skrętki (w osłonce), ok. 20cm,
  • Rezystor, 100Ω do sterowania bazą tranzystora,
  • Tranzystor NPN – może być np. bc547,
  • Diodę półprzewodnikową, np 1n4148,
  • Diodę zenera, np. 3v3 – o wartości w okolicach zasilania, które chcecie uzyskać,
  • Kondensator elektrolityczny, np. 22uF,

Wzorowałem się tutaj na projekcie z Instructables. Układ dioda półprzewodnika – dioda zenera – kondensator pozwala na ustabilizowanie napięcia wyjściowego na poziomie akceptowalnym dla micro:bit.

Cena części potrzebnych do projektu jest praktycznie złotówkowa. Jedynym problemem może być zdobycie rdzenia ferrytowego. Na popularnym polskim portalu aukcyjnym znalazłem dosłownie 2 dostawców – więcej jest na portalu chińskim.

Rdzenie takie można również pozyskać ze starych płyt komputerowych, zasilaczy, radio – czy żarówek LED lub energooszczędnych.

Do nawinięcia użyłem żył ze… skrętki. Są kolorowe i łatwiej je łączyć.

Układ

Schemat podłączenia przedstawiony na Instructables jest bardzo prosty:

Na podstawie: Instructables
Na podstawie: Instructables

Kluczową częścią układu jest nawinięty rdzeń. Możecie go przygotować tak:

    1. Przygotujcie 2 kawałki izolowanego drutu o długości ok. 40cm (zależnie od średnicy rdzenia). Może to być drut nawojowy – chociaż tu użyłem żył ze skrętki ethernetowej:
    2. Złóżcie dwie żyły i obwińcie nimi ciasno rdzeń. Postarajcie się ich nie krzyżować:

    3. Teraz trzeba połączyć końcówki, tu: białą wejściową z niebieską wyjściową.

      Do tej pary podłączycie plus z baterii. Wolne kabelki podłączacie przez rezystor na bazę tranzystora i jego kolektor.

Na płytce stykowej

Zanim weźmiecie się za lutowanie, warto upewnić się, że sama idea działa. Podłączcie wszystko na płytce stykowej. Jako obciążenie możecie zacząć od diody LED.

Gdy wszystko zadziała – możecie spróbować z micro:bit:

Budowa układu

W Sieci podpatrzyłem pomysł na umieszczenie „złodzieja” w drugiej celi pudełka na baterie AA:

Wyciąłem płytkę PCB:

Poszerzyłem otworki…

…i przełożyłem przez nie końcówki drutu owijającego rdzeń. Całość ustabilizowałem gorącym klejem:

Czas na rezystor bazy, tranzystor i diody:

Na koniec kondensator:

Z kablami:

Od spodu:

Testować warto na każdym etapie:

Teraz koszyk na baterie – wywierciłem w nim kilka dodatkowych otworów – od spodu i na czole:

„Plus” odciąłem i wywinąłem pod pudełko – za chwilę włożę go w otwór płytce i przylutuję. Przewód z masą też przylutowałem w odpowiednie miejsce na płytce – udało mi się to zrobić dzięki wywierconym otworom.

Gotowe:

Uwagi do budowy:

  • Upewnijcie się, że dobrze skręcacie uzwojenie na pierścieniu; nie krzyżujcie przewodów,
  • Upewnijcie się, że dobrze podłączacie tranzystor; położenie bazy, kolektora i emitera może być różne w zależności od rodzaju tranzystora.
  • Dioda półprzewodnikowa powinna być spolaryzowana w kierunku przewodzenia – czarnym paskiem w stronę odbiornika,
  • Dioda Zenera powinna być spolaryzowana w kierunku zaporowym – czarna kreska w kierunku zasilania (a nie masy).

Test

Do testowania użyłem tego samego programu, co w przypadku Mi:Power i baterii cr2032. micro:bit wytrzymał na niej… prawie 42 godziny! A co w przypadku Złodzieja Jouli?

Użyłem świeżej baterii alkalicznej z ikea. micro:bit pracował na niej około 13 godzin i 13 minut! Na końcu testu napięcie baterii spadło do 0.55v. Doświadczenie powtórzyłem kilka razy, ale efekt był za każdym razem podobny. To 3x krócej niż na mającej (teoretycznie) 10x mniejszą pojemność cr2032. Czy  można to poprawić?!

Złodziej – wersja 2

Pierwsza wersja złodzieja działała dużo krócej niż mi:power. Postanowiłem trochę ją zmodyfikować:

Element Złodziej 1 Złodziej 2 Uwagi
Rdzeń Ferryt 1.5 cm średnicy Ferryt 2 cm średnicy
Drut Z skrętki ethernet  Nawojowy – 0.4mm
Ilość pętli  15  50
Tranzystor  BC547  2n2222 rezystor na bazie: 100Ω
Dioda zenera  3v3  3v3
Kondensator  22uF  47uF

Efekt był widoczny od razu. Micro:bit pracował 46 godzin. Na końcu testu napięcie baterii spadło do 0.47v.

Podsumowanie

 Układ Zasilanie  Napięcie baterii  Czas pracy (godziny)
 mi:power  cr2032/ikea  3v 42złodziej
Złodziej 1 (skrętka ethernetowa)  AA/alkaliczna – ikea  1.5v 13
Złodziej 2 (drut nawojowy)  AA/alkaliczna – ikea  1.5v 46

Złodziej zamienia niewielkie napięcie i duże natężenie na większe napięcie, ale znacznie mniejsze natężenie przy dużych stratach (50-60%). Dzięki temu możecie zasilić micro:bit z jednego paluszka AA (lub AAA).

Czas pracy na takiej baterii zależy od wykonania samego złodzieja. Generalnie im więcej zwojów na rdzeniu – tym będzie dłuższy. Przy stosunkowo grubych i dobrze izolowanych skrętkach z kabla ethernetowego było to jedynie ok. 13 godzin. Ale gdy użyjecie drut nawojowy – prawie 2 dni! To nawet dłużej niż mi:power – i wychodzi taniej:) Taki drut możecie odzyskać np. ze starych transformatorów. Możecie go również wyprosić w serwisach rtv. Zachęcam Was do eksperymentowania z różnymi rodzajami drutów i diod Zenera. Ja użyłem diody 3.3v – ciekawe jak długo działałby micro:bit na 2.7v lub mniej?

Źródła

  • http://blog.zakkemble.co.uk/joule-thief/
  • Instructables
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Joule_thief

Dodaj komentarz

Proszę dodaj swój komentarz. Pamiętaj, żeby nie podawać żadnych danych osobowych.