金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、シリコン制御酸化を使用して製造されることが最も多い。現在、これが最も一般的に使用されているトランジスタのタイプです。このトランジスタの主な機能は導電性を制御することですが、それ以外の場合、MOSFET のソース端子とドレイン端子の間にどれだけの電流を供給できるかは、そのゲート端子に印加される電圧の合計によって決まります。ゲート端子に印加される電圧により電界が生成され、デバイスの伝導が制御されます。 MOSFET は、DC-DC コンバータ、モーター制御、インバータ、ワイヤレス給電この記事では、高効率を利用したワイヤレス電力伝送回路の設計方法について説明します。 MOSFET 。

MOSFETによるワイヤレス電力伝送

この主なコンセプトは、Tx コイルと Rx コイル間の電力伝送を制御するための MOSFET と共振誘導結合を備えた WPT (無線電力伝送) システムを設計することです。これは、ACから共振コイルを充電し、その後、次の電源を抵抗負荷に送信することで実行できます。この回路は、誘導結合を介してワイヤレスで低電力デバイスを非常に高速かつ強力に充電するのに役立ちます。

ワイヤレス電力伝送は次のように定義できます。ケーブルや導線を使用せずに電源から電気負荷まで電気エネルギーを長距離伝送することは、WPT (ワイヤレス電力伝送) として知られています。ワイヤレス電力伝送は、電気工学分野に驚くべき変化をもたらし、従来の銅ケーブルや通電ワイヤの使用が不要になります。ワイヤレス電力伝送は効率的で信頼性が高く、メンテナンスコストが低く、長距離でも短距離でも高速です。携帯電話や充電池をワイヤレスで充電するために使用します。

必要なコンポーネント

MOSFET回路によるワイヤレス電力伝送は、主に送信部と受信部で構成されます。ワイヤレス電力伝送用の送信部を作成するために必要なコンポーネントは主に次のとおりです。電圧源 (Vdc) – 30V、コンデンサー 6.8 nF、RF チョーク (L1 および L2) は 8.6 μH および 8.6 μH、送信機コイル (L) – 0.674 μH、抵抗器 R1-1K、R2-10K、R3-94オーム、R4-94オーム、R5-10K、コンデンサCは共振コンデンサのように動作し、ダイオードD1-D4148、D2-D4148、MOSFET Q1-IRF540およびMOSFET Q2-IRF540

ワイヤレス電力伝送用の受信部を作成するために必要なコンポーネントは主に次のとおりです。ダイオード D1 ～ D4 – D4007、抵抗 (R) – 1k オーム、電圧レギュレータ IC – LM7805 IC、受信コイル (L) – 1.235μH、C1 などのコンデンサ – 6.8nF、C2 は 220μF。

“永久磁石モーター発電機の自由エネルギー ”

MOSFET接続によるワイヤレス電力伝送

ワイヤレス給電送信部の接続は以下の通りです。

ワイヤレス給電送信回路

R1 抵抗の正端子は 30V の電圧源に接続され、もう一方の端子は LED に接続されます。 LEDのカソード端子はR2抵抗を介してGNDに接続されています。
R3 抵抗の正端子は 30V の電圧源に接続され、もう 1 つの端子は MOSFET のゲート端子に接続されます。ここで、LEDのカソード端子はMOSFETのゲート端子に接続されています。
MOSFET のドレイン端子はダイオードの正端子を介して電源に接続されており、インダクタ「L1」。
MOSFETのソース端子はGNDに接続されています。
インダクタ「L1」では、別の端子が D2 ダイオードのアノード端子に接続され、そのカソード端子がコンデンサ「C」とインダクタ「L」を介して R3 抵抗に接続されます。
R4 抵抗の正端子は電源に接続され、抵抗のもう一方の端子はダイオード D1 および D2 のアノード端子とカソード端子を介して MOSFET のゲート端子に接続されます。
インダクタ「L2」の正端子は電源に接続され、もう一方の端子はダイオード「D2」のアノード端子を介してMOSFETのドレイン端子に接続されます。
MOSFETのソース端子はGNDに接続されています。

ワイヤレス給電受信部の接続は以下の通りです。

ワイヤレス給電受信回路

インダクタ「L」、コンデンサ「C1」の正端子は D1 のアノード端子に接続され、インダクタ「L」、コンデンサ「C1」の他の端子は D4 のカソード端子に接続されます。
D2 ダイオードのアノード端子は D3 ダイオードのカソード端子に接続され、D3 ダイオードのアノード端子は D4 ダイオードのアノード端子に接続されます。
D2 ダイオードのカソード端子は D1 ダイオードのカソード端子に接続され、D1 ダイオードのアノード端子はインダクタ「L」およびコンデンサ「C1」の他の端子に接続されます。
抵抗器「R」の正端子は D1 と D2 のカソード端子に接続され、抵抗器の他の端子は LED のアノード端子に接続され、LED のカソード端子は GND に接続されます。
コンデンサ C2 の正端子は LM7805 IC の入力端子に接続され、もう一方の端子は GND に接続され、LM7805 IC の GND ピンは GND に接続されます。

働く

このワイヤレス電力伝送回路は、主に送信機と受信機の 2 つのセクションで構成されます。このセクションでは、送信コイルは 6 mm エナメル線またはマグネットワイヤーで作成されます。実はこの電線は銅線に薄い絶縁被覆層が施されたものです。送信機コイルの直径は6.5インチまたは16.5cm、長さは8.5cmです。

送信部回路には、DC 電源、送信コイル、発振器が含まれます。 DC 電源は、発振回路への入力として与えられる安定した DC 電圧を提供します。その後、直流電圧を高周波で交流電力に変換し、送電コイルに与えます。高周波の AC 電流により、送信コイルが通電され、コイル内に交流磁場が生成されます。

受信機セクション内の受信コイルは、直径 8cm の 18 AWG 銅線で作られています。受信機セクションの回路では、受信機コイルはそのコイル内に誘導された交流電圧としてそのエネルギーを取得します。この受信機セクションの整流器は、電圧を AC から DC に変更します。最後に、この変更された DC 電圧は、電圧コントローラーセグメント全体を通じて負荷に供給されます。ワイヤレス電力受信機の主な機能は、誘導結合を通じて低電力バッテリーを充電することです。

電源が送信回路に供給されると、DC 電流が L1 コイルと L2 コイルの両側を通って MOSFET のドレイン端子に供給され、電圧が MOSFET のゲート端子に現れ、トランジスタをオンにしようとします。。

最初の MOSFET Q1 がオンになっていると仮定すると、2 番目の MOSFET のドレイン電圧は GND 付近にクランプされます。同時に、2 番目の MOSFET がオフ状態になり、2 番目の MOSFET のドレイン電圧がピークまで増加し、単一の半サイクルを通じて「C」コンデンサと発振器の一次コイルによって形成されるタンク回路により低下し始めます。

ワイヤレス電力伝送の利点は次のとおりです。低コストで信頼性が高く、無線ゾーン内でバッテリー残量がなくなることがなく、有線と比較してより多くの電力を効率的に送信でき、非常に便利で環境に優しいなどです。無線電力伝送の欠点は次のとおりです。電力損失が高く、方向性がなく、長距離では効率的ではありません。

のワイヤレス給電の応用これには、回転シャフト上のワイヤレスセンサー、ワイヤレス機器の充電と給電、充電コードの取り外しによる防水機器の保護などの産業用途が含まれます。これらは、モバイル機器の充電、家電製品、無人航空機、電気自動車に使用されます。これらは、以下を含む医療用インプラントの操作と充電に使用されます。ペースメーカー、皮下医薬品、その他のインプラント。これらのワイヤレス電力伝送システムは、家庭や家庭内で作成してその動作を理解することができます。見てみましょう

自宅で WirelessPowerTranfer デバイスを作成するにはどうすればよいですか?

自宅で簡単なワイヤレス電力伝送 (WPT) デバイスを作成することは、楽しくて教育的なプロジェクトになる可能性がありますが、大きな出力を備えた効率的な WPT システムを構築するには、通常、より高度なコンポーネントと考慮事項が必要になることに注意することが重要です。このガイドでは、誘導結合を使用した教育目的の基本的な DIY プロジェクトの概要を説明します。以下は低電力のため、デバイスの充電には適していませんのでご注意ください。

必要な材料:

送信コイル (TX コイル): PVC パイプなどの円筒形の周りに巻かれたワイヤのコイル (約 10 ～ 20 回)。
受信コイル (RX コイル): TX コイルに似ていますが、電圧出力を高めるためにより多くの巻数を使用することが望ましいです。
LED (発光ダイオード): 電力伝送を実証するための単純な負荷として。
N チャネル MOSFET (例: IRF540): 発振器を作成し、TX コイルを切り替えます。
ダイオード (例: 1N4001): RX コイルからの AC 出力を整流します。
コンデンサ（例：100μF）：整流された電圧を平滑化します。
抵抗 (例: 220Ω): LED 電流を制限します。
バッテリーまたは DC 電源: 送信機 (TX) に電力を供給します。
ブレッドボードとジャンパーワイヤー: 回路を構築するため。
ホットグルーガン: コイルを所定の位置に固定します。

回路説明:

送信機と受信機の回路をどのように接続する必要があるかを見てみましょう。

送信機側 (TX):

バッテリーまたは DC 電源: これは送信機の電源です。バッテリーまたは DC 電源のプラス端子をブレッドボードのプラスレールに接続します。マイナス端子をマイナスレール (GND) に接続します。
TX コイル (送信コイル): TX コイルの一端を MOSFET のドレイン (D) 端子に接続します。 TX コイルのもう一方の端は、電源のプラス端子が接続されるブレッドボードのプラスレールに接続します。
MOSFET (IRF540): MOSFET のソース (S) 端子はブレッドボードの負のレール (GND) に接続されます。これにより、MOSFET のソース端子が電源のマイナス端子に接続されます。
MOSFET のゲート (G) 端子: 簡略化した回路では、この端子は未接続のままになっており、事実上 MOSFET が継続的にオンになります。

受信側 (RX):

LED (負荷): LED のアノード (長いリード) をブレッドボードのプラスのレールに接続します。 LED のカソード (短いリード線) を RX コイルの一端に接続します。
RX コイル (受信コイル): RX コイルの他端はブレッドボードの負のレール (GND) に接続する必要があります。これにより、LED の閉回路が形成されます。
ダイオード (1N4001): LED のカソードとブレッドボードのマイナスレール (GND) の間にダイオードを配置します。ダイオードのカソードは LED のカソードに接続し、アノードは負のレールに接続する必要があります。
コンデンサ (100μF): コンデンサの一方のリード線をダイオードのカソード (LED のアノード側) に接続します。コンデンサのもう一方のリードをブレッドボードのプラスのレールに接続します。このコンデンサは、整流された電圧を平滑化し、より安定した電圧を LED に供給するのに役立ちます。

このようにして、回路内のコンポーネントが接続されます。送信機側 (TX) に電力を供給すると、TX コイルは変化する磁界を生成し、これにより受信機側 (RX) の RX コイルに電圧が誘導されます。この誘導電圧は整流、平滑化され、LED への電力供給に使用され、非常に基本的な形式でのワイヤレス電力伝送を実証します。これは低電力の教育用デモンストレーションであり、実際のワイヤレス充電アプリケーションには適していないことに注意してください。