2025年6月19日 星期四

低壓高頻無線充電_電路分析

在家電醫生實作延伸班中我們介紹了線性變壓器的原理與相關的應用
也同時操作了無線充電的實驗
無線充電基本上就是用耦合(coupling)的方式傳遞兩個系統之間的能量
在電路中最常利用的方式就是電場耦合或磁場耦合
電場耦合主要利用電容將變化的電場轉變為電流釋放到另一個系統
磁場耦合則是用電感將變化的磁場轉變成電壓釋放出去
其實我們在之前非接觸型感應筆就是利用電場耦合的方式
而無線充電和變壓器就是用磁場耦合
但因為我們的交流電只有60Hz,因此充電效能不好
除了像充電時間很長的電器外,幾乎
很少用60Hz
要增加磁場耦合的效能
除了加大磁場(增加電流)之外
最簡單的方式就是增加頻率了
這個裝置5年前就做過,可以參考這篇
但五年後再回來看,又有更多不同的領悟了

線圈的部份為了讓磁場變化率更高
我們利用共軛電感,讓通過B極和C極的電流反向


當電流通過B極飽和時,C極開通
因為通過C極的電流至少是B極的數百倍
因此B極電壓會瞬間降到非飽和區,C極關閉
就這樣B極和C極就會輪流開通
通常頻率至少都有數百K(電壓電流不同,開關頻率也會不一樣)
可以看看示波器的結果



在電源有限流的情況下,B極輸入電壓大概就是電源電壓
但C極在電流快速變化的情況下會感應出一個高壓
因此我們就可以將原本的電源電壓提高數十倍
其實就是大名鼎鼎的焦耳神偷電路
但功率極小,示範的意義大於實質的應用

回到共軛線圈來看就會有一個數十到數百K的磁場變化
當我們在上方放上一個線圈就可以產生感應電動勢
低壓高頻的無線充電就完成囉

若電源沒有限流,C極開通不就短路了嗎?
我原本也是這麼想
但實際測試電流約0.698A,並沒有明顯短路
開關的頻率約有66.9K
(紅線C極呈現134K,應該是誤判,看圖形是接近66K)
B極因為電流變化大,也感應出11.7V的電壓
C極更大了,有34.6V



那就明白了!
線圈(電感)產生了電抗的緣故
實測線圈的感值約有0.01mH


換算感抗約有4.2歐,兩組線圈並聯等效阻抗約2.1歐
實測電池的端電壓只有1.8V(大電流產生壓降),電流0.698A,計算阻抗約2.58歐
這樣就很清楚了
最後再用電源供應器確認一次
(開關電源本身就有一個頻率,所以波形較亂)
端電壓1.334V,電流0.404A,阻抗1.334/0.404=3.3歐
頻率123kHz,等效感抗3.86歐



端電壓1.569V,電流0.509A,阻抗1.569/0.509=3.08歐
頻率96.5kHz,等效感抗3.03歐



實驗加上理論分析才是真正的王道啊!

2025年6月16日 星期一

維修TESCOM吹風機

TESCOM絕對是我最不喜歡維修的東西之一
實在太難拆裝了!!
都是卡榫,零件密集度又高
只要一個步驟不對就裝不回去
但這是公主的...
長工在怎麼累都沒有藉口
慢慢拆,有耐心就對了

完全不過電
就先沿著主線路查
電線、開關、溫度保險絲、溫度無熔絲開關都沒問題
旁路就是馬達、高低溫控制(功率二極體)、負離子產生器、LED指示燈、EMI安規電容








這個控溫的功率二極體短路了


放在發熱絲內部真的很討厭
只能撥開發熱絲剪掉後再慢慢復原
要小心發熱絲不要碰在一起,如果短路會讓功率增加的
不想再裝在裡面,太難施工了
所以找到等位點,把二極體塞在某個小角落







結果發現溫度保險絲的接線也斷了
但找不到斷點在哪裡...
又沒有電路圖
只能用理論來思考

溫度保險絲一定是控制主電路讓他整個斷電
主電路一定會回到電線端
電線一端連接開關
那另一端可能就是回到溫保了
功率太大,我也不敢貿然接上去
就先用降功率電源測試看看


果然和我想的一樣
那就接回去囉





測試看看,各檔位功率看來都很正常了
高溫高速


高溫低速


低溫高速


低溫低速


冷風高速


冷風低速


最後組裝才是痛苦的開始
終於完工可以還給公主了



2025年6月15日 星期日

變壓器功率的算法_測量篇

變壓器的本質就是一個電感
因此在通入交流電之後除了導線本身的電阻
還會因為交流電頻率產生一個感抗
這個感抗的大小為XL=2πfL
我們實際測量這個線圈的感值和電阻大小如下
0V-110V
電阻R=150.1歐
感值L=5.14H
感抗XL=2*π*60*5.14=1937.8歐

0V-220V
電阻R=310.9歐
感值L=24.8H
感抗XL=2*π*60*24.8=9349.4歐

所以0V-110V的線圈在通入110V交流電之後
實際產生的阻抗大小為2087.9歐
功率P=110*110/2087.9=5.80W

0V-220V的線圈在通入220V交流電之後
實際產生的阻抗大小為9660.3歐
功率P=220*220/9660.3=5.01W

這兩個數字計算出來都很接近廠商給的5VA
那...為什麼不用5W,而是5VA?
這就和功率因數有關了
VA是視在功率(Apparent Power)的單位
這樣才能和實功率(Real Power 或 Active Power)的W有所區別
有關功率因數之前說過很多了

變壓器功率的算法_電阻與電抗

在家電醫生實作延伸班中我們介紹了線性變壓器的原理與相關的應用
有老師問到,我明明量到的線圈阻抗就只有150歐
P=110*110/150=80.7W
為什麼標示只有5VA(W)?
這就是很多人不了解交流電特性的原因了


首先三用電表量到的不是阻抗(impedance),而是電阻(resistance)
阻抗其實包含了電抗(reactance)和電阻
電抗又包含了感抗(Inductive Reactance,XL)和容抗(Capacitive Reactance,XC)
感抗是因為電流變化使得電感產生感應電動勢所產生的「阻力」
而容抗是因為電壓變化使得電容蓄電,電位上升所產生的「阻力」
電感會在電流變小的情況下產生同向的感應電動勢,將原本儲存的能量釋放出來
而電容會在電壓變小的情況下將儲存的電量釋放出來
因此電容和電感不像電阻是將電能消耗掉
而是將能量以磁場和電場的方式暫時儲存
在電流或電壓下降時將能量釋放

電壓(或電流)變化的頻率較大時
電感產生的感應電動勢相對也較大,對電路產生的「阻力」也會變大
這個「阻力」會和頻率和產生的感應電動勢大小(感值)成正比
XL=2πfL,單位:歐姆
所以通常我們會給電感一個簡單的稱呼:通直隔交

而電容剛好相反
在電壓(或電流)變化的頻率較大時
電容蓄電後會在電壓方向改變的瞬間就將電量釋放出來
因此對電路產生的「阻力」反而較小
這個「阻力」和頻率還有容值成反比(容值越大,達到最高電壓的時間越長,電壓越高阻力越大)
XC=1/2πfC,單位:歐姆
所以電容就變成通交隔直

因此我們用三用電表量的不能稱為阻抗,而是電阻
電阻是原本就存在於導體(電器)內消耗電壓的所有因素的總和
原則上和外加電壓無關(符合歐姆定律)
但電抗卻是通電後才會產生的「阻力」,和電壓(電流)頻率、感值、容值
有絕對的關係
而且通電後我們是不能再用三用電表直接量電阻的

了解這些關鍵知識之後
變壓器的功率算法就迎刃而解了
待續...

2025年6月6日 星期五

自製非接觸型驗電筆_PNP型

這也是未來可能放入「家電醫生實作延伸班」的系列課程之一
驗電筆是很重要的工具
基本上是三用電表無法完全取代的
接觸型和非接觸型各有優缺點,沒有誰取代誰的問題
但我不喜歡一開始就從IC開始說
因此用PNP再做了一個簡易型的
為甚麼不用NPN?
細節我也不是很清楚,但實作結果告訴我
PNP比NPN效果要更好
可以參考之前用NPN做的這個
經過幾年的經驗
改成如下的電路


偵測器的部分變成一個0.22微法的電容
可以將交流電場變成直流電
這樣進去PNP的電子流會更穩定
改變不同的容值也可以偵測不同的頻率和調整靈敏度
不過LN若靠太近會無法分辨
只能偵測電線(電器)此時是否帶電
若偵測到較大的電場(離電線較近或頻率較高的電源)
蜂鳴器也會叫
做好像這樣





影片如下


2025年6月1日 星期日

自保持開關_NPN+PNP型(改良版)

簡化了一下電路
再加上一個電晶體放大才能加上relay
電路圖如下


集成後像這樣





可以當作家電醫生實作延伸班的練習模組了

2025年5月30日 星期五

自保持開關_光電二極體型

家電醫生自從要開啟「實作延伸班」之後
又要開始開發可以讓大家方便理解又能自製的家電小模組
其中一定要會的就是輕觸開關的電路(自保持電路)
這個電路之前已經說過很多模式了
包含最簡單的光敏電阻型,或npn + pnp組合電路
進階一點的雙穩態電路
到利用555和主流的40xx
或也可以直接用TRIAC,但沒有隔離的情況下不建議初學者使用
但這次想要順便講光耦的概念
才能順便過渡到SSR
因此又重新設計了一個新的電路
基本上就是從LDR型的概念衍伸出來的
在B極連接一個光電二極體
C極串接IR
IR和光電二極體利用熱縮套包在一起
當IR亮的時候光電二極體就能持續對B極供電
就是光耦的基本模組
這個教具就可以將兩個模組串在一起
電路圖如下





繼電器的部分再用一個npn放大
同時加上一個指示燈
這樣我們的教具就完成了
影片如下


集成好像這樣