Eine Leuchtdiode mittels induktive Kopplung und elektromagnetische Felder zum Leuchten bringen
Wireless LED
In diesem Zusammenhang! 1972 bis 2022, der NE555 wird 50 Jahre alt!
Wireless LED - kabellose Leuchtdioden leuchten, indem sie Energie von einer Induktionsspule
erhalten. Ein Oszillator speist eine Senderspule mit Hochfrequenzenergie und diese Energie wird
auf einer zweiten Spule, Empfängerspule, gekoppelt. Vorstellen kann man sich das wie ein
Transformator ohne Eisenkern.
Die Leuchtdioden, es können mehrere sein, sind direkt an der Empfängerspule angeschlossen.
Bei meinem Experiment gibt es nur die Spulen, Kondensatoren für eine Resonanzkopplung wurden
nicht verbaut. Die maximale Distanz von Sender- zur Empfängerspule beträgt 5,3 Zentimeter.
Eine Wireless LED Schaltung habe ich vor einigen Jahren schon einmal gebaut. Hier wollte
ich drei Dinge ändern.
1) Beide Spulen haben die gleiche Wicklungszahl (30 Windungen) jedoch im Durchmesser sind sie
unterschiedlich.
2) Senderspule wurde mit 0,35 Quadratmillimeter Querschnitt bewickelt,
Empfängerspule mit 0,15 Quadratmillimeter.
3) Der Oszillator soll mit einem NE555 realisiert werden. Warum? Siehe weiter unten auf dieser Webseite.
Zum Wirkungsgrad dieser ganzen Sache, dass was man an Energie reinsteckt – und was man rausbekommt,
kann man als unterirdisch bezeichnen. Das induktive Laden von elektrischen Zahnbürsten oder
Smartphones nutzt die gleiche Technologie!
Das obige Bild zeigt die induktive LED-Kopplung im Betriebszustand. Gespeist mit einer 5 Volt Powerbank.
Empfängerspule: Alle acht Leuchtdioden werden von der positiven Halbwelle der Wechselspannung versorgt.
Mit anderen Worten, die Leuchtdioden sind alle in einer Richtung verschaltet, die negative Halbwelle
wird nicht genutzt. Erst ab einer Distanz von fünf Zentimeter zwischen Sende- und Empfängerspule
verlieren die LEDs an Leuchtkraft. Größer sechs Zentimeter sind sie aus. Die Sendespule wird mit
einer Frequenz von 21 KHZ getaktet. Details zum Oszillator findest du weiter unten in dieser
Beschreibung! Hier noch einige Hinweise: Taktet der Oszillator korrekt, stellt sich ein Strom von
zirka 160 mA ein. Im ungünstigem Fall, wenn der Taktgeber nicht läuft (Kondensator C1 defekt)
und der NE555 Timer Ausgang (Pin 3) liefert trotzdem eine Basisspannung größer 0,7 Volt,
stellt sich ein Strom von größer 8 Ampere ein und es entsteht Brandgefahr. In dem obigen
Beispiel stellt die Powerbank die größte Gefahr dar. Also nicht unbeaufsichtigt lassen!
Fünfzig Jahre Three Fives (1972 bis 2022). Der NE555 ist bis heute der in der größten Stückzahl
produzierte integrierte Schaltkreis der Welt. Wer hat's erfunden? Der Schweizer Hans R. Camenzind.
In diesem Projekt liefert der NE555 eine Oszillator Frequenz von zirka 21 kHz.
Der obige
Schaltplan zeigt die Anwender-Grundschaltung für eine astabile Kippstufe. Dahinter verbirgt sich
folgender Signalablauf: Der Ausgang des IC's (Pin 3) wechselt zwischen der Versorgungsspannung
und Null Volt periodisch hin und her. Die zwei Widerstände R1 und R2 im Zusammenhang mit dem
Kondensator C1 (RC - Glied) bestimmt die Frequenz. Der Transistor BD139 (135-139) sorgt für den
notwendigen Strom, der durch die Sendespule geschickt wird.
Tritt in der Schaltung ein
Fehler auf und der Ausgang des NE555 ist konstant high, dann erhitzt sich der Transistor und es
entsteht Brandgefahr, da hilft auch die beste Kühlung nichts. Ich will damit nur verdeutlichen,
dass eine Funktionsschaltung oft mit wenigen Bauteilen zu realisieren ist, jedoch die Aspekte
Sicherheit, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Temperaturstabilität die Kosten erheblich
beeinflussen kann.
In diesem Kapitel habe ich dir meinen magnetischen
Schwebekörper (Levitation)
vorgestellt. Das obige Bild zeigt die Integration der „kabellosen Leuchtdioden“ als
schwebendes Objekt.
Leider hat das nicht geklappt!
Nach einigen
Minuten fängt die LED-Einheit an zu schwingen und fällt dann herunter.
Unabhängig von der Steuerung, Dreipunktregler oder doch
Proportional-Integral-Differential-Regler (PID), ist ein Punkt für diese
Anwendung nicht in Ordnung:
Die LED-Einheit ist mit 21 Gramm zu schwer.
Die Versorgungsspannung von 5 Volt für den Elektromagneten ist zu gering.
Leider habe ich es versäumt die Spannungsversorgung der Spule separat zu bauen.
Das muss geändert werden. Erst danach kann ich mich auf den Regler konzentrieren.
Mittlerweile denke ich über einen Neubau nach. Gestell aus Holz, wie eine Art Stehlampe!