Зарядка аккумуляторной батареи от элементов Пельтье. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Выходное напряжение термоэлектрического генератора на элементах Пельтье зависит от температурных условий и нагрузки. В предлагаемой конструкции режим работы преобразователя этого напряжения в необходимое для зарядки свинцово-кислотной аккумуляторной батареи автоматически поддерживается таким, что генератор всегда отдает максимально возможную мощность. Это позволяет получить от генератора и запасти в батарее максимально возможное количество энергии.

Известно, что для получения максимального количества энергии во внешней цепи необходимо, чтобы сопротивление нагрузки генератора равнялось его внутреннему сопротивлению, а последнее у элемента Пельтье зависит от условий работы. Поскольку обеспечить одинаковые условия нагрева большого числа элементов и отвода от них тепла проблематично, выход заключается в разбиении всего их множества на отдельные группы с примерно одинаковыми характеристиками и тепловыми условиями. Оптимальная нагрузка при этом обеспечивается раздельно для каждой группы. По этому принципу и построено рассматриваемое устройство, состоящее из двух идентичных каналов, работающих на общую нагрузку - заряжаемую аккумуляторную батарею.

Основные технические параметры

• Число каналов преобразования .......2
• Минимальное напряжение на входе канала, В .......3
• Максимальное напряжение на входе канала, В .......12
• Максимальный ток генератора, А .......5
• Максимальное выходное напряжение, В.......14
• Частота преобразования, кГц ......80
• КПД (при входном напряжении 9 В, токе 1 А), %, не менее .......80
• Ток потребления от батареи в спящем режиме, мА.......0,4

Схема устройства показана на рис. 1. Термоэлектрические генераторы G1 и G2 подключены к входам двух идентичных каналов преобразования. Каждый канал представляет собой повышающий импульсный преобразователь напряжения на накопительном дросселе L1 (L2) и мощном полевом транзисторе VT3 (VT4), управляемый путем широтно-импульсной модуляции. Контролирует работу преобразователей микропроцессор DD1 (ATmega88-20AU). Коды из приложенного к статье файла TERMPR.hex необходимо загрузить в его FLASH-память. Конфигурацию микроконтроллера программируют в соответствии с таблицей, где цветом выделены значения разрядов, отличающиеся от установленных изготовителем микросхемы.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На рис. 2 приведена диаграмма изменения напряжения на выходе термоэлектрического генератора одного канала в течение рабочего цикла устройства. Масштаб по оси времени не соблюден. Цикл начинается с приостановки работы преобразователя в момент t₀, после чего напряжение генератора нарастает до напряжения холостого хода U_xx, которое по окончании переходного процесса микроконтроллер измеряет за время t_изм. В момент времени t₁ микроконтроллер включает преобразователь и в несколько приемов изменяет длительность управляющих им импульсов, каждый раз измеряя напряжение генератора.

После очередного изменения длительности импульсов напряжение генератора попадает в зону с центром вблизи U = 0,5U_xx (в данном случае это момент t₄). Это соответствует оптимальной нагрузке на генератор, поэтому преобразователь продолжает работать при установленной длительности импульсов, пока вследствие изменения условий напряжение генератора не выйдет за пределы зоны ΔU. Затем процесс повторяется.

Рис. 2

Так происходит зарядка аккумуляторной батареи GB1. По достижении напряжением батареи приблизительно 14 В зарядный ток уменьшается, чтобы не допустить ее перезарядки. Устройство переходит в режим стабилизации напряжения батареи.

Питание микроконтроллера DD1 может происходить как от батареи GB1 через интегральный стабилизатор DA1, так и от термогенераторов G1 и G2 через стабилизаторы тока на транзисторах VT5 и VT6. Благодаря такой организации питания напряжение на зажимах для подключения аккумуляторной батареи имеется даже в ее отсутствие. Достаточно, чтобы работал хотя бы один термогенератор.

Если напряжение обоих термогенераторов опустилось ниже минимального значения, микроконтроллер DD1 переходит в "спящий" режим, предварительно закрыв транзисторы VT7 и VT8 и отключив этим стабилизатор DA1. При этом ток потребления от аккумуляторной батареи (если она подключена) уменьшается до 0,4 мА.

Как только напряжение хотя бы одного генератора становится выше минимального (примерно 3 В), микроконтроллер "пробуждается", включает стабилизатор DA1 и управляет преобразователями, как описано выше. Если напряжение холостого хода генератора превышает напряжение аккумуляторной батареи, то происходит непосредственная зарядка аккумулятора через диод VD7 или VD8 и установить оптимальный режим нагрузки становится невозможно. Отсюда ограничение на максимальное напряжение термогенератора.

Светодиоды HL1-HL3 используются для сигнализации соответственно о включении устройства и работе преобразователей напряжения генераторов G1 и G2. Предусмотрена сигнализация о перегреве термогенераторов - звуковой сигнал подает излучатель звука HA1 и мигает светодиод.

Температура каждого из генераторов контролируется с помощью термовыключателей SK1 и SK2 с температурой срабатывания +120 ^оС. Наиболее распространенные и дешевые элементы Пельтье могут эксплуатироваться при температуре до +138 ^оС. Если применить высокотемпературные элементы, то нужно использовать и другие термовыключатели или отказаться от них совсем.

Чертеж печатной платы устройства показан на рис. 3, а размещение элементов на ней - на рис. 4. Многие из необходимых для изготовления устройства деталей можно найти на ненужной материнской плате от компьютера. Например, полевые транзисторы ARM2014N используются в преобразователях напряжения для питания процессора и памяти на платах фирмы ASUS. Хорошо подходят также полевые транзисторы STB70NF3LL. Главное требование, предъявляемое к этим транзисторам, - пороговое напряжение не выше 1,5 В (лучше 1 В). Использование приборов с более высоким пороговым напряжением приводит либо к их чрезмерному нагреву, либо преобразователь вообще не работает, так как транзисторы не открываются имеющимся напряжением.

Рис. 3

Рис. 4

Дроссели L1 и L2 также изготовлены из найденных на материнской плате. Использованы их магнитопроводы - ферритовые кольца размерами 15x8x6 мм. На них намотаны по 15 витков провода диаметром 1 мм.

Вместо диодов VS80SQ040 и BAS86 могут быть применены другие диоды Шоттки соответственно на 40 В, 10 А и 40 В, 0,1 А.

Программу микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/tempr.zip

Авторы: С. Ткачук

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Соседи формируют вашу микрофлору 27.04.2026

Ученые уже давно рассматривают человека не как изолированный организм, а как сложную экосистему, тесно связанную с микромиром внутри и вокруг него. Особенно активно исследуется кишечная микрофлора, от которой зависят пищеварение, иммунитет и даже некоторые аспекты поведения. Новая работа Университета Восточной Англии добавляет к этому пониманию еще один важный слой: оказывается, состав микробиоты может изменяться под влиянием людей, с которыми мы живем рядом. Чтобы проверить, как социальные контакты влияют на передачу микробов, исследователи обратились к природной модели - сейшельской камышовке (Acrocephalus sechellensis), небольшой певчей птице, обитающей на острове Кузен на Сейшельских островах. Этот вид оказался особенно удобным для наблюдений, поскольку птицы живут изолированно и не покидают остров, что позволяет отслеживать их биологические и социальные связи на протяжении всей жизни. В рамках многолетнего исследования ученые собирали сотни образцов птичьего помета, анализир ...>>

Лазерная печать микросхем как альтернатива кремнию 27.04.2026

Индустрия электроники постепенно уходит от исключительно кремниевых и пластиковых решений в сторону более гибких, дешевых и экологичных материалов. Одним из наиболее необычных направлений стала так называемая бумажная электроника, где привычный лист бумаги превращается в основу для работающих электронных схем. Именно в этой области исследователи из Лаборатории биоэлектроники и микросхем Бингемтонского университета предложили принципиально новый подход к созданию микросхем. Ученые разработали технологию, при которой электронные схемы формируются прямо на пергаментной бумаге с помощью стандартного углекислотного лазера. Особенность используемого материала заключается в тонком силиконовом покрытии, придающем бумаге гидрофобные свойства и защищающем ее от влаги. Лазер точечно удаляет это покрытие, создавая рисунок будущей схемы и обнажая целлюлозные волокна, способные впитывать жидкость. Далее в образованные лазером микроскопические каналы вводятся водные чернила, которые формируют ф ...>>

Психологическое состояние и старение 26.04.2026

Наука все чаще рассматривает старение не только как биологический процесс, но и как явление, тесно связанное с психологическим состоянием человека. Эмоциональное благополучие, уровень стресса и ощущение социальной включенности могут напрямую влиять на то, как быстро изнашивается организм на клеточном уровне. Китайские исследователи провели масштабный анализ данных людей старше 45 лет и обнаружили важную закономерность: такие факторы, как одиночество и субъективное ощущение несчастья, связаны с ускорением биологического старения примерно на 1,65 года. Иными словами, внутреннее эмоциональное состояние может "добавлять" организму лишний возраст даже при одинаковом паспортном возрасте. Чтобы получить более точную оценку биологического старения, ученые использовали комплексный подход. В их анализ вошли 16 биомаркеров крови, семь биометрических параметров, а также данные, связанные с биологическим полом участников. Такой набор позволил сформировать более многослойную картину состояния ...>>

Случайная новость из Архива Thubber: сверхэластичная резина со свойствами металла 18.02.2017 Ученые из университета Карнеги-Меллона разработали теплопроводный резиновый материал, который может стать прорывом для разработки мягких растягивающихся механизмов и электроники, Новый материал получил название "thubber", и это электроизоляционный материал с теплопроводностью, свойственной металлам, эластичностью, присущей мягким, биологическим тканям, который может растягиваться в шесть раз от своей первоначальной длины. "Наша комбинация высокой теплопроводности и эластичности особенно важна для быстрого рассеяния тепла в устройствах, вроде носимой на теле электронике или мягких роботах, которые требуют механической гибкости и растягивающейся функциональности", - говорят исследователи. Такие материалы могут также применяться в спортивной одежде и медицине, энергетике и перевозках. Ключевым ингредиентом новой резиной является суспензия нетоксичных микрокапель из жидкого металла. Жидкое состояние позволяет деформироваться металлу вместе с окружающей резиной при комнатной температуре. Когда же резина растянута, капли формируют вытянутые траектории, который эффективны для вывода тепла. Несмотря на большое количество металла, материал также сохраняет электроизоляционные свойства. Чтобы продемонстрировать свойства материала, ученые прикрепили светодиоды на полоску из thubber, чтобы сделать лампу, которую любой бегун может носить вокруг своей ноги. Новый материал рассеивает жар от диодов, которые иначе обожгли бы человека. Также исследователи создали мягкую роборыбку, которая плавает с помощью хвоста из thubber без помощи обычных моторов или шестерней.

Другие интересные новости:

▪ Новый метод цветной 3D-печати

▪ Как поймать радугу

▪ Российский видеорекордер на флэш-памяти

▪ Электрический кроссовер DS Aero Sport Lounge

▪ SHARP анонсирует ЖК-дисплей с миллионной контрастностью

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Технологии радиолюбителя. Подборка статей

▪ статья Виет Франсуа. Биография ученого

▪ статья Какие новорожденные самые крохотные? Подробный ответ

▪ статья Директор филиала. Должностная инструкция

▪ статья Автомобиль. Электронный впрыск топлива. Справочник

▪ статья Сверхрегенеративный приемник на 144 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026