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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Бесплатный интернет от Facebook 06.08.2014 Социальная сеть Facebook, принадлежащая одному из самых богатых и молодых миллиардеров Марку Цукербергу (занимает 16-е место в рейтинге Forbes с капиталом $32,5 млрд), предоставила жителям африканского государства Замбия возможность посещать Facebook и еще 11 сайтов со своих смартфонов без взимания платы за мобильный трафик. Эта возможность была предоставлена в сотрудничестве с оператором Airtel и доступна только его абонентам, сообщили в компании. Помимо мобильной версии веб-сайта Facebook (m.facebook.com), включая мессенджер (m.facebook.com/messages), абонентам предоставляется бесплатный доступ к локальной версии сайта оператора Airtel, сайтам AccuWeather, eZeLibrary, Facts for Life, Google, Go Zambia Jobs, Kokoliko, MAMA, Wikipedia, WRAPP и Zambia uReport. Сайт eZeLibrary предназначен для ознакомления с законами Замбии и в настоящее время находится в разработке. Facts for Life посвящен здоровью детей, Go Zambia Jobs и Kokoliko - вакансиям местных компаний, MAMA (Mobile Alliance for Maternal Action) - проблемам материнства и планирования семьи, WRAPP (Women's Rights App) - защите прав женщин и Zambia uReport - борьбе с распространением ВИЧ-инфекций. Получить доступ к указанным сайтам абоненты могут тремя способами: через приложение Internet.org, предварительно загрузив и установив его на Android-смартфон, через сайт Internet.org или через приложение Facebook для Android. "Используя приложение Internet.org, люди смогут посещать ряд ресурсов, посвященных здоровью, трудоустройству и содержащих полезную информацию для местных жителей, без взимания платы за мобильный интернет. Мы надеемся, что это увеличит число пользователей интернета и поможет им найти полезную информацию, которая ранее не была доступна", - прокомментировали в Facebook. Бесплатный доступ к 12 сайтам - первый шаг в рамках инициативы Internet.org, автором которой является Facebook. Социальная сеть заручилась поддержкой Nokia, Samsung, Ericsson, MediaTek, Qualcomm и Opera Software. Вместе партнеры рассчитывают сделать интернет доступным большему числу жителей в развивающихся странах. В рамках инициативы Facebook также разрабатывает дроны, оснащенные средствами связи для "доставки" интернета в отдаленные уголки планеты.

Другие интересные новости:

▪ Электронная майка для футболиста

▪ Нейроморфный компьютер Hala Point

▪ Новый беспроводной стек протоколов 802.15.4e/g для CC1310

▪ Полицейская робомашина от Ford

▪ Телефон не для разговоров

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Большая энциклопедия для детей и взрослых. Подборка статей

▪ статья Иоганн Каспар Лафатер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда впервые стали делать надгробия? Подробный ответ

▪ статья Дубовый мох. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Простой металлоискатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Палец сквозь ухо. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026