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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Стандарт HDMI 2.2 05.01.2025 Представлено новое поколение технологии HDMI - версия 2.2, которая обещает стать революционным шагом в области передачи мультимедийного контента. Одним из главных достижений HDMI 2.2 стало увеличение пропускной способности до впечатляющих 96 Гбит/с. Этот показатель в два раза превосходит предыдущий стандарт HDMI 2.1, чей максимум составлял 48 Гбит/с. Такое улучшение стало возможным благодаря использованию нового кабеля Ultra96, который поддерживает передачу данных на столь высоких скоростях. Это открывает новые горизонты для работы с видео сверхвысокого разрешения и высокой частоты кадров. Новый стандарт HDMI 2.2 позволяет транслировать изображение в разрешении 4K с частотой до 480 Гц, 8K с частотой до 240 Гц и даже 10K с частотой до 120 Гц. Для сравнения, HDMI 2.1 поддерживал 4K лишь до 240 Гц. Такие возможности делают HDMI 2.2 особенно привлекательным для геймеров, профессиональных видеомонтажеров и тех, кто занимается созданием контента, требующего высокой детализации и плавности движения. Важным нововведением HDMI 2.2 является внедрение протокола индикации задержки (LIP), разработанного для улучшения синхронизации звука и изображения. Эта функция становится особенно ценной при использовании сложных систем, включающих аудио- и видеоприемники или звуковые панели. Технология LIP минимизирует задержки, что позволяет добиться точного воспроизведения и полного погружения в мультимедийный контент. Для предотвращения проблем с подделками кабелей, HDMI Forum также представил обновленный дизайн маркировки Ultra96. Это не только повысит доверие потребителей к продукции, но и облегчит выбор совместимого оборудования. Ожидается, что стандарт HDMI 2.2 будет доступен большинству производителей уже в первой половине 2025 года. Это означает, что в ближайшем будущем новые телевизоры, игровые консоли, проекторы и другие устройства смогут воспользоваться преимуществами этого высокотехнологичного решения.

Другие интересные новости:

▪ Нетбук ASUS Eee PC X101

▪ КМОП-регулятор напряжения LP3883

▪ Рождественскую елку подключили к электрическому угрю

▪ Пить или не пить

▪ Система компьютерной защиты Protect на основе индекса пользовательского доверия

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Кордовая гоночная модель самолета. Советы моделисту

▪ статья Какая птица сумела прожить полтора года без головы? Подробный ответ

▪ статья Травмы в домашних условиях, причины травм. Медицинская помощь

▪ статья Простой, но полезный усилитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блокировка параллельного телефона. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025