Заряджання акумулятора від елементів Пельтьє. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Заряджання акумулятора від елементів Пельтьє. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення

Коментарі до статті

Вихідна напруга термоелектричного генератора на елементах Пельтьє залежить від температурних умов та навантаження. У пропонованій конструкції режим роботи перетворювача цієї напруги в необхідне заряджання свинцево-кислотної акумуляторної батареї автоматично підтримується таким, що генератор завжди віддає максимально можливу потужність. Це дозволяє отримати від генератора та запасти в батареї максимально можливу кількість енергії.

Відомо, що для отримання максимальної кількості енергії у зовнішньому ланцюзі необхідно, щоб опір навантаження генератора дорівнював його внутрішньому опору, а останній елемент Пельтьє залежить від умов роботи. Оскільки забезпечити однакові умови нагрівання великої кількості елементів і відведення від них тепла проблематично, вихід полягає в розбиття всієї їх множини на окремі групи з приблизно однаковими характеристиками та тепловими умовами. Оптимальне навантаження забезпечується окремо для кожної групи. За цим принципом і побудовано пристрій, що розглядається, що складається з двох ідентичних каналів, що працюють на загальне навантаження - акумуляторну батарею, що заряджається.

Основні технічні параметри

Число каналів перетворення .......2
Мінімальна напруга на вході каналу, .......3
Максимальна напруга на вході каналу, .......12
Максимальний струм генератора, А .......5
Максимальна вихідна напруга, В.......14
Частота перетворення, кГц ......80
ККД (при вхідній напрузі 9, струмі 1 А), %, не менше .......80
Струм споживання від батареї в сплячому режимі, мА.......0,4

Схема пристрою показано на рис. 1. Термоелектричні генератори G1 та G2 підключені до входів двох ідентичних каналів перетворення. Кожен канал є підвищуючим імпульсним перетворювачем напруги на накопичувальному дроселі L1 (L2) і потужному польовому транзисторі VT3 (VT4), керований шляхом широтно-імпульсної модуляції. Контролює роботу перетворювачів мікропроцесор DD1 (ATmega88-20AU). Коди із доданого до статті файлу TERMPR.hex необхідно завантажити у його FLASH-пам'ять. Конфігурацію мікроконтролера програмують відповідно до таблиці, де кольором виділено значення розрядів, що відрізняються від встановлених виробником мікросхеми.

Рис. 1 (натисніть , щоб збільшити)

розряд	Упоряд.	розряд	Упоряд.
RSTDISBL	1	CKDIV8	1
ДУЕН	1	CKOUT	1
SPIEN	0	SUT1	1
WDTON	0	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
BODLEVEL2	0	CKSEL2	0
BODLEVEL1	1	CKSEL1	1
BODLEVEL0	0	CKSEL0	0

На рис. 2 наведена діаграма зміни напруги на виході термоелектричного генератора одного каналу протягом робочого циклу пристрою. Масштаб по осі часу не дотримано. Цикл починається з припинення роботи перетворювача в момент t₀, після чого напруга генератора наростає до напруги холостого ходу U_xx, яке після закінчення перехідного процесу мікроконтролер вимірює за час t_{внесені поправки}. У момент часу t₁ мікроконтролер включає перетворювач і кілька прийомів змінює тривалість керуючих ним імпульсів, щоразу вимірюючи напруга генератора.

Після чергової зміни тривалості імпульсів напруга генератора потрапляє до зони з центром поблизу U = 0,5U_xx (в даному випадку це момент t₄). Це відповідає оптимальному навантаженню на генератор, тому перетворювач продовжує працювати при встановленій тривалості імпульсів, поки внаслідок зміни умов напруга генератора не вийде за межі зони U. Потім процес повторюється.

Заряджання акумуляторної батареї від елементів Пельтьє
Рис. 2

Так відбувається заряджання акумуляторної батареї GB1. Після досягнення напругою батареї приблизно 14 В зарядний струм зменшується, щоб уникнути перезаряджання. Пристрій переходить у режим стабілізації напруги батареї.

Живлення мікроконтролера DD1 може відбуватися від батареї GB1 через інтегральний стабілізатор DA1, так і від термогенераторів G1 і G2 через стабілізатори струму на транзисторах VT5 і VT6. Завдяки такій організації живлення напруга на затискачах для підключення акумуляторної батареї є навіть за її відсутності. Достатньо, щоб працював хоча б один термогенератор.

Якщо напруга обох термогенераторів опустилася нижче за мінімальне значення, мікроконтролер DD1 переходить у "сплячий" режим, попередньо закривши транзистори VT7 і VT8 і відключивши цим стабілізатор DA1. При цьому струм споживання акумуляторної батареї (якщо вона підключена) зменшується до 0,4 мА.

Як тільки напруга хоча б одного генератора стає вище мінімального (приблизно 3), мікроконтролер "прокидається", включає стабілізатор DA1 і управляє перетворювачами, як описано вище. Якщо напруга холостого ходу генератора перевищує напругу акумуляторної батареї, відбувається безпосередня зарядка акумулятора через діод VD7 або VD8 і встановити оптимальний режим навантаження стає неможливо. Звідси обмеження на максимальну напругу термогенератора.

Світлодіоди HL1-HL3 використовуються для сигналізації відповідно про включення пристрою та роботу перетворювачів напруги генераторів G1 та G2. Передбачена сигналізація про перегрівання термогенераторів – звуковий сигнал подає випромінювач звуку HA1 та блимає світлодіод.

Температура кожного з генераторів контролюється за допомогою термовимикачів SK1 та SK2 з температурою спрацьовування +120 ^оС. Найбільш поширені та дешеві елементи Пельтьє можуть експлуатуватися за температури до +138 ^оС. Якщо застосувати високотемпературні елементи, потрібно використовувати й інші термовимикачі або відмовитися від них зовсім.

Креслення друкованої плати пристрою показано на рис. 3, а розміщення елементів у ньому - на рис. 4. Багато необхідних для виготовлення пристрою деталей можна знайти на непотрібній материнській платі від комп'ютера. Наприклад, польові транзистори ARM2014N використовуються у перетворювачах напруги для живлення процесора та пам'яті на платах фірми ASUS. Добре підходять також польові транзистори STB70NF3LL. Головна вимога до цих транзисторів - порогова напруга не вище 1,5 В (краще 1 В). Використання приладів з більш високою граничною напругою призводить або до їх надмірного нагрівання, або перетворювач взагалі не працює, так як транзистори не відкриваються наявною напругою.

Заряджання акумуляторної батареї від елементів Пельтьє
Рис. 3

Заряджання акумуляторної батареї від елементів Пельтьє
Рис. 4

Дроселі L1 та L2 також виготовлені зі знайдених на материнській платі. Використані їх магнітопроводи – феритові кільця розмірами 15x8x6 мм. На них намотані по 15 витків дроту діаметром 1 мм.

Замість діодів VS80SQ040 та BAS86 можуть бути застосовані інші діоди Шоттки відповідно на 40 В, 10 А та 40 В, 0,1 А.

Програму мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/tempr.zip

Автори: С. Ткачук

Дивіться інші статті розділу Блоки живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Кури розповідають про географічні відкриття 04.12.2007

Полінезійці відкрили Америку задовго до Колумбу. Такий результат вивчення напівзотлілих курячих кісток, знайдених у залишках людського поселення на південному узбережжі Чилі.

Вуглецеве датування показало, що кістки відносяться до 1321 - 1407 років щонайменше за 85 років до відкриття Колумба. Аналіз ДНК із кісток показав, що кури були не європейських порід, а полінезійських.

Найбільш близькі до чилійських курей птахи з островів Великодня, Тонга та Самоа досі вважалося, що кури вперше були завезені до Америки іспанськими поселенцями близько 1500 року.

Інші цікаві новини:

▪ Сонячна енергія з-під асфальту

▪ Смознищений смартфон

▪ Кардіограф у кишені

▪ Автомобільний Wi-Fi підвищить безпеку на дорозі

▪ Кілометрова сонячна електростанція над конвеєрною стрічкою заводу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електротехнічні матеріали. Добірка статей

▪ стаття Моделі - копії ракет. Поради моделісту

▪ статья Який речовий слід може залишити блискавка в землі? Детальна відповідь

▪ стаття Проведення лісокультурних робіт у рівнинних умовах. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Геліостат. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Багатофункціональні мікросхеми серії МC34118 для телефонів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт