Chargement de la batterie à partir des éléments Peltier. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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La tension de sortie d'un générateur thermoélectrique basé sur des éléments Peltier dépend des conditions de température et de la charge. Dans la conception proposée, le mode de fonctionnement du convertisseur de cette tension à celle nécessaire à la charge de la batterie au plomb est automatiquement maintenu de telle sorte que le générateur délivre toujours la puissance maximale possible. Cela vous permet d'obtenir la quantité maximale d'énergie du générateur et de la stocker dans la batterie.

On sait que pour obtenir le maximum d'énergie dans le circuit externe, il faut que la résistance de charge du générateur soit égale à sa résistance interne, et cette dernière de l'élément Peltier dépend des conditions de fonctionnement. Puisqu'il est problématique de fournir les mêmes conditions pour chauffer un grand nombre d'éléments et en évacuer la chaleur, la solution consiste à diviser l'ensemble de leur ensemble en groupes distincts ayant à peu près les mêmes caractéristiques et conditions thermiques. Dans ce cas, la charge optimale est fournie séparément pour chaque groupe. Selon ce principe, le dispositif considéré a été construit, composé de deux canaux identiques fonctionnant sur une charge commune - une batterie rechargeable.

Principaux paramètres techniques

• Nombre de canaux de conversion .......2
• Tension minimale à l'entrée du canal, V ....... 3
• Tension maximale à l'entrée du canal, V .......12
• Courant maximal du générateur, A ....... 5
• Tension de sortie maximale, V.......14
• Fréquence de conversion, kHz ...... 80
• Efficacité (à tension d'entrée 9 V, courant 1 A), %, pas moins ....... 80
• Consommation de courant de la batterie en mode veille, mA......0,4

Le schéma de l'appareil est illustré à la fig. 1. Les générateurs thermoélectriques G1 et G2 sont connectés aux entrées de deux canaux de conversion identiques. Chaque canal est un convertisseur élévateur de tension d'impulsion basé sur une inductance de stockage L1 (L2) et un puissant transistor à effet de champ VT3 (VT4), contrôlé par modulation de largeur d'impulsion. Le microprocesseur DD1 (ATmega88-20AU) contrôle le fonctionnement des convertisseurs. Les codes du fichier TERMPR.hex joint à l'article doivent être chargés dans sa mémoire FLASH. La configuration du microcontrôleur est programmée conformément au tableau, où les valeurs des chiffres sont surlignées en couleur, qui diffèrent de celles définies par le fabricant du microcircuit.

Riz. 1 (cliquez pour agrandir)

Sur la fig. 2 montre un diagramme des changements de tension à la sortie d'un générateur thermoélectrique d'un canal pendant le cycle de travail de l'appareil. L'échelle sur l'axe du temps n'est pas respectée. Le cycle commence par la suspension du convertisseur à l'instant t₀, après quoi la tension du générateur monte jusqu'à la tension de repos U_xx, que, à la fin du processus transitoire, le microcontrôleur mesure dans le temps t_modifié. Au temps t₁ le microcontrôleur allume le convertisseur et modifie en plusieurs étapes la durée des impulsions qui le contrôlent, mesurant à chaque fois la tension du générateur.

Après un autre changement dans la durée des impulsions, la tension du générateur entre dans la zone centrée près de U = 0,5U_xx (dans ce cas, c'est le moment t₄). Cela correspond à la charge optimale sur le générateur, de sorte que le convertisseur continue de fonctionner à la largeur d'impulsion définie jusqu'à ce que, en raison d'un changement de conditions, la tension du générateur dépasse la zone ΔU. Ensuite, le processus est répété.

Fig. 2

C'est ainsi que la batterie GB1 est chargée. Lorsque la tension de la batterie atteint environ 14 V, le courant de charge est réduit pour éviter une surcharge. L'appareil passe en mode de stabilisation de la tension de la batterie.

Le microcontrôleur DD1 peut être alimenté à la fois par la batterie GB1 via le stabilisateur intégré DA1, et par les thermogénérateurs G1 et G2 via les stabilisateurs de courant sur les transistors VT5 et VT6. Grâce à cette organisation électrique, il y a de la tension aux bornes de raccordement de la batterie même en son absence. Il suffit qu'au moins un thermogénérateur fonctionne.

Si la tension des deux thermogénérateurs est tombée en dessous de la valeur minimale, le microcontrôleur DD1 passe en mode veille, après avoir fermé les transistors VT7 et VT8 et ainsi désactivé le stabilisateur DA1. Dans ce cas, la consommation de courant de la batterie (si connectée) est réduite à 0,4 mA.

Dès que la tension d'au moins un générateur devient supérieure au minimum (environ 3 V), le microcontrôleur "se réveille", allume le stabilisateur DA1 et contrôle les convertisseurs, comme décrit ci-dessus. Si la tension de ralenti du générateur dépasse la tension de la batterie, la batterie est directement chargée via la diode VD7 ou VD8 et il devient impossible de définir le mode de charge optimal. D'où la limitation de la tension maximale du thermogénérateur.

Les LED HL1-HL3 servent à signaler respectivement l'allumage de l'appareil et le fonctionnement des convertisseurs de tension des générateurs G1 et G2. Une alarme est prévue en cas de surchauffe des thermogénérateurs - un signal sonore est émis par l'émetteur sonore HA1 et la LED clignote.

La température de chacun des générateurs est contrôlée par des interrupteurs thermiques SK1 et SK2 avec une température de réponse de +120 ^оC. Les éléments Peltier les plus courants et les moins chers peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à +138 ^оC. Si vous utilisez des éléments à haute température, vous devez alors utiliser d'autres interrupteurs thermiques ou les abandonner complètement.

Un dessin du circuit imprimé de l'appareil est montré sur la fig. 3, et le placement des éléments dessus - sur la Fig. 4. La plupart des pièces nécessaires à la fabrication de l'appareil se trouvent sur une carte mère inutile provenant d'un ordinateur. Par exemple, les transistors à effet de champ ARM2014N sont utilisés dans les convertisseurs de tension pour alimenter le processeur et la mémoire des cartes ASUS. Les transistors à effet de champ STB70NF3LL conviennent également bien. La principale exigence pour ces transistors est une tension de seuil ne dépassant pas 1,5 V (de préférence 1 V). L'utilisation d'appareils avec une tension de seuil plus élevée entraîne soit leur échauffement excessif, soit le convertisseur ne fonctionne pas du tout, puisque les transistors ne s'ouvrent pas avec la tension disponible.

Fig. 3

Fig. 4

Les selfs L1 et L2 sont également réalisées à partir de celles que l'on trouve sur la carte mère. Leurs circuits magnétiques ont été utilisés - des anneaux de ferrite de dimensions 15x8x6 mm. Ils sont enroulés sur 15 tours de fil d'un diamètre de 1 mm.

A la place des diodes VS80SQ040 et BAS86, d'autres diodes Schottky peuvent être utilisées, respectivement 40 V, 10 A et 40 V, 0,1 A.

Le programme du microcontrôleur peut être téléchargé depuis ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/tempr.zip

Auteurs : S. Tkachuk

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