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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Carga de la batería desde los elementos Peltier. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación La tensión de salida de un generador termoeléctrico basado en elementos Peltier depende de las condiciones de temperatura y carga. En el diseño propuesto, el modo de funcionamiento del convertidor de esta tensión a la necesaria para la carga de la batería de plomo-ácido se mantiene automáticamente de forma que el generador entregue siempre la máxima potencia posible. Esto le permite obtener la máxima cantidad de energía del generador y almacenarla en la batería. Se sabe que para obtener la máxima cantidad de energía en el circuito externo, es necesario que la resistencia de carga del generador sea igual a su resistencia interna, y esta última del elemento Peltier depende de las condiciones de operación. Dado que es problemático proporcionar las mismas condiciones para calentar una gran cantidad de elementos y eliminar el calor de ellos, la salida es dividir todo su conjunto en grupos separados con aproximadamente las mismas características y condiciones térmicas. En este caso, la carga óptima se proporciona por separado para cada grupo. De acuerdo con este principio, se construyó el dispositivo en cuestión, que consta de dos canales idénticos que funcionan con una carga común: una batería recargable. Principales parámetros técnicos
El esquema del dispositivo se muestra en la fig. 1. Los generadores termoeléctricos G1 y G2 están conectados a las entradas de dos canales de conversión idénticos. Cada canal es un convertidor de voltaje de pulso elevador basado en un inductor de almacenamiento L1 (L2) y un potente transistor de efecto de campo VT3 (VT4), controlado por modulación de ancho de pulso. El microprocesador DD1 (ATmega88-20AU) controla el funcionamiento de los convertidores. Los códigos del archivo TERMPR.hex adjunto al artículo deben cargarse en su memoria FLASH. La configuración del microcontrolador se programa de acuerdo con la tabla, donde se resaltan en color los valores de los dígitos, que difieren de los establecidos por el fabricante del microcircuito.
En la fig. La figura 2 muestra un diagrama de cambios de voltaje a la salida de un generador termoeléctrico de un canal durante el ciclo de trabajo del dispositivo. No se respeta la escala en el eje del tiempo. El ciclo comienza con la suspensión del convertidor en el tiempo t0, después de lo cual el voltaje del generador aumenta al voltaje inactivo Uxx, que, al final del proceso transitorio, el microcontrolador mide en el tiempo tmodificado. en el tiempo t1 el microcontrolador enciende el convertidor y en varias etapas cambia la duración de los pulsos que lo controlan, midiendo cada vez el voltaje del generador. Después de otro cambio en la duración de los pulsos, el voltaje del generador entra en la zona centrada cerca de U = 0,5Uxx (en este caso, este es el momento t4). Esto corresponde a la carga óptima en el generador, por lo que el convertidor continúa operando con el ancho de pulso establecido hasta que, debido a un cambio en las condiciones, el voltaje del generador supera la zona ΔU. Luego se repite el proceso.
Así se carga la batería del GB1. Cuando el voltaje de la batería alcanza aproximadamente 14 V, la corriente de carga se reduce para evitar la sobrecarga. El dispositivo entra en el modo de estabilización de voltaje de la batería. El microcontrolador DD1 puede alimentarse tanto desde la batería GB1 a través del estabilizador integral DA1 como desde los termogeneradores G1 y G2 a través de los estabilizadores de corriente en los transistores VT5 y VT6. Gracias a esta organización de energía, hay voltaje en los terminales para conectar la batería incluso en su ausencia. Es suficiente que funcione al menos un termogenerador. Si el voltaje de ambos termogeneradores ha caído por debajo del valor mínimo, el microcontrolador DD1 entra en modo de suspensión, luego de cerrar los transistores VT7 y VT8 y así apagar el estabilizador DA1. En este caso, el consumo de corriente de la batería (si está conectada) se reduce a 0,4 mA. Tan pronto como el voltaje de al menos un generador supera el mínimo (aproximadamente 3 V), el microcontrolador "se despierta", enciende el estabilizador DA1 y controla los convertidores, como se describe anteriormente. Si el voltaje inactivo del generador excede el voltaje de la batería, entonces la batería se carga directamente a través del diodo VD7 o VD8 y se vuelve imposible establecer el modo de carga óptimo. De ahí la limitación de la tensión máxima del termogenerador. Los LED HL1-HL3 se utilizan para señalar, respectivamente, la inclusión del dispositivo y el funcionamiento de los convertidores de voltaje de los generadores G1 y G2. Se proporciona una alarma para el sobrecalentamiento de los termogeneradores: el emisor de sonido HA1 emite una señal de sonido y el LED parpadea. La temperatura de cada uno de los generadores está controlada por interruptores térmicos SK1 y SK2 con una temperatura de respuesta de +120 оC. Los elementos Peltier más comunes y económicos pueden funcionar a temperaturas de hasta +138 оC. Si usa elementos de alta temperatura, entonces necesita usar otros interruptores térmicos o abandonarlos por completo. Un dibujo de la placa de circuito impreso del dispositivo se muestra en la fig. 3, y la colocación de elementos en él, en la Fig. 4. Muchas de las piezas necesarias para fabricar el dispositivo se pueden encontrar en una placa base innecesaria de una computadora. Por ejemplo, los transistores de efecto de campo ARM2014N se utilizan en convertidores de voltaje para alimentar el procesador y la memoria en las placas ASUS. Los transistores de efecto de campo STB70NF3LL también son adecuados. El requisito principal para estos transistores es el voltaje de umbral no superior a 1,5 V (preferiblemente 1 V). El uso de dispositivos con un voltaje de umbral más alto conduce a su calentamiento excesivo o al convertidor no funciona en absoluto, ya que los transistores no se abren con el voltaje disponible.
Los chokes L1 y L2 también están hechos de los que se encuentran en la placa base. Se utilizaron sus circuitos magnéticos: anillos de ferrita con dimensiones de 15x8x6 mm. Están enrollados en 15 vueltas de alambre con un diámetro de 1 mm. En lugar de los diodos VS80SQ040 y BAS86, se pueden utilizar otros diodos Schottky, respectivamente, 40 V, 10 A y 40 V, 0,1 A. El programa del microcontrolador se puede descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/tempr.zip Autores: S. Tkachuk
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