펠티에 소자에서 배터리를 충전합니다. 계획, 설명

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Peltier 요소에서 배터리 충전. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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펠티에 소자를 기반으로 한 열전 발전기의 출력 전압은 온도 조건과 부하에 따라 달라집니다. 제안된 설계에서 이 전압을 납산 배터리 충전에 필요한 전압으로 변환하는 작동 모드는 발전기가 항상 가능한 최대 전력을 제공하도록 자동으로 유지됩니다. 이를 통해 발전기에서 가능한 최대 에너지량을 얻어 배터리에 저장할 수 있습니다.

외부 회로에서 최대 에너지량을 얻으려면 발전기의 부하 저항이 내부 저항과 같아야 하며 펠티에 소자의 경우 후자는 작동 조건에 따라 달라지는 것으로 알려져 있습니다. 많은 수의 요소를 가열하고 열을 제거하기 위해 동일한 조건을 제공하는 것은 문제가 있으므로 해결책은 전체 세트를 거의 동일한 특성과 열 조건을 가진 별도의 그룹으로 나누는 것입니다. 그룹별로 최적의 부하는 별도로 제공됩니다. 문제의 장치는 이 원리에 따라 제작되었으며, 공통 부하(충전식 배터리)에서 작동하는 두 개의 동일한 채널로 구성됩니다.

주요 기술 매개변수

변환 채널 수 .......2
채널 입력의 최소 전압, V ....... 3
채널 입력의 최대 전압, V .......12
최대 발전기 전류, A ....... 5
최대 출력 전압, V.......14
변환 주파수, kHz ...... 80
효율(입력 전압 9V, 전류 1A에서), %, ....... 80 이상
절전 모드에서 배터리의 전류 소비, mA.......0,4

장치 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 1. 열전 발전기 G2과 G1는 두 개의 동일한 변환 채널의 입력에 연결됩니다. 각 채널은 펄스 폭 변조로 제어되는 저장 초크 L2(L3)과 강력한 전계 효과 트랜지스터 VT4(VT1)을 기반으로 하는 승압 펄스 전압 변환기입니다. 변환기의 작동은 DD88 마이크로프로세서(ATmega20-XNUMXAU)에 의해 제어됩니다. 기사에 첨부된 TERMPR.hex 파일의 코드는 FLASH 메모리에 로드되어야 합니다. 마이크로 컨트롤러 구성은 표에 따라 프로그래밍되며, 마이크로 회로 제조업체가 설정한 것과 다른 비트 값은 색상으로 강조 표시됩니다.

쌀. 1 (확대하려면 클릭)

배출	비교	배출	비교
RSTDISBL	1	CKDIV8	1
드웬	1	체크아웃	1
스파이엔	0	SUT1	1
WDTON	0	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
보드레벨2	0	CKSEL2	0
보드레벨1	1	CKSEL1	1
보드레벨0	0	CKSEL0	0

그림에서. 그림 2는 장치 작동 주기 동안 한 채널의 열전 발전기 출력에서 전압 변화를 보여주는 다이어그램을 보여줍니다. 시간 축의 척도는 존중되지 않습니다. 사이클은 시간 t에서 변환기의 정지로 시작됩니다.₀, 그 후 발전기 전압은 무부하 전압 U로 증가합니다._xx, 과도 프로세스가 끝나면 마이크로 컨트롤러가 시간 t에서 측정합니다._이즘. 시간 t에₁ 마이크로 컨트롤러는 변환기를 켜고 발전기 전압을 측정할 때마다 변환기를 제어하는 펄스의 지속 시간을 여러 단계로 변경합니다.

펄스 지속 시간이 다음 번 변경된 후 발전기 전압은 U = 0,5U 근처에 중심을 둔 영역으로 떨어집니다._xx (이 경우에는 지금이 바로 그 순간입니다.₄). 이는 발전기의 최적 부하에 해당하므로 조건 변화로 인해 발전기 전압이 ΔU 영역을 넘어설 때까지 컨버터는 설정된 펄스 지속 시간에서 계속 작동합니다. 그런 다음 프로세스가 반복됩니다.

펠티에 셀에서 배터리 충전
그림. 2

GB1 배터리가 충전되는 방식입니다. 배터리 전압이 약 14V에 도달하면 충전 전류가 감소하여 과충전을 방지합니다. 장치가 배터리 전압 안정화 모드로 들어갑니다.

마이크로 컨트롤러 DD1은 통합 안정기 DA1을 통해 배터리 GB1에서 전원을 공급 받거나 트랜지스터 VT1 및 VT2의 전류 안정기를 통해 열 발생기 G5 및 G6에서 전원을 공급받을 수 있습니다. 이 전원 공급 장치 덕분에 배터리가 없는 경우에도 배터리 연결용 단자에서 전압을 사용할 수 있습니다. 적어도 하나의 열 발생기가 작동하는 데 충분합니다.

두 열 발생기의 전압이 최소값 아래로 떨어지면 DD1 마이크로 컨트롤러는 이전에 트랜지스터 VT7 및 VT8을 닫아 DA1 안정기를 끄고 "절전" 모드로 전환됩니다. 이 경우 배터리(연결된 경우)의 전류 소비는 0,4mA로 감소합니다.

적어도 하나의 발전기의 전압이 최소값(약 3V) 이상으로 올라가면 마이크로컨트롤러가 "깨어나고" 위에서 설명한 대로 DA1 안정기를 켜고 컨버터를 제어합니다. 발전기의 무부하 전압이 배터리 전압을 초과하면 VD7 또는 VD8 다이오드를 통해 배터리가 직접 충전되어 최적의 부하 모드를 설정할 수 없게 됩니다. 따라서 열 발생기의 최대 전압에 대한 제한이 있습니다.

LED HL1-HL3은 각각 신호를 보내는 데 사용되며 장치가 켜지고 발전기 G1 및 G2의 전압 변환기가 작동 중입니다. 열 발생기 과열에 대한 경보가 있습니다. 소리 방출기 HA1에서 소리 신호가 제공되고 LED가 깜박입니다.

각 발전기의 온도는 반응 온도가 +1인 열 스위치 SK2 및 SK120를 사용하여 제어됩니다. ^оC. 가장 일반적이고 저렴한 펠티에 소자는 최대 +138도의 온도에서 작동할 수 있습니다. ^оC. 고온소자를 사용한다면 다른 열스위치를 사용하거나 아예 버려야 합니다.

장치의 인쇄 회로 기판 그림이 그림 3에 나와 있습니다. 4, 그 위에 요소의 배치는 그림 2014에 나와 있습니다. 70. 장치를 만드는 데 필요한 많은 부품은 불필요한 컴퓨터 마더보드에서 찾을 수 있습니다. 예를 들어, ARM3N 전계 효과 트랜지스터는 ASUS 보드의 프로세서와 메모리에 전원을 공급하기 위해 전압 변환기에 사용됩니다. STB1,5NF1LL 전계 효과 트랜지스터도 적합합니다. 이러한 트랜지스터의 주요 요구 사항은 XNUMXV(바람직하게는 XNUMXV) 이하의 임계 전압입니다. 임계 전압이 더 높은 장치를 사용하면 트랜지스터가 사용 가능한 전압에 의해 열리지 않기 때문에 과열이 발생하거나 변환기가 전혀 작동하지 않습니다.

펠티에 셀에서 배터리 충전
그림. 3

펠티에 셀에서 배터리 충전
그림. 4

초크 L1 및 L2도 마더보드에 있는 초크를 사용하여 만들어집니다. 자기 코어가 사용됩니다 - 15x8x6 mm 크기의 페라이트 링. 직경 15mm의 와이어 1회전이 감겨 있습니다.

다이오드 VS80SQ040 및 BAS86 대신 40V, 10A 및 40V, 0,1A에서 다른 쇼트키 다이오드를 각각 사용할 수 있습니다.

마이크로컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/tempr.zip에서 다운로드할 수 있습니다.

저자: S. Tkachuk

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