Проекты с альтернативными источниками энергии tinyAVR

January 10, 2015 by admin Комментировать »

В главе 1 мы упомянули некоторые альтернативные источники энергии, которые можно использовать для работы электронных устройств: солнечную энергию, генераторы на основе эффекта Фарадея и энергию радиоволн. В этой главе мы рассматриваем несколько проектов, основанных на альтернативных источниках энергии, базирующихся на эффекте Фарадея. Рабочее напряжение для многих компактных автономных конструкций можно получить при помощи интересного устройства, которое преобразует механическую энергию в электрическую (по закону Фарадея). Преобразователи механической энергии в электрическую (динамо-машины), работающие на эффекте Фарадея, хорошо известны. Однако устройство, изображенное на рис. 7.1, стало популярным благодаря фонарикам, которые тоже появились достаточно давно. Конструкция состоит из пластиковой трубки подходящего диаметра и длины, внутри которой находится магнит. На трубку намотана катушка с несколькими сотнями витков медного эмалированного провода, а концы трубки закрыты заглушками. Для генерирования напряжения трубку нужно просто потрясти. При перемещении магнита по трубке в катушке возникает переменное напряжение, которое можно выпрямить и отфильтровать. Величина напряжения определяется по закону Фарадея:

где U — наведенное напряжение, N— число витков катушки, а άφ/dt— скорость изменения магнитного потока через катушку. Магнитный поток через катушку равен: φ = Вх S, где В — это магнитное поле, S — площадь поперечного сечения катушки. Таким образом, катушка с более сильным магнитом и с большим поперечным сечением будет выдавать больший магнитный поток. Чтобы в катушке возникло напряжение, магнитное поле должно меняться, что и делается путем перемещения магнитов в трубке. Механическое перемещение магнита создает изменение магнитного потока через катушку, которое генерирует напряжение в ней. При быстром перемещении скорость изменения магнитного потока и напряжение будут больше. Когда магнит входит в катушку, полярность генерируемого напряжения будет противоположна той, которая возникает при выходе магнита из катушки. Следовательно, в катушке генерируется симметричное разнополярное напряжение.

Рис. 7.1. Конструкция генератора на эффекте Фарадея

Такой генератор имеет множество преимуществ. Батарейки не потребуются, значит, их потребление уменьшится и это будет нашим вкладом в сохранение чистоты окружающей среды. К тому же вас никогда не подведет севшая в самый неподходящий момент батарейка.

Выбор подходящего стабилизатора напряжения

Единственная проблема устройства без батареек— вам придется трясти его ровно столько времени, сколько вы хотите подавать напряжение на схему. Если вы перестанете трясти трубку, то она перестанет выдавать напряжение и у вас будет только остаточное напряжение на конденсаторах. Для устройств, которые не должны функционировать постоянно, этого может оказаться вполне достаточно. В других случаях можно трясти трубку периодически и заряжать ионистор, от которого будет подаваться питание на схему. Ионистор — это конденсатор очень большой емкости. По сравнению с обычными электролитическими конденсаторами иони- сторы имеют гораздо более низкое максимальное рабочее напряжение. Такой подход имеет свои недостатки: для зарядки ионистора до требуемого напряжения нужно много времени и усилий. Обычно максимальное рабочее напряжение такого конденсатора равно 2,5 или 2,7 В, хотя есть ионисторы и на 5 В. Ионистор емкостью 10 Ф напряжением 2,5 В хранит 25 кулонов заряда (при полной зарядке). Обычный электролитический конденсатор (10000 мкФ/25В) хранит только 0,25 кулона. Однако если в устройстве с ионистором потребуется рабочее напряжение 5 В, понадобится повышающий преобразователь напряжения.

На рис. 7.2 изображена блок-схема источника питания с ионистором и повышающим преобразователем МАХ756. Напряжение с катушки выпрямляется при помощи четырех диодов и подается на ионистор. Выходное напряжение МАХ756 можно настроить на 3,3 или 5 В (в зависимости от состояния входного контакта 3/5*). Если этот контакт заземлен, то на выходе 5 В, если же на нем входное напряжение, то на выходе будет 3,3 В. Для схемы требуется очень мало внешних компонентов.

Рис. 7.2. Блок-схема источника питания с ионистором

Рис. 7.3. Источник питания на базе генератора Фарадея со стабилизатором LDO

На рис. 7.3 показан источник питания с обычным электролитическим конденсатором соответствующего номинала (в данном случае 4700 мкФ/25 В) на выходе выпрямителя. Стабилизатор с низким падением напряжения (LDO) типа LD2950, который выпускается на несколько выходных напряжений (в данной схеме на 5 В).

В табл. 7.1 приведены некоторые повышающие преобразователи постоянного напряжения, которые можно использовать с генератором Фарадея, выпрямителем и ионистором. Преобразователь постоянного напряжения выбирают по току покоя и минимальному входному напряжению. Преобразователь с низким током покоя, безусловно, предпочтительнее. Однако часто выбор зависит от того, что есть под рукой или даже от того, какую микросхему легче припаять на плату.

Таблица 7.1. Характеристики некоторых повышающих преобразователей

постоянного напряжения

Номер

по

порядку

Устрой

ство

Изготовитель

Минимальное напряжение на преобразователе, В

Минимальное напряжение запуска, В

Ток

ПОКОЯ,

мкА

1

МАХ756

Maxim

0,7

1,1

60

2

TPS61070

Texas

Instruments

0,9

1,1

19

3

ZXSC100

Zetex

0,92

1,01

150

Источник: Гадре, Д., Занимательные проекты на базе микроконтроллеров tinyAVR / Дхананья Гадре, Нигул Мэлхотра: Пер. с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 352 с.: ил. — (Электроника)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты