Исследовательская часть

Исследовательская часть

Собственно, почему элемент Пельтье ? Гораздо логичнее приобрести фонарик с мышечным приводом («жужелицу»), солнечными батареями, или, на худой конец, построить ветряк. Я тоже думал, что вполне можно употреблять «жужелицей». Но в ней очень много движущихся частей, которые произошли от отца Ляо из дешевого пластика. Первая поломка в условиях большой Песца – и ты остаешься без электричества.

Хорошо, спросите вы, почему не солнечные батареи? Там нет движущихся частей. Согласен, отвечу я, но в условиях ядерной или вулканической зимы или под двухметровым бетонным перекрытием убежища солнышко не так-то легко поймать.

Ветряк? А какая площадь должна быть его лопасти для того, чтобы он мог крутиться даже от слабого ветра? Движущиеся детали, опять же. Ветряк годится для стационарной установки при оборудовании долговременного укрытия.

Обмозговав эти доводы, я приуныл. Но неожиданно случайно наткнулся на сайт nepropadu.ru (никакой рекламы, исключительной ссылки на исходный материал). Я просидел на нем безвылазно двое суток, и в процессе наткнулся на прелюбопытную статью про печь-щепочницу из корпуса от компьютерного БП с применением Пельтье на боку (ссылка в конце поста). В результате было много скептиков, но автор писал, что полная зарядка телефона от подключенного китайского преобразователя DC-DC… Я загорелся .

Конструкторская часть

Для начала я заказал у китайцев на e-Bay такой же элемент Пельтье (на эксперименты хватит). Обошелся он мне в 320 рублей. Что порадовало, так это ускоренная, с отслеживанием, но бесплатная доставка. Плюс товар доставили буквально через час после оплаты (дело было в воскресенье).

Пока элемент Пельтье ехал, я продумал перспективу будущего термоэлектрического генератора, нашел подходящий радиатор с вентилятором (прекрасно подошел древний процессорный радиатор), а также откопал на просторах Схема преобразования постоянного тока постоянного тока с максимальным выходным током 1 ампер при напряжении 5 вольт.

Делать печку-щепочницу по примеру из той статьи я посчитал неэкономным. Металл, из которого делают компьютерное железо, очень мягкий, от контакта с высокой температурой «поведет», да и прогорит он быстро. Поэтому было решено сделать «съемный вариант» генератора, который можно было бы закрепить на боку стационарной печки или прислонить к стоящему на костре котелку. А чтобы в таких условиях не поджарить элемент Пельтье на операции с огнем, нужна была термостойкая, но теплопроводящая прокладка. Для этого мне удалось раздобыть кусок толстой алюминиевой пластины размерами 100х120х5 миллиметров.

Чтобы прижать элемент Пельтье к алюминиевой подложке, а к сожалению, в свою очередь, прижать радиатор, я решил использовать детский металлический конструктор, который я когда-то покупал для нужд робототехники.
Но вот элемент Пельтье приехал, и настало время для сборки.
Технологическая часть

У нас был радиатор, алюминиевая пластина, элемент Пельтье , горстка радиодеталей, кусок фольгированного текстолита и самые разные винтики и гайки. Дальше не помню.
Итак, все компоненты собраны, можно приступить к сборке.
Прошу прощения за размеченную и просверленную в двух местах пластину – до меня только после дошло, что неплохо бы сфотографировать весь процесс сборки с самого начала.

Первая неприятность, которая меня подстерегала – это 12-вольтовый штатный вентилятор на радиаторе. Так как я собираюсь добывать всего 5 вольт, да еще и при довольно малом токе, то это создало проблему.

Я закинул удочки во все радио- и компьютерные магазины Перми, однако нигде не нашлось вентилятора 80х80 мм на 5 вольт. А если и были, то меньших размеров и ток более 200 мА, что было слишком много .

Затем я покопался на Ибее и заметил, что нужный мне вентилятор стоит от 300 рублей. Но ожидаю, что скорая доставка была случайной, и поэтому я оставил этот вариант как резервный.

И только после того, как я догадался, я включил штатный 12-вольтовый вентилятор к 5-вольтовому источнику напряжения. Оказалось, что он очень неплохо дует, и при этом потребляет не очень ток. Поэтому я решил оставить его после проведения опытов по заказу вентилятора на Ибее . Я разметил алюминиевую пластину и просверлил в ней два разъема для крепления радиатора и два – для платы преобразования напряжения. Отверстия я сделал диаметром 4 миллиметра (под винты из конструктора), а с внешней стороны расширил их до 7,5 миллиметров, чтобы скрыть шляпки винтовки. После этого я скруглился напильником острые углы и прошел крупной наждачкой по всему воспламенению пластины, и мелкой – по причине прижатия элемента Пельтье . На этом процессе подложки я посчитал и приступил к производству преобразования напряжения.
Импульсный повышающий преобразователь напряжения, собранный на ИМС L6920, который начинает работать при входном напряжении 0,8 вольта и позволяет снять со своего напряжения постоянное напряжение 3,3 или 5 вольт, или изменяемое от 1,8 до 5,5 вольт.

Принципиальная схема преобразования является типовой и взятой из датышита . Для получения 5 вольт на выходе схемы ножка 1 подключение с общим проводом. Также выдача напряжения на ножке 3 при падении входного напряжения ниже 1,5 вольт.

Для схемы была обнаружена печатная плата, на которой предусмотрено крепление к основанию-подложке с использованием всех тех же деталей от детского конструктора. За перегрев платы я не беспокоюсь, так как она имеет повышенное охлаждение потоком воздуха, выдуваемым из радиатора. Пришлось повозиться с макросомом, в корпус которого была куплена моя микросхема. На сайте магазина значилось, что она в корпусе ССОП-8. Как ожидается, в стандартном наборе макросов Спринт Компоновка нет такого корпуса. Я нашел чертеж макро корпуса SSOP-8 и сделал его после того, как развел плату. После пробной печати, микросхема несколько шире, и на свои контактные площадки не помещается. Гугление конкретной модели микросхемы (L6920D) выполняется на сайте Чип-Дипа , где я узнал, что ИМС с индексом D изготавливается в корпусе TSSOP-8. Почесав затылок, я нашел чертеж этого корпуса, сделал макрос и переразвел диафрагму. Теперь все говорят правильно.

Плата изготовлена при помощи ЛУТа и собрана. Оказалось, что корпус ЦСОП-8 паять без фена очень неудобно. FTDI-микросхемы с шагом ножек 0,4 миллиметра паяли. Теперь можно заняться установкой элемента Пельтье и радиатора. Подложку и радиатор в контакте с контактом я намазал термопастой . Затем стянул получившийся «бутерброд» гайками. Выяснилось, что плата преобразования не влезает, упирается входом в радиатор, чуть не рассчитал. Перевернутые крепежные скобы, пластина вывесила естественным образом, а для защиты элементов от механических повреждений добавили еще две скобы. Вот что в итоге получилось: Теперь можно проверить работоспособность генератора. Я нагревал его на газовой горелке. Вентилятор решил пока не ставить.

Для начала указал, что я перепутал полярность подключения элемента к преобразованию. Хотя вроде бы все было правильно – черный провод – к минусу, красный – к плюсу. Однако работать генератор не хотел. Тогда я изменил полярность элемента подключения.

Генератор заработал – сначала загорелись оба светодиода, сигнализируя о наличии 5 вольт на выходе и низком напряжении на входе, затем погас красный светодиод – напряжение поднялось выше полутора вольт.

К моей неудовлетворенности следует, что без вентилятора через пару минут работы системы радиатор ощутимо нагрелся. Так дело не пойдет.

На следующий день я прогулялся по металлорынку и агрессивным компьютерным барахолкам, но на мой вопрос о 5-вольтовых вентиляторах везде разводили руками и советовали сходить «еще вон в то место», в котором я уже был пару минут назад. В конце концов я поехал домой не солоно хлебавши .

Дома я провел эксперимент по запитке штатного 12-вольтового вентилятора от выходного 5-вольтового преобразователя. Результаты меня не порадовали – преобразователь с явно неохотой погасил красный светодиод, вентилятор несколько секунд слабо подергивался, распространялся. Воздушного потока от работающего в полсилы вентилятора оказалось недостаточно для нормального охлаждения – радиатор так же быстро нагрелся, хотя и не обжигал теперь пальцы. В конце концов вентилятор я решил все же заказать с Ибея .
Результат

Несмотря на низкий КПД элемент Пельтье в генераторе, промежуточный результат я все же получил – подключения к выходу преобразователя портативного аккумулятора с требуемым током заряда 1000 мА генератор смог дать ток около 600 мА. Расчет для большинства гаджетов в условиях большого количества песца этого тока вполне достаточно.

По приезду вентилятора ( Ибей обещает середину марта-начало апреля) проверю охлаждение. Плюс нужно будет протестировать работу генератора в «боевых» условиях – на костре.

За качество фотографий извиняюсь — фотограф из меня никакой. Ссылка на вдохновившую меня статью: