Uso del condensador como batería recargable

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Como parte de mi aprendizaje de electrónica, actualmente estoy intentando desarrollar mi propia red de sensores.

Hasta ahora, he logrado hacerme una pequeña configuración satisfactoria: Unos pocos nodos, construidos con un atmega328p, un conjunto de sensores y un emisor de RF, capturan los datos y los envían a través de RF a un servidor central, que se ocupa de esos datos.

Esto funciona bien, y ahora estoy tratando de deshacerme de la parte de la batería. Mi solución actual funciona bien con una batería de 9v o un cargador USB de 5V, y me gustaría intentar obtener otro tipo de entradas de energía (como paneles solares, molinos de viento, etc.).

Mis requisitos de circuito son simples: 5v / 65mA. Sin embargo, estos requisitos solo son necesarios durante 1 segundo de vez en cuando, ya que no necesito que el circuito funcione constantemente. un par de veces al día es suficiente, y puede dormir / apagarse el resto del tiempo.

Tengo lo que debería haber sido un panel solar de 0.5W (5v / 100mA). Sin embargo, cuando trato de medir la corriente que obtengo de ella, completamente frente a la luz solar, solo obtengo 5v / 5mA. Esto no es suficiente para mi circuito, así que pensé que iría y trataría de almacenar esa energía.

Estaba pensando que tal vez podría usar condensadores: Después de leer un poco sobre él, he aprendido cómo cargarlo y descargarlo. Sin embargo, que yo sepa, esto siempre requiere algunos cambios en el circuito para pasar de la carga a la descarga: ya sea eliminando la batería de entrada como Capacitors as a Storage for Electricity , o haciendo algo como esto enlace . No estoy seguro si el enlace podría ser adecuado en mi caso, porque esto requiere que el Microcontrolador esté encendido, y en este punto, no lo es.

La otra opción era usar baterías recargables, pero no pude encontrar las realmente pequeñas y tendría el mismo problema que el anterior. No quiero comprar cosas LR44 / CR2032 porque tendría que cambiarlas con bastante frecuencia.

Mis preguntas son:

  1. ¿Debo simplemente reemplazar el panel solar? ¿Es normal que la corriente que leo sea tan baja a pesar de que el voltaje que recibo es correcto?
  2. ¿Hay una manera de hacer que un circuito cargue un condensador, y cuando alcanza una carga suficiente, utiliza automáticamente la energía almacenada en él para alimentar a otra parte del circuito hasta que se vacíe y vuelva a comenzar?
  3. La misma pregunta con una batería recargable.
  4. En el caso de que esto no fuera posible, lo que estoy empezando a creer, ¿cuál es el enfoque común para esto? Si es posible, me gustaría evitar el uso de baterías clásicas "AA" o "AAA", sino más bien usar baterías "en circuito" (aunque no sé su nombre)

Nota: Lo siento si algo no está claro o parece estúpido. Todavía estoy empezando en electrónica. Siéntase libre de hacer cualquier sugerencia relativa a este proyecto.

Gracias de antemano

    
pregunta Antoine

3 respuestas

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1) El primer paso es determinar su consumo de corriente promedio
I_AV = (T_ON * I_ON + T_OFF * I_OFF) / (T_ON + T_OFF)

  a) T_ON = ¿Qué porcentaje del tiempo está activo tu dispositivo?

  b) I_ON = Cuánta corriente consume cuando está activo.

  c) T_OFF = ¿Qué porcentaje del tiempo está inactivo tu dispositivo?

  d) I_OFF = ¿Cuánta corriente consume su dispositivo cuando está inactivo?

2) T_RUN = Determine cuánto tiempo necesita su dispositivo para funcionar con el condensador.

3) V_MIN = Determine el voltaje de operación mínimo permitido para su dispositivo.

4) V_MAX = Determine el voltaje de operación mínimo permitido para su dispositivo.

5) C = Tamaño del capacitor que necesita. C = I_AVG * T_RUN / (V_MAX - V_MIN).

EJEMPLO:
El dispositivo consume 65 mA cuando está encendido y se ejecuta durante 100 ms una vez por minuto y está inactivo el resto del tiempo. Mientras duerme usa 1mA. Estamos funcionando con energía solar y la luz está disponible 10 horas al día y no está disponible las 14 horas del día. El dispositivo puede operar desde 3.0V hasta 5.5V en los extremos.

I_ON = 65mA
T_ON = 100ms
I_OFF = 1mA
T_OFF = 59.9s
I_AV = (65mA * 100ms + 1mA * 59.9s) / (59.9s + 100ms) = 1.1067mA

T_RUN = 14hr
V_MIN = 3.0V
V_MAX = 5.5V
C = 1.1067mA * 14hr / (5.5V - 3.0V) = 22F

Puede obtener un supercondensador de 15F, 5,6 V de Digikey por aproximadamente $ 8.93.
MAL219691204E3
enlace

Usando dos de ellos puedes completar tu diseño con un margen de repuesto.

Una forma fácil de hacer que su circuito cambie automáticamente de la energía del capacitor al solar es usar un circuito de diodo.

Utilice dos diodos. Una se conecta desde el panel solar a la carga y la otra se conecta desde el lado positivo del condensador a la carga. Ambos diodos apuntan a la carga. La carga será alimentada desde cualquier fuente que tenga un voltaje más alto (ya sea el panel solar o el capacitor).

Para filtrar el condensador del panel solar, deberá conectar el lado positivo del condensador al positivo del panel solar a través de una resistencia y un diodo. La resistencia y el diodo están en serie. El diodo apunta hacia el condensador. El valor de la resistencia debe ser lo suficientemente bajo para que el condensador pueda cargarse a una velocidad razonable, pero no tan bajo como para cargar la celda. Algo en el rango de 100 ohmios debería ser correcto.

Finalmente, debe tener un diodo Zener en los terminales positivo y negativo del condensador para asegurarse de que no se sobrecargue. El diodo Zener apunta desde el suelo al lado positivo del capacitor. Seleccione un didoe con un voltaje de ruptura que sea menor que la capacidad del capacitor. Por ejemplo, 5V en un capacitor clasificado para 5.5V.

    
respondido por el user4574
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La solución más sencilla es utilizar una pequeña batería de NiVh de 4.8V (solo Google para ejemplos). Estos son muy comunes en el uso de pasatiempos para ejecutar el receptor y los servos en planeadores con control de radio. Por lo general, estos pueden cargarse continuamente a 1/20 en su clasificación "C". Para un cargador muy simple, necesitará un panel solar de mayor voltaje para obtener corriente en la batería y una resistencia en serie para limitar la corriente de carga.

Ejemplo: Supongamos que elige un paquete común de 600 mAh 4.8V. Debe configurar su carga de goteo a no más de 1/20 de esto para evitar daños, o 30 mA. (Lea las especificaciones de la batería NiMh). Supongamos que obtiene un panel solar que genera 9V. Necesitará (9 - 5) / .030 = 133 ohmios de resistencia en serie. 130 ohmios sería el valor estándar más cercano. La resistencia disiparía el calor a I ^ 2 * R o .030 ^ 2 * 130 = .117 vatios de calor, por lo que debería usar una resistencia de 1/2 vatio y 130 ohmios para dar suficiente margen.

Espero que ayude. -Vince

    
respondido por el Vince Patron
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  1. Si realmente le está dando al panel 'luz solar completa' (es decir, equivalente a un día despejado al mediodía cerca del ecuador), puede ser defectuoso o incorrectamente especificado (también conocido como falso). Sin embargo, es probable que un panel solar de '100 mA' no entregue tanto con la luz normal, incluso 65mA podría estar esperando demasiado.

  2. (3) Sí, pero en la práctica no podrá usar todos la carga en el condensador o la batería. Ambos podrían cargarse simplemente cableando directamente al panel solar, siempre que el panel no pueda emitir más de una corriente de "goteo" (de lo contrario, coloque una resistencia en serie para limitar la corriente de carga).

Para obtener suficiente almacenamiento con un condensador debe ser muy grande. En la práctica, esto significa usar condensadores "super" o "ultra". La mayoría de los supercaps solo tienen una capacidad nominal de 2.7 V, por lo que puede necesitar varios en serie / paralelo para obtener el voltaje y la capacidad que necesita.

Una batería es más compacta que un condensador de la misma capacidad, y mantendrá su voltaje más constante durante la descarga, pero no le gusta estar completamente agotada y se desgastará en unos pocos cientos de ciclos si se descarga profundamente.

Podrías usar la propia MCU para controlar el uso. Mida el voltaje bruto del capacitor / batería a través de un divisor de resistencia y una entrada de ADC o comparador, y transmita solo cuando se acerca a la carga completa (voltaje máximo). Establezca el voltaje de reducción de voltaje de la MCU para que se restablezca si el voltaje es demasiado bajo.

  1. los paquetes de NiMH preensamblados están fácilmente disponibles. Para su aplicación, un paquete AAA de 4.8V debería ser más que suficiente.
respondido por el Bruce Abbott

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