Projets:Perso:2013:EnergyHarvester
| Energy Harvester | |
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| Auteur | Crafty |
| Lieu d'utilisation final | Electrolab |
| Utilisateur final | divers gens |
| Type de projet
Projet personnel de Crafty | |
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Le principe est de réaliser un Convertisseur électrique qui permette d'alimenter une petit montage à partir d'une source d'énergie très faible telle qu'une cellule solaire, un élément à effet peltier, une biopile ou un moteur stirling. |
Présentation
- Objectif : Tirer le meilleur parti d'une source d'énergie faible pour alimenter un montage.
Nous avons expérimenté au lab de nombreuses sources d'énergie très faibles et il me semble intéressant de réaliser un circuit permettant d'exploiter simplement ces sources pour que l'on puisse les utiliser dans les projets à venir. Il serait par exemple très amusant de faire fonctionner un petit robot avec une bougie chauffe plat...
Caractéristiques/Whishlist
- Puissance de sortie nominale : 2W
- Tension d'entrée 0.2-6V
- Tension de sortie 3.3V & 5V
- Courant de sortie 6mA @ 3V et 400mA @ 5V
- Protection contre les courts-circuits, les inversions de polarité, la surchauffe.
- Robustesse maximale du système vis à vis des opérations de l'utilisateur
- Protections hard :
- limite de courant + intégrateur
- Inversion de polarité
- Surchauffe contrôleur
- Report d'information basique sur la quantité d’énergie disponible
- Validation de la tension de sortie (Power good)
- Design open source / PCB réalisable au lab.
Proof of concept
La première chose à faire avant de démarrer le projet est de caractériser la source d'énergie que l'on souhaite utiliser. Il nous faut estimer la quantité d'énergie disponible pour dimensionner le hacheur et voir si le projet vaut le coup d'être tenté.
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Les premières mesures Effectuées sont rassurantes : Nous avons pu générer 500mA sous 3 Volts (1.5W) avec une bougie chauffe plat et 800mA sous 3Volts (2.4W) avec une flamme d'alcool (plus chaude). Il semblerait que 3Volts @ 800mA soit le point de fonctionnement optimal de ce modèle de module peltier.
Cette rapide étude reste certes incomplète mais elle permet au moins de démontrer que le projet peut être tenté. à nous la "FREE ENERGY FOR YOUR HOME" ;)
Principe de fonctionnement
La conversion d'énergie se fait en deux étapes : Un premier hacheur de type Boost permet d'élever la tension de la source pour charger des super condensateurs qui feront office de stockage temporaire d'énergie. Un second hacheur élèvera de nouveau la tension des condensateurs et la régulera de manière à fournir les différentes tension de sorties voulues.
Pour ce faire, nous allons utiliser deux circuits LTC3105 qui semblent particulièrement adaptés à nos besoins.
On pourrait déjà imaginer une deuxième version de ce projet qui mettrait en œuvre un LTC3108 pour le premier hacheur ce qui permettrai d'exploiter des sources d'énergies encore plus faibles.
Organisation générale
Schéma de base
Prototype Alpha
TODOs
ETAPE 0 : Prototype alpha (en cours) =
Cette étape permet de tester les différents sous systèmes et de valider leur fonctionnement individuel. Un premier prototype plus ou moins fonctionnel devrait voir le jour.
Le premier PCB va être tiré au lab
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ETAPE 1 : Tests et validation de prototype alpha
Pour valider la bonne utilisation du circuit LT, nous allons commencer par souder uniquement le premier hacheur et les composants nécessaires à son fonctionnement.
On se rend rapidement compte de quelques erreurs sur le PCB :
- Les selfs ont un morceau de métal qui déborde du plastique et vient toucher le plan de masse
- Les condensateurs disponibles au lab ne rentrent pas tous dans les empreintes
- Les super condensateurs que l'on a reçu ne sont pas de type axial mais radial (soupir)
Après les ultimes vérifications, on procède à la mise sous tension dela carte (alimentation 1V @ 100mA) qui démarre directement et génère un beau 5.39Volts (objectif théorique 5.40V max) aux bornes (non raccordées) des super-capas.
On fait varier la tension d'alim sur toute la plage, la régulation marche parfaitement. En revanche, il y aurait un souci avec la contre-réaction du LDO : au lieu des 3.3 Volts voulus, on a 5,20 Volts. Une petite vérification de cette partie du schéma s'impose donc.
Puisque la partie principale du circuit fonctionne, il est temps de raccorder les condensateurs et une source faible de type pelletier.
Pour des raisons de praticités, les super condensateurs ne sont pas soudés sur le circuit mais déportés à l'aide de fils, ce qui permet d'atteindre tous les composants de la carte facilement.
