Недавно Бронег_Флиновский поднял в своем дневнике тему создания самодельной батареи для ноута на основе NiMH элементов размера AA (http://www.liveinternet.ru/users/3332019/post109630207/). Я решил поучаствовать и, по-видимому, тема выливается в интересный хобби-проект!

В ходе обсуждения мы пришли к следующим требованиям для самодельной батареи:
1. Она должна подключаться к разъему питания ноута вместо штатного блока питания.
2. Ее напряжение должно составлять 18В при токе около 2.7А.

Сразу же приходит идея просто соединить последовательно 16-18 аккумуляторов и радоваться жизни. Но не все так просто. При последовательном соединении большого количества элементов трудно проконтролировать равномерность их разряда, и можно чрезмерно разрядить несколько элементов. В результате они выходят из строя, либо их срок службы существенно сокращается.

Оптимальным количеством последовательно соединенных аккумуляторов является где-то 4 шт. При этом напряжение на такой батарее будет 4В (в конце цикла разряда), а нам нужно 18. Можно собрать повышающий преобразователь, который бы из 4В делал 18В, но при этом пропорционально изменится ток потребления. Для получения требуемой мощности при напряжении 4В требуется ток в 12,2 ампера! Такой ток ни один пальчиковый аккумулятор не выдержит.

Для повышения тока нагрузки можно соединять аккумуляторы параллельно, однако для никель-металлогидридных элементов параллельное соединение допустимо только в тщательно контролируемых условиях, иначе элементы могут опять-таки выйти из строя или работать в режимах, сокращающих срок службы. Опять не то.

И вот в этой ситуации, будучи зажатыми со всех сторон, мы решили спроектировать повышающий преобразователь особой конструкции, который бы работал не от одной, а от нескольких батарей пальчиковых аккумуляторов, по 4шт в каждой, и отбирал бы от них мощность равномерно. В результате каждый аккумулятор работал бы в оптимальном режиме, без переразряда и без превышения тока нагрузки, и все жили бы долго и счастливо!

Я долго думал над базовой топологией такого преобразователя. Больше месяца. Потому что такая постановка задачи тоже приводит к техническим противоречиям. На ум приходили, конечно, решения сразу, но все они были некрасивыми. И я их отметал, крутил в голове варианты схемы, пока наконец не пришел к тому варианту, который был бы не слишком сложным и громоздким, но в то же время выполнял свои функции. Итак - привожу схему основной топологии преобразователя!

[700x643]

Итак, кто есть ху в схеме.

GB1-GB4 - 4 батареи по 4 элемента в каждой, номинальное напряжение 1,2В, минимальное 1В
конденсаторы C1-C4, подключенные к каждой батарее, сглаживают импульсы тока потребления от каждой батареи.
Катушки L1-L4, полевые транзисторы VT1-VT4, диоды VD1-VD4 - это все элементы стандартной схемы повышающего преобразователя, но повторенные 4 раза. Выходной ток от всех четырех каскадов через диоды поступает в один общий конденсатор C5 - именно в этой точке формируется выходное напряжение 18В и допускается ток потребления порядка 2.7А.

Истоки всех четырех транзисторов подсоединены к земле через общий резистор R5 - этот резистор служит для измерения тока, протекающего через транзистор (в каждый момент времени открыт только один транзистор). Его сопротивление мало, менее 1 Ом.

Транзисторы VT5-VT8 (на рисунке я забыл их пронумеровать), совместно с резисторами R1-R4, R6-R9, служат для повышения уровней цифровых сигналов управления Упр1-Упр4 со стандартных 5В до 12В, так чтобы на затворе полевых транзисторов VT1-VT4 в открытом состоянии присутствовало напряжение, на 10В превышающее напряжение на истоке - чтобы обеспечить полное открытие этих транзисторов. От 5В открываются не все полевики. Для работы этой части схемы необходим вспомогательный маломощный источник питания +12В. Для первоначальной обкатки схемы этот сигнал предполагается брать откуда-нибудь из розетки, а впоследствии - спроектировать маломощный повышающий преобразователь, который работал бы от тех же батарей, но за счет пониженного кпд имел бы более простую структуру.

Управляющие сигналы Упр1-Упр4 формируются узлом управления, который на схеме не показан. Его я опубликую в следующем посте. Для своей работы узел управления использует напряжение на резисторе R5 (т.е. измеренное значение тока через открытый транзистор), а также выходное напряжение схемы - чтобы стабилизировать его.

Высокий кпд схемы обеспечивается за счет:
1) отсутствия последовательно включенных диодов и других элементов в цепи, где проходит основной ток потребления, кроме тех элементов, которые присутствуют в базовой (на один вход) схеме повышающего преобразователя;
2) применения полевых транзисторов в качестве ключевых элементов;

Недостаток схемы - то, что для каждой входной батареи требуется индивидуальная катушка индуктивности. Существует возможность использования общей катушки, но это связано с включением последовательных диодов, дополнительных полевиков, понижением кпд. Думаю, что я выбрал меньшее из зол.

Для работы узла управления также требуется источник питания. Думаю, что он будет использовать тот же вспомогательный источник +12В и кренку для понижения напряжения до +5В. Эта же кренка будет являться, в сущности, источником опорного напряжения, относительно которого будет измеряться все остальное.

Конкретные значения резисторов, конденсаторов, катушек, типы полевиков и диодов - рассчитаю после. В качестве транзисторов VT5-VT8 можно использовать КТ3102ГМ (импортный аналог BC548) или даже КТ315Г.

Полевые транзисторы будут довольно мощные и дорогие. Каждый из них должен выдерживать ток стока, равный примерно 30А. Возможно, придется использовать в каждой ветке несколько полевиков, соединенных параллельно. Бронег - глянь на досуге, какие в вашей местности бывают мощные n-канальные полевики с подходящим током стока. Напряжение сток-исток нужно небольшое, порядка 30В.