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Voici, pour changer un projet "vert", comme les mouches du même nom...
Le compostage dont il est question est à prendre au figuré: il va s'agir d'extraire toute l'énergie encore disponible dans une pile avant de la jeter pour de bon.
Sa raison d'être:
Un élément normal de 1.5V est considéré comme épuisé lorsque sa tension atteint 0.9V. C'est du moins la théorie, et c'est cette tension qui est prise comme référence par les fabricants pour définir la capacité d'un élément.
Dans un monde bien fait, il faudrait donc que les appareils utilisant des piles puissent fonctionner jusqu'à 0.9V/élément. Dans les faits, c'est plus un voeu pieu qu'autre chose: de tels appareils, à supposer qu'ils existent, sont de rarissimes exceptions.
En pratique, on pourra s'estimer très heureux si l'on arrive à 1V/élément, mais généralement, ce sera plus: l'indicateur "LoBat" s'active souvent vers 1.2V, et le fonctionnement cesse complètement entre 1.2 et 1.1V.
Certains gadgets et appareils photo sont encore pires, et commencent à rouspéter dès 1.3V.
Une analyse superficielle du problème conduirait à penser que l'on gaspille la plus grande partie de l'énergie stockée dans une pile, même en descendant à 0.9V: de 1.5 à 0.9V, il y a 0.6V, et de 0.9V à 0, il y a, sans surprise, 0.9V, soit 50% en plus. Les choses sont, heureusement, plus subtiles:
Le courant, s'il est débité à 1.5V, a plus de "valeur" qu'à 0.9V: 1A représente alors 1.5W, contre 0.9W, et pour calculer l'énergie, il faut procéder autrement:
En unités arbitraires d'énergie, la tension de 1.5V représente en fait 1.5², soit 2.25. A 0.9V, il n'y a plus que 0.9², soit 0.81. La différence entre 2.25 et 0.81 vaut 1.44, donc sensiblement plus que 0.81.
Il y a encore un autre élément important dont il faut tenir compte: ce qui précède suppose une décharge linéaire, à la manière d'un condensateur, mais la caractéristique de décharge d'une pile est non-linéaire.
Il y a une première région de descente relativement rapide, entre 1.5 et 1.3 à 1.4V, suivie d'un "plateau" beaucoup plus long, jusqu'à 1 ou 1.1V, et enfin la descente finale, moyennement rapide jusqu'à 0. La présence de ce plateau implique que beaucoup plus d'énergie est disponible au dessus de 1V que ce que le raisonnement simple, basé sur une approximation linéaire ne laisserait supposer.
Tout cela signifie qu'en fait, l'énergie restante sous 0.9V est assez marginale. Ce n'est cependant pas à dédaigner, et puis comme on l'a vu, les piles termineront en réalité leur carrière à des tensions toujours sensiblement plus élevées.
Et là, l'énergie encore disponible augmente très vite, à cause de l'effet du carré dans le calcul, et du fait que l'on va commencer à grignoter sur le plateau.
Description du Scavenger:
C'est un convertisseur, répondant à un cahier des charges très spécifique:
- Il doit pouvoir fonctionner à des tensions très basses, et fortement variables: les piles que l'on va lui confier auront une tension de départ comprise entre 0.9 et 1.3V, et il devra pouvoir les utiliser jusqu'à 0, ou pratiquement.
- Son rendement doit être acceptable, le but étant précisément de limiter les gaspillages.
- La sortie devra être bien régulée, pour que les variations de tension de la pile soient complètement "effacées" au niveau de la charge.
- Il ne peut utiliser de circuit intégré spécifique (ce qui serait de toutes manières difficile vu les exigences).
- Dans un but de simplicité et constructibilité également, il ne doit pas employer de transformateur ou self spéciale: seule une self standard, à deux terminaux est acceptable.
- Il doit être aussi simple et bon marché que possible.
Le but est d'alimenter une LED blanche forte puissance à un courant constant de 100mA.
Pour faire un convertisseur minimaliste avec une self simple, il faut une topologie à deux transistors: c'est le minimum requis pour un oscillateur bloqué si un feedback inductif n'est pas possible.
La régulation nécéssitera encore un transistor supplémentaire. Bien qu'il soit possible de s'en passer et de contrôler directement l'oscillateur, cela handicaperait excessivement la stabilité de régulation et le rendement, à cause de la marge de régulation nécéssaire.
Pour travailler à une tension aussi basse en gardant des performances décentes, il n'est pas possible de faire l'économie d'un composant un peu spécial: un transistor "superbeta". Lui seul aura un gain en courant et une tension de saturation compatibles avec les conditions de fonctionnement très difficiles exigées.
Ici, c'est un Zetex (maintenant devenu Diodes Inc), mais il existe d'autres références, notamment en 2Sxxxx.
L'oscillateur s'articule autour de Q1 et Q3. C'est un multivibrateur dont la fréquence est déterminée principalement par C2 et R9. Elle est centrée vers 25KHz.
Le transistor de sortie découpe le courant dans la self de flyback. Fréquence de commutation et valeur de self sont des compromis choisis en fonction de l'encombrement, des pertes de commutation et de la facilité de réalisation.
Q1 a un réseau de polarisation automatique R3/R6, qui lui permet de démarrer à coup sûr dans une très large plage de tensions d'alimentation.
Après le démarrage, R2 connectée à la sortie permet le fonctionnement "en puissance".
Q2 mesure la tension aux bornes de R1, le shunt échantillonnant le courant dans la LED, et controle le rapport cyclique de l'oscillateur.
A suivre...
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