AVT5598 – Încărcător solar 12V

Modulele fotovoltaice devin din ce în ce mai ieftine și, prin urmare, devin mai populare. Ele pot fi folosite cu succes pentru a încărca bateriile, de exemplu, într-o casă de țară sau într-o stație meteo electronică. Dispozitivul descris este un controler de încărcare adaptat să funcționeze cu o tensiune de intrare care variază într-o gamă foarte largă. Poate fi util pe site, într-un camping sau într-un loc de campare.

1. Schema schematică a încărcătorului solar

Sistemul este utilizat pentru a încărca o baterie plumb-acid (de exemplu, gel) în modul tampon, de exemplu. după atingerea tensiunii stabilite, curentul de încărcare începe să scadă. Ca urmare, bateria este întotdeauna în modul de așteptare. Tensiunea de alimentare a încărcătorului poate varia între 4 ... 25 V.

Capacitatea de a folosi atât lumina puternică, cât și cea slabă a soarelui crește semnificativ timpul de încărcare pe zi. Curentul de încărcare depinde foarte mult de tensiunea de intrare, dar această soluție are avantaje față de limitarea simplă a tensiunii în exces de la modulul solar.

Circuitul încărcătorului este prezentat în fig. 1. Sursa de alimentare DC este un convertor de topologie SEPIC bazat pe sistemul ieftin și binecunoscut MC34063A. Funcționează în rolul tipic al unei chei. Dacă tensiunea furnizată comparatorului (pin 5) este prea scăzută, comutatorul tranzistorului încorporat începe să funcționeze cu o umplere și o frecvență constante. Funcționarea se oprește dacă această tensiune depășește tensiunea de referință (de obicei 1,25 V).

Convertoarele de topologie SEPIC, capabile atât să mărească, cât și să scadă tensiunea de ieșire, folosesc mult mai des controlere care pot schimba umplutura semnalului de tastare. Utilizarea MC34063A în acest rol este o soluție rar întâlnită, dar - așa cum arată testarea prototipului - suficientă pentru această aplicație. Un alt criteriu a fost prețul, care în cazul lui MC34063A este semnificativ mai mic decât cel al controlerelor PWM.

Doi condensatori C1 și C2 conectați în paralel sunt utilizați pentru a reduce rezistența internă a unei surse de alimentare, cum ar fi un modul fotovoltaic. Conexiunea în paralel reduce parametrii paraziți rezultați, cum ar fi rezistența și inductanța. Rezistorul R1 este utilizat pentru a limita curentul acestui proces la aproximativ 0,44 A. Curentul mai mare poate cauza supraîncălzirea circuitului integrat. Condensatorul C3 setează frecvența de funcționare la aproximativ 80 kHz.

Inductoarele L1 și L2 și capacitatea rezultată a condensatoarelor C4-C6 sunt selectate astfel încât convertorul să poată funcționa într-un domeniu de tensiune foarte larg. Conexiunea paralelă a condensatoarelor trebuia să reducă ESR și ESL rezultate.

Dioda LED1 este utilizată pentru a testa funcționalitatea controlerului. Dacă da, atunci componenta variabilă a tensiunii este depusă pe bobina L2, ceea ce poate fi observat prin strălucirea acestei diode. Se pornește apăsând butonul S1, astfel încât să nu strălucească fără sens tot timpul. Rezistorul R3 își limitează curentul la aproximativ 2 mA, iar D1 protejează dioda LED de defectarea cauzată de tensiunea de oprire excesivă. Rezistorul R4 este adăugat pentru o mai bună stabilitate a convertorului la consum redus de curent și tensiune scăzută. Absoarbe o parte din energia pe care bobina L2 o dă sarcinii. Afectează eficiența, dar este mică - valoarea efectivă a curentului care curge prin el este de doar câțiva miliamperi.

Condensatorii C8 și C9 netezesc curentul de ondulare furnizat prin dioda D2. Divizorul rezistiv R5-R7 setează tensiunea de ieșire la aproximativ 13,5 V, care este tensiunea corectă la bornele bateriei cu gel de 12 V în timpul funcționării tampon. Această tensiune ar trebui să varieze ușor cu temperatura, dar acest fapt a fost omis pentru a menține sistemul simplu. Acest divizor de rezistență încarcă bateria conectată tot timpul, așa că ar trebui să aibă cea mai mare rezistență posibilă.

Condensatorul C7 reduce ondulația de tensiune văzută de comparator și încetinește răspunsul buclei de feedback. Fără aceasta, atunci când bateria este deconectată, tensiunea de ieșire poate depăși valoarea sigură pentru condensatorii electrolitici, adică evadarea. Adăugarea acestui condensator face ca sistemul să nu mai comute din când în când cheia.

Încărcătorul este montat pe o placă de circuit imprimat cu o singură față cu dimensiuni de 89 × 27 mm, a cărei diagramă de asamblare este prezentată în Fig. figura 2. Toate elementele sunt în carcase cu orificii traversante, ceea ce este de mare ajutor chiar și pentru persoanele care nu au prea multă experiență cu fierul de lipit. Vă sugerez să nu folosiți o priză IC, deoarece aceasta va crește rezistența conexiunilor la tranzistorul comutator.

2. Schema de instalare a încărcătorului solar

Un dispozitiv asamblat corect este imediat gata de funcționare și nu necesită nicio punere în funcțiune. Ca parte a controlului, puteți aplica o tensiune constantă la intrarea sa și o puteți regla într-un interval dat de 4 ... 20 V, observând citirile unui voltmetru conectat la ieșire. Ar trebui să schimbe dinte de ferăstrău în intervalul de aproximativ 18 ... 13,5 V. Prima valoare este legată de încărcarea condensatoarelor și nu este critică, dar la 13,5 V convertorul ar trebui să funcționeze din nou.

Curentul de încărcare depinde de valoarea curentă a tensiunii de intrare, deoarece curentul de intrare este limitat la aproximativ 0,44 A. Măsurătorile au arătat că curentul de încărcare a bateriei variază de la aproximativ 50 mA (4 V) la aproximativ 0,6 AA la o tensiune de 20 V. Puteți reduce această valoare prin creșterea rezistenței R1, care este uneori indicată pentru bateriile de capacitate mică (2 Ah).

Încărcătorul este adaptat să funcționeze cu un modul fotovoltaic cu o tensiune nominală de 12 V. Tensiuni de până la 20 ... 22 V pot fi prezente la ieșirile sale cu un consum redus de curent, prin urmare se instalează condensatoare adaptate la tensiunea de 25 V. la intrarea convertizorului.Pierderile sunt atat de mari incat bateria se incarca cu greu.

Pentru a profita la maximum de încărcător, conectați un modul cu o putere de 10 W sau mai mult. Cu mai puțină putere, bateria se va încărca și ea, dar mai lent.

Lista componentelor:

Rezistoare:

R1: 0,68 ohmi/1W

R2: 180 ohmi/0,25W

R3: 6,8 kΩ / 0,25 W

R4: 2,2 kΩ / 0,25 W

R5: 68 kΩ / 0,25 W

R6: 30 kΩ / 0,25 W

R7: 10 kΩ / 0,25 W

Condensator:

C1, C2, C8, C9: 220µF/25V

C3: 330 pF (ceramic)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF/50V (monolit.)

Semiconductori:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED de 5 mm, de exemplu verde

US1:MC34063A(DIP8)

alte:

J1, J2: conector ARK2/5mm

L1, L2: Choke 220uH (vertical)

S1: micro comutator 6×6/13mm