AVT5598 – 12V соларно зарядно устройство

Фотоволтаичните модули стават все по-евтини и следователно стават все по-популярни. Те могат успешно да се използват за зареждане на батерии, например в селска къща или електронна метеорологична станция. Описаното устройство е контролер на зареждане, адаптиран да работи с входно напрежение, което варира в много широк диапазон. Може да бъде полезен на сайта, в къмпинг или къмпинг.

1. Принципна схема на соларното зарядно устройство

Системата се използва за зареждане на оловно-киселинна батерия (например гел) в буферен режим, т.е. след достигане на зададеното напрежение, зарядният ток започва да пада. В резултат на това батерията винаги е в режим на готовност. Захранващото напрежение на зарядното устройство може да варира в рамките на 4 ... 25 V.

Възможността за използване както на силна, така и на слаба слънчева светлина значително увеличава времето за зареждане на ден. Токът на зареждане е силно зависим от входното напрежение, но това решение има предимства пред простото ограничаване на излишното напрежение от соларния модул.

Схемата на зарядното устройство е показана на фиг. 1. Източникът на DC захранване е SEPIC топологичен преобразувател, базиран на евтината и добре позната система MC34063A. Работи в типичната роля на ключ. Ако напрежението, подадено към компаратора (пин 5), е твърде ниско, вграденият транзисторен превключвател започва да работи с постоянно пълнене и честота. Работата спира, ако това напрежение надвиши референтното напрежение (обикновено 1,25 V).

Преобразувателите на топология SEPIC, способни както да повишават, така и да намаляват изходното напрежение, много по-често използват контролери, които могат да променят запълването на манипулационния сигнал. Използването на MC34063A в тази роля е рядко решение, но - както е показано от тестването на прототипа - достатъчно за това приложение. Друг критерий беше цената, която в случая на MC34063A е значително по-ниска от тази на PWM контролерите.

Два кондензатора C1 и C2, свързани паралелно, се използват за намаляване на вътрешното съпротивление на захранване като фотоволтаичен модул. Паралелното свързване намалява получените паразитни параметри като съпротивление и индуктивност. Резистор R1 се използва за ограничаване на тока на този процес до около 0,44 А. По-високият ток може да причини прегряване на интегралната схема. Кондензатор C3 настройва работната честота на около 80 kHz.

Индукторите L1 и L2 и полученият капацитет на кондензаторите C4-C6 са избрани така, че преобразувателят да може да работи в много широк диапазон на напрежение. Паралелното свързване на кондензатори трябваше да намали получените ESR и ESL.

Диод LED1 се използва за тестване на функционалността на контролера. Ако е така, тогава променливият компонент на напрежението се отлага върху бобината L2, което може да се наблюдава от светенето на този диод. Включва се с натискане на бутона S1, за да не свети безсмислено през цялото време. Резистор R3 ограничава тока си до около 2 mA, а D1 предпазва LED диода от повреда, причинена от прекомерно напрежение на изключване. Резистор R4 е добавен за по-добра стабилност на преобразувателя при ниска консумация на ток и ниско напрежение. Той абсорбира част от енергията, която бобината L2 дава на товара. Той влияе на ефективността, но е малък - ефективната стойност на тока, протичащ през него, е само няколко милиампера.

Кондензаторите C8 и C9 изглаждат пулсиращия ток, подаван през диод D2. Резистивен делител R5-R7 настройва изходното напрежение на приблизително 13,5V, което е правилното напрежение на клемите на 12V гелова батерия по време на работа на буфера. Това напрежение трябва да варира леко в зависимост от температурата, но този факт е пропуснат, за да поддържа системата проста. Този резисторен делител зарежда свързаната батерия през цялото време, така че трябва да има възможно най-високо съпротивление.

Кондензатор C7 намалява пулсациите на напрежението, наблюдавани от компаратора и забавя реакцията на обратната връзка. Без него, когато батерията е изключена, изходното напрежение може да надвиши безопасната стойност за електролитни кондензатори, т.е. Добавянето на този кондензатор кара системата да спира да превключва ключа от време на време.

Зарядното устройство е монтирано на едностранна печатна платка с размери 89 × 27 mm, чиято монтажна схема е показана на фиг. фигура 2. Всички елементи са в корпуси за проходни отвори, което е голяма помощ дори за хора, които нямат голям опит с поялник. Предлагам да не използвате IC гнездо, защото това ще увеличи съпротивлението на връзките към транзистора на превключвателя.

2. Схема за монтаж на слънчево зарядно устройство

Правилно сглобеното устройство е незабавно готово за работа и не изисква пускане в експлоатация. Като част от управлението можете да приложите постоянно напрежение към неговия вход и да го регулирате в даден диапазон от 4 ... 20 V, като наблюдавате показанията на волтметър, свързан към изхода. Тя трябва да промени трион в диапазона от приблизително 18 ... 13,5 V. Първата стойност е свързана със зареждането на кондензаторите и не е критична, но при 13,5 V преобразувателят трябва да работи отново.

Токът на зареждане зависи от текущата стойност на входното напрежение, тъй като входният ток е ограничен до приблизително 0,44 A. Измерванията показват, че токът на зареждане на батерията варира от приблизително 50 mA (4 V) до приблизително 0,6 AA при напрежение 20 V. Можете да намалите тази стойност, като увеличите съпротивлението R1, което понякога е препоръчително за батерии с малък капацитет (2 Ah).

Зарядното устройство е пригодено за работа с фотоволтаичен модул с номинално напрежение 12 V. На изходите му могат да присъстват напрежения до 20 ... 22 V с ниска консумация на ток, поради което са инсталирани кондензатори, адаптирани към напрежение 25 V на входа на преобразувателя.Загубите са толкова големи, че батерията почти не се зарежда.

За да се възползвате напълно от зарядното устройство, свържете модул с мощност от 10 W или повече. При по-малко мощност батерията също ще се зарежда, но по-бавно.

Списък на компонентите:

Резистори:

R1: 0,68 Ohm / 1 W.

R2: 180 Ohm / 0,25 W.

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

кондензатори:

C1, C2, C8, C9: 220 μF / 25 V

C3: 330 pF (керамика)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF/50V (монолит.)

полупроводници:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: 5 мм светодиод, например зелен

US1:MC34063A(DIP8)

друго:

J1, J2: ARK2/5 мм конектор

L1, L2: дросел 220uH (вертикален)

S1: микропревключвател 6×6/13 мм