AVT5598 – Зарядний пристрій від сонячних батарей 12В

Фотоелектричні модулі дешевшають і тому стають все більш популярними. Їх можна успішно використовувати для зарядки акумуляторів, наприклад, на дачі або електронної метеостанції. Описуваний пристрій є контролером заряду, пристосований для роботи з вхідною напругою, що змінюється в дуже широких межах. Він може стати в нагоді на ділянці, в турбазі або турбазі.

1. Принципова схема сонячного зарядного пристрою

Система використовується зарядки свинцево-кислотного акумулятора (наприклад, гелевого) в буферному режимі, тобто. після досягнення заданої напруги зарядний струм починає падати. В результаті акумулятор завжди знаходиться в режимі очікування. Напруга живлення зарядного пристрою може змінюватися в межах 4…25 Ст.

Можливість використання як сильного, і слабкого сонячного світла значно збільшує час зарядки на добу. Зарядний струм залежить від вхідної напруги, але це рішення має переваги перед простим обмеженням надмірної напруги від сонячного модуля.

Схема зарядного пристрою представлена ​​на рис. 1. Джерелом енергії постійної напруги є перетворювач, виконаний у топології SEPIC, на основі дешевої та відомої системи MC34063A. Він працює у типовій ролі ключа. Якщо напруга, що подається на компаратор (ніжка 5), надто низька, вбудований транзисторний ключ починає працювати з постійним заповненням та частотою. Робота зупиняється, якщо ця напруга перевищує опорну напругу (зазвичай 1,25).

У перетворювачах топології SEPIC, здатних як підвищувати, і знижувати вихідну напругу, набагато частіше використовуються контролери, здатні змінювати заповнення сигналу маніпуляції. Використання MC34063A у цій ролі – нечасте рішення, але – як показали випробування прототипу – достатнє для цієї програми. Ще одним критерієм була ціна, яка у випадку MC34063A суттєво нижча, ніж у ШІМ-контролерів.

Два конденсатори C1 та C2, з'єднані паралельно, використовуються для зменшення внутрішнього опору джерела живлення, такого як фотогальванічний модуль. Паралельне з'єднання знижує результуючі паразитні параметри, такі як опір та індуктивність. Резистор R1 використовується для обмеження струму цього процесу приблизно до 0,44 А. Вищий струм може викликати перегрів інтегральної схеми. Конденсатор C3 встановлює робочу частоту приблизно 80 кГц.

Дроселі L1 та L2 та результуюча ємність конденсаторів С4-С6 підібрані таким чином, щоб перетворювач міг працювати у дуже широкому діапазоні напруг. Паралельне з'єднання конденсаторів мало зменшити результуючі ESR та ESL.

Діод LED1 використовується для перевірки працездатності контролера. Якщо це так, змінна складова напруги відкладається на котушці L2, що можна спостерігати за світінням цього діода. Вмикається натисканням на кнопку S1, щоб не світився безглуздо весь час. Резистор R3 обмежує його струм приблизно до 2 мА, а D1 захищає діод світлодіода від пробою, викликаного надмірною напругою, що замикає. Резистор R4 доданий для кращої стабільності перетворювача за низького струму споживання та низької напруги. Він поглинає частину енергії, яку котушка L2 віддає у навантаження. Він впливає на ККД, але невеликий — значення струму, що протікає через нього, становить всього кілька міліампер.

Конденсатори З8 і З9 згладжують пульсації струму, що подається через діод D2. Резистивний дільник R5-R7 встановлює вихідну напругу приблизно на рівні 13,5 В, що відповідає правильному напрузі на клемах 12-вольтової гелевої батареї під час буферної роботи. Ця напруга повинна трохи змінюватись з температурою, але цей факт був опущений, щоб не ускладнювати систему. Цей резисторний дільник постійно навантажує підключену батарею, тому повинен мати максимально можливий опір.

Конденсатор C7 зменшує пульсації напруги, що спостерігаються компаратором, і знижує швидкість реакції контуру зворотного зв'язку. Без нього при вимкненні акумулятора вихідна напруга може перевищити безпечне для електролітичних конденсаторів значення, тобто втеча. Додавання цього конденсатора призводить до того, що система іноді перестає перемикати ключ.

Зарядний пристрій змонтовано на односторонній друкованій платі розмірами 89×27 мм, схема складання якої представлена ​​на рис. малюнок 2. Всі елементи знаходяться в корпусах для наскрізного монтажу, що є великою підмогою навіть для людей, які не мають великого досвіду у користуванні паяльником. Я пропоную не використовувати гніздо для інтегральної схеми, тому що це збільшить опір з'єднань із транзистором ключа.

2. Схема встановлення сонячного зарядного пристрою

Правильно зібраний пристрій одразу готовий до роботи і не вимагає жодних пусконалагоджувальних робіт. В рамках управління можна подавати на його вхід постійну напругу і регулювати його в заданому діапазоні 4 ... 20, дотримуючись показання вольтметра, приєднаного до виходу. Воно має змінюватися пилкоподібно в діапазоні приблизно 18 ... 13,5 В. Перше значення пов'язане із зарядкою конденсаторів і не критично, але при 13,5 В перетворювач повинен знову заробити.

Зарядний струм залежить від поточного значення вхідної напруги, так як вхідний струм обмежений приблизно 0,44 А. Як показали вимірювання, струм зарядки акумулятора варіюється від приблизно 50 мА (4 В) до 0,6 А. А при напрузі 20 В. Можна зменшити це значення, збільшивши опір R1, що іноді доцільно для акумуляторів невеликої ємності (2 Ач).

Зарядний пристрій пристосований для роботи з фотогальванічним модулем з номінальною напругою 12 В. На його висновках може знаходитися напруга до 20…22 В з малим споживанням струму, тому на вході перетворювача встановлені конденсатори, адаптовані до напруги 25 В. У втрати настільки великі, що батарея практично не заряджається.

Щоб скористатися всіма перевагами зарядного пристрою, приєднайте модуль потужністю від 10 Вт. При меншій потужності акумулятор теж заряджатиметься, але повільніше.

Список компонентів:

резистори:

R1: 0,68 Ом/1 Вт

R2: 180 Ом/0,25 Вт

R3: 6,8 кОм/0,25 Вт

R4: 2,2 кОм/0,25 Вт

R5: 68 кОм/0,25 Вт

R6: 30 кОм/0,25 Вт

R7: 10 кОм/0,25 Вт

Конденсатори:

C1, C2, C8, C9: 220 мкФ/25 В

C3: 330 пФ (кераміка)

C4…C6: 2,2 мкФ/50 В (MKT R = 5 мм)

C7: 1 мкФ / 50 В (моноліт.)

Напівпровідники:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: 5 мм LED, наприклад, зелений

US1:MC34063A(DIP8)

інші:

J1, J2: роз'єм ARK2/5 мм

L1, L2: дросель 220 мкГн (вертикальний)

S1: мікроперемикач 6×6/13 мм