AVT5598 – 12V solarni punjač

Fotonaponski moduli postaju sve jeftiniji, a samim tim i popularniji. Mogu se uspješno koristiti za punjenje baterija, na primjer, u seoskoj kući ili elektronskoj meteorološkoj stanici. Opisani uređaj je kontroler punjenja prilagođen za rad sa ulaznim naponom koji varira u vrlo širokom rasponu. Može biti korisno na mjestu, u kampu ili kampu.

1. Šematski dijagram solarnog punjača

Sistem se koristi za punjenje olovne baterije (na primjer, gel) u pufer modu, tj. nakon postizanja podešenog napona, struja punjenja počinje opadati. Kao rezultat toga, baterija je uvijek u stanju pripravnosti. Napon napajanja punjača može varirati unutar 4 ... 25 V.

Mogućnost korištenja i jake i slabe sunčeve svjetlosti značajno povećava vrijeme punjenja dnevno. Struja punjenja jako ovisi o ulaznom naponu, ali ovo rješenje ima prednosti u odnosu na jednostavno ograničavanje viška napona iz solarnog modula.

Krug punjača je prikazan na sl. 1. DC izvor napajanja je SEPIC topološki pretvarač baziran na jeftinom i dobro poznatom sistemu MC34063A. Radi u tipičnoj ulozi ključa. Ako je napon koji se dovodi u komparator (pin 5) prenizak, ugrađeni tranzistorski prekidač počinje raditi sa konstantnim punjenjem i frekvencijom. Rad se zaustavlja ako ovaj napon premašuje referentni napon (obično 1,25 V).

SEPIC topološki pretvarači, sposobni i za podizanje i snižavanje izlaznog napona, mnogo češće koriste kontrolere koji mogu promijeniti padding signala ključa. Upotreba MC34063A u ovoj ulozi je rijetko rješenje, ali - kao što je pokazalo testiranje prototipa - dovoljno za ovu primjenu. Drugi kriterij je bila cijena, koja je u slučaju MC34063A znatno niža od cijene PWM kontrolera.

Dva paralelno povezana kondenzatora C1 i C2 koriste se za smanjenje unutrašnjeg otpora izvora napajanja kao što je fotonaponski modul. Paralelno povezivanje smanjuje rezultirajuće parazitne parametre kao što su otpor i induktivnost. Otpornik R1 se koristi da ograniči struju ovog procesa na oko 0,44 A. Veća struja može uzrokovati pregrijavanje integriranog kola. Kondenzator C3 postavlja radnu frekvenciju na oko 80 kHz.

Induktori L1 i L2 i rezultirajuća kapacitivnost kondenzatora C4-C6 odabrani su tako da pretvarač može raditi u vrlo širokom rasponu napona. Paralelno povezivanje kondenzatora trebalo je da smanji rezultirajuće ESR i ESL.

Dioda LED1 se koristi za testiranje funkcionalnosti kontrolera. Ako je tako, tada se promjenjiva komponenta napona taloži na zavojnici L2, što se može uočiti po sjaju ove diode. Uključuje se pritiskom na dugme S1 tako da ne svetli besmisleno sve vreme. Otpornik R3 ograničava svoju struju na oko 2 mA, a D1 štiti LED diodu od kvara uzrokovanog prekomjernim naponom isključivanja. Dodan je otpornik R4 za bolju stabilnost pretvarača pri niskoj potrošnji struje i niskom naponu. On apsorbira dio energije koju L2 zavojnica daje opterećenju. Utječe na efikasnost, ali je mala - efektivna vrijednost struje koja teče kroz njega je samo nekoliko miliampera.

Kondenzatori C8 i C9 izglađuju talasnu struju koja se dovodi kroz diodu D2. Otporni razdjelnik R5-R7 postavlja izlazni napon na približno 13,5V, što je ispravan napon na terminalima gel baterije od 12V tokom rada bafera. Ovaj napon bi trebao malo varirati s temperaturom, ali ova činjenica je izostavljena kako bi sistem bio jednostavan. Ovaj otpornički razdjelnik cijelo vrijeme opterećuje priključenu bateriju, tako da treba imati najveći mogući otpor.

Kondenzator C7 smanjuje talasanje napona koje vidi komparator i usporava odziv petlje povratne sprege. Bez toga, kada je baterija isključena, izlazni napon može premašiti sigurnu vrijednost za elektrolitičke kondenzatore, tj. izbjeći. Dodavanje ovog kondenzatora dovodi do toga da sistem s vremena na vrijeme prestane mijenjati ključ.

Punjač je montiran na jednostranu štampanu ploču dimenzija 89 × 27 mm, čiji je dijagram montaže prikazan na sl. slika 2. Svi elementi su u kućištima za otvore, što je od velike pomoći čak i osobama koje nemaju puno iskustva sa lemilom. Predlažem da ne koristite IC utičnicu jer će to povećati otpor konekcija na tranzistor prekidača.

2. Shema instalacije solarnog punjača

Pravilno montiran uređaj je odmah spreman za rad i ne zahtijeva nikakvo puštanje u rad. Kao dio kontrole, možete primijeniti konstantan napon na njegov ulaz i regulirati ga u zadanom rasponu od 4 ... 20 V, promatrajući očitanja voltmetra spojenog na izlaz. Trebalo bi promijeniti pilu u rasponu od približno 18 ... 13,5 V. Prva vrijednost se odnosi na punjenje kondenzatora i nije kritična, ali na 13,5 V pretvarač bi trebao ponovo raditi.

Struja punjenja zavisi od trenutne vrednosti ulaznog napona, jer je ulazna struja ograničena na približno 0,44 A. Merenja su pokazala da struja punjenja baterije varira od približno 50 mA (4 V) do približno 0,6 AA pri naponu od 20 V. Ovu vrijednost možete smanjiti povećanjem otpora R1, što je ponekad preporučljivo za baterije malog kapaciteta (2 Ah).

Punjač je prilagođen za rad sa fotonaponskim modulom nominalnog napona od 12 V. Na njegovim izlazima mogu biti prisutni naponi do 20 ... 22 V sa malom potrošnjom struje, stoga su ugrađeni kondenzatori prilagođeni naponu od 25 V na ulazu pretvarača Gubici su toliki da se baterija jedva puni.

Da biste u potpunosti iskoristili prednosti punjača, povežite modul snage 10 W ili više. Sa manje snage, baterija će se također puniti, ali sporije.

Lista komponenti:

Otpornici:

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

kondenzatori:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (keramika)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1 μF / 50 V (monolit.)

Poluprovodnici:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: 5 mm LED, npr. zelena

US1:MC34063A(DIP8)

ostalo:

J1, J2: ARK2/5mm konektor

L1, L2: prigušnica 220uH (vertikalna)

S1: mikro prekidač 6×6/13 mm