AVT5598 – 12V solcelleoplader

Solcellemoduler bliver billigere og bliver derfor mere og mere populære. De kan med succes bruges til at oplade batterier, for eksempel i et landsted eller en elektronisk vejrstation. Den beskrevne enhed er en laderegulator tilpasset til at arbejde med en indgangsspænding, der varierer over et meget bredt område. Det kan være nyttigt på pladsen, på en campingplads eller campingplads.

1. Skematisk diagram af en solcelleoplader

Systemet bruges til at oplade et bly-syre-batteri (for eksempel et gel-batteri) i buffertilstand, dvs. Når den indstillede spænding er nået, begynder ladestrømmen at falde. Som et resultat er batteriet altid i standbytilstand. Opladerens forsyningsspænding kan variere inden for 4…25 V.

Muligheden for at bruge både stærkt og svagt sollys øger opladningstiden markant pr. Ladestrømmen er meget afhængig af indgangsspændingen, men denne løsning har fordele frem for blot at begrænse overspændingen fra solcellemodulet.

Opladerkredsløbet er vist i fig. 1. DC strømkilden er en konverter lavet i SEPIC topologien, baseret på det billige og velkendte MC34063A system. Det fungerer i den typiske rolle som en nøgle. Hvis spændingen til komparatoren (ben 5) er for lav, begynder den indbyggede transistorkontakt at fungere med konstant fyldning og frekvens. Driften stopper, hvis denne spænding overstiger referencespændingen (typisk 1,25 V).

SEPIC-konvertere, som både kan øge eller sænke udgangsspændingen, er meget mere tilbøjelige til at bruge controllere, der kan ændre indholdet af nøglesignalet. At bruge MC34063A i denne rolle er ikke en almindelig løsning, men - som prototypetest har vist - er det tilstrækkeligt til denne applikation. Et andet kriterium var prisen, som i tilfældet med MC34063A er væsentligt lavere end for PWM-controllere.

To kondensatorer C1 og C2, der er forbundet parallelt, bruges til at reducere den interne modstand i en strømforsyning såsom et fotovoltaisk modul. Parallelforbindelse reducerer de resulterende parasitære parametre såsom modstand og induktans. Modstand R1 bruges til at begrænse strømmen af ​​denne proces til ca. 0,44 A. Højere strøm kan få det integrerede kredsløb til at overophedes. Kondensator C3 indstiller driftsfrekvensen til ca. 80 kHz.

Choker L1 og L2 og den resulterende kapacitans af kondensatorerne C4-C6 er valgt på en sådan måde, at konverteren kan fungere i et meget bredt spændingsområde. Parallelkobling af kondensatorerne burde have reduceret den resulterende ESR og ESL.

LED1 diode bruges til at kontrollere funktionaliteten af ​​controlleren. Hvis dette er tilfældet, afsættes vekselspændingskomponenten på spole L2, hvilket kan observeres ved gløden fra denne diode. Den tændes ved at trykke på S1-knappen, så den ikke lyser meningsløst hele tiden. Modstand R3 begrænser sin strøm til ca. 2 mA, og D1 beskytter LED-dioden mod nedbrud forårsaget af for høj sluk-spænding. Modstand R4 er tilføjet for bedre konverterstabilitet ved lavt strømforbrug og lav spænding. Den absorberer en del af den energi, som spole L2 leverer til lasten. Det påvirker effektiviteten, men er lille - den effektive værdi af strømmen, der løber gennem den, er kun et par milliampere.

Kondensatorer C8 og C9 udjævner krusningerne af den strøm, der leveres gennem diode D2. Resistiv divider R5-R7 indstiller udgangsspændingen til cirka 13,5 V, hvilket er den korrekte spænding ved terminalerne på et 12 V gelbatteri under bufferdrift. Denne spænding bør variere lidt med temperaturen, men denne kendsgerning er udeladt for at holde systemet enkelt. Denne modstandsdeler belaster hele tiden det tilsluttede batteri, så det bør have den højest mulige modstand.

Kondensator C7 reducerer spændingsrippel observeret af komparatoren og reducerer responshastigheden af ​​feedback-sløjfen. Uden det, når batteriet er frakoblet, kan udgangsspændingen overstige den værdi, der er sikker for elektrolytiske kondensatorer, dvs. Tilføjelse af denne kondensator får systemet til at stoppe med at skifte fra tid til anden.

Opladeren er monteret på et enkeltsidet printkort, der måler 89x27 mm, hvis samlingsdiagram er vist i fig. figur 2. Alle elementer er anbragt i huse til gennemmontering, hvilket er en stor hjælp selv for folk, der ikke har meget erfaring med at håndtere en loddekolbe. Jeg foreslår ikke at bruge IC-stikket, fordi det vil øge modstanden af ​​forbindelserne til switch-transistoren.

2. Installationsdiagram af solcelleopladeren

En korrekt samlet enhed er straks klar til brug og kræver ikke idriftsættelsesarbejde. Som en del af styringen kan du anvende en konstant spænding til dens indgang og regulere den i et givet område på 4...20 V, idet du observerer aflæsningerne af det voltmeter, der er forbundet til udgangen. Den skulle ændre sig savtandslignende i området omkring 18...13,5 V. Den første værdi er relateret til opladning af kondensatorerne og er ikke kritisk, men ved 13,5 V skulle konverteren begynde at virke igen.

Ladestrømmen afhænger af den aktuelle indgangsspænding, fordi indgangsstrømmen er begrænset til ca. 0,44 A. Batteriladestrømmen er blevet målt til at variere fra ca. 50 mA (4 V) til ca. 0,6 A ved 20 V. Reducer denne værdi ved at øge modstanden R1, som nogle gange er tilrådelig for batterier med lille kapacitet (2 Ah).

Opladeren er tilpasset til at arbejde med et fotovoltaisk modul med en nominel spænding på 12 V. Dens terminaler kan indeholde spændinger på op til 20...22 V med lavt strømforbrug, derfor er der installeret kondensatorer ved konverterindgangen, tilpasset spændingen bruges ved 25 V. Tabene er så store, at Batteriet praktisk talt ikke oplades.

For at få det fulde udbytte af opladeren skal du tilslutte et modul med en effekt på 10 W eller mere. Med mindre strøm oplades batteriet også, men langsommere.

Liste over komponenter:

Modstande:

R1: 0,68 ohm/1 watt

R2: 180 ohm/0,25 watt

R3: 6,8 kOhm/0,25 W

R4: 2,2 kOhm/0,25 W

R5: 68 kOhm/0,25 W

R6: 30 kOhm/0,25 W

R7: 10 kOhm/0,25 W

Kondensatorer:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (keramisk)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1 μF/50 V (monolit.)

Halvledere:

D1: 1N4148

D2: 1N5819

LED1: 5 mm LED, fx grøn

US1:MC34063A(DIP8)

Andet:

J1, J2: ARK2/5mm stik

L1, L2: 220uH induktor (lodret)

S1: mikroswitch 6×6/13mm