AVT5598 – 12V solarni punjač
Fotonaponski moduli postaju sve jeftiniji, a time i sve popularniji. Mogu se uspješno koristiti za punjenje baterija, na primjer, u seoskoj kući ili elektronskoj meteorološkoj stanici. Opisani uređaj je regulator punjenja prilagođen za rad s ulaznim naponom koji varira u vrlo širokom rasponu. Može biti korisno na mjestu, u kampu ili kampu.
1. Shematski dijagram solarnog punjača
Sustav se koristi za punjenje olovne baterije (na primjer, gel) u pufer modu, t.j. nakon postizanja zadanog napona, struja punjenja počinje padati. Kao rezultat toga, baterija je uvijek u stanju pripravnosti. Napon napajanja punjača može varirati unutar 4 ... 25 V.
Mogućnost korištenja 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 prikazan je na sl. 1. Izvor istosmjerne struje je SEPIC topološki pretvarač baziran na jeftinom i dobro poznatom sustavu MC34063A. Radi u tipičnoj ulozi ključa. Ako je napon koji se dovodi na komparator (pin 5) prenizak, ugrađeni tranzistorski prekidač počinje raditi s 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. Korištenje MC34063A u ovoj ulozi rijetko je 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 one kod PWM kontrolera.
Dva paralelno spojena kondenzatora C1 i C2 koriste se za smanjenje unutarnjeg otpora izvora napajanja kao što je fotonaponski modul. Paralelno spajanje smanjuje rezultirajuće parazitske parametre kao što su otpor i induktivnost. Otpornik R1 se koristi za ograničavanje struje ovog procesa na oko 0,44 A. Veća struja može uzrokovati pregrijavanje integriranog kruga. 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 spajanje kondenzatora trebalo je smanjiti 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 promatrati po sjaju ove diode. Uključuje se pritiskom na tipku S1 kako ne bi cijelo vrijeme besmisleno svijetlio. 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. Apsorbira dio energije koju zavojnica L2 daje opterećenju. Utječe na učinkovitost, ali je mala - efektivna vrijednost struje koja teče kroz njega je samo nekoliko miliampera.
Kondenzatori C8 i C9 izglađuju struju mreškanja koja se dovodi kroz diodu D2. Otporni djelitelj R5-R7 postavlja izlazni napon na približno 13,5 V, što je ispravan napon na terminalima gel baterije od 12 V tijekom rada pufera. Taj bi napon trebao neznatno varirati s temperaturom, ali ta je činjenica izostavljena kako bi sustav bio jednostavan. Ovaj otpornički razdjelnik cijelo vrijeme opterećuje priključenu bateriju, tako da treba imati najveći mogući otpor.
Kondenzator C7 smanjuje mreškanje napona koje vidi komparator i usporava odziv petlje povratne sprege. Bez toga, kada se baterija odspoji, izlazni napon može premašiti sigurnu vrijednost za elektrolitičke kondenzatore, tj. izbjeći. Dodavanje ovog kondenzatora uzrokuje da sustav s vremena na vrijeme prestane mijenjati ključ.
Punjač je postavljen na jednostranu tiskanu ploču dimenzija 89 × 27 mm, čija je shema montaže prikazana na sl. slika 2. Svi elementi su u kućištima za prolazne rupe, što je od velike pomoći čak i osobama koje nemaju puno iskustva s lemilom. Predlažem da ne koristite IC utičnicu jer će to povećati otpor spojeva na tranzistor prekidača.
2. Shema instalacije solarnog punjača
Pravilno montiran uređaj odmah je 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. Trebao bi promijeniti pilu u rasponu od približno 18 ... 13,5 V. Prva vrijednost je povezana s punjenjem kondenzatora i nije kritična, ali na 13,5 V pretvarač bi trebao ponovno raditi.
Struja punjenja ovisi o trenutnoj vrijednosti ulaznog napona, budući da je ulazna struja ograničena na približno 0,44 A. Mjerenja 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 s fotonaponskim modulom nazivnog napona od 12 V. Na njegovim izlazima mogu biti prisutni naponi do 20 ... 22 V uz malu potrošnju struje, stoga su ugrađeni kondenzatori prilagođeni naponu od 25 V na ulazu pretvarača Gubici su toliki da se baterija jedva puni.
Kako biste u potpunosti iskoristili prednosti punjača, priključite modul snage 10 W ili više. S manje snage, baterija će se također puniti, ali sporije.
Popis 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.)
poluvodiči:
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 6×6/13mm
