AVT5598 – Bộ sạc năng lượng mặt trời 12V

Các mô-đun quang điện ngày càng rẻ hơn và do đó trở nên phổ biến hơn. Chúng có thể được sử dụng thành công để sạc pin, chẳng hạn như trong một ngôi nhà nông thôn hoặc một trạm thời tiết điện tử. Thiết bị được mô tả là một bộ điều khiển sạc được điều chỉnh để hoạt động với điện áp đầu vào thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Nó có thể hữu ích trên trang web, trong địa điểm cắm trại hoặc địa điểm cắm trại.

1. Sơ đồ nguyên lý của bộ sạc năng lượng mặt trời

Hệ thống được sử dụng để sạc pin axit-chì (ví dụ: gel) ở chế độ đệm, tức là sau khi đạt đến điện áp đặt, dòng điện sạc bắt đầu giảm. Kết quả là pin luôn ở chế độ chờ. Điện áp cung cấp của bộ sạc có thể thay đổi trong vòng 4 ... 25 V.

Khả năng sử dụng cả ánh sáng mặt trời mạnh và yếu làm tăng đáng kể thời gian sạc mỗi ngày. Dòng sạc phụ thuộc nhiều vào điện áp đầu vào, nhưng giải pháp này có ưu điểm là chỉ hạn chế điện áp dư thừa từ mô-đun năng lượng mặt trời.

Mạch sạc được hiển thị trong hình. 1. Nguồn DC là bộ chuyển đổi cấu trúc liên kết SEPIC dựa trên hệ thống MC34063A giá rẻ và nổi tiếng. Nó hoạt động trong vai trò điển hình của một chìa khóa. Nếu điện áp cung cấp cho bộ so sánh (chân 5) quá thấp, công tắc bóng bán dẫn tích hợp sẽ bắt đầu hoạt động với tần số và tần số làm đầy không đổi. Hoạt động dừng nếu điện áp này vượt quá điện áp tham chiếu (thường là 1,25 V).

Bộ chuyển đổi cấu trúc liên kết SEPIC, có khả năng tăng và giảm điện áp đầu ra, thường sử dụng các bộ điều khiển có thể thay đổi phần đệm của tín hiệu khóa. Sử dụng MC34063A trong vai trò này là một giải pháp không thường xuyên, nhưng - như được thể hiện trong thử nghiệm nguyên mẫu - đủ cho ứng dụng này. Một tiêu chí khác là giá, trong trường hợp của MC34063A thấp hơn đáng kể so với bộ điều khiển PWM.

Hai tụ điện C1 và C2 mắc song song được dùng để giảm điện trở trong của nguồn điện như môđun quang điện. Kết nối song song làm giảm các thông số ký sinh kết quả như điện trở và điện cảm. Điện trở R1 được sử dụng để giới hạn dòng điện của quá trình này ở khoảng 0,44A. Dòng điện cao hơn có thể làm cho mạch tích hợp quá nóng. Tụ điện C3 đặt tần số hoạt động khoảng 80 kHz.

Các cuộn cảm L1 và L2 và điện dung kết quả của tụ điện C4-C6 được chọn để bộ biến đổi có thể hoạt động trong dải điện áp rất rộng. Kết nối song song của các tụ điện được cho là để giảm ESR và ESL kết quả.

Diode LED1 được sử dụng để kiểm tra chức năng của bộ điều khiển. Nếu vậy, thành phần biến đổi của điện áp được đặt trên cuộn dây L2, có thể quan sát thấy sự phát sáng của diode này. Nó bật bằng cách nhấn nút S1 để nó không phát sáng vô tri mọi lúc. Điện trở R3 giới hạn dòng điện của nó ở khoảng 2 mA và D1 bảo vệ diode LED khỏi sự cố do điện áp tắt quá mức. Điện trở R4 được thêm vào để ổn định bộ chuyển đổi tốt hơn ở mức tiêu thụ dòng điện thấp và điện áp thấp. Nó hấp thụ một phần năng lượng mà cuộn dây L2 cung cấp cho tải. Nó ảnh hưởng đến hiệu suất, nhưng nhỏ - giá trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua nó chỉ là một vài miliampe.

Các tụ điện C8 và C9 làm phẳng dòng điện gợn sóng được cung cấp qua diode D2. Bộ chia điện trở R5-R7 đặt điện áp đầu ra xấp xỉ 13,5V, đây là điện áp chính xác tại các cực của pin gel 12V trong quá trình hoạt động của bộ đệm. Điện áp này sẽ thay đổi một chút theo nhiệt độ, nhưng thực tế này đã được bỏ qua để giữ cho hệ thống đơn giản. Bộ chia điện trở này tải pin được kết nối mọi lúc, vì vậy nó phải có điện trở cao nhất có thể.

Tụ C7 làm giảm độ gợn sóng điện áp mà bộ so sánh nhìn thấy và làm chậm phản hồi của vòng phản hồi. Nếu không có nó, khi pin bị ngắt kết nối, điện áp đầu ra có thể vượt quá giá trị an toàn cho các tụ điện, tức là thoát ra. Việc bổ sung tụ điện này khiến hệ thống thỉnh thoảng ngừng chuyển đổi phím.

Bộ sạc được gắn trên bảng mạch in một mặt có kích thước 89 × 27 mm, sơ đồ lắp ráp được thể hiện trong Hình. bức tranh 2. Tất cả các yếu tố đều nằm trong vỏ xuyên lỗ, đây là một trợ giúp đắc lực ngay cả đối với những người không có nhiều kinh nghiệm về mỏ hàn. Tôi đề nghị không sử dụng ổ cắm IC vì điều đó sẽ làm tăng điện trở của các kết nối với bóng bán dẫn chuyển đổi.

2. Sơ đồ lắp đặt bộ sạc năng lượng mặt trời

Một thiết bị được lắp ráp chính xác sẽ ngay lập tức sẵn sàng hoạt động và không cần vận hành thử. Là một phần của điều khiển, bạn có thể đặt một điện áp không đổi vào đầu vào của nó và điều chỉnh nó trong một phạm vi nhất định là 4 ... 20 V, quan sát các số đọc của vôn kế được kết nối với đầu ra. Nó sẽ thay đổi răng cưa trong khoảng 18 ... 13,5 V. Giá trị đầu tiên liên quan đến việc sạc tụ điện và không quan trọng, nhưng ở 13,5 V, bộ chuyển đổi sẽ hoạt động trở lại.

Dòng sạc phụ thuộc vào giá trị hiện tại của điện áp đầu vào, vì dòng điện đầu vào được giới hạn ở khoảng 0,44 A. Các phép đo đã chỉ ra rằng dòng điện sạc pin thay đổi từ khoảng 50 mA (4 V) đến khoảng 0,6 AA ở điện áp 20 V. Bạn có thể giảm giá trị này bằng cách tăng điện trở R1, điều này đôi khi được khuyến khích đối với pin dung lượng nhỏ (2 Ah).

Bộ sạc được điều chỉnh để hoạt động với mô-đun quang điện có điện áp danh định 12 V. Có thể có điện áp lên đến 20 ... 22 V ở đầu ra của nó với mức tiêu thụ dòng điện thấp, do đó, các tụ điện thích ứng với điện áp 25 V được lắp đặt ở đầu vào của bộ chuyển đổi. Tổn hao cao đến mức Pin hầu như không được sạc.

Để tận dụng hết sức mạnh của bộ sạc, hãy kết nối mô-đun có công suất 10 W trở lên. Với ít năng lượng hơn, pin cũng sẽ sạc, nhưng chậm hơn.

Danh sách các thành phần:

Điện trở:

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

Tụ điện:

C1, C2, C8, C9: 220 μF / 25 V

C3: 330 pF (gốm)

C4… C6: 2,2 μF / 50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF / 50V (nguyên khối)

Chất bán dẫn:

Đ1: 1H4148

Đ2: 1H5819

LED1: LED 5mm, ví dụ: màu xanh lá cây

US1:MC34063A(DIP8)

khác:

J1, J2: Đầu nối ARK2 / 5mm

L1, L2: Choke 220uH (Dọc)

S1: công tắc vi mô 6 × 6 / 13mm