AVT5598 – เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ 12V

โมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีราคาถูกลงและเป็นที่นิยมมากขึ้น สามารถใช้ชาร์จแบตเตอรี่ได้สำเร็จ ตัวอย่างเช่น ในบ้านในชนบทหรือสถานีตรวจอากาศอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ที่อธิบายไว้เป็นตัวควบคุมการชาร์จที่ปรับให้ทำงานกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แตกต่างกันไปในช่วงกว้าง อาจเป็นประโยชน์ในเว็บไซต์ ในที่ตั้งแคมป์ หรือที่ตั้งแคมป์

1. แผนผังของเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบนี้ใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (เช่น เจล) ในโหมดบัฟเฟอร์ เช่น หลังจากถึงแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้กระแสไฟชาร์จจะเริ่มลดลง ส่งผลให้แบตเตอรี่อยู่ในโหมดสแตนด์บายเสมอ แรงดันไฟของเครื่องชาร์จอาจแตกต่างกันภายใน 4 ... 25 V.

ความสามารถในการใช้แสงแดดทั้งที่แรงและอ่อนจะทำให้เวลาในการชาร์จต่อวันเพิ่มขึ้นอย่างมาก กระแสไฟชาร์จขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอย่างมาก แต่โซลูชันนี้มีข้อดีมากกว่าเพียงแค่จำกัดแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินจากโมดูลโซลาร์เซลล์

วงจรเครื่องชาร์จแสดงในรูปที่ 1. แหล่งพลังงาน DC เป็นตัวแปลงโทโพโลยี SEPIC ตามระบบ MC34063A ราคาถูกและเป็นที่รู้จัก มันทำงานในบทบาททั่วไปของคีย์ หากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับตัวเปรียบเทียบ (พิน 5) ต่ำเกินไป สวิตช์ทรานซิสเตอร์ในตัวจะเริ่มทำงานด้วยการเติมและความถี่คงที่ การทำงานจะหยุดลงหากแรงดันไฟฟ้านี้เกินแรงดันอ้างอิง (โดยทั่วไปคือ 1,25 V)

ตัวแปลงโทโพโลยี SEPIC ที่สามารถเพิ่มและลดแรงดันเอาต์พุตได้ มักใช้ตัวควบคุมที่สามารถเปลี่ยนช่องว่างภายในของสัญญาณคีย์ การใช้ MC34063A ในบทบาทนี้เป็นวิธีแก้ปัญหาไม่บ่อยนัก แต่ - ดังที่แสดงโดยการทดสอบต้นแบบ - เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันนี้ เกณฑ์อีกประการหนึ่งคือราคา ซึ่งในกรณีของ MC34063A นั้นต่ำกว่าตัวควบคุม PWM อย่างมาก

ใช้ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 สองตัวต่อขนานกันเพื่อลดความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายไฟ เช่น โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ การเชื่อมต่อแบบขนานช่วยลดพารามิเตอร์ปรสิตที่เกิดขึ้น เช่น ความต้านทานและการเหนี่ยวนำ ตัวต้านทาน R1 ใช้เพื่อจำกัดกระแสของกระบวนการนี้ให้อยู่ที่ประมาณ 0,44A กระแสที่สูงขึ้นอาจทำให้วงจรรวมร้อนเกินไป Capacitor C3 ตั้งความถี่ในการทำงานไว้ที่ประมาณ 80 kHz

ตัวเหนี่ยวนำ L1 และ L2 และความจุผลลัพธ์ของตัวเก็บประจุ C4-C6 ถูกเลือกเพื่อให้ตัวแปลงสามารถทำงานได้ในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างมาก การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนานควรจะลด ESR และ ESL ที่ได้

Diode LED1 ใช้เพื่อทดสอบการทำงานของคอนโทรลเลอร์ ถ้าเป็นเช่นนั้น ส่วนประกอบแปรผันของแรงดันไฟฟ้าจะวางอยู่บนขดลวด L2 ซึ่งสามารถสังเกตได้จากการเรืองแสงของไดโอดนี้ เปิดใช้งานโดยกดปุ่ม S1 เพื่อไม่ให้เรืองแสงตลอดเวลา ตัวต้านทาน R3 จำกัดกระแสไว้ที่ประมาณ 2 mA และ D1 ปกป้องไดโอด LED จากการสลายที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ปิดมากเกินไป เพิ่มตัวต้านทาน R4 เพื่อความเสถียรของตัวแปลงที่ดีขึ้นโดยใช้กระแสไฟต่ำและแรงดันไฟต่ำ มันดูดซับพลังงานบางส่วนที่คอยล์ L2 มอบให้กับโหลด มันส่งผลต่อประสิทธิภาพ แต่มีขนาดเล็ก - ค่าประสิทธิผลของกระแสที่ไหลผ่านนั้นมีเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์

ตัวเก็บประจุ C8 และ C9 ทำให้กระแสกระเพื่อมที่จ่ายผ่านไดโอด D2 ราบรื่น ตัวแบ่งตัวต้านทาน R5-R7 ตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตไว้ที่ประมาณ 13,5V ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องที่ขั้วแบตเตอรี่เจล 12V ระหว่างการทำงานของบัฟเฟอร์ แรงดันไฟฟ้านี้ควรแปรผันเล็กน้อยตามอุณหภูมิ แต่ความจริงข้อนี้ถูกละไว้เพื่อให้ระบบเรียบง่าย ตัวแบ่งตัวต้านทานนี้จะโหลดแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออยู่ตลอดเวลา ดังนั้นจึงควรมีความต้านทานสูงสุด

ตัวเก็บประจุ C7 ช่วยลดแรงกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าที่เห็นโดยตัวเปรียบเทียบ และทำให้การตอบสนองของลูปป้อนกลับช้าลง หากไม่มีแบตเตอรี่ เมื่อถอดแบตเตอรี่ แรงดันไฟขาออกอาจเกินค่าที่ปลอดภัยสำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า เช่น หลบหนี การเพิ่มตัวเก็บประจุนี้ทำให้ระบบหยุดการสลับคีย์เป็นครั้งคราว

เครื่องชาร์จติดตั้งอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ด้านเดียวที่มีขนาด 89 × 27 มม. ซึ่งแผนภาพการประกอบแสดงในรูปที่ รูปที่ 2. องค์ประกอบทั้งหมดอยู่ในตัวเรือนแบบมีรูทะลุ ซึ่งช่วยได้มากแม้สำหรับผู้ที่ไม่มีประสบการณ์เกี่ยวกับหัวแร้งมากนัก ฉันไม่แนะนำให้ใช้ซ็อกเก็ต IC เพราะจะเพิ่มความต้านทานของการเชื่อมต่อกับทรานซิสเตอร์สวิตช์

2. ไดอะแกรมการติดตั้งเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์

อุปกรณ์ที่ประกอบอย่างถูกต้องจะพร้อมใช้งานทันทีและไม่ต้องดำเนินการใดๆ คุณสามารถใช้แรงดันคงที่กับอินพุตและควบคุมในช่วงที่กำหนดที่ 4 ... 20 V โดยสังเกตการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตเป็นส่วนหนึ่งของการควบคุม ควรเปลี่ยนฟันเลื่อยในช่วงประมาณ 18 ... 13,5 V. ค่าแรกเกี่ยวข้องกับการชาร์จตัวเก็บประจุและไม่สำคัญ แต่ที่ 13,5 V ตัวแปลงควรทำงานอีกครั้ง

กระแสไฟชาร์จขึ้นอยู่กับค่ากระแสไฟของแรงดันไฟขาเข้า เนื่องจากกระแสไฟเข้าจำกัดอยู่ที่ประมาณ 0,44 A การวัดได้แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟชาร์จแบตเตอรีมีตั้งแต่ประมาณ 50 mA (4 V) ถึงประมาณ 0,6 AA ที่แรงดันไฟฟ้า 20 V. คุณสามารถลดค่านี้ได้โดยเพิ่มความต้านทาน R1 ซึ่งบางครั้งแนะนำสำหรับแบตเตอรี่ความจุขนาดเล็ก (2 Ah)

เครื่องชาร์จได้รับการดัดแปลงให้ทำงานกับโมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย 12 V แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 20 ... 22 V สามารถอยู่ที่เอาต์พุตโดยใช้กระแสไฟต่ำดังนั้นจึงติดตั้งตัวเก็บประจุที่ปรับให้เข้ากับแรงดันไฟฟ้า 25 V ที่อินพุทของคอนเวอร์เตอร์ความสูญเสียสูงมากจนแบตเตอรี่แทบจะชาร์จไม่เข้า

หากต้องการใช้ประโยชน์สูงสุดจากเครื่องชาร์จ ให้เชื่อมต่อโมดูลที่มีกำลังไฟ 10 W ขึ้นไป เมื่อใช้พลังงานน้อยลง แบตเตอรี่ก็จะชาร์จด้วย แต่จะช้ากว่า

รายการส่วนประกอบ:

ตัวต้านทาน:

R1: 0,68 โอห์ม / 1 วัตต์

R2: 180 โอห์ม / 0,25 วัตต์

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

ตัวเก็บประจุ:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 โวลต์

C3: 330 pF (เซรามิก)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 มม.)

C7: 1 μF/50 V (โมโนลิต)

เซมิคอนดักเตอร์:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED 5 มม. เช่น สีเขียว

US1:MC34063A(DIP8)

อื่น ๆ:

J1, J2: ขั้วต่อ ARK2/5mm

L1, L2: โช๊ค 220uH (แนวตั้ง)

S1: ไมโครสวิตช์ 6×6/13mm