AVT5598 – 12V-os napelemes töltő

A fotovoltaikus modulok egyre olcsóbbak, ezért egyre népszerűbbek. Sikeresen használhatók akkumulátorok töltésére, például egy vidéki házban vagy egy elektronikus meteorológiai állomáson. A leírt készülék egy töltésvezérlő, amely nagyon széles tartományban változó bemeneti feszültséggel működik. Hasznos lehet a helyszínen, kempingben vagy táborhelyen.

1. A napelemes töltő elvi rajza

A rendszer az ólom-savas akkumulátor (például gél) töltésére szolgál puffer üzemmódban, pl. a beállított feszültség elérése után a töltőáram csökkenni kezd. Ennek eredményeként az akkumulátor mindig készenléti üzemmódban van. A töltő tápfeszültsége 4...25 V között változhat.

Az erős és gyenge napfény használatának lehetősége jelentősen megnöveli a napi töltési időt. A töltőáram nagymértékben függ a bemeneti feszültségtől, de ennek a megoldásnak vannak előnyei a szolármodul túlfeszültségének egyszerű korlátozásához képest.

A töltőáramkör az ábrán látható. 1. Az egyenáramú tápforrás egy SEPIC topológia átalakító, amely az olcsó és jól ismert MC34063A rendszeren alapul. A kulcs tipikus szerepében működik. Ha a komparátor feszültsége (5. érintkező) túl alacsony, a beépített tranzisztoros kapcsoló állandó feltöltéssel és frekvenciával kezd működni. A működés leáll, ha ez a feszültség meghaladja a referenciafeszültséget (általában 1,25 V).

A kimeneti feszültség emelésére és csökkentésére egyaránt képes SEPIC topológia konverterek sokkal gyakrabban használnak olyan vezérlőket, amelyek képesek megváltoztatni a kulcsoló jel párnázását. Az MC34063A használata ebben a szerepkörben ritka megoldás, de - amint azt a prototípus tesztelése is mutatja - elegendő ehhez az alkalmazáshoz. További szempont volt az ár, ami az MC34063A esetében lényegesen alacsonyabb, mint a PWM vezérlőké.

Két párhuzamosan kapcsolt C1 és C2 kondenzátor a tápegység, például a fotovoltaikus modul belső ellenállásának csökkentésére szolgál. A párhuzamos csatlakozás csökkenti a keletkező parazita paramétereket, például ellenállást és induktivitást. Az R1 ellenállás segítségével ennek a folyamatnak az áramát körülbelül 0,44 A-re korlátozzák. A nagyobb áramerősség az integrált áramkör túlmelegedését okozhatja. A C3 kondenzátor a működési frekvenciát körülbelül 80 kHz-re állítja be.

Az L1 és L2 tekercseket és a C4-C6 kondenzátorok ebből eredő kapacitását úgy választjuk meg, hogy az átalakító nagyon széles feszültségtartományban működjön. A kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásával csökkenteni kellett a keletkező ESR-t és az ESL-t.

A LED1 dióda a vezérlő működésének tesztelésére szolgál. Ha igen, akkor a feszültség változó komponense lerakódik az L2 tekercsre, amit ennek a diódának az izzása figyelhet meg. Az S1 gomb megnyomásával kapcsol be, hogy ne világítson értelmetlenül állandóan. Az R3 ellenállás kb. 2 mA-re korlátozza az áramerősséget, a D1 pedig megvédi a LED diódát a túlzott lekapcsolási feszültség okozta meghibásodástól. Az R4 ellenállást hozzáadták az átalakító jobb stabilitásához alacsony áramfelvétel és alacsony feszültség esetén. Elnyeli annak az energiának egy részét, amelyet az L2 tekercs ad a terhelésnek. Befolyásolja a hatásfokot, de kicsi - a rajta átfolyó áram effektív értéke csak néhány milliamper.

A C8 és C9 kondenzátorok kiegyenlítik a D2 diódán keresztül táplált hullámos áramot. Az R5-R7 rezisztív osztó a kimeneti feszültséget körülbelül 13,5 V-ra állítja be, ami a megfelelő feszültség a 12 V-os gél akkumulátor kapcsain pufferműködés közben. Ennek a feszültségnek kissé változnia kell a hőmérséklet függvényében, de ezt a tényt figyelmen kívül hagytuk, hogy a rendszer egyszerű legyen. Ez az ellenállásosztó folyamatosan terheli a csatlakoztatott akkumulátort, így a lehető legnagyobb ellenállással kell rendelkeznie.

A C7 kondenzátor csökkenti a komparátor által észlelt feszültség hullámzást, és lelassítja a visszacsatoló hurok válaszát. Enélkül, amikor az akkumulátort leválasztják, a kimeneti feszültség meghaladhatja az elektrolitkondenzátorok biztonságos értékét, azaz kiléphet. Ennek a kondenzátornak a hozzáadása miatt a rendszer időről időre leállítja a kulcs átkapcsolását.

A töltő 89 × 27 mm méretű egyoldalas nyomtatott áramköri lapra van felszerelve, melynek összeszerelési rajza a XNUMX. ábrán látható. 2. ábra. Minden elem átmenő nyílású házban van, ami nagy segítség még a forrasztópákában kevéssé gyakorlott emberek számára is. Azt javaslom, hogy ne használjon IC-aljzatot, mert az megnöveli a kapcsolótranzisztor csatlakozásainak ellenállását.

2. Napelemes töltő beépítési rajza

A helyesen összeszerelt készülék azonnal üzemkész és nem igényel üzembe helyezést. A vezérlés részeként a bemenetére állandó feszültséget kapcsolhatunk, és adott 4 ... 20 V tartományban szabályozhatjuk, figyelve a kimenetre csatlakoztatott voltmérő leolvasását. Körülbelül 18 ... 13,5 V tartományban kell fűrészfogat váltania. Az első érték a kondenzátorok töltésére vonatkozik, és nem kritikus, de 13,5 V-nál a konverternek újra működnie kell.

A töltőáram a bemeneti feszültség aktuális értékétől függ, mivel a bemeneti áram körülbelül 0,44 A-re van korlátozva. A mérések kimutatták, hogy az akkumulátor töltőárama körülbelül 50 mA (4 V) és körülbelül 0,6 AA között változik 20 feszültség mellett. V. Csökkentheti ezt az értéket az R1 ellenállás növelésével, ami néha tanácsos kis kapacitású akkumulátorok (2 Ah) esetén.

A töltő 12 V névleges feszültségű fotovoltaikus modullal való működésre alkalmas. Kimenetein kis áramfelvétel mellett akár 20...22 V feszültség is előfordulhat, ezért 25 V feszültségre adaptált kondenzátorokat szerelnek fel. az átalakító bemenetén.A veszteségek olyan nagyok, hogy az akkumulátor alig töltődik.

A töltő teljes előnyeinek kihasználásához csatlakoztasson egy 10 W-os vagy nagyobb teljesítményű modult. Kisebb teljesítmény mellett az akkumulátor is töltődik, de lassabban.

Alkatrészek listája:

Ellenállások:

R1: 0,68 ohm/1W

R2: 180 ohm/0,25W

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

Kondenzátor:

C1, C2, C8, C9: 220 µF/25V

C3: 330 pF (kerámia)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1 µF/50 V (monolit)

Félvezetők:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: 5 mm-es LED, pl. zöld

US1:MC34063A(DIP8)

Egyéb:

J1, J2: ARK2/5mm csatlakozó

L1, L2: Fojtó 220uH (függőleges)

S1: mikrokapcsoló 6×6/13mm