AVT5598 – Cargador solar de 12 V

Os módulos fotovoltaicos son cada vez máis baratos e, polo tanto, cada vez son máis populares. Pódense usar con éxito para cargar baterías, por exemplo, nunha casa de campo ou nunha estación meteorolóxica electrónica. O dispositivo descrito é un controlador de carga adaptado para funcionar cunha tensión de entrada que varía nun rango moi amplo. Pode ser útil no sitio, nun cámping ou nun lugar de acampada.

1. Esquema do cargador solar

O sistema utilízase para cargar unha batería de chumbo-ácido (por exemplo, xel) en modo tampón, é dicir. despois de alcanzar a tensión establecida, a corrente de carga comeza a baixar. Como resultado, a batería está sempre en modo de espera. A tensión de alimentación do cargador pode variar entre 4 ... 25 V.

A capacidade de usar luz solar forte e débil aumenta significativamente o tempo de carga ao día. A corrente de carga depende moito da tensión de entrada, pero esta solución ten vantaxes fronte a limitar simplemente o exceso de tensión do módulo solar.

O circuíto do cargador móstrase na fig. 1. A fonte de enerxía de CC é un conversor de topoloxía SEPIC baseado no sistema MC34063A barato e coñecido. Funciona no típico papel dunha chave. Se a tensión subministrada ao comparador (pin 5) é demasiado baixa, o interruptor do transistor incorporado comeza a funcionar cun recheo e unha frecuencia constantes. O funcionamento detense se esta tensión supera a tensión de referencia (normalmente 1,25 V).

Os conversores de topoloxía SEPIC, capaces de aumentar e baixar a tensión de saída, usan con moita máis frecuencia controladores que poden cambiar o recheo do sinal de teclas. Usar o MC34063A neste papel é unha solución pouco frecuente, pero, como mostran as probas de prototipos, é suficiente para esta aplicación. Outro criterio foi o prezo, que no caso do MC34063A é sensiblemente inferior ao dos controladores PWM.

Dous capacitores C1 e C2 conectados en paralelo utilízanse para reducir a resistencia interna dunha fonte de alimentación como un módulo fotovoltaico. A conexión en paralelo reduce os parámetros parasitarios resultantes, como a resistencia e a inductancia. A resistencia R1 úsase para limitar a corrente deste proceso a uns 0,44 A. A corrente máis alta pode provocar que o circuíto integrado se sobrequente. O capacitor C3 establece a frecuencia de funcionamento nuns 80 kHz.

Seleccionáronse os indutores L1 e L2 e a capacidade resultante dos capacitores C4-C6 para que o conversor poida funcionar nun rango de tensión moi amplo. Suponse que a conexión en paralelo dos capacitores reduciría a ESR e ESL resultantes.

O diodo LED1 úsase para probar a funcionalidade do controlador. Se é así, entón a compoñente variable da tensión deposítase na bobina L2, que se pode observar polo brillo deste díodo. Acendese premendo o botón S1 para que non brille sen sentido todo o tempo. A resistencia R3 limita a súa corrente a uns 2 mA e D1 protexe o díodo LED da avaría causada por unha tensión de apagado excesiva. Engádese a resistencia R4 para unha mellor estabilidade do conversor a baixo consumo de corrente e baixa tensión. Absorbe parte da enerxía que a bobina L2 lle dá á carga. Afecta á eficiencia, pero é pequeno: o valor efectivo da corrente que circula por ela é só duns miliamperios.

Os capacitores C8 e C9 suavizan a corrente de ondulación subministrada a través do díodo D2. O divisor resistivo R5-R7 establece a tensión de saída en aproximadamente 13,5 V, que é a tensión correcta nos terminais da batería de xel de 12 V durante o funcionamento do buffer. Esta tensión debería variar lixeiramente coa temperatura, pero este feito foi omitido para manter o sistema sinxelo. Este divisor de resistencia carga a batería conectada todo o tempo, polo que debería ter a maior resistencia posible.

O capacitor C7 reduce a ondulación de tensión que ve o comparador e ralentiza a resposta do bucle de retroalimentación. Sen el, cando a batería está desconectada, a tensión de saída pode superar o valor seguro para os capacitores electrolíticos, é dicir, escapar. A adición deste capacitor fai que o sistema deixe de cambiar a chave de cando en vez.

O cargador está montado nunha placa de circuíto impreso dunha soa cara cunhas dimensións de 89 × 27 mm, cuxo diagrama de montaxe se mostra na Fig. figura 2. Todos os elementos están en carcasas de orificios pasantes, o que é de gran axuda incluso para as persoas que non teñen moita experiencia co soldador. Suxiro non usar unha toma IC porque iso aumentará a resistencia das conexións ao transistor do interruptor.

2. Diagrama de instalación do cargador solar

Un dispositivo correctamente montado está inmediatamente listo para funcionar e non require ningunha posta en marcha. Como parte do control, pódese aplicar unha tensión constante á súa entrada e regulala nun rango determinado de 4 ... 20 V, observando as lecturas dun voltímetro conectado á saída. Debería cambiar o dente de serra no rango de aproximadamente 18 ... 13,5 V. O primeiro valor está relacionado coa carga dos capacitores e non é crítico, pero a 13,5 V o conversor debería funcionar de novo.

A corrente de carga depende do valor actual da tensión de entrada, xa que a corrente de entrada está limitada a aproximadamente 0,44 A. As medicións demostraron que a corrente de carga da batería varía de aproximadamente 50 mA (4 V) a aproximadamente 0,6 A.A a unha tensión de 20 A. V. Pode reducir este valor aumentando a resistencia R1, que ás veces é recomendable para baterías de pequena capacidade (2 Ah).

O cargador está adaptado para funcionar cun módulo fotovoltaico cunha tensión nominal de 12 V. Nas súas saídas poden estar presentes tensións de ata 20 ... 22 V con baixo consumo de corrente, polo que se instalan capacitores adaptados á tensión de 25 V. na entrada do conversor.As perdas son tan altas que a batería case non se carga.

Para aproveitar ao máximo o cargador, conecta un módulo cunha potencia de 10 W ou máis. Con menos enerxía, a batería tamén se cargará, pero máis lentamente.

Lista de compoñentes:

Resistencias:

R1: 0,68 ohmios/1 W.

R2: 180 ohmios/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

Capacitores:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (cerámica)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1 μF / 50 V (monolítico)

Semicondutores:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED de 5 mm, por exemplo, verde

US1:MC34063A(DIP8)

outra:

J1, J2: conector ARK2/5 mm

L1, L2: Choke 220uH (Vertical)

S1: microinterruptor 6×6/13 mm