AVT5598 – Carregador solar de 12 V

Els mòduls fotovoltaics són cada cop més barats i, per tant, cada cop més populars. Es poden utilitzar amb èxit per carregar bateries, per exemple, en una casa de camp o una estació meteorològica electrònica. El dispositiu descrit és un controlador de càrrega adaptat per treballar amb una tensió d'entrada que varia en un rang molt ampli. Pot ser útil al lloc, en un càmping o en un càmping.

1. Esquema del carregador solar

El sistema s'utilitza per carregar una bateria de plom-àcid (per exemple, gel) en mode tampó, és a dir. després d'arribar a la tensió establerta, el corrent de càrrega comença a baixar. Com a resultat, la bateria està sempre en mode d'espera. La tensió d'alimentació del carregador pot variar entre 4 ... 25 V.

La capacitat d'utilitzar la llum solar forta i feble augmenta significativament el temps de càrrega per dia. El corrent de càrrega depèn molt de la tensió d'entrada, però aquesta solució té avantatges per limitar simplement l'excés de tensió del mòdul solar.

El circuit del carregador es mostra a la fig. 1. La font d'alimentació de CC és un convertidor de topologia SEPIC basat en el sistema barat i conegut MC34063A. Funciona amb el paper típic d'una clau. Si la tensió subministrada al comparador (pin 5) és massa baixa, l'interruptor del transistor integrat comença a funcionar amb un farciment i una freqüència constants. El funcionament s'atura si aquesta tensió supera la tensió de referència (normalment 1,25 V).

Els convertidors de topologia SEPIC, capaços tant d'augmentar com de baixar la tensió de sortida, utilitzen molt més sovint controladors que poden canviar el farciment del senyal de teclat. L'ús de l'MC34063A en aquesta funció és una solució poc freqüent, però, com mostren les proves de prototips, n'hi ha prou per a aquesta aplicació. Un altre criteri va ser el preu, que en el cas de l'MC34063A és significativament inferior al dels controladors PWM.

S'utilitzen dos condensadors C1 i C2 connectats en paral·lel per reduir la resistència interna d'una font d'alimentació com un mòdul fotovoltaic. La connexió en paral·lel redueix els paràmetres paràsits resultants com la resistència i la inductància. La resistència R1 s'utilitza per limitar el corrent d'aquest procés a uns 0,44 A. Un corrent més alt pot provocar que el circuit integrat es sobreescalfi. El condensador C3 estableix la freqüència de funcionament a uns 80 kHz.

Els inductors L1 i L2 i la capacitat resultant dels condensadors C4-C6 es seleccionen perquè el convertidor pugui funcionar en un rang de tensió molt ampli. La connexió en paral·lel de condensadors hauria de reduir l'ESR i l'ESL resultants.

El díode LED1 s'utilitza per provar la funcionalitat del controlador. Si és així, aleshores la component variable de la tensió es diposita a la bobina L2, que es pot observar per la brillantor d'aquest díode. S'encén prement el botó S1 perquè no brilli sense sentit tot el temps. La resistència R3 limita el seu corrent a uns 2 mA i D1 protegeix el díode LED de la ruptura causada per una tensió d'apagada excessiva. S'afegeix la resistència R4 per a una millor estabilitat del convertidor a baix consum de corrent i baixa tensió. Absorbeix part de l'energia que la bobina L2 dóna a la càrrega. Afecta l'eficiència, però és petit: el valor efectiu del corrent que hi circula és només d'uns pocs mil·liamperis.

Els condensadors C8 i C9 suavitzen el corrent ondulat subministrat a través del díode D2. El divisor resistiu R5-R7 estableix la tensió de sortida a aproximadament 13,5 V, que és la tensió correcta als terminals de la bateria de gel de 12 V durant el funcionament del buffer. Aquesta tensió hauria de variar lleugerament amb la temperatura, però aquest fet s'ha omès per mantenir el sistema senzill. Aquest divisor de resistències carrega la bateria connectada tot el temps, de manera que hauria de tenir la resistència més alta possible.

El condensador C7 redueix la ondulació de tensió vista pel comparador i alenteix la resposta del bucle de retroalimentació. Sense ell, quan la bateria està desconnectada, la tensió de sortida pot superar el valor segur per als condensadors electrolítics, és a dir, escapar. L'addició d'aquest condensador fa que el sistema deixi de canviar la clau de tant en tant.

El carregador està muntat en una placa de circuit imprès d'una sola cara amb unes dimensions de 89 × 27 mm, el diagrama de muntatge de la qual es mostra a la Fig. imatge 2. Tots els elements es troben en carcasses de forat passant, la qual cosa és de gran ajuda fins i tot per a persones que no tenen molta experiència amb un soldador. Suggereixo no utilitzar un sòcol IC perquè això augmentarà la resistència de les connexions al transistor del commutador.

2. Esquema d'instal·lació del carregador solar

Un dispositiu muntat correctament està immediatament a punt per funcionar i no requereix cap posada en marxa. Com a part del control, podeu aplicar una tensió constant a la seva entrada i regular-la en un rang determinat de 4 ... 20 V, observant les lectures d'un voltímetre connectat a la sortida. Hauria de canviar la dent de serra en el rang d'aproximadament 18 ... 13,5 V. El primer valor està relacionat amb la càrrega dels condensadors i no és crític, però a 13,5 V el convertidor hauria de tornar a funcionar.

El corrent de càrrega depèn del valor actual de la tensió d'entrada, ja que el corrent d'entrada està limitat a aproximadament 0,44 A. Les mesures han demostrat que el corrent de càrrega de la bateria varia d'aproximadament 50 mA (4 V) a aproximadament 0,6 A.A a una tensió de 20 V. Podeu reduir aquest valor augmentant la resistència R1, que de vegades és aconsellable per a bateries de poca capacitat (2 Ah).

El carregador està adaptat per treballar amb un mòdul fotovoltaic amb una tensió nominal de 12 V. A les seves sortides poden estar presents tensions de fins a 20 ... 22 V amb un baix consum de corrent, per tant, s'instal·len condensadors adaptats a la tensió de 25 V. a l'entrada del convertidor.Les pèrdues són tan elevades que La bateria gairebé no està carregada.

Per aprofitar al màxim el carregador, connecteu un mòdul amb una potència de 10 W o més. Amb menys potència, la bateria també es carregarà, però més lentament.

Llista de components:

Resistències:

R1: 0,68 ohms / 1 W.

R2: 180 ohms / 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

Condensadors:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (ceràmica)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1 μF / 50 V (monolític)

Semiconductors:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED de 5 mm, per exemple, verd

US1:MC34063A (DIP8)

altres:

J1, J2: connector ARK2/5mm

L1, L2: asfixia 220uH (vertical)

S1: microinterruptor 6×6/13mm