AVT5598 – 12V solarni polnilec

Fotovoltaični moduli postajajo vse cenejši in zato vse bolj priljubljeni. Uspešno jih je mogoče uporabiti za polnjenje baterij, na primer v podeželski hiši ali elektronski vremenski postaji. Opisana naprava je krmilnik polnjenja, prilagojen za delo z vhodno napetostjo, ki variira v zelo širokem območju. Uporaben je lahko na mestu, v kampu ali kampu.

1. Shematski diagram solarnega polnilnika

Sistem se uporablja za polnjenje svinčeno-kislinske baterije (na primer gel) v puferskem načinu, t.j. po doseganju nastavljene napetosti začne polnilni tok padati. Posledično je baterija vedno v stanju pripravljenosti. Napajalna napetost polnilnika se lahko giblje med 4 ... 25 V.

Možnost uporabe tako močne kot šibke sončne svetlobe znatno poveča čas polnjenja na dan. Polnilni tok je zelo odvisen od vhodne napetosti, vendar ima ta rešitev prednosti pred preprosto omejevanjem presežne napetosti iz solarnega modula.

Tokokrog polnilnika je prikazan na sl. 1. Vir enosmerne energije je topološki pretvornik SEPIC, ki temelji na poceni in dobro znanem sistemu MC34063A. Deluje v tipični vlogi ključa. Če je napetost, ki se dovaja na primerjalnik (pin 5), prenizka, začne vgrajeno tranzistorsko stikalo delovati s konstantnim polnjenjem in frekvenco. Delovanje se ustavi, če ta napetost preseže referenčno napetost (običajno 1,25 V).

Topološki pretvorniki SEPIC, ki lahko dvignejo in znižajo izhodno napetost, veliko pogosteje uporabljajo krmilnike, ki lahko spremenijo oblazinjenje ključnega signala. Uporaba MC34063A v tej vlogi je redka rešitev, vendar - kot je pokazalo testiranje prototipa - zadostuje za to aplikacijo. Drugo merilo je bila cena, ki je v primeru MC34063A bistveno nižja kot pri PWM krmilnikih.

Dva kondenzatorja C1 in C2, ki sta povezana vzporedno, se uporabljata za zmanjšanje notranjega upora napajalnika, kot je fotovoltaični modul. Vzporedna povezava zmanjša nastale parazitske parametre, kot sta upor in induktivnost. Upor R1 se uporablja za omejitev toka tega procesa na približno 0,44 A. Višji tok lahko povzroči pregrevanje integriranega vezja. Kondenzator C3 nastavi delovno frekvenco na približno 80 kHz.

Induktorja L1 in L2 ter posledična kapacitivnost kondenzatorjev C4-C6 sta izbrana tako, da lahko pretvornik deluje v zelo širokem napetostnem območju. Vzporedna povezava kondenzatorjev naj bi zmanjšala posledično ESR in ESL.

Dioda LED1 se uporablja za testiranje funkcionalnosti krmilnika. Če je tako, se spremenljiva komponenta napetosti odloži na tuljavo L2, kar lahko opazimo po siju te diode. Vklopi se s pritiskom na gumb S1, da ne sveti ves čas nesmiselno. Upor R3 omejuje svoj tok na približno 2 mA, D1 pa ščiti LED diodo pred okvaro, ki jo povzroči prekomerna izklopna napetost. Dodan je upor R4 za boljšo stabilnost pretvornika pri nizki porabi toka in nizki napetosti. Absorbira nekaj energije, ki jo tuljava L2 daje bremenu. Vpliva na učinkovitost, vendar je majhna - efektivna vrednost toka, ki teče skozenj, je le nekaj miliamperov.

Kondenzatorja C8 in C9 zgladita valovit tok, ki se dovaja skozi diodo D2. Uporovni delilnik R5-R7 nastavi izhodno napetost na približno 13,5 V, kar je pravilna napetost na sponkah 12 V gel baterije med delovanjem puferja. Ta napetost bi se morala nekoliko spreminjati glede na temperaturo, vendar je bilo to dejstvo izpuščeno, da je sistem preprost. Ta uporni delilnik ves čas obremenjuje priključeno baterijo, zato mora imeti največji možni upor.

Kondenzator C7 zmanjša napetostno valovanje, ki ga opazi primerjalnik, in upočasni odziv povratne zanke. Brez tega lahko ob odklopu akumulatorja izhodna napetost preseže varno vrednost za elektrolitske kondenzatorje, to je pobeg. Dodatek tega kondenzatorja povzroči, da sistem občasno preneha preklapljati ključ.

Polnilnik je nameščen na enostranskem tiskanem vezju z dimenzijami 89 × 27 mm, katerega montažni diagram je prikazan na sl. slika 2. Vsi elementi so v ohišjih skozi luknjo, kar je v veliko pomoč tudi za ljudi, ki nimajo veliko izkušenj s spajkalnikom. Predlagam, da ne uporabljate vtičnice IC, ker bo to povečalo upor povezav do preklopnega tranzistorja.

2. Shema namestitve solarnega polnilnika

Pravilno sestavljena naprava je takoj pripravljena za delovanje in ne zahteva zagona. Kot del krmiljenja lahko na njegov vhod nanesete konstantno napetost in jo uravnavate v danem območju 4 ... 20 V, pri čemer opazujete odčitke voltmetra, priključenega na izhod. Moral bi spremeniti žago v območju približno 18 ... 13,5 V. Prva vrednost je povezana s polnjenjem kondenzatorjev in ni kritična, pri 13,5 V pa bi moral pretvornik ponovno delovati.

Polnilni tok je odvisen od trenutne vrednosti vhodne napetosti, saj je vhodni tok omejen na približno 0,44 A. Meritve so pokazale, da se polnilni tok baterije giblje od približno 50 mA (4 V) do približno 0,6 AA pri napetosti 20 V. To vrednost lahko zmanjšate tako, da povečate upornost R1, kar je včasih priporočljivo za baterije majhne kapacitete (2 Ah).

Polnilnik je prilagojen za delo s fotovoltaičnim modulom z nazivno napetostjo 12 V. Na njegovih izhodih so lahko prisotne napetosti do 20 ... 22 V z nizko porabo toka, zato so nameščeni kondenzatorji, prilagojeni napetosti 25 V na vhodu pretvornika Izgube so tako velike, da se baterija skoraj ne polni.

Če želite v celoti izkoristiti polnilnik, priključite modul z močjo 10 W ali več. Z manjšo močjo se bo baterija tudi polnila, vendar počasneje.

Seznam sestavnih delov:

Upori:

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

Kondenzatorji:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (keramika)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF/50V (monolit.)

Polprevodniki:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: 5 mm LED, npr. zelena

US1:MC34063A(DIP8)

drugo:

J1, J2: konektor ARK2/5 mm

L1, L2: dušilka 220uH (navpično)

S1: mikro stikalo 6×6/13 mm