Приведена схема эффективного 12В зарядного устройства (солнечного контроллера), с защитой аккумуляторов от пониженного напряжения.
Характеристики устройства
Низкое потребление мощности в режиме простоя
Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.
Легкодоступные компоненты
В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.
Последняя версия устройства
Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.
Регулировка напряжения
В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.
Защита от пониженного напряжения
Контроллер отсоединяет аккумуляторную батарею, если напряжение падает ниже определенной точки (настраивается), обычно это 10.5 Вольт
В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен.
Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта. Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется. В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери).
Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.
В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.
Зарядка
Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке. Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод. Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.
Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели "закорачивается" на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели "коротит" нагрузку и аккумулятор.
Управление N-канальными мосфетами
Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение. Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое.
Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.
Защита от пониженного напряжения
Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор. Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность. Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.
Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.
Настройка устройства
При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам "нагрузка" подключите регулируемый блок питания.
Установка защиты от пониженного напряжения
Вставьте джампер J1.
В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В.
Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11.
Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет.
Выньте джампер J1.
Установка максимального напряжения
В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В.
Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9.
Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.
Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!
Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
U1 | ИС источника опорного напряжения | LM336-2.5 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
U2 | Операционный усилитель | LM324 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
U3 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Q1, Q2, Q4 | MOSFET-транзистор | IRFZ44 | 3 | КП723А | Поиск в магазине Отрон | |
Q3 | Биполярный транзистор | BC327 | 1 | КТ685А | Поиск в магазине Отрон | |
D1 | Диод Шоттки | 1.5КЕ16 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
D2, D4 | Диод Шоттки | 1N5819 | 2 | КДШ2105В | Поиск в магазине Отрон | |
D3, D5-D8, D10 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 6 | КД522А | Поиск в магазине Отрон | |
D9, D11 | Светодиод | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
C1, C3 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ 25 В | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2, C4-C7 | Конденсатор | 100 нФ | 5 | Поиск в магазине Отрон | ||
C9 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ 35 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C8, C10, C12 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
C11 | Конденсатор | 1 нФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1, R9, R11, R16, R19 | Резистор | 10 кОм | 5 | Поиск в магазине Отрон | ||
R2, R10 | Резистор | 56 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R3 | Резистор | 1 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R4, R12 | Резистор | 2.2 МОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5, R8, R13-R15, R18 | Резистор | 100 кОм | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
R6 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R7 | Резистор | 1 МОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R17, R20 | Резистор | 2.2 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VR1, VR2 | Подстроечный резистор | 10 к | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 25 витков провода 1 мм на сердечнике T68-52A | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
F1 | Плавкий предохранитель | 25 А | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
ST1-ST3 | Клеммы | 2 контакта | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
J1 | Разъём | PLS-2 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Автомобильный аккумулятор | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
Солнечная панель | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- solar_controller.rar (75 Кб)
Комментарии (8) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
В схему добавлен балластный резистор между Q1 и плюсом. Добавлен электронный тормоз ветряка.
Еще:
1) двусторонняя плата неудобна для распайки деталей, если нет возможности заказать плату с металлизацией. Я разработал одностороннюю плату.
2) после настройки не забудьте отключить светодиод включения нагрузки - он сильно просаживает напряжение VH и схема тоже работает как попало