Ta celovit regulator za polnjenje sonca je zasnovan za učinkovito polnjenje velike baterije 12 V 100 Ah z največjo učinkovitostjo. Sončni polnilnik je praktično zanesljiv glede prenapolnjenosti akumulatorja, kratkega stika obremenitve ali trenutnih pogojev.
Ključni elementi tega 100-Ah solarnega regulatorja so očitno sončna plošča in (12 V) baterija. Baterija tukaj deluje kot enota za shranjevanje energije.
Nizkonapetostne enosmerne svetilke in podobne stvari lahko poganjamo naravnost iz akumulatorja, medtem ko a pretvornik moči lahko obratuje za pretvorbo neposredne napetosti akumulatorja v 240 V AC.
Kljub temu vse te aplikacije na splošno niso tema te vsebine, na katero se osredotočamo priklop baterije na sončno ploščo . Morda se zdi preveč vabljivo, da sončno ploščo neposredno priključite na baterijo za polnjenje, vendar to ni priporočljivo. Primerno krmilnik polnjenja je ključnega pomena za polnjenje katere koli baterije iz sončne celice.
Primarni pomen krmilnika polnjenja je zmanjšati polnilni tok med največjo sončno svetlobo, ko sončna plošča zagotavlja večje količine toka, ki presega zahtevano raven baterije.
To postane pomembno, ker lahko polnjenje z visokim tokom povzroči resno škodo bateriji in zagotovo zmanjša pričakovano življenjsko dobo baterije.
Brez krmilnika polnjenja obstaja nevarnost prekomerno polnjenje baterije je običajno bližajoča se, saj je trenutni izhod sončne celice neposredno odvisen od stopnje obsevanja sonca ali količine padajoče sončne svetlobe.
V bistvu boste našli nekaj načinov za upravljanje polnilnega toka: do serijski regulator ali vzporedni regulator.
Serijski regulatorni sistem je običajno v obliki tranzistorja, ki je zaporedno vstavljen med sončno ploščo in baterijo.
Vzporedni regulator je v obliki a regulator 'shunt' pritrjena vzporedno s sončno ploščo in baterijo. The 100 Ah regulator pojasnjeno v tem prispevku je pravzaprav vzporedni tip regulatorja solarnega regulatorja.
Ključna značilnost a ranžirni regulator je, da ne zahteva velike količine toka, dokler se baterija popolnoma ne napolni. Praktično gledano je njegova trenutna poraba tako manjša, da bi jo lahko ignorirali.
Ko je baterija je popolnoma napolnjena vendar se odvečna moč odvaja v toploto. Natančneje pri večjih sončnih kolektorjih ta visoka temperatura zahteva razmeroma veliko strukturo regulatorja.
Skupaj s svojim resničnim namenom, dostojno krmilnik polnjenja dodatno zagotavlja varnost na več načinov, skupaj z zaščito pred globokim praznjenjem baterije, an elektronska varovalka in zanesljivo varnost pri obračanju polarnosti baterije ali sončne celice.
Preprosto zato, ker celotno vezje akumulator poganja prek diode D1 z zaščito pred polariteto, regulator sončnega polnjenja še naprej deluje normalno, tudi če solarna plošča ne napaja toka.
Vezje uporablja neurejeno napetost akumulatorja (križišče D2 -R4) skupaj z izjemno natančno referenčno napetostjo 2,5 V., ki se generira s pomočjo Zener diode D5.
Ker regulator polnjenja sam po sebi odlično deluje s tokom nižjim od 2 mA, je baterija komaj naložena ponoči ali kadar je nebo oblačno.
Minimalna poraba toka v tokokrogu je dosežena z uporabo močnostnih MOSFET-jev tipa BUZ11, T2 in T3, katerih preklapljanje je odvisno od napetosti, kar jim omogoča, da delujejo s praktično ničelno močjo pogona.
Predlagani nadzor sončnega polnjenja za 100 Ah baterijo spremlja baterijo napetost in uravnava stopnjo prevodnosti tranzistorja T1.
Večja kot je napetost akumulatorja, večji bo tok, ki teče skozi T1. Posledično padec napetosti okoli R19 postane večji.
Ta napetost na R19 postane napetost preklopa vrat za MOSFET T2, zaradi česar se MOSFET močneje preklopi in pade upor odtoka do vira.
Zaradi tega se sončna plošča bolj obremenjuje, kar odvaja odvečni tok skozi R13 in T2.
Schottkyjeva dioda D7 ščiti baterijo pred nenamernim obračanjem sponk + in - sončne celice.
Ta dioda dodatno ustavi tok toka iz akumulatorja v sončno ploščo, če napetost plošče pade pod napetost akumulatorja.
Kako deluje regulator
Shemo vezja regulatorja sončnega polnilnika 100 Ah lahko vidite na zgornji sliki.
Primarni elementi vezja so nekaj 'težkih' MOSFET-jev in štirikratni IC ojačevalnika.
Funkcijo tega IC lahko razdelimo na 3 odseke: regulator napetosti, zgrajen okoli IC1a, regulator prekomernega praznjenja akumulatorja, konfiguriran okoli IC1d in elektronski zaščita pred kratkim stikom ožičen okoli IC1c.
IC1 deluje kot glavna krmilna komponenta, medtem ko T2 deluje kot prilagodljiv močnostni upor. T2 se skupaj z R13 obnaša kot aktivna obremenitev na izhodu sončne celice. Delovanje regulatorja je precej preprosto.
Spremenljiv del napetosti akumulatorja se na neinvertirajoči vhod krmilnega ojačevalnika IC1a prek delilnika napetosti R4-P1-R3. Kot smo že omenili, se referenčna napetost 2,5 V nanaša na obrnjeni vhod opcijskega ojačevalnika.
Delovni postopek solarne regulacije je precej linearen. IC1a preveri napetost akumulatorja in takoj, ko doseže poln naboj, vklopi T1, T2, kar povzroči ranžiranje sončne napetosti prek R13.
To zagotavlja, da baterija ni preveč napolnjena ali preveč napolnjena s solarno ploščo. Deli IC1b in D3 se uporabljajo za prikaz stanja 'polnjenja akumulatorja'.
Lučka LED zasveti, ko napetost akumulatorja doseže 13,1 V in ko se začne postopek polnjenja akumulatorja.
Kako delujejo stopnje zaščite
Opamp IC1d je nastavljen kot primerjalnik za nadzor prazna baterija napetost in zaščito pred globokim praznjenjem ter MOSFET T3.
Napetost akumulatorja prvič sorazmerno pade na približno 1/4 nominalne vrednosti z uporovnim delilnikom R8 / R10, nato pa se primerja z referenčno napetostjo 23 V, dobljeno prek D5. Primerjavo izvaja IC1c.
Potencialni delilni upori so izbrani tako, da se izhod IC1d spusti nižje, ko napetost akumulatorja pade pod približno vrednost 9 V.
MOSFET T3 nato zavira in prekine ozemljitveni člen čez baterijo in tovor. Zaradi histereze, ki jo ustvarja povratni upor R11, primerjalnik ne spremeni stanja, dokler napetost akumulatorja spet ne doseže 12 V.
Elektrolitski kondenzator C2 preprečuje zaščito pred praznjenjem pred trenutnimi padci napetosti, na primer zaradi vklopa velike obremenitve.
Zaščita pred kratkim stikom, ki je vključena v vezje, deluje kot elektronska varovalka. Ko pride do kratkega stika po naključju, obremeni akumulator.
Enako se izvaja tudi prek T3, ki prikazuje ključno dvojno funkcijo MOSFET-a T13. MOSFET ne samo, da deluje kot odklopnik kratkega stika, temveč tudi njegov spoj med odtokom in izvorom igra svojo vlogo kot računalniški upor.
Padec napetosti, ustvarjen na tem uporu, se zmanjša z R12 / R18 in nato uporabi na obrnjenem vhodu primerjalnika IC1c.
Tudi tu se kot referenca uporablja natančna napetost, ki jo zagotavlja D5. Dokler zaščita pred kratkim stikom ostane neaktivna, IC1c še naprej zagotavlja „visok“ logični izhod.
To dejanje blokira prevodnost D4, tako da izhod IC1d izključno odloča o potencialu vrat T3. Območje napetosti na vratih okoli 4 V do 6 V dosežemo s pomočjo uporovnega delilnika R14 / R15, kar omogoča določitev jasnega padca napetosti na križišču T3 med odtokom in izvorom.
Ko tok obremenitve doseže najvišjo raven, padec napetosti hitro naraste, dokler raven ne zadošča le za preklop IC1c. To zdaj povzroči, da njegova proizvodnja postane logično nizka.
Zaradi tega se zdaj aktivira dioda D4, ki omogoča, da se vrata T3 zaskočijo na tla. Zaradi tega se MOSFET izklopi in ustavi trenutni tok. R / C omrežje R12 / C3 določa reakcijski čas elektronske varovalke.
Nastavi se razmeroma počasen reakcijski čas, da se prepreči nepravilno aktiviranje delovanja elektronske varovalke zaradi občasnega trenutnega visokega toka toka obremenitve.
LED D6 je poleg tega uporabljen kot referenca 1,6 V in zagotavlja, da se C3 ne more polniti nad to napetostjo.
Ko odstranite kratek stik in breme odklopite od akumulatorja, se C3 skozi LED postopoma izprazni (to lahko traja do 7 sekund). Ker je elektronska varovalka zasnovana z razmeroma počasnim odzivom, še ne pomeni, da bo obremenitveni tok lahko dosegel čezmerne ravni.
Preden se elektronska varovalka aktivira, napetost vrat T3 pozove MOSFET, da omeji izhodni tok na točko, določeno z nastavitvijo prednastavljene P2.
Da bi zagotovili, da nič ne gori ali ne ocvrti, ima vezje poleg tega še standardno varovalko F1, ki je pritrjena zaporedno z baterijo, in zagotavlja zagotovilo, da verjetna okvara v tokokrogu ne bi sprožila takojšnje katastrofe.
Kot končni obrambni ščit je bil D2 vključen v vezje. Ta dioda ščiti vhode IC1a in IC1b pred poškodbami zaradi nenamerne povratne povezave akumulatorja.
Izbira sončne plošče
Odločitev o najprimernejšem sončnem kolektorju je seveda odvisna od ocene Ah baterije, s katero nameravate delati.
Regulator sončnega polnjenja je v osnovi zasnovan za sončne celice z zmerno izhodno napetostjo od 15 do 18 voltov in od 10 do 40 vatov. Te vrste plošč običajno postanejo primerne za baterije z močjo med 36 in 100 Ah.
Ker pa je regulator sončnega polnjenja določen za optimalno porabo toka 10 A, se lahko uporabijo sončne celice z močjo 150 vatov.
Regulator vezja solarnega polnilnika je mogoče uporabiti tudi v vetrnice in z drugimi napetostnimi viri, pod pogojem, da je vhodna napetost v območju 15-18 V.
Večina toplote se odvaja skozi aktivno obremenitev, T2 / R13. Ni treba posebej poudarjati, da je treba MOSFET učinkovito hladiti s hladilnikom, R13 pa je treba ustrezno oceniti za prenašanje izredno visokih temperatur.
Moč R13 mora biti v skladu z oceno sončne celice. V (skrajnem) scenariju, ko je solarna plošča priključena na izhodno napetost prostega teka 21 V in tudi tok kratkega stika 10 A, v takem scenariju T2 in R13 začneta odvajati moč, enakovredno napetosti razlika med baterijo in sončno ploščo (približno 7 V) pomnožena s tokom kratkega stika (10 A) ali preprosto 70 vatov!
To se lahko dejansko zgodi, ko je baterija popolnoma napolnjena. Večina moči se sprosti prek R13, saj MOSFET nato nudi zelo nizek upor. Vrednost MOSFET upora R13 je mogoče hitro določiti z naslednjim Ohmovim zakonom:
R13 = P x Idva= 70 x 10dva= 0,7 Ohma
Takšna ekstremna proizvodnja sončnih panelov pa se lahko zdi nenavadna. V prototipu regulatorja sončnega polnjenja je bila uporabljena upornost 0,25 Ω / 40 W, sestavljena iz štirih vzporedno pritrjenih uporov 1Ω / 10 W. Na enak način se izračuna potrebno hlajenje za T3.
Če predpostavimo, da je najvišji izhodni tok 10 A (kar je primerljivo s padcem napetosti približno 2,5 V na križišču odtok-vir), je treba oceniti največjo odvajanje približno 27 W.
Za zagotovitev ustreznega hlajenja T3 tudi pri prekomernih temperaturah v ozadju (npr. 50 ° C) mora hladilno telo uporabljati toplotno upornost 3,5 K / W ali manj.
Deli T2, T3 in D7 so razporejeni na eni strani PCB-ja, kar omogoča enostavno pritrditev na en sam skupni hladilnik (z izolirnimi komponentami).
Tako je treba vključiti tudi disipacijo teh treh polprevodnikov in v tem primeru želimo hladilnik s toplotnimi specifikacijami 1,5 K / W ali več. Tip, opisan na seznamu delov, ustreza temu predpogoju.
Kako nastaviti
Na srečo je 100 Ah baterijsko vezje solarnega regulatorja precej enostavno nastaviti. Naloga vseeno zahteva nekaj (regulirani) napajalniki .
Eden od njih je nastavljen na izhodno napetost 14,1 V in priključen na kable akumulatorja (imenovan 'akumulator') na tiskani plošči. Drugi napajalnik mora imeti omejevalnik toka.
Ta napajalnik se prilagodi napetosti odprtega kroga sončne celice (na primer 21 V, kot v prej navedenem stanju) in je priključen na lopataste sponke, označene z 'celice'.
Ko pravilno nastavimo P1, naj se napetost zmanjša na 14,1 V. Prosim, ne skrbite zaradi tega, ker trenutni omejevalnik in D7 zagotavljata, da se ne more popolnoma nič pokvariti!
Za učinkovito nastavitev P2 morate delati z obremenitvijo, ki je nekoliko višja od najtežje obremenitve, ki se lahko pojavi na izhodu. Če želite iz te zasnove izvleči največ, poskusite izbrati obremenitveni tok 10 A.
To je mogoče doseči z uporabo obremenitvenega upora 1Ω x120 W, sestavljenega na primer iz 10 vzporednih uporov 10Ω / 10 W. Prednastavitev P2 se na začetku zavrti na 'Maximum (brisalnik proti R14).
Po tem je obremenitev pritrjena na vodnike, označene kot 'obremenitev' na PCB. Počasi in previdno natančno nastavite P2, dokler ne dosežete ravni, ko se T3 samo izklopi in odreže obremenitev. Po odstranitvi obremenitvenih uporov lahko kable za obremenitev za trenutek kratko spojijo, da preverijo, ali elektronska varovalka pravilno deluje.
Postavitve PCB
Seznam delov
Upori:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = glej besedilo
R17 = 10k
P1 = 5k prednastavitev
P2 = 50k prednastavitev
Kondenzatorji:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radialno
C3 = 10uF / 16V
Polprevodniki:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rdeča
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Razno:
F1 = varovalka 10 A (T) z držalom za PCB
8 lopatic terminalov za vijačno pritrditev
Hladilnik 1.251VW
Prejšnja: Vezje generatorja sinusno-kosinusnih valov Naprej: vezje ojačevalnika moči od 100 do 160 vatov z uporabo ene same IC OPA541
