Regulátor solárního nabíjení pro 100 Ah baterii

Tento komplexní regulátor solárního nabíjení je navržen tak, aby efektivně nabíjel velkou 12 V 100 Ah baterii s maximální účinností. Solární nabíječka je prakticky spolehlivá, pokud jde o přebití baterie, zkrat zátěže nebo aktuální podmínky.

Klíčovými prvky tohoto solárního regulačního obvodu 100 Ah jsou zjevně solární panel a (12 V) baterie. Baterie zde funguje jako jednotka pro skladování energie.

Nízkonapěťové stejnosměrné lampy a podobné věci mohou být napájeny přímo z baterie, zatímco výkonový měnič lze použít k převodu přímého napětí baterie na 240 V AC.

Všechny tyto aplikace nicméně obecně nejsou tématem tohoto obsahu, na který se zaměřujeme připojení baterie pomocí solárního panelu . Může se zdát příliš lákavé připojit solární panel přímo k baterii pro nabíjení, ale to se nikdy nedoporučuje. Vhodné regulátor nabíjení je zásadní pro nabíjení jakékoli baterie ze solárního panelu.

Primárním významem regulátoru nabíjení je snížit nabíjecí proud během špičkového slunečního záření, když solární panel získává větší množství proudu nad požadovanou úroveň baterie.

To se stává důležitým, protože nabíjení vysokým proudem může vést k kritickému poškození baterie a jistě může snížit očekávanou životnost baterie.

Bez ovladače nabíjení, nebezpečí přebíjení baterie je obvykle hrozící, protože aktuální výkon solárního panelu je přímo určen úrovní ozáření sluncem nebo množstvím dopadajícího slunečního záření.

V zásadě najdete několik metod pro řízení nabíjecího proudu: skrz regulátor série nebo paralelní regulátor.

Systém sériového regulátoru je obvykle ve formě tranzistoru, který je zapojen do série mezi solární panel a baterii.

Paralelní regulátor je ve formě a regulátor bočníku připojené paralelně se solárním panelem a baterií. The 100 Ah regulátor vysvětleno v tomto příspěvku je ve skutečnosti paralelní regulátor solárního regulátoru.

Klíčovým rysem a regulátor bočníku je to, že nevyžaduje velké množství proudu, dokud není baterie plně nabitá. Prakticky vzato je jeho vlastní aktuální spotřeba tak malá, že ji lze ignorovat.

Jednou baterie je plně nabitá přebytečný výkon se však rozptýlí do tepla. Konkrétně u větších solárních panelů vyžaduje tato vysoká teplota relativně obrovskou strukturu regulátoru.

Spolu s jeho skutečným účelem, slušné regulátor nabíjení navíc poskytuje bezpečnost mnoha způsoby, spolu s ochranou před hlubokým vybitím baterie, an elektronická pojistka a spolehlivé zabezpečení proti přepólování baterie nebo solárního panelu.

Jednoduše proto, že celý obvod je poháněn baterií přes ochrannou diodu D1 se špatnou polaritou, regulátor solárního nabíjení pokračuje v normální činnosti, i když solární panel nedodává proud.

Obvod využívá neregulované napětí baterie (spojení D2-R4) spolu s extrémně přesným referenčním napětím 2,5 V., které je generováno zenerovou diodou D5.

Vzhledem k tomu, že regulátor nabíjení sám o sobě dokonale funguje s proudem nižším než 2 mA, je baterie sotva nabitá během noci nebo kdykoli je zatažená obloha.

Minimální spotřeba proudu v obvodu je dosažena použitím výkonových MOSFETů typu BUZ11, T2 a T3, jejichž spínání je závislé na napětí, což jim umožňuje fungovat při prakticky nulovém výkonu pohonu.

Navrhované řízení solárního nabíjení pro baterii 100 Ah monitoruje baterii napětí a reguluje úroveň vedení tranzistoru T1.

Čím větší je napětí baterie, tím vyšší bude proud procházející T1. Ve výsledku se pokles napětí kolem R19 zvýší.

Toto napětí na R19 se stává hradlovým spínacím napětím pro MOSFET T2, což způsobí, že MOSFET se přepíná tvrději a klesá jeho odpor od zdroje ke zdroji.

Díky tomu se solární panel zatěžuje více, což rozptyluje přebytečný proud přes R13 a T2.

Schottkyho dioda D7 chrání baterii před náhodným obrácením svorek + a - solárního panelu.

Tato dioda navíc zastaví tok proudu z baterie do solárního panelu v případě, že napětí v panelu poklesne pod napětí baterie.

Jak regulátor funguje

Schéma zapojení 100 Ah regulátoru solární nabíječky je vidět na obrázku výše.

Primárními prvky obvodu jsou dva „těžké“ MOSFETy a čtyřnásobný integrovaný operační zesilovač.

Funkci tohoto IC lze rozdělit do 3 sekcí: regulátor napětí postavený na IC1a, regulátor přebíjení baterie konfigurovaný na IC1d a elektronický ochrana proti zkratu zapojen kolem IC1c.

IC1 funguje jako hlavní řídící komponenta, zatímco T2 funguje jako adaptabilní výkonový rezistor. T2 spolu s R13 se chová jako aktivní zátěž na výstupu solárního panelu. Fungování regulátoru je poměrně jednoduché.

Proměnlivá část napětí baterie je přivedena na neinvertující vstup řídicího operačního zesilovače IC1a přes dělič napětí R4-P1-R3. Jak již bylo řečeno, referenční napětí 2,5 V je přivedeno na invertující vstup operačního zesilovače.

Pracovní postup solární regulace je poměrně lineární. IC1a kontroluje napětí baterie a jakmile dosáhne úplného nabití, zapne T1, T2 a způsobí posunutí solárního napětí přes R13.

Tím je zajištěno, že baterie nebude solárním panelem příliš nabitá nebo nabitá. Části IC1b a D3 se používají k indikaci stavu „nabíjení baterie“.

Kontrolka LED se rozsvítí, když napětí baterie dosáhne 13,1 V a když je zahájen proces nabíjení baterie.

Jak fungují fáze ochrany

Operační zesilovač IC1d je nastaven jako komparátor pro sledování slabá baterie úroveň napětí a zajistit ochranu proti hlubokému vybití a MOSFET T3.

Napětí baterie se nejprve proporcionálně sníží na přibližně 1/4 jmenovité hodnoty odporovým děličem R8 / R10, poté se porovná s referenčním napětím 23 V získaným pomocí D5. Porovnání provádí IC1c.

Odpory děliče potenciálu jsou voleny takovým způsobem, že výstup IC1d poklesne, jakmile napětí baterie poklesne pod přibližnou hodnotu 9 V.

MOSFET T3 následně inhibuje a přerušuje zemní spojení přes baterii a zátěž. Kvůli hysterezi generované zpětnovazebním rezistorem R11 komparátor nezmění stav, dokud napětí baterie opět nedosáhne 12 V.

Elektrolytický kondenzátor C2 inhibuje ochranu před hlubokým vybitím před aktivací okamžitými poklesy napětí, například v důsledku zapnutí velké zátěže.

Ochrana proti zkratu obsažená v obvodu funguje jako elektronická pojistka. Při náhodném zkratu dojde k odpojení zátěže od baterie.

Totéž je implementováno také prostřednictvím T3, který ukazuje zásadní dvojitou funkci MOSFET T13. MOSFET funguje nejen jako zkratový jistič, ale jeho spojení odtoku ke zdroji navíc hraje svou roli jako výpočetní odpor.

Úbytek napětí generovaný na tomto rezistoru je zmenšen pomocí R12 / R18 a následně aplikován na invertující vstup komparátoru IC1c.

I zde se jako reference používá přesné napětí poskytnuté D5. Dokud ochrana proti zkratu zůstane neaktivní, IC1c nadále poskytuje „vysoký“ logický výstup.

Tato akce blokuje vedení D4, takže výstup IC1d výhradně rozhoduje o potenciálu brány T3. Rozsahu hradlového napětí kolem 4 V až 6 V je dosaženo pomocí odporového děliče R14 / R15, což umožňuje stanovit jasný pokles napětí na křižovatce odtoku ke zdroji T3.

Jakmile se proud zátěže dostane na nejvyšší úroveň, pokles napětí rychle stoupá, dokud úroveň není dostatečná k přepnutí IC1c. To nyní způsobí, že jeho výstup bude logicky nízký.

Z tohoto důvodu se nyní aktivuje dioda D4, která umožňuje zkratování brány T3 na zem. Z tohoto důvodu se MOSFET vypne a zastaví tok proudu. Síť R / C R12 / C3 rozhoduje o reakční době elektronické pojistky.

Je nastavena relativně pomalá reakční doba, aby se zabránilo nesprávné aktivaci činnosti elektronické pojistky kvůli občasnému okamžitému vysokému nárůstu proudu zátěže.

LED D6 je navíc použita jako reference 1,6 V, což zajišťuje, že se C3 nebude moci nabít nad tuto úroveň napětí.

Po odstranění zkratu a odpojení zátěže od baterie se C3 postupně vybije pomocí LED (může to trvat až 7 sekund). Protože elektronická pojistka je navržena s přiměřeně pomalou odezvou, neznamená to, že proud zátěže bude moci dosáhnout nadměrných úrovní.

Než se elektronická pojistka aktivuje, napětí brány T3 vyzve MOSFET, aby omezil výstupní proud na bod, jak je stanoveno nastavením předvolby P2.

Aby se zajistilo, že se nic nespálí ani nerozpálí, obsahuje obvod navíc standardní pojistku F1, která je připojena v sérii s baterií, a poskytuje ujištění, že pravděpodobné selhání obvodu nezpůsobí okamžitou katastrofu.

Jako konečný obranný štít byl do okruhu zahrnut D2. Tato dioda chrání vstupy IC1a a IC1b před poškozením v důsledku náhodného zpětného připojení baterie.

Výběr solárního panelu

Rozhodnutí o nejvhodnějším solárním panelu přirozeně závisí na hodnotě Ah baterie, se kterou hodláte pracovat.

Regulátor solárního nabíjení je v zásadě určen pro solární panely se středním výstupním napětím 15 až 18 voltů a 10 až 40 wattů. Tyto typy panelů jsou obvykle vhodné pro baterie s jmenovitým výkonem mezi 36 a 100 Ah.

Protože je však regulátor solárního nabíjení specifikován tak, aby poskytoval optimální odběr proudu 10 A, lze dobře použít solární panely o výkonu 150 wattů.

Lze také použít obvod regulátoru solární nabíječky větrné mlýny a s dalšími zdroji napětí za předpokladu, že vstupní napětí je v rozsahu 15–18 V.

Většina tepla se odvádí aktivní zátěží T2 / R13. Není nutné říkat, že MOSFET by měl být účinně chlazen chladičem a R13 by měl být adekvátně dimenzován na odolnost vůči extrémně vysokým teplotám.

Příkon R13 musí odpovídat jmenovitému výkonu solárního panelu. V (extrémním) scénáři, kdy je solární panel zapojen s výstupním napětím naprázdno 21 V a také zkratovým proudem 10 A, v takovém scénáři T2 a R13 začne rozptylovat výkon ekvivalentní napětí rozdíl mezi baterií a solárním panelem (kolem 7 V) vynásobený zkratovým proudem (10 A), nebo jednoduše 70 wattů!

K tomu může skutečně dojít, jakmile je baterie zcela nabitá. Většina energie se uvolňuje prostřednictvím R13, protože MOSFET pak nabízí velmi nízký odpor. Hodnotu MOSFET rezistoru R13 lze rychle určit pomocí následujícího Ohmova zákona:

R13 = P x I^dva= 70 x 10^dva= 0,7 ohmů

Tento druh extrémního výkonu solárních panelů se však může zdát neobvyklý. V prototypu regulátoru solárního nabíjení byl aplikován odpor 0,25 Ω / 40 W skládající se ze čtyř paralelně připojených odporů 1Ω / 10 W. Potřebné chlazení pro T3 se počítá stejným způsobem.

Za předpokladu, že nejvyšší výstupní proud je 10 A (ve srovnání s poklesem napětí o přibližně 2,5 V na křižovatce odtoku a zdroje), je třeba vyhodnotit maximální rozptyl asi 27 W.

Aby bylo zaručeno odpovídající chlazení T3 i při nadměrných teplotách pozadí (např. 50 ° C), musí chladič používat tepelný odpor 3,5 K / W nebo méně.

Díly T2, T3 a D7 jsou uspořádány na jedné konkrétní straně desky plošných spojů, což usnadňuje jejich snadné připojení k jednomu společnému chladiči (s izolačními součástmi).

Musí tedy být zahrnut rozptyl těchto tří polovodičů a my v takovém případě chceme chladič, který má tepelné parametry 1,5 K / W nebo vyšší. Typ popsaný v seznamu dílů splňuje tento předpoklad.

Jak nastavit

Naštěstí se solární regulační obvod baterie 100 Ah velmi snadno nastavuje. Tento úkol nicméně vyžaduje několik (regulované) napájecí zdroje .

Jeden z nich je nastaven na výstupní napětí 14,1 V a připojen k vodičům baterie (označeným jako „accu“) na desce plošných spojů. Druhý napájecí zdroj musí mít omezovač proudu.

Toto napájení je upraveno na napětí naprázdno solárního panelu (například 21 V, jako v dříve uvedeném stavu) a připojeno k rýčovým svorkám označeným jako „buňky“.

Když správně nastavíme P1, mělo by napětí klesnout na 14,1 V. Nedělejte si s tím starosti, protože omezovač proudu a D7 zaručují, že se absolutně nic nemůže pokazit!

Pro efektivní nastavení P2 musíte pracovat se zátěží, která je o něco vyšší než nejtěžší zátěž, která může na výstupu nastat. Chcete-li z tohoto provedení získat maximum, zkuste zvolit zatěžovací proud 10 A.

Toho lze dosáhnout pomocí zátěžového rezistoru 1 Ω x 120 W, který se skládá například z 10 paralelních odporů 10 Ω / 10 W. Předvolba P2 se na začátku točí na maximum (stěrač směrem k R14).

Poté je zátěž připojena k vodičům označeným jako „zátěž“ na desce plošných spojů. Pomalu a opatrně dolaďte P2, dokud nedosáhnete úrovně, kdy se T3 právě vypne a odřízne zátěž. Po odstranění zátěžových rezistorů lze na okamžik zkratovat „zátěžové“ vodiče, aby se ověřilo, že elektronická pojistka funguje správně.

Uspořádání desek plošných spojů

Seznam dílů

Rezistory:
RI = 1k
R2 = 120 tis
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 = viz text
R17 = 10k
P1 = 5k předvolba
P2 = 50k předvolba
Kondenzátory:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2uF / 25V radiální
C3 = 10uF / 16V
Polovodiče:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3 136 = LED červená
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Smíšený:
F1 = pojistka 10 A (T) s držákem pro montáž na desku plošných spojů
8 rýčových svorek pro šroubovou montáž
Chladič 1.251VW