Контроллер для заряда аккумулятора от солнечных батарей

Приведена схема эффективного 12В зарядного устройства (солнечного контроллера), с защитой аккумуляторов от пониженного напряжения.

Солнечный контроллер

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 мосфет Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не отрывается, 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 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.

Схема расположения элементов

Печатная плата. Верх

Печатная плата. Низ

Список используемых радиоэлементов:

R64K7
R10,R256K
R5,R18,R8,R13,R15,R14100K
R16,R1,R9,R11,R1910K
R31K
R71M
R17,R202K2
R4,R122M2
VR1,VR210K
  
C1,C31000мкФ 25В
C7,C6,C5,C4,C2100нФ
C9100мкФ 35В
C8,C12,C1010мкФ 25В
C111нФ
  
D7,D3,D8,D5,D10,D61N4148 (КД522А)
D4,D21N5819 (КДШ2105В)
D11.5KE16
D9зел. LED
D11кр. LED
  
Q3BC327 (КТ685А)
Q1,Q2,Q4IRFZ44 (КП723А)
  
L125 витков 1мм на сердечнике T68-52A
  
F125А
  
U1LM336
U2LM324
U3LM358

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.

Печатные платы PDF. Статья на английском языке (перевод Колтыков А.В. для сайта cxem.net)

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

солнце

Эксплуатация солнечных батарей

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Практические испытания солнечных батарей...

Самодельная солнечная батарея

Самодельные солнечные батареи | Среда, 1 Февраля 2012

Начинаю свой проект по...

Монтаж солнечных панелей

Самодельные солнечные батареи | Суббота, 12 Февраля 2011

При монтаже, солнечные панели...

Солнечную батарею сделать своими руками

Самодельные солнечные батареи | Понедельник, 6 Февраля 2012

Солнечные батареи своими руками...

Солнечные батареи и аккумуляторы

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

На первых спутниках Земли...

Инвертор

Самодельные солнечные батареи | Вторник, 4 Января 2011

   Инвертор превращает постоянный ток...

ветер

Ветроустановка своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Евгений ВасильевичЯ сделал...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 4)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая часть здесьСхема проводки простая...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 2)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Начало этой статьи можете найти...

Самодельный ветрогенератор

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 4 Января 2011

Хочу предложить читателям интересное на...

Самодельный ветряк с лопастями из алюминиевой трубы

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Бурлака Виктор Афанасьевич.Самодельный ветряк. Я...

Ветроустановка 3.1м

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Данная установка планировалась как...