AVT5598 – Carregador Solar 12V

Os módulos fotovoltaicos estão se tornando mais baratos e, portanto, cada vez mais populares. Eles podem ser usados ​​com sucesso para carregar baterias, por exemplo, em uma casa de campo ou em uma estação meteorológica eletrônica. O dispositivo descrito é um controlador de carga adaptado para trabalhar com uma tensão de entrada que varia em uma faixa muito ampla. Pode ser útil no local, num parque de campismo ou num parque de campismo.

1. Diagrama esquemático do carregador solar

O sistema é usado para carregar uma bateria de chumbo-ácido (por exemplo, gel) no modo buffer, ou seja, depois de atingir a tensão definida, a corrente de carga começa a cair. Como resultado, a bateria está sempre no modo de espera. A tensão de alimentação do carregador pode variar entre 4 ... 25 V.

A capacidade de usar luz solar forte e fraca aumenta significativamente o tempo de carregamento por dia. A corrente de carga é altamente dependente da tensão de entrada, mas esta solução tem vantagens sobre simplesmente limitar o excesso de tensão do módulo solar.

O circuito do carregador é mostrado na fig. 1. A fonte de alimentação CC é um conversor de topologia SEPIC baseado no sistema MC34063A barato e conhecido. Funciona no papel típico de uma chave. Se a tensão fornecida ao comparador (pino 5) for muito baixa, o interruptor do transistor embutido começa a funcionar com preenchimento e frequência constantes. A operação para se esta tensão exceder a tensão de referência (normalmente 1,25 V).

Os conversores de topologia SEPIC, capazes de aumentar e diminuir a tensão de saída, usam muito mais controladores que podem alterar o preenchimento do sinal de codificação. Usar o MC34063A nessa função é uma solução pouco frequente, mas - conforme demonstrado pelo teste de protótipo - suficiente para esta aplicação. Outro critério foi o preço, que no caso do MC34063A é significativamente inferior ao dos controladores PWM.

Dois capacitores C1 e C2 conectados em paralelo são usados ​​para reduzir a resistência interna de uma fonte de alimentação, como um módulo fotovoltaico. A conexão paralela reduz os parâmetros parasitas resultantes, como resistência e indutância. O resistor R1 é usado para limitar a corrente desse processo a cerca de 0,44 A. Uma corrente mais alta pode causar o superaquecimento do circuito integrado. O capacitor C3 define a frequência de operação para cerca de 80 kHz.

Os indutores L1 e L2 e a capacitância resultante dos capacitores C4-C6 são selecionados para que o conversor possa operar em uma faixa de tensão muito ampla. A conexão paralela de capacitores deveria reduzir o ESR e o ESL resultantes.

Diodo LED1 é usado para testar a funcionalidade do controlador. Se sim, então a componente variável da tensão é depositada na bobina L2, o que pode ser observado pelo brilho deste diodo. Ele liga pressionando o botão S1 para que não brilhe sem sentido o tempo todo. O resistor R3 limita sua corrente a cerca de 2 mA, e D1 protege o diodo LED contra avarias causadas por tensão de desligamento excessiva. O resistor R4 é adicionado para melhor estabilidade do conversor em baixo consumo de corrente e baixa tensão. Ele absorve parte da energia que a bobina L2 fornece à carga. Isso afeta a eficiência, mas é pequeno - o valor efetivo da corrente que flui através dele é de apenas alguns miliampères.

Os capacitores C8 e C9 suavizam a corrente de ondulação fornecida pelo diodo D2. O divisor resistivo R5-R7 define a tensão de saída para aproximadamente 13,5 V, que é a tensão correta nos terminais da bateria de gel de 12 V durante a operação do buffer. Esta tensão deve variar ligeiramente com a temperatura, mas este fato foi omitido para manter o sistema simples. Este divisor de resistores carrega a bateria conectada o tempo todo, portanto, deve ter a maior resistência possível.

O capacitor C7 reduz a ondulação de tensão vista pelo comparador e retarda a resposta do circuito de realimentação. Sem ele, quando a bateria é desconectada, a tensão de saída pode ultrapassar o valor seguro para capacitores eletrolíticos, ou seja, escape. A adição deste capacitor faz com que o sistema pare de trocar a chave de tempos em tempos.

O carregador é montado em uma placa de circuito impresso de face única com dimensões de 89 × 27 mm, cujo diagrama de montagem é mostrado na Fig. figura 2. Todos os elementos estão em carcaças de furos passantes, o que é uma grande ajuda mesmo para pessoas que não têm muita experiência com um ferro de solda. Sugiro não usar o soquete IC porque aumentará a resistência das conexões ao transistor de comutação.

2. Diagrama de instalação do carregador solar

Um dispositivo montado corretamente está imediatamente pronto para operação e não requer qualquer comissionamento. Como parte do controle, você pode aplicar uma tensão constante em sua entrada e regulá-la em uma determinada faixa de 4 ... 20 V, observando as leituras de um voltímetro conectado à saída. Deve mudar dente de serra na faixa de aproximadamente 18 ... 13,5 V. O primeiro valor está relacionado ao carregamento dos capacitores e não é crítico, mas em 13,5 V o conversor deve voltar a funcionar.

A corrente de carga depende do valor atual da tensão de entrada, uma vez que a corrente de entrada é limitada a aproximadamente 0,44 A. As medições mostraram que a corrente de carga da bateria varia de aproximadamente 50 mA (4 V) a aproximadamente 0,6 AA a uma tensão de 20 V. Você pode reduzir este valor aumentando a resistência R1, o que às vezes é aconselhável para baterias de pequena capacidade (2 Ah).

O carregador está adaptado para trabalhar com um módulo fotovoltaico com tensão nominal de 12 V. Tensões de até 20 ... 22 V podem estar presentes em suas saídas com baixo consumo de corrente, portanto, são instalados capacitores adaptados à tensão de 25 V na entrada do conversor, as perdas são tão altas que a bateria dificilmente é carregada.

Para tirar o máximo proveito do carregador, conecte um módulo com potência de 10 W ou mais. Com menos energia, a bateria também carrega, mas mais lentamente.

Lista de componentes:

Resistores:

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

Capacitores:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (cerâmica)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF/50V (monólito.)

Semicondutores:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED de 5 mm, por exemplo, verde

EUA1:MC34063A(DIP8)

de outros:

J1, J2: conector ARK2/5mm

L1, L2: Choke 220uH (Vertical)

S1: microinterruptor 6×6/13mm