Aquest ampli controlador de càrrega solar està dissenyat per carregar eficaçment una gran bateria de 12 V 100 Ah amb la màxima eficiència. El carregador solar és pràcticament infal·lible pel que fa a la sobrecàrrega de la bateria, al curtcircuit de càrrega o a les condicions actuals.
Els elements clau d’aquest circuit regulador solar de 100 Ah són, òbviament, el panell solar i la bateria (12 V). Aquí la bateria funciona com a unitat d’emmagatzematge d’energia.
Les làmpades de baix voltatge de CC i coses semblants es podrien conduir directament de la bateria, mentre que a inversor de potència es podria operar per convertir la tensió directa de la bateria en 240 V CA.
Tot i això, totes aquestes aplicacions no solen ser el tema d’aquest contingut, en el qual se centra connectar una bateria amb un panell solar . Pot semblar massa temptador connectar un panell solar directament a la bateria per carregar-lo, però això no es recomana mai. Un adequat controlador de càrrega és crucial per carregar qualsevol bateria des d’un panell solar.
La importància principal del controlador de càrrega és reduir el corrent de càrrega durant la màxima llum solar quan el panell solar obté quantitats de corrent més altes que el nivell requerit de la bateria.
Això esdevé important perquè la càrrega amb un corrent elevat pot provocar danys crítics a la bateria i, sens dubte, pot disminuir l’esperança de vida útil de la bateria.
Sense controlador de càrrega, el perill de sobrecàrrega de la bateria sol ser imminent, ja que la producció actual d’un panell solar està directament determinada pel nivell d’irradiació del sol o per la quantitat de llum solar incident.
Bàsicament, trobareu un parell de mètodes per controlar el corrent de càrrega: mitjançant regulador de la sèrie o un regulador paral·lel.
Un sistema regulador en sèrie sol tenir la forma d’un transistor que s’introdueix en sèrie entre el panell solar i la bateria.
El regulador paral·lel té la forma d'un regulador de 'derivació' connectat en paral·lel amb el panell solar i la bateria. El Regulador de 100 Ah explicat en aquest post és en realitat un controlador de regulador solar de tipus paral·lel.
La característica clau d'un regulador de derivació és que no requereix grans quantitats de corrent fins que la bateria estigui completament carregada. Pràcticament parlant, el seu propi consum actual és tan inferior que pot ignorar-se.
Un cop el la bateria està completament carregada , però, l'excés de potència es dissipa en calor. Específicament en panells solars més grans, aquesta alta temperatura requereix una estructura relativament enorme del regulador.
Juntament amb el seu propòsit real, un decent controlador de càrrega A més, proporciona seguretat de moltes maneres, juntament amb una protecció contra la descàrrega profunda de la bateria, i fusible electrònic i una seguretat fiable contra la inversió de la polaritat per a la bateria o el panell solar.
Simplement perquè la bateria condueix tot el circuit a través d’un díode de protecció de polaritat incorrecte, D1, el regulador de càrrega solar continua funcionant amb normalitat fins i tot quan el panell solar no subministra corrent.
El circuit fa servir la tensió de la bateria no regulada (unió D2-R4) juntament amb una tensió de referència extremadament precisa de 2,5 V. que es genera mitjançant el díode zener D5.
Com que el regulador de càrrega funciona per si mateix amb un corrent inferior a 2 mA, la bateria amb prou feines es carrega durant la nit o quan el cel està ennuvolat.
El consum de corrent mínim del circuit s’aconsegueix mitjançant l’ús de MOSFET de potència tipus BUZ11, T2 i T3, la commutació dels quals depèn de la tensió, cosa que els permet funcionar pràcticament amb potència nul·la.
El control de càrrega solar proposat per a una bateria de 100 Ah controla la bateria tensió i regula el nivell de conducció del transistor T1.
Com més gran sigui el voltatge de la bateria, major serà el corrent que passa per T1. Com a resultat, la caiguda de tensió al voltant de R19 augmenta.
Aquest voltatge a través de R19 es converteix en el voltatge de commutació de la porta del MOSFET T2, cosa que provoca que el MOSFET canviï més fort, deixant caure la seva resistència de drenatge a font.
A causa d'això, el panell solar es carrega més fortament que dissipa l'excés de corrent a través de la R13 i la T2.
El díode Schottky D7 protegeix la bateria de la inversió accidental dels terminals + i - del panell solar.
Aquest díode també atura el flux de corrent de la bateria cap al panell solar en cas que la tensió del panell caigui per sota de la tensió de la bateria.
Com funciona el regulador
El diagrama del circuit del regulador del carregador solar de 100 Ah es pot veure a la figura anterior.
Els elements principals del circuit són un parell de MOSFET 'pesats' i un CI d'amplificador opcional quàdruple.
La funció d’aquest IC es podria dividir en 3 seccions: el regulador de voltatge construït al voltant d’IC1a, el controlador de sobrecàrrega de la bateria configurat al voltant d’IC1d i l’electrònic protecció contra curtcircuits cablejat al voltant d’IC1c.
IC1 funciona com el component principal de control, mentre que T2 funciona com una resistència de potència adaptable. T2 juntament amb R13 es comporta com una càrrega activa a la sortida del panell solar. El funcionament del regulador és bastant senzill.
Una part variable de la tensió de la bateria s'aplica a l'entrada no inversora de l'amplificador de control IC1a a través del divisor de tensió R4-P1-R3. Com s’ha comentat anteriorment, la tensió de referència de 2,5 V s’aplica a l’entrada inversora de l’amplificador operatiu.
El procediment de treball de la regulació solar és bastant lineal. L'IC1a comprova la tensió de la bateria i, tan aviat com arriba a la càrrega completa, s'encén T1, T2, provocant una derivació de la tensió solar a través de R13.
Això garanteix que la bateria no estigui sobrecarregada ni sobrecarregada pel panell solar. Les parts IC1b i D3 s’utilitzen per indicar l’estat de “càrrega de la bateria”.
El LED s’il·lumina quan la tensió de la bateria arriba a 13,1 V i quan s’inicia el procés de càrrega de la bateria.
Com funcionen les etapes de protecció
L'opamp IC1d està configurat com un comparador per supervisar el bateria baixa nivell de tensió, i garantir protecció contra descàrregues profundes, i MOSFET T3.
La tensió de la bateria es redueix proporcionalment a aproximadament 1/4 del valor nominal mitjançant el divisor resistiu R8 / R10, després de la qual cosa es compara amb una tensió de referència de 23 V obtinguda mitjançant D5. La comparació la realitza IC1c.
Els resistors divisors potencials es seleccionen de manera que la sortida de l'IC1d caigui més baixa un cop la tensió de la bateria caigui per sota d'un valor aproximat de 9 V.
Posteriorment, MOSFET T3 inhibeix i talla l’enllaç de terra de la bateria i la càrrega. A causa de la histèresi generada per la resistència de retroalimentació R11, el comparador no canvia d'estat fins que la tensió de la bateria hagi tornat a assolir els 12 V.
El condensador electrolític C2 inhibeix la protecció contra la descàrrega profunda que no s’activi per caigudes de tensió instantànies a causa, per exemple, de l’encesa d’una càrrega massiva.
La protecció contra el curtcircuit inclosa al circuit funciona com un fusible electrònic. Quan es produeix un curtcircuit accidentalment, talla la càrrega de la bateria.
El mateix també s’implementa a través de T3, que mostra la crucial funció bessona del MOSFET T13. El MOSFET no només funciona com un interruptor de curtcircuit, sinó que la seva unió de drenatge a font té també el seu paper com una resistència informàtica.
La caiguda de tensió generada a través d'aquesta resistència és reduïda per R12 / R18 i posteriorment s'aplica a l'entrada inversora del comparador IC1c.
També aquí s’utilitza el voltatge precís subministrat per D5 com a referència. Mentre la protecció contra el curtcircuit roman inactiva, l'IC1c continua proporcionant una sortida lògica 'alta'.
Aquesta acció bloqueja la conducció D4, de manera que la sortida IC1d decideix únicament el potencial de la porta T3. Amb el divisor resistiu R14 / R15 s’aconsegueix un rang de tensió de la porta d’uns 4 V a 6 V, que permet establir una caiguda de tensió clara sobre la unió de drenatge a font de T3.
Un cop el corrent de càrrega arriba al nivell més alt, la caiguda de tensió augmenta ràpidament fins que el nivell és suficient per canviar IC1c. Això fa que la seva producció es converteixi en una lògica baixa.
A causa d'això, ara s'activa el díode D4, cosa que permet que la porta T3 estigui curta a terra. A causa d'això, ara el MOSFET s'apaga, aturant el flux actual. La xarxa R / C R12 / C3 decideix el temps de reacció del fusible electrònic.
S’estableix un temps de reacció relativament lent per evitar l’activació incorrecta de l’operació del fusible electrònic a causa de l’augment momentani ocasionalment elevat de corrent en el corrent de càrrega.
El LED D6, a més, s’utilitza com a referència d’1,6 V, assegurant-se que C3 no pot carregar-se per sobre d’aquest nivell de voltatge.
Quan s’elimina el curtcircuit i es desconnecta la càrrega de la bateria, C3 es descarrega gradualment a través del LED (això pot trigar fins a 7 segons). Atès que el fusible electrònic està dissenyat amb una resposta raonablement lenta, no vol dir que es permeti que el corrent de càrrega arribi a nivells excessius.
Abans que el fusible electrònic es pugui activar, el voltatge de la porta T3 demana al MOSFET que restringeixi el corrent de sortida al punt determinat mitjançant la configuració de la configuració P2.
Per tal d’assegurar-se que res no es cremi ni es fregisca, el circuit també compta amb un fusible estàndard, F1, que es connecta en sèrie amb la bateria i proporciona la seguretat que un avaria probable del circuit no provocaria una catàstrofe immediata.
Com a escut defensiu definitiu, D2 s’ha inclòs al circuit. Aquest díode protegeix les entrades IC1a i IC1b contra danys a causa d’una connexió inversa de bateria accidental.
Selecció del panell solar
Decidir per un panell solar més adequat depèn, naturalment, de la bateria Ah que vulgueu treballar.
El regulador de càrrega solar està dissenyat bàsicament per a panells solars amb una tensió de sortida moderada de 15 a 18 volts i de 10 a 40 watts. Aquest tipus de panells solen ser adequats per a bateries de 36 a 100 Ah.
No obstant això, atès que el regulador de càrrega solar s’especifica per proporcionar un consum òptim de corrent de 10 A, es poden aplicar panells solars de 150 watts.
També es pot aplicar el circuit regulador del carregador solar molins de vent i amb altres fonts de tensió, sempre que la tensió d'entrada estigui en el rang de 15-18 V.
La major part de la calor es dissipa a través de la càrrega activa, T2 / R13. No cal dir que el MOSFET s’hauria de refredar eficaçment mitjançant un dissipador de calor i que R13 hauria de tenir una valoració adequada per suportar temperatures extremadament altes.
La potència R13 ha d’acord amb la qualificació del panell solar. En l’escenari (extrem) quan es connecta un panell solar amb una tensió de sortida de 21 V sense càrrega i un corrent de curtcircuit de 10 A, en aquest escenari, T2 i R13 comencen a dissipar una potència equivalent a la tensió diferència entre la bateria i el panell solar (al voltant de 7 V) multiplicada pel corrent de curtcircuit (10 A), o simplement per 70 watts.
Això pot ocórrer realment quan la bateria estigui completament carregada. La majoria de l'energia s'allibera a través de R13, ja que el MOSFET ofereix una resistència molt baixa. El valor de la resistència MOSFET R13 es podria determinar ràpidament mitjançant la següent llei d'Ohm:
R13 = P x I2= 70 x 102= 0,7 ohms
Tanmateix, aquest tipus de sortida de panells solars extrems pot semblar inusual. En el prototip del regulador de càrrega solar, s’havia aplicat una resistència de 0,25 Ω / 40 W formada per quatre resistències connectades en paral·lel d’1Ω / 10 W. La refrigeració necessària per a T3 es calcula de la mateixa manera.
Suposant que el corrent de sortida més alt és de 10 A (que es compara amb una caiguda de tensió d'aproximadament 2,5 V sobre la unió de drenatge-font), s'hauria d'avaluar una dissipació màxima d'aproximadament 27W.
Per garantir un refredament adequat de T3 fins i tot a temperatures de fons excessives (per exemple, 50 ° C), el dissipador de calor ha d’utilitzar una resistència tèrmica de 3,5 K / W o inferior.
Les parts T2, T3 i D7 estan disposades en un costat particular del PCB, cosa que facilita que es connectin fàcilment a un sol dissipador de calor comú (amb components d’aïllament).
Cal, doncs, incloure la dissipació d'aquests tres semiconductors i, en aquest cas, volem un dissipador de calor que tingui una especificació tèrmica d'1,5 K / W o superior. El tipus descrit a la llista de peces compleix aquest requisit previ.
Com configurar-lo
Afortunadament, el circuit regulador solar de bateria de 100 Ah és bastant fàcil d’instal·lar. La tasca, però, exigeix un parell de fonts d'alimentació (regulades) .
Un d’ells s’ajusta a una tensió de sortida de 14,1 V i s’acobla als cables de la bateria (denominats “accu”) del PCB. La segona font d’alimentació ha de tenir un limitador de corrent.
Aquest subministrament s’ajusta a la tensió de circuit obert del panell solar (per exemple, 21 V, com en la condició anteriorment indicada), i acoblat als terminals de pala designats com a 'cèl · lules'.
Quan ajustem el P1 de manera adequada, el voltatge hauria de disminuir fins a 14,1 V. No us preocupeu, ja que el limitador de corrent i el D7 garanteixen que absolutament res no pot anar malament.
Per a un ajust efectiu de P2, heu de treballar amb una càrrega una mica superior a la càrrega més pesada que es pugui produir a la sortida. Si voleu extreure el màxim d’aquest disseny, proveu de seleccionar un corrent de càrrega de 10 A.
Això es podria aconseguir utilitzant una resistència de càrrega de 1Ω x120 W, formada per, per exemple, de 10 resistències de 10Ω / 10 W en paral·lel. Al principi, la configuració P2 es gira a 'Màxim (netejador cap a R14).
Després d'això, la càrrega s'uneix als cables designats com a 'càrrega' del PCB. Afineu lentament i amb precaució P2 fins a aconseguir el nivell en què T3 s’apaga i talla la càrrega. Després de retirar les resistències de càrrega, els cables de 'càrrega' es poden curtcircuitar momentàniament per comprovar que el fusible electrònic funciona correctament.
Dissenys de PCB
Llista de peces
Resistències:
RI = 1 k
R2 = 120 k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82 k
R5 = 12 k
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150 k
R10 = 47 k
R11 = 270 k
R12, R16 = 1M
R13 = veure text
R17 = 10 k
P1 = 5k predefinit
P2 = 50k predefinits
Condensadors:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radial
C3 = 10uF / 16V
Semiconductors:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED vermell
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Divers:
F1 = fusible 10 A (T) amb suport de muntatge PCB
8 terminals de pala per al muntatge de cargol
Dissipador de calor 1.251VW
Anterior: Circuit de generador de forma d'ona sinusoïdal-cosinus Següent: Circuit d'amplificador de potència de 100 a 160 watts amb un sol OPA541 IC
