100 Ah Akü için Solar Şarj Kontrol Cihazı

Bu kapsamlı solar şarj kontrol cihazı, büyük bir 12 V 100 Ah aküyü en yüksek verimlilikle etkili bir şekilde şarj etmek için tasarlanmıştır. Solar şarj cihazı, pil aşırı şarjı, kısa devre yükü veya aşırı akım koşulları açısından pratikte kusursuzdur.

Bu 100 Ah güneş regülatör devresinin ana unsurları, tabii ki güneş paneli ve (12 V) bataryadır. Buradaki pil bir enerji depolama birimi olarak çalışır.

Düşük voltajlı DC lambaları ve bunun gibi şeyler doğrudan pilden çalıştırılabilirken, güç dönüştürücü doğrudan akü voltajını 240 V AC'ye dönüştürmek için çalıştırılabilir.

Bununla birlikte, tüm bu uygulamalar genel olarak bu içeriğin konusu olmayıp, bir güneş paneli ile bir pili bağlama . Bir güneş panelini şarj etmek için doğrudan bataryaya bağlamak çok cazip görünebilir, ancak bu asla önerilmez. Uygun Şarj kontrol cihazı herhangi bir pili bir güneş panelinden şarj etmek için çok önemlidir.

Şarj kontrol cihazının birincil önemi, güneş paneli gerekli pil seviyesinin ötesinde daha yüksek miktarlarda akım sağladığında en yoğun güneş ışığı sırasında şarj akımını azaltmaktır.

Bu önemli hale gelir çünkü yüksek akımla şarj etmek bataryaya ciddi zararlar verebilir ve bataryanın çalışma ömrünü kesinlikle kısaltabilir.

Şarj kontrolörü olmadan, tehlike pilin aşırı şarj edilmesi Bir güneş panelinin mevcut çıkışı doğrudan güneşten gelen ışınlama seviyesi veya gelen güneş ışığının miktarı tarafından belirlendiği için genellikle yaklaşmaktadır.

Esasen, şarj akımını yönetmek için birkaç yöntem bulacaksınız: seri regülatör veya paralel bir regülatör.

Bir seri regülatör sistemi, genellikle güneş paneli ile batarya arasına seri olarak sokulan bir transistör şeklindedir.

Paralel regülatör, bir 'şönt' regülatör güneş paneli ve aküye paralel olarak takılır. 100 Ah regülatör Bu yazıda anlatılan, aslında paralel tip bir güneş regülatör kontrolörüdür.

A'nın temel özelliği şönt regülatörü pil tamamen şarj olana kadar yüksek miktarda akım gerektirmemesidir. Pratik olarak konuşursak, kendi akım tüketimi o kadar azdır ki, göz ardı edilebilir.

Bir kere pil tamamen dolu ancak, fazla güç ısıya yayılır. Özellikle daha büyük güneş panellerinde, bu yüksek sıcaklık, regülatörün nispeten büyük bir yapısını gerektirir.

Gerçek amacı ile birlikte, terbiyeli Şarj kontrol cihazı ek olarak, pilin derin deşarjına karşı koruma ile birlikte birçok yönden güvenlik sağlar. elektronik sigorta ve pil veya güneş paneli için polaritenin tersine çevrilmesine karşı güvenilir bir güvenlik.

Basitçe, tüm devre pil tarafından yanlış bir polarite koruma diyotu (D1) ile çalıştırıldığı için, güneş enerjisi şarj regülatörü, güneş paneli akım sağlamadığında bile normal şekilde çalışmaya devam eder.

Devre, D5 zener diyodu kullanılarak üretilen 2,5 V'luk son derece hassas referans voltajı ile birlikte düzensiz akü voltajını (bağlantı D2-R4) kullanır.

Şarj regülatörü kendi başına 2 mA'dan daha düşük bir akımla mükemmel performans gösterdiğinden, pil gece vakti veya gökyüzü bulutlu olduğunda zar zor yüklenir.

Devre tarafından minimum akım tüketimi, anahtarlaması gerilime bağlı olan BUZ11, T2 ve T3 tipi güç MOSFET'leri kullanılarak elde edilir ve bu, pratik olarak sıfır sürücü gücünde çalışmasına izin verir.

100 Ah akü için önerilen solar şarj kontrolü pili izler voltaj ve T1 transistörünün iletim seviyesini düzenler.

Akü voltajı ne kadar büyükse, T1 üzerinden geçen akım o kadar yüksek olacaktır. Sonuç olarak, R19 etrafındaki voltaj düşüşü yükselir.

R19'daki bu voltaj, MOSFET T2 için geçit anahtarlama voltajı haline gelir ve bu da MOSFET'in daha sert geçişine neden olarak drenajdan kaynağa direncini düşürür.

Bundan dolayı, güneş paneli daha fazla yüklenir ve bu da aşırı akımı R13 ve T2 üzerinden dağıtır.

Schottky diyot D7, pili güneş panelinin + ve - terminallerinin yanlışlıkla tersine çevrilmesine karşı korur.

Bu diyot ayrıca panel voltajının akü voltajının altına düşmesi durumunda aküden güneş paneline akım akışını durdurur.

Düzenleyici Nasıl Çalışır

100 Ah solar şarj regülatörünün devre şeması yukarıdaki şekilde görülebilir.

Devrenin birincil öğeleri, bir çift 'ağır' MOSFET ve dörtlü bir op amp IC'dir.

Bu IC'nin işlevi 3 bölüme ayrılabilir: IC1a etrafında inşa edilmiş voltaj regülatörü, IC1d etrafında yapılandırılmış pil aşırı deşarj kontrolörü ve elektronik kısa devre koruması IC1c etrafında kablolu.

IC1, ana kontrol bileşeni gibi çalışır, T2 ise uyarlanabilir bir güç direnci olarak işlev görür. R13 ile birlikte T2, güneş panelinin çıkışında aktif bir yük gibi davranır. Regülatörün işleyişi oldukça basittir.

Pil voltajının değişken bir kısmı, voltaj bölücü R4-P1-R3 aracılığıyla kontrol op amp IC1a'nın ters çevirmeyen girişine uygulanır. Daha önce tartışıldığı gibi, 2.5-V referans voltajı, op amp'in ters çevirme girişine uygulanır.

Güneş düzenlemesinin çalışma prosedürü oldukça doğrusaldır. IC1a akü voltajını kontrol eder ve tam şarja ulaşır ulaşmaz T1, T2'yi açar ve R13 aracılığıyla güneş voltajının şöntlenmesine neden olur.

Bu, pilin güneş paneli tarafından aşırı yüklenmemesini veya aşırı şarj olmamasını sağlar. IC1b ve D3 parçaları, 'pil şarjı' durumunu göstermek için kullanılır.

Pil voltajı 13,1V'a ulaştığında ve pil şarj işlemi başladığında LED yanar.

Koruma Aşamaları Nasıl Çalışır?

Opamp IC1d, aşağıdakileri izlemek için bir karşılaştırıcı gibi kurulur. Düşük pil gerilim seviyesi ve derin deşarja karşı koruma ve MOSFET T3.

Akü voltajı, dirençli bölücü R8 / R10 tarafından orantılı olarak nominal değerin yaklaşık 1 / 4'üne düşürülür ve ardından D5 aracılığıyla elde edilen 23 V'luk bir referans voltajı ile karşılaştırılır. Karşılaştırma IC1c tarafından gerçekleştirilir.

Potansiyel bölücü dirençler, pil voltajı yaklaşık 9 V değerinin altına düştüğünde IC1d'nin çıkışı düşecek şekilde seçilir.

MOSFET T3 daha sonra akü ve yük boyunca toprak bağlantısını engeller ve keser. R11 geri besleme direnci tarafından üretilen histerezis nedeniyle, karşılaştırıcı, pil voltajı tekrar 12 V'a ulaşana kadar durumunu değiştirmez.

Elektrolitik kondansatör C2, derin deşarj korumasının, örneğin büyük bir yükün devreye girmesinden kaynaklanan anlık voltaj düşüşleri tarafından etkinleştirilmesini engeller.

Devrede bulunan kısa devre koruması, elektronik bir sigorta gibi çalışır. Kazara bir kısa devre olduğunda, yükü aküden keser.

Aynısı, MOSFET T13'ün önemli ikiz işlevini gösteren T3 aracılığıyla da uygulanır. MOSFET yalnızca bir kısa devre kesici olarak çalışmakla kalmaz, aynı zamanda drenaj-kaynağa bağlantısı, bir hesaplama direnci gibi rol oynar.

Bu direnç boyunca üretilen voltaj düşüşü, R12 / R18 ile küçültülür ve ardından karşılaştırıcı IC1c'nin ters çevirme girişine uygulanır.

Burada da D5 tarafından sağlanan kesin voltaj referans olarak kullanılır. Kısa devre koruması devre dışı kaldığı sürece, IC1c 'yüksek' mantık çıkışı sağlamaya devam eder.

Bu eylem, D4 iletimini engeller, öyle ki IC1d çıkışı yalnızca T3 geçit potansiyeline karar verir. Rezistif bölücü R14 / R15'in yardımıyla yaklaşık 4 V ila 6 V arasında bir geçit voltaj aralığı elde edilir ve bu, T3'ün drenaj-kaynak bağlantısı üzerinde net bir voltaj düşüşü sağlanmasını sağlar.

Yük akımı en yüksek seviyeye ulaştığında, voltaj düşüşü, seviye IC1c'yi değiştirmek için yeterli olana kadar hızla yükselir. Bu, artık çıktısının mantıksal düşük olmasına neden olur.

Bundan dolayı, şimdi diyot D4 etkinleşir ve T3 geçidinin toprağa kısa devre yapmasına izin verir. Bundan dolayı MOSFET şimdi kapanır ve mevcut akışı durdurur. R / C ağı R12 / C3 elektronik sigortanın tepki süresine karar verir.

Yük akımında ara sıra meydana gelen anlık yüksek akım artışından dolayı elektronik sigorta çalışmasının yanlış aktivasyonunu önlemek için nispeten yavaş bir tepki süresi ayarlanır.

Ek olarak LED D6, 1,6 V referans olarak kullanılır ve C3'ün bu voltaj seviyesinin üzerinde şarj edememesini sağlar.

Kısa devre kaldırıldığında ve yük bataryadan ayrıldığında, C3 LED aracılığıyla kademeli olarak boşaltılır (bu 7 saniyeye kadar sürebilir). Elektronik sigorta, makul derecede yavaş bir tepki ile tasarlandığından, yük akımının aşırı seviyelere ulaşmasına izin verileceği anlamına gelmez.

Elektronik sigorta etkinleştirilmeden önce, T3 geçit voltajı MOSFET'ten çıkış akımını önceden ayarlanan P2 ayarıyla belirlenen noktaya sınırlamasını ister.

Hiçbir şeyin yanmamasını veya kızarmamasını sağlamak için, devre ayrıca bataryaya seri olarak bağlanan standart bir sigorta (F1) içerir ve devredeki olası bir arızanın acil bir felaketi tetiklemeyeceğine dair güvence sağlar.

Nihai bir savunma kalkanı olarak D2 devreye dahil edildi. Bu diyot, yanlışlıkla ters akü bağlantısı nedeniyle IC1a ve IC1b girişlerini hasara karşı korur.

Güneş Panelini Seçme

En uygun güneş paneline karar vermek, doğal olarak, birlikte çalışmayı düşündüğünüz pil Ah derecesine bağlıdır.

Güneş enerjisi şarj regülatörü, temel olarak 15 ila 18 volt ve 10 ila 40 watt'lık orta çıkış voltajına sahip güneş panelleri için tasarlanmıştır. Bu tür paneller tipik olarak 36 ile 100 Ah arasında derecelendirilen piller için uygun hale gelir.

Bununla birlikte, güneş enerjisi şarj regülatörü, 10 A'lık bir optimum akım çekişi sağlayacak şekilde belirlendiğinden, 150 watt'lık güneş panelleri iyi bir şekilde uygulanabilir.

Güneş enerjisi şarj cihazı regülatörü devresi ayrıca yel değirmenleri ve giriş voltajının 15-18 V aralığında olması koşuluyla diğer voltaj kaynakları ile.

Isının çoğu aktif yük T2 / R13 ile dağıtılır. Söylemeye gerek yok, MOSFET bir soğutucu aracılığıyla etkili bir şekilde soğutulmalı ve R13 aşırı yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde yeterince derecelendirilmelidir.

R13 watt değeri, güneş panelinin değerine uygun olmalıdır. (Aşırı) senaryoda, bir güneş paneli 21 V'luk bir yüksüz çıkış voltajı ve ayrıca 10 A'lık bir kısa devre akımı ile bağlandığında, böyle bir senaryoda T2 ve R13, voltaja eşdeğer bir gücü dağıtmaya başlar. akü ile güneş paneli arasındaki fark (yaklaşık 7 V) kısa devre akımı (10 A) ile çarpılır veya sadece 70 watt!

Bu aslında pil tamamen şarj olduğunda meydana gelebilir. MOSFET çok düşük bir direnç sunduğundan gücün çoğu R13 aracılığıyla serbest bırakılır. MOSFET direnci R13'ün değeri, aşağıdaki Ohm yasası ile hızlı bir şekilde belirlenebilir:

R13 = P x I^iki= 70 x 10^iki= 0,7 Ohm

Bununla birlikte, bu tür aşırı güneş paneli çıkışı alışılmadık görünebilir. Güneş enerjisi şarj regülatörünün prototipinde, paralel bağlı dört adet 1Ω / 10 W dirençten oluşan 0,25 Ω / 40 W direnç uygulanmıştır. T3 için gerekli soğutma aynı şekilde hesaplanmıştır.

En yüksek çıkış akımının 10 A olduğunu varsayarsak (bu, drenaj kaynağı bağlantısındaki yaklaşık 2,5 V'luk bir voltaj düşüşüyle ​​karşılaştırılır), bu durumda yaklaşık 27W'lık bir maksimum dağılım değerlendirilmelidir.

Aşırı arka plan sıcaklıklarında (örneğin, 50 ° C) bile T3'ün yeterli soğutulmasını garanti etmek için, ısı emici 3,5 K / W veya daha düşük bir termal direnç kullanmalıdır.

T2, T3 ve D7 parçaları, PCB'nin belirli bir tarafında düzenlenmiştir ve tek bir ortak soğutucuya (izolasyon bileşenleri ile) kolayca takılmalarını kolaylaştırır.

Bu üç yarı iletkenin dağıtımı bu nedenle dahil edilmelidir ve bu durumda 1.5 K / W veya daha yüksek termal özelliklere sahip bir soğutucu istiyoruz. Parça listesinde açıklanan tip, bu ön koşula uygundur.

Nasıl kurulur

Neyse ki, 100 Ah akü solar regülatör devresinin kurulumu oldukça kolaydır. Görev yine de birkaç (düzenlenmiş) güç kaynakları .

Bunlardan biri 14,1 V'luk bir çıkış voltajına ayarlanmış ve PCB üzerindeki pil uçlarına ('accu' olarak adlandırılır) bağlanmıştır. İkinci güç kaynağı bir akım sınırlayıcıya sahip olmalıdır.

Bu besleme, güneş panelinin açık devre voltajına (örneğin, daha önce belirtilen durumda olduğu gibi 21 V) ayarlanır ve a olarak belirtilen maça terminallerine bağlanır. 'hücreler'.

P1'i uygun şekilde ayarladığımızda, voltaj 14,1 V'a düşmelidir. Lütfen bunun için endişelenmeyin, çünkü akım sınırlayıcı ve D7 kesinlikle hiçbir şeyin kötü gidemeyeceğini garanti eder!

Etkili bir P2 ayarı için, çıkışta oluşabilecek en ağır yükten biraz daha yüksek bir yükle çalışmalısınız. Bu tasarımdan maksimum değeri çıkarmak istiyorsanız, 10 A'lık bir yük akımı seçmeyi deneyin.

Bu, örneğin paralel olarak 10Ω / 10 W'lık 10 dirençten oluşan 1Ω x120 W'lık bir yük direnci kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ön ayar P2 başlangıçta 'Maksimum'a döndürüldü (silecek R14'e doğru).

Bundan sonra, yük PCB üzerinde 'yük' olarak belirtilen uçlara eklenir. T3'ün sadece kapattığı ve yükü kestiği seviyeye ulaşana kadar P2'yi yavaş ve dikkatli bir şekilde ince ayarlayın. Yük dirençlerinin çıkarılmasından sonra, elektronik sigortanın doğru çalışıp çalışmadığını test etmek için 'yük' uçları anlık olarak kısa devre edilebilir.

PCB Düzenleri

Parça listesi

Dirençler:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150 bin
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1 milyon
R13 = metne bakın
R17 = 10k
P1 = 5k ön ayar
P2 = 50k ön ayar
Kapasitörler:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radyal
C3 = 10 uF / 16V
Yarıiletkenler:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED kırmızı
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Çeşitli:
F1 = PCB montaj tutuculu sigorta 10 A (T)
Vidalı montaj için 8 maça terminali
Soğutucu 1.251VW