Сонячний контролер

сонячний контролер

Наведено схему ефективного 12В зарядного пристрою (сонячного контролера), із захистом акумуляторів від зниженої напруги.

характеристики пристрою

У пристрої використовуються звичайні компоненти (НЕ SMD), які легко можна знайти в магазинах. Нічого не потрібно прошивати, єдине потрібен буде вольтметр і регульований джерело живлення для настройки схеми.

Остання версія пристрою

Це вже третя версія пристрою, тому в ньому виправлені більшість помилок і недоліків, які були присутні в попередніх версіях зарядника.

регулювання напруги

У приладі використовується паралельний стабілізатор напруги, щоб напруга акумулятора не перевищувало норму, зазвичай це 13.8 Вольт.

Захист від зниженої напруги

Контролер від`єднує акумуляторну батарею, якщо напруга падає нижче певної точки (налаштовується), зазвичай це 10.5 Вольт

У більшості сонячних зарядних пристроях для захисту від витоку струму акумулятора на сонячну панель, використовується діод Шотткі. А шунтирующий стабілізатор напруги використовується коли акумулятор повністю заряджений.

Однією з проблем такого підходу є втрати на діоді і як наслідок його нагрівання. Наприклад, сонячна панель 100 Ватт, 12В, подає 8А на акумуляторну батарею, на діоді Шотткі падіння напруга складе 0.4В, тобто розсіює потужність складе близько 3.2 Ватта. Це по-перше втрати, а по-друге для діода знадобиться радіатор для відведення тепла. Проблема в тому, що зменшити падіння напруги не вийде, кілька діодів включених паралельно, зменшать струм, але падіння напруги таке і залишиться. У представленій нижче схемі, замість звичайних діодів використовуються мосфети, отже потужність втрачається тільки на активний опір (резистивні втрати).

Для порівняння, в 100 Вт панелі при використанні мосфетов IRFZ48 (КП741А) втрати потужності складають всього 0.5Ватт (на Q2). А це означає менше нагрівання і більше енергії для акумуляторів. Ще важливим моментом є те, що мосфети мають позитивний температурний коефіцієнт і можуть бути включені в паралель для зменшення опору в включеному стані.

У наведеній вище схемі використовується пара нестандартних рішень.

Між сонячною панеллю і навантаженням не використовується діод, замість нього стоїть мосфети Q2. Діод в мосфети забезпечує протікання струму від панелі до навантаження. Якщо на Q2 з`являється значне напруження, то транзистор Q3 відкривається, заряджається конденсатор С4, що змушує ОУ U2c і U3b відкрити мосфети Q2. Тепер, падіння напруги обчислюється за законом Ома, тобто I * R, і воно набагато менше, ніж якщо б там стояв діод. Конденсатор С4 періодично розряджається через резистор R7, і Q2 закривається. Якщо від панелі протікає струм, то ЕРС самоіндукції дроселя L1 відразу ж змушує відкритися Q3. Це відбувається дуже часто (безліч разів за секунду). У разі, коли струм йде на сонячну панель, Q2 закривається, а Q3 не відкривається, тому що діод D2 обмежує ЕРС самоіндукції дроселя L1. Діод D2 може бути розрахований на струм 1А, проте в процесі тестування з`ясувалося, що такий струм виникає рідко.

Подстроечнік VR1 встановлює максимальну напругу. Коли напруга перевищує 13.8В, то операційний підсилювач U2d відкриває мосфети Q1 і вихід з панелі "закорачивается" на землю. Крім цього, операціоннік U3b відключає Q2 і таким чином панель відключається від навантаження. Це необхідно, оскільки Q1 крім сонячної панелі "коротить" навантаження і акумулятор.

Управління N-канальними мосфети

Для управління мосфети Q2 і Q4 потрібна більша напруга, ніж використовується в схемі. Для цього, ОУ U2 з обв`язкою з діодів і конденсаторів створює підвищену напругу VH. Ця напруга використовується для живлення U3, на виході якого буде підвищена напруга. Зв`язка U2b і D10 забезпечують стабільність вихідної напруги на рівні 24 Вольт. При такій напрузі, через затвор-витік транзистора буде напругу не менше 10В, тому тепловиділення буде маленьке.

Зазвичай, N-канальні мосфети мають набагато менший опір, ніж Р-канальні, тому вони і були використані в даній схемі.

Захист від зниженої напруги

Мосфети Q4, операціоннік U3a з зовнішньої обв`язкою з резисторів і конденсаторів, призначені для захисту від зниженої напруги. Тут Q4 використовуються нестандартні. Діод мосфети забезпечує постійне проходження струму в акумулятор. Коли напруга вище встановленого мінімуму, то мосфети відкритий, допускаючи невелике падіння напруги при зарядці акумулятора, але більш важливим є те, що він дає можливість проходження струму від акумулятора на навантаження, якщо сонячна батарея не може забезпечити достатню вихідну потужність. Запобіжник захищає від виникнення короткого замикання на стороні навантаження.

Нижче представлені малюнки розташування елементів і друкованих плат.

Налаштування пристрою

При нормальній використанні пристрою, джампер J1 не повинен бути вставлений! Світлодіод D11 використовується для настройки. Щоб пристрій, до висновків "навантаження" підключіть регульований блок живлення.

Установка захисту від зниженої напруги

Вставте джампер J1.

У блоці живлення встановіть вихідну напругу на 10.5В.

Повертайте підлаштування резистор VR2 проти годинникової стрілки до тих пір, поки не загориться світлодіод D11.

Трохи поверніть VR2 за годинниковою стрілкою, поки світлодіод згасне.

Вийміть джампер J1.

Установка максимальної напруги

У блоці живлення встановіть вихідну напругу на 13.8В.

Повертайте підлаштування резистор VR1 за годинниковою стрілкою до тих пір, поки не згасне світлодіод D9.

Якщо потужність всієї системи буде невелика, то мосфети можуть бути замінені на більш дешеві IRFZ34. А якщо система буде потужнішим, то мосфети можна замінити на більш потужні IRFZ48.