100 Ah aku päikese laadimise kontroller

See kõikehõlmav päikesepatarei regulaator on mõeldud suure 12 V 100 Ah aku tõhusaks laadimiseks ülima efektiivsusega. Päikeselaadija on aku ülelaadimise, koormuse lühise või praeguste tingimuste osas praktiliselt lollikindel.

Selle 100 Ah päikese regulaatori vooluahela põhielemendid on ilmselgelt päikesepaneel ja (12 V) aku. Siinne aku töötab energiasalvestusüksusena.

Madalpinge alalisvoolulampe ja muud sellist saab juhtida otse akust, samal ajal kui a muundur aku otsepinge muundamiseks 240 V vahelduvvooluks.

Sellest hoolimata ei ole kõik need rakendused tavaliselt selle sisu teema, millele keskendutakse aku ühendamine päikesepaneeliga . Võib tunduda liiga ahvatlev ühendada päikesepaneel laadimiseks otse akuga, kuid see pole kunagi soovitatav. Sobiv laadimiskontroller on ülitähtis mis tahes aku laadimiseks päikesepaneelilt.

Laadimiskontrolleri esmatähtis on vähendada laadimisvoolu päikesevalguse ajal, kui päikesepaneelil on suurem vooluhulk üle aku nõutava taseme.

See muutub oluliseks, kuna suure vooluga laadimine võib põhjustada aku kriitilist kahjustamist ja kindlasti vähendada aku eeldatavat eluiga.

Ilma laadimiskontrollerita on oht aku ülelaadimine on tavaliselt eelseisev, kuna päikesepaneeli voolutugevus määratakse otseselt päikese kiirguse taseme või langeva päikesevalguse hulga järgi.

Sisuliselt leiate laadimisvoolu juhtimiseks paar meetodit: läbi seeria regulaator või paralleelregulaator.

Seeriaregulaatorisüsteem on tavaliselt transistori kujul, mis sisestatakse järjestikku päikesepaneeli ja aku vahele.

Paralleelregulaator on a kujul 'šundi' regulaator kinnitatud paralleelselt päikesepaneeli ja akuga. The 100 Ah regulaator selles postituses selgitatud on tegelikult paralleelset tüüpi päikese regulaatori kontroller.

A põhijoon šundiregulaator on see, et see ei nõua suuri vooluhulki enne, kui aku on täielikult laetud. Praktikas on tema enda praegust tarbimist nii vähe, et seda saab eirata.

Kui aku on täielikult laetud , aga üleliigne võimsus hajub soojuseks. Täpsemalt suuremate päikesepaneelide korral nõuab see kõrge temperatuur regulaatori suhteliselt suurt struktuuri.

Koos oma tegeliku otstarbega korralik laadimiskontroller lisaks pakub ohutust mitmel viisil koos kaitsega aku sügava tühjenemise eest elektrooniline kaitse ja usaldusväärne aku või päikesepaneeli polaarsuse muutmise ohutus.

Lihtsalt seetõttu, et kogu vooluahelat juhib aku vale polaarsuse kaitsedioodi D1 kaudu, töötab päikese laadimisregulaator tavapäraselt ka siis, kui päikesepaneel ei toida voolu.

Vooluahel kasutab reguleerimata aku pinget (ristmik D2-R4) koos ülitäpse võrdluspingega 2,5 V., mis genereeritakse zener-dioodi D5 abil.

Kuna laadimisregulaator toimib iseenesest väiksema voolutugevusega kui 2 mA, on aku öösel või siis, kui taevas on pilves, vaevalt laaditud.

Minimaalne voolutarve vooluahelas saavutatakse, kasutades MOSFET-tüüpi BUZ11, T2 ja T3 toite, mille lülitamine sõltub pingest, mis võimaldab neil töötada ajami praktiliselt nullil.

Kavandatud päikeselaengu juhtimine 100 Ah akule jälgib akut pinge ja reguleerib transistori T1 juhtivustaset.

Mida suurem on aku pinge, seda suurem on T1 kaudu läbitav vool. Selle tulemusel muutub pingelang R19 ümbruses suuremaks.

See pinge R19-l muutub MOSFET T2 värava ümberlülituspingeks, mis põhjustab MOSFET-i tugevama lülitumise, vähendades selle tühjendusallikale vastupanu.

Seetõttu koormatakse päikesepaneeli tugevamalt, mis hajutab liigse voolu R13 ja T2 kaudu.

Schottky diood D7 kaitseb akut päikesepaneeli + ja - klemmide juhusliku ümberpööramise eest.

See diood peatab lisaks voolu voolu akust päikesepaneelile juhul, kui paneeli pinge langeb aku pinge alla.

Kuidas reguleerija töötab

100 Ah päikeselaaduri regulaatori vooluringi skeem on näha ülaltoodud joonisel.

Vooluahela esmased elemendid on paar rasket MOSFET-i ja neljakordne võimendi IC.

Selle IC funktsiooni võiks jagada kolmeks osaks: IC1a ümber ehitatud pingeregulaator, IC1d ümber konfigureeritud aku ülelaadimisregulaator ja elektrooniline lühisekaitse juhtmega ümber IC1c.

IC1 töötab nagu peamine juhtimiskomponent, samal ajal kui T2 toimib kohandatava võimsustakistina. T2 koos R13 käitub päikesepaneeli väljundis aktiivse koormusena. Regulaatori töö on üsna lihtne.

Aku pinge muutuv osa rakendatakse juhtimisvõimendi IC1a mitteinverteerivale sisendile pingejaoturi R4-P1-R3 kaudu. Nagu varem arutletud, rakendatakse op-võimendi inverteerivale sisendile 2,5-V võrdluspinge.

Päikese reguleerimise tööprotseduur on üsna lineaarne. IC1a kontrollib aku pinget ja niipea, kui see on täislaetud, lülitub see sisse T1, T2, põhjustades päikesepinge manööverdamise R13 kaudu.

See tagab, et päikesepaneel ei ole akut üle koormatud ega liiga laetud. Osasid IC1b ja D3 kasutatakse 'aku laadimise' seisundi näitamiseks.

LED-tuli süttib, kui aku pinge saavutab 13,1 V ja kui aku laadimisprotsess on käivitatud.

Kuidas kaitseastmed töötavad

Opamp IC1d on seadistatud nagu võrdlusprogramm, et jälgida aku tühi pingetase ja kaitse sügava tühjenemise eest ning MOSFET T3.

Aku pinge langetatakse takistusliku jaguri R8 / R10 abil kõigepealt proportsionaalselt umbes 1/4 nimiväärtusest, pärast mida võrreldakse seda D5 kaudu saadud võrdluspingega 23 V. Võrdluse teostab IC1c.

Potentsiaalijaotustakistid valitakse nii, et IC1d väljund langeb madalamale, kui aku pinge langeb alla ligikaudse väärtuse 9 V.

Seejärel pärsib MOSFET T3 ja katkestab aku ja koorma maaühenduse. R11 tagasisidetakisti tekitatava hüstereesi tõttu ei muuda võrdleja olekut enne, kui aku pinge on taas jõudnud 12 V-ni.

Elektrolüütkondensaator C2 pärsib sügava tühjenemise kaitse aktiveerumist hetkeliste pingelanguste tõttu, mis on tingitud näiteks tohutu koormuse sisselülitamisest.

Vooluahela lühisekaitse toimib nagu elektrooniline kaitse. Kui kogemata juhtub lühis, katkestab see aku koormuse.

Sama rakendatakse ka T3 kaudu, mis näitab MOSFET T13 üliolulist kaksikut funktsiooni. Lisaks sellele, et MOSFET töötab lühisekaitselülitina, täidab selle äravoolust allikani ristmik lisaks oma osa ka arvutitakisti rollis.

Selle takisti tekitatud pingelangust vähendatakse R12 / R18 abil ja rakendatakse seejärel võrdleja IC1c inverteerivale sisendile.

Ka siin kasutatakse võrdlusena D5 täpset pinget. Niikaua kui lühisekaitse jääb passiivseks, pakub IC1c jätkuvalt 'kõrge' loogika väljundit.

See toiming blokeerib D4 juhtivuse, nii et IC1d väljund otsustab ainult T3 värava potentsiaali. Resistiivse jaguri R14 / R15 abil saavutatakse värava pingevahemik umbes 4 V kuni 6 V, mis võimaldab T3 äravoolust allikani ristmikul kindlaks teha selge pingelanguse.

Kui koormusvool jõuab kõige kõrgemale tasemele, tõuseb pingelang kiiresti, kuni tase on IC1c vahetamiseks piisav. See muudab selle väljundi loogika madalaks.

Tänu sellele aktiveerub nüüd diood D4, mis võimaldab T3 väraval lühistada maad. Selle tõttu lülitub MOSFET nüüd välja, peatades praeguse voo. R / C võrk R12 / C3 otsustab elektroonilise kaitsme reaktsiooniaja.

Suhteliselt aeglane reaktsiooniaeg on seatud, et vältida elektroonilise kaitsme vale aktiveerimist koormuse voolu ajutise suure voolutõusu tõttu.

Lisaks kasutatakse LED-i D6 1,6 V võrdlusalusena, veendudes, et C3 ei saaks laadida üle selle pingetaseme.

Kui lühis on eemaldatud ja koormus akult eemaldatud, tühjeneb C3 LED-i kaudu järk-järgult (see võib võtta kuni 7 sekundit). Kuna elektrooniline kaitsme on kavandatud piisavalt aeglase reageerimisega, ei tähenda see, et koormusvoolul lubatakse jõuda liiga suurele tasemele.

Enne elektroonilise kaitsme aktiveerumist palub T3 värava pinge MOSFETil piirata väljundvoolu punktini, mis on määratud eelseadistatud P2 seadistusega.

Selleks, et midagi ei põleks ega friikartuleid, on vooluahelal lisaks standardkaitse F1, mis on seeriaga ühendatud akuga, ja annab kindlustunde, et vooluringi tõenäoline rike ei põhjusta kohest katastroofi.

Lõpliku kaitsekilbina on D2 lülitatud vooluringi. See diood kaitseb IC1a ja IC1b sisendeid kahjustuste eest juhusliku vastupidise akuühenduse tõttu.

Päikesepaneeli valimine

Kõige sobivama päikesepaneeli valimine sõltub loomulikult aku Ah-reitingust, millega kavatsete töötada.

Päikese laadimise regulaator on põhimõtteliselt mõeldud päikesepaneelidele, mille mõõdukas väljundpinge on 15–18 volti ja 10–40 vatti. Sellised paneelid sobivad tavaliselt 36–100 Ah nimipatareidele.

Sellest hoolimata, kuna päikese laadimisregulaator on ette nähtud optimaalseks voolutugevuseks 10 A, võib 150 W võimsusega päikesepaneele rakendada.

Päikeselaaduri regulaatori vooluahelat saab kasutada ka sisse tuulikud ja muude pingeallikatega, kui sisendpinge on vahemikus 15-18 V.

Suurem osa soojusest hajub aktiivse koormuse T2 / R13 kaudu. Ütlematagi selge, et MOSFETi tuleks jahutusradiaatori abil tõhusalt jahutada ja R13 peaks olema äärmiselt kõrgete temperatuuride talumiseks piisavalt hinnatud.

R13 võimsus peab vastama päikesepaneeli nimiväärtusele. (Äärmuslikus) stsenaariumis, kui päikesepaneel on ühendatud tühikäigul väljundpingega 21 V ja ka lühisvooluga 10 A, hakkavad T2 ja R13 sellises stsenaariumis hajutama pingega samaväärset võimsust aku ja päikesepaneeli vahe (umbes 7 V) korrutatuna lühisvooluga (10 A) või lihtsalt 70 vatti!

See võib juhtuda tegelikult siis, kui aku on täielikult laetud. Suurem osa võimsusest vabaneb R13 kaudu, kuna MOSFET pakub siis väga väikest takistust. MOSFET takisti R13 väärtuse saab kiiresti määrata järgmise Ohmi seaduse kaudu:

R13 = P x I^kaks= 70 x 10^kaks= 0,7 oomi

Selline äärmuslik päikesepaneelide väljund võib aga tunduda ebatavaline. Päikeselaadimisregulaatori prototüübis oli rakendatud takistus 0,25 Ω / 40 W, mis koosnes neljast paralleelselt kinnitatud takistist 1Ω / 10 W. T3 jaoks vajalik jahutus arvutatakse samamoodi.

Eeldades, et suurim väljundvool on 10 A (see võrdub umbes 2,5 V pinge langusega äravooluallika ristmikul), tuleb hinnata maksimaalset hajumist umbes 27 W.

T3 piisava jahutamise tagamiseks isegi ülemäärastel tausttemperatuuridel (nt 50 ° C) peab jahutusradiaatori soojustakistus olema 3,5 K / W või vähem.

Osad T2, T3 ja D7 on paigutatud trükkplaadi ühele kindlale küljele, hõlbustades nende hõlpsat kinnitamist ühe ühise jahutusradiaatori külge (koos eralduskomponentidega).

Seega tuleb kaasata nende kolme pooljuhi hajumine ja sellisel juhul soovime jahutusradiaatorit, mille termilised näitajad on 1,5 K / W või rohkem. Osade loendis kirjeldatud tüüp vastab sellele eeldusele.

Kuidas seadistada

Õnneks on 100 Ah aku päikese regulaatori vooluahelat üsna lihtne seadistada. Ülesanne nõuab siiski paari (reguleeritud) toiteallikad .

Üks neist on reguleeritud väljundpingele 14,1 V ja ühendatud PCB aku juhtmetega (tähistatud 'accu'). Teisel toiteallikal peab olema voolupiiraja.

See toiteallikas on reguleeritud päikesepaneeli avatud vooluahela pingega (näiteks 21 V, nagu varem öeldud tingimustes) ja ühendatud labaklemmidega, mis on tähistatud 'rakud'.

Kui P1 on õigesti reguleeritud, peaks pinge langema väärtusele 14,1 V. Palun ärge muretsege selle pärast, kuna praegune piiraja ja D7 tagavad, et absoluutselt mitte midagi ei saa halvaks minna!

P2 efektiivseks reguleerimiseks peate töötama koormusega, mis on natuke suurem kui kõige suurem koormus, mis võib väljundis tekkida. Kui soovite sellest kujundusest maksimumi võtta, proovige valida 10 A koormusvool.

Selle saavutamiseks võib kasutada koormustakisti 1Ω x120 W, mis koosneb näiteks 10 paralleelselt 10Ω / 10W takistist. Eelseadistatud P2 on alguses keerutatud väärtusele „Maksimaalne (klaasipuhasti R14 suunas).

Pärast seda kinnitatakse koormus juhtmetele, mis on tähistatud trükkplaadi 'koormusega'. Häälestage P2 aeglaselt ja ettevaatlikult, kuni saavutate taseme, kus T3 lihtsalt lülitub välja ja katkestab koorma. Pärast koormustakistite eemaldamist saab koormusjuhtmeid lühiajaliselt lühistada, et kontrollida, kas elektrooniline kaitse töötab korralikult.

PCB paigutused

Osade nimekiri

Takistid:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = vaata teksti
R17 = 10k
P1 = 5k eelseadistatud
P2 = 50k eelseadistatud
Kondensaatorid:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2uF / 25V radiaal
C3 = 10uF / 16V
Pooljuhid:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED punane
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Mitmesugused:
F1 = kaitsme 10 A (T) koos trükkplaadi kinnitushoidikuga
8 labaklemmi kruvikinnituseks
Radiaator 1,251VW