. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Solární regulátor s vysokou účinností
26. ledna 2015 - 8:37 | Pandatron | Solární regulátor s vysokou účinností | Komentářů: 20  

Solární regulátor s vysokou účinností

Konstrukce (s možností objednání) solárního regulátoru pro 12V soustavu, s vysokou účinností a obvodem ochrany baterie před úplným vybitím.

Následující konstrukce solárního regulátoru je určena pro 12V soustavy. Použití obvodu se předpokládá v malých až středních systémech, vybavených olověným 12V akumulátorem, přičemž vlastní odběr obvodu nepřesahuje hodnotu pouhých 5 mA. Jedná se tak o řešení s nízkou vlastní spotřebou, což výrazným způsobem prodlužuje životnost baterie a umožňuje použití i v případě malé kapacity.

Vlastní konstrukce pochází z webu OpenDesign, kde si zájemci mohou objednat buď samostatné desky s plošnými spoji, nebo i kompletní sady součástek.


Obr. 1: Solární regulátor s vysokou účinností

Hlavní problém
Hlavním problémem obecně používaných regulátorů je Schottkyho dioda. Jde o to, že v levných solárních regulátorech je Schottkyho dioda také jedinou součástkou, kterou obsahují. Dioda zabezpečuje jednosměrný tok proudu směrem ze solárního panelu do akumulátoru a díky vyrovnání napětí zajistí, že po dosažení plné kapacity dojde k ukončení nabíjení.

Hlavním problémem tohoto řešení je ztrátový výkon na diodě a vyzařované teplo. Například při použití 100W 12V panelů je nabíjecí proud až 8A, což při úbytku napětí Schottkyho diodě v hodnotě 0,4V představuje trvalou výkonovou ztrátu 3,2W. To si žádá použití již poměrně velkého chladiče a navíc dochází ke ztrátě energie. Bohužel, v takovém případě neexistuje prakticky žádný způsob, jakým by bylo možné úbytek napětí snížit. Jedinou možností je použití paralelního řazení více diod, čímž zajistíme distribuci výkonu, ale úbytek napětí nesnížíme. Mnohem elegantnějším řešením je nahrazení diody výkonovým tranzistorem typu MOSFET, kde nám ztrátu tvoří pouze vnitřní odpor tranzistoru v sepnutém stavu.

Pro srovnání tak v případě systému se 100W solárním panelem a použití níže uvedeného obvodu s tranzistory MOSFET IRFZ44 omezíme výkonovou ztrátu až na pouhých 0,5 W (na Q2). To znamená méně ztrátového tepla a více energie do baterií. Ještě důležitější je však skutečnost, že tranzistory MOSFET mají kladný teplotní koeficient, kterým je možné odpor dále redukovat. Na rozdíl od typického obvodu s jednou diodou, můžeme celkový ztrátový výkon poměrně výrazně snížit.

Schéma zapojení
Na následujícím obrázku je originální schéma zapojení solárního regulátoru s vysokou účinností.


Obr. 2: Schéma zapojení

Obvod využívá hned několik netradičně zapojených tranzistorů, které zde pomáhají minimalizovat ztráty a dosáhnout vysoké účinnosti.

Nabíjení:
V uvedeném obvodu neexistuje žádná dioda, která by byla zařazena mezi solárním panelem a zátěží. Tuto funkci zde zajišťuje opačně zapojený tranzistor MOSFET Q2 a elektronika v jeho okolí, díky které teče proud vždy jen směrem do akumulátoru. Obvod přitom pracuje tak, že pokud je detekováno vyšší napětí na straně vstupu Q2, sepne se tranzistor Q3, který nabije C4 a pomocí komparátorů U2c a U3b dojde k sepnutí tranzistoru MOSFET Q2. Nyní úbytek napětí na tranzistoru odpovídá hodnotě I * R, je tedy mnohem menší, než v případě diody.

Pomocí VR1 se nastavuje maximální napětí akumulátoru tak, aby výstup komparátoru U2d byl na vysoké úrovni pouze ve chvíli, kdy napětí překročí 13,8V. Nad touto hodnotou projde napětí přes diodu D5 a způsobí překlopení komparátoru U3b a odpojení solárního panelu od systému. To je nutné, protože Q1 by jinak zkratoval nejen solární panel, ale také akumulátor, který obvykle obsahuje dostatečné množství energie na jeho zničení. Indukčnost L1zabraňuje rychlému nárůstu proudu vlivem společného ovládání Q1 a Q2. Je však otázkou, zda je Q1 v obvodu nutný. Především v případě velkých solárních panelům způsobí tok velkého proudu.

Detekce vybití baterie:
Obvody kolem tranzistory Q4 a U3u zajišťuje ochranu akumulátoru před úplným vybitím. Aby bylo možné minimalizovat celkové ztráty v obvodu, je Q4 opět zapojen opačně a vnitřní dioda tranzistoru zajišťuje, že proud směrem do akumulátoru může téct vždy.

Pokud je aktuální napětí nad hodnotou nastavenou trimrem VR2, je MOSFET sepnutý. V tomto stavu umožňuje jak nabíjení akumulátoru (ST3) s minimálním úbytkem napětí, tak i tok proudu směrem z akumulátoru do systému (ST2) ve chvíli, kdy solární panely neposkytují dostatečné množství energie. Pojistka chrání obvod před poškozením v případě zkratu na straně zátěže.

Konstrukce
Na následujícím obrázku je příklad motivu a rozmístění součástek na DPS.


Obr. 3: Rozmístění součástek


Obr. 4: Plošný spoj - Top


Obr. 5: Plošný spoj - Bottom

Deska s plošnými spoji je oboustranná, osazená výhradně klasickými (vývodovými) součástkami. Všechny součástky, uvedené v následujícím přehled, se osazují z jediné strany.

Seznam součástek
R6             4K7
R10,R2         56K
R5,R18,R8,R13,R15,R14  100K
R16,R1,R9,R11,R19 10K
R3             1K
R7             1M
R17,R20        2K2
R4,R12         2M2
VR1,VR2        10K
C1,C3          1000uF/25V
C7,C6,C5,C4,C2 100nF
C9             100uF/35V
C8,C12,C10     10uF/25V
C11            1nF
D7,D3,D8,D5,D10,D6 1N4148
D4,D2          1N5819
D1             1.5KE16
D9             LED green
D11            LED red
Q3             BC327
Q1,Q2,Q4       IRFZ44 (TO220)
L1             25z 1mm na T68-52A
F1             5A 20mm
J1             jumper
U1             LM336-2.5
U2             LM324
U3             LM358
ST1,ST2,ST3    Svorkovnice 2 piny

Závěr
Uvedená konstrukce solárního regulátory využívá netradičně zapojené tranzistory MOSFET a ve srovnání s jednoduchými obvody s Schottkyho diodou poskytuje mnohem vyšší účinnost. Na webových stránkách autora jsou k dispozici další informace, včetně motivu DPS pro výrobu. Rovněž je zde možné nechat si poštou zaslat jak samostatnou desku s plošnými spoji, tak i kompletní sadu součástek.

Odkazy & Download:
Domovská stránka autora
Solar Charger 200ds230 rev2







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (20):

Zobrazit starší 30 dnů (20)...

host
20. Dne 27. 01. 2015 v 19:36 zaslal host
Bez titulku
Pri jaké solární panely to je ? Křemíkové ? Nebo InGaAs ?


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
MRF24J40MA
MRF24J40MA je certifikovaný 2,4 GHz IEEE 802.15.4 bezdrátový modul transceiveru.
od 345 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007