Пристрій являє собою простий підвищує перетворювач і обмежувач напруги, який заряджає акумулятори напругою 12В від сонячної панелі напругою 6В. Пристрій також має функцію MPPT (Відстеження точки максимальної потужності). Коли ми думаємо про MPPT, то зазвичай згадуємо про мікроконтролери і складні обчислювальні алгоритми потужності. Однак такі алгоритми насправді не потрібні.
У статті представлені два схематичних рішення. Перша схема просто ілюструє підвищує імпульсний перетворювач, в той час як друга демонструє саморобну робочу схему пристрою. Вона рекомендується для більш просунутих експериментаторів, які мають в своєму розпорядженні осцилограф. Схема може також становити інтерес для студентів і тих, хто просто хоче розширити свої знання в електроніці.
Схеми топології підвищуючого перетворювача і схема саморобного сонячного перетворювача
На схемі топології підвищуючого перетворювача котушка L1 заряджається, коли транзистор Q1 відкритий. Коли транзистор Q1 закритий, котушка L1 розряджається на батарею через стабілітрон D1. Виконання даної операції протягом декількох тисяч раз в секунду в результаті призведе до суттєвого вихідному струму. Цей процес також називається індуктивним розрядом. Для його функціонування необхідно, щоб вхідна напруга було нижче вихідного. Також при наявності сонячної панелі необхідно використовувати елемент зберігання енергії - конденсатор (C1), який дозволить сонячної панелі безперервно видавати на вихід ток між циклами.
Опис принципової схеми підвищуючого перетворювача
Схема складається з трьох основних блоків, включаючи генератор стробирующих імпульсів на базі 555 МОП-інтегральної схеми, 555 ШІМ модулятор і операційний підсилювач з обмежувачем напруги. 555 серія з каскадним виходом може забезпечити струм близько 200мА і дозволяє створити відмінний малопотужний генератор імпульсів. 555 ШІМ модулятор є класичною генераторної схемою на базі 555 серії. Для регулювання часу розряду конденсатора C3 (час заряду котушки), на висновок 5 подається напруга величиною 5В.
Операційний підсилювач U1A обчислює сигнал напруги батареї, коли розділене встановлене значення напруги порівнюється з еталонним напругою величиною 5В. Коли напруга перевищує встановлене значення, вихід перемикається в негативному напрямку, знижуючи, таким чином, частоту імпульсів ШІМ генератора і обмежуючи будь-який наступний заряд. Це ефективно запобігає перезаряд.
Харчування схеми від сонячної панелі
Для запобігання непотрібного розряду батареї, коли сонце не світить, все ланцюга живляться через сонячну панель, за винятком подільника напруги зі зворотним зв'язком, який споживає близько 280мкА.
Оскільки схема повинна працювати при низьких рівнях напруги (дана схема працює від вхідної напруги не нижче 4В), необхідно встановити MOSFET логічного рівня. Він буде відкриватися при напрузі 4.5В. Для цієї мети я використовував потужний МОП-транзистор MTP3055.
Фіксація напруги за допомогою стабілітронаD2
У цій схемі НЕ МОЖНА від'єднувати батарею, в іншому випадку MOSFET-транзистор згорить. Тому для його захисту я встановив стабілітрон D2 напругою 24В. Без цього стабілітрона у мене самого згоріло багато МОП-транзисторів.
Коли напруга / струм сонячної панелі збільшується, ШІМ генератор підвищує частоту імпульсів, що в свою чергу призводить до збільшення вихідного струму. У той же час, додаткову напругу додається до котушки, збільшуючи, таким чином, її зарядний струм. В результаті підвищує перетворювач дійсно «докладає великі зусилля» при підвищенні напруги або «слабшає», коли напруга знижується. Для максимальної передачі енергії при яскравому сонячному світлі виконується регулювання потенціометра R8 так, щоб зарядний струм батареї був максимальним - це і буде точка максимальної потужності. Якщо схема працює правильно, то буде спостерігатися дуже плоский пік при обертанні R2. Діод D3 виконує автоматичну MPPT регулювання більш точно за допомогою вирахування фіксованої напруги з різниці напруги між батареєю і середнім напругою через конденсатор C3. В умовах низького освітлення ви виявите, що резистор R3 не є оптимальним, однак він не буде повністю виключений з ланцюжка. Зауважте, що інтелектуальні MPPT контролери також можуть краще працювати при повному діапазоні, проте це поліпшення вкрай малоефективно.
Схема налаштована на напругу 9В, сонячна панель на потужність 3Вт. Підвищують перетворювачі досить вибагливі і не будуть працювати в широкому діапазоні умов - якщо ваша система використовує інші межі номінальної потужності для сонячної панелі, тоді чекайте проблеми. Єдині компоненти, які вимагають настройки, котушка L1 і конденсатор C3. Я був здивований, що частота повторень виявилася дуже низькою (близько 2кГц). Я почав з котушки індуктивністю 100 мкг, однак схема працює краще при індуктивності 390мкГ - спочатку я хотів отримати близько 20 кГц. Для кращої роботи виконуйте заряд котушки від 5 до 10 разів по відношенню до струму сонячної панелі, потім забезпечте тривалий період часу (3X), щоб котушка могла повністю розрядитися. Це забезпечить прийнятну роботу, коли напруга в мережі буде близько до напруги батареї. Зауважте, що низькоомні котушки забезпечують найкращу ефективність. Найбільша втрата дійсно відбувається в діоді Шотки, і найменша втрата це те, для чого ці діоди призначені.
Робота при високій частоті зазвичай краща. Це дозволить мінімізувати розмір котушки. Однак для експерименту, використовуйте котушку, яка буде працювати найкраще.
Пропоновані компоненти вказані на схемі. Природно, зарядний пристрій можна пристосувати відповідно до своїх вимог.
