AVT5598 – Cargador solar de 12V
Los módulos fotovoltaicos son cada vez más baratos y, por lo tanto, cada vez más populares. Se pueden utilizar con éxito para cargar baterías, por ejemplo, en una casa de campo o en una estación meteorológica electrónica. El dispositivo descrito es un controlador de carga adaptado para trabajar con un voltaje de entrada que varía en un rango muy amplio. Puede ser útil en el sitio, en un camping o camping.
1. Diagrama esquemático del cargador solar
El sistema se utiliza para cargar una batería de plomo-ácido (por ejemplo, gel) en modo de búfer, es decir, después de alcanzar el voltaje establecido, la corriente de carga comienza a caer. Como resultado, la batería siempre está en modo de espera. La tensión de alimentación del cargador puede variar entre 4 ... 25 V.
La capacidad de usar tanto la luz solar fuerte como la débil aumenta significativamente el tiempo de carga por día. La corriente de carga depende en gran medida del voltaje de entrada, pero esta solución tiene ventajas sobre la simple limitación del exceso de voltaje del módulo solar.
El circuito del cargador se muestra en la fig. 1. La fuente de alimentación de CC es un convertidor de topología SEPIC basado en el económico y conocido sistema MC34063A. Funciona en el papel típico de una llave. Si el voltaje suministrado al comparador (pin 5) es demasiado bajo, el interruptor de transistor incorporado comienza a funcionar con un llenado y una frecuencia constantes. La operación se detiene si este voltaje excede el voltaje de referencia (típicamente 1,25 V).
Los convertidores de topología SEPIC, capaces tanto de aumentar como de disminuir el voltaje de salida, utilizan con mucha más frecuencia controladores que pueden cambiar el relleno de la señal de manipulación. Usar el MC34063A en esta función es una solución poco frecuente, pero, como lo demuestran las pruebas de prototipo, es suficiente para esta aplicación. Otro criterio fue el precio, que en el caso del MC34063A es significativamente inferior al de los controladores PWM.
Se utilizan dos condensadores C1 y C2 conectados en paralelo para reducir la resistencia interna de una fuente de alimentación como un módulo fotovoltaico. La conexión en paralelo reduce los parámetros parásitos resultantes, como la resistencia y la inductancia. La resistencia R1 se usa para limitar la corriente de este proceso a alrededor de 0,44 A. Una corriente más alta puede hacer que el circuito integrado se sobrecaliente. El condensador C3 establece la frecuencia de funcionamiento en unos 80 kHz.
Los inductores L1 y L2 y la capacitancia resultante de los capacitores C4-C6 se seleccionan de modo que el convertidor pueda operar en un rango de voltaje muy amplio. Se suponía que la conexión en paralelo de condensadores reduciría la ESR y la ESL resultantes.
El diodo LED1 se utiliza para probar la funcionalidad del controlador. Si es así, entonces el componente variable del voltaje se deposita en la bobina L2, lo que se puede observar por el resplandor de este diodo. Se enciende presionando el botón S1 para que no brille sin sentido todo el tiempo. La resistencia R3 limita su corriente a aproximadamente 2 mA, y D1 protege el diodo LED de la ruptura causada por un voltaje de apagado excesivo. Se agrega la resistencia R4 para una mejor estabilidad del convertidor con bajo consumo de corriente y bajo voltaje. Absorbe parte de la energía que la bobina L2 le da a la carga. Afecta la eficiencia, pero es pequeño: el valor efectivo de la corriente que fluye a través de él es de solo unos pocos miliamperios.
Los capacitores C8 y C9 suavizan la corriente ondulada suministrada a través del diodo D2. El divisor resistivo R5-R7 establece el voltaje de salida en aproximadamente 13,5 V, que es el voltaje correcto en los terminales de la batería de gel de 12 V durante el funcionamiento del búfer. Este voltaje debería variar ligeramente con la temperatura, pero este hecho se ha omitido para simplificar el sistema. Este divisor de resistencia carga la batería conectada todo el tiempo, por lo que debe tener la mayor resistencia posible.
El capacitor C7 reduce la ondulación de voltaje que ve el comparador y ralentiza la respuesta del circuito de retroalimentación. Sin él, cuando se desconecta la batería, el voltaje de salida puede exceder el valor seguro para los condensadores electrolíticos, es decir, escapar. La adición de este capacitor hace que el sistema deje de cambiar la llave de vez en cuando.
El cargador está montado en una placa de circuito impreso de un solo lado con dimensiones de 89 × 27 mm, cuyo diagrama de ensamblaje se muestra en la Fig. figura 2. Todos los elementos están en carcasas de orificio pasante, lo que es de gran ayuda incluso para personas que no tienen mucha experiencia con un soldador. Sugiero no usar un zócalo IC porque aumentará la resistencia de las conexiones al transistor del interruptor.
2. Diagrama de instalación del cargador solar
Un dispositivo correctamente ensamblado está inmediatamente listo para funcionar y no requiere ninguna puesta en marcha. Como parte del control, puede aplicar un voltaje constante a su entrada y ajustarlo en un rango dado de 4 ... 20 V, observando las lecturas de un voltímetro conectado a la salida. Debe cambiar el diente de sierra en el rango de aproximadamente 18 ... 13,5 V. El primer valor está relacionado con la carga de los capacitores y no es crítico, pero a 13,5 V el convertidor debería funcionar nuevamente.
La corriente de carga depende del valor actual del voltaje de entrada, ya que la corriente de entrada está limitada a aproximadamente 0,44 A. Las mediciones han demostrado que la corriente de carga de la batería varía de aproximadamente 50 mA (4 V) a aproximadamente 0,6 AA a un voltaje de 20 V. Puede reducir este valor aumentando la resistencia R1, lo que en ocasiones es recomendable para baterías de pequeña capacidad (2 Ah).
El cargador está adaptado para trabajar con un módulo fotovoltaico con una tensión nominal de 12 V. En sus salidas pueden presentarse tensiones de hasta 20...22 V con bajo consumo de corriente, por lo que se instalan condensadores adaptados a la tensión de 25 V. a la entrada del convertidor Las pérdidas son tan altas que la batería apenas se carga.
Para aprovechar al máximo el cargador, conecte un módulo con una potencia de 10 W o más. Con menos energía, la batería también se cargará, pero más lentamente.
Lista de componentes:
Resistencias:
R1: 0,68 ohmios / 1 W.
R2: 180 ohmios / 0,25 W.
R3: 6,8 kΩ / 0,25 W
R4: 2,2 kΩ / 0,25 W
R5: 68 kΩ / 0,25 W
R6: 30 kΩ / 0,25 W
R7: 10 kΩ / 0,25 W
Condensadores:
C1, C2, C8, C9: 220 µF/25 V
C3: 330 pF (cerámica)
C4…C6: 2,2 µF/50 V (MKT R = 5 mm)
C7: 1µF/50V (monolito.)
Semiconductores:
D1: 1H4148
D2: 1H5819
LED1: LED de 5 mm, por ejemplo, verde
EE.UU.1:MC34063A(DIP8)
otro:
J1, J2: Conector ARK2/5mm
L1, L2: Estrangulador 220uH (Vertical)
S1: microinterruptor 6×6/13mm
