AVT5598 – Caricatore solare 12V

I moduli fotovoltaici stanno diventando più economici e quindi sempre più popolari. Possono essere utilizzati con successo per caricare le batterie, ad esempio, in una casa di campagna o in una stazione meteorologica elettronica. Il dispositivo descritto è un regolatore di carica atto a funzionare con una tensione di ingresso che varia in un intervallo molto ampio. Può essere utile sul sito, in un campeggio o in un campeggio.

1. Diagramma schematico del caricatore solare

Il sistema viene utilizzato per caricare una batteria al piombo (ad esempio gel) in modalità tampone, ad es. dopo aver raggiunto la tensione impostata, la corrente di carica inizia a diminuire. Di conseguenza, la batteria è sempre in modalità standby. La tensione di alimentazione del caricabatterie può variare tra 4 ... 25 V.

La possibilità di utilizzare sia la luce solare forte che quella debole aumenta significativamente il tempo di ricarica giornaliero. La corrente di carica dipende fortemente dalla tensione di ingresso, ma questa soluzione presenta vantaggi rispetto alla semplice limitazione della sovratensione del modulo solare.

Il circuito del caricabatteria è mostrato in fig. 1. La fonte di alimentazione CC è un convertitore di topologia SEPIC basato sul noto e economico sistema MC34063A. Funziona nel tipico ruolo di chiave. Se la tensione fornita al comparatore (pin 5) è troppo bassa, l'interruttore del transistor integrato inizia a funzionare con riempimento e frequenza costanti. Il funzionamento si interrompe se questa tensione supera la tensione di riferimento (in genere 1,25 V).

I convertitori di topologia SEPIC, in grado sia di aumentare che di abbassare la tensione di uscita, utilizzano molto più spesso controller in grado di modificare il riempimento del segnale di manipolazione. L'utilizzo dell'MC34063A in questo ruolo è una soluzione poco frequente, ma, come dimostrato dai test sui prototipi, è sufficiente per questa applicazione. Un altro criterio era il prezzo, che nel caso dell'MC34063A è significativamente inferiore a quello dei controller PWM.

Due condensatori C1 e C2 collegati in parallelo vengono utilizzati per ridurre la resistenza interna di un alimentatore come un modulo fotovoltaico. Il collegamento in parallelo riduce i parametri parassiti risultanti come resistenza e induttanza. La resistenza R1 viene utilizzata per limitare la corrente di questo processo a circa 0,44 A. Una corrente maggiore può causare il surriscaldamento del circuito integrato. Il condensatore C3 imposta la frequenza operativa a circa 80 kHz.

Gli induttori L1 e L2 e la capacità risultante dei condensatori C4-C6 sono selezionati in modo che il convertitore possa funzionare in un intervallo di tensione molto ampio. Il collegamento in parallelo dei condensatori avrebbe dovuto ridurre l'ESR e l'ESL risultanti.

Il diodo LED1 viene utilizzato per testare la funzionalità del controller. In tal caso, la componente variabile della tensione si deposita sulla bobina L2, che può essere osservata dal bagliore di questo diodo. Si accende premendo il pulsante S1 in modo che non si illumini continuamente in modo insensato. Il resistore R3 limita la sua corrente a circa 2 mA e D1 protegge il diodo LED da guasti causati da un'eccessiva tensione di spegnimento. Viene aggiunto il resistore R4 per una migliore stabilità del convertitore a basso consumo di corrente e bassa tensione. Assorbe parte dell'energia che la bobina L2 fornisce al carico. Influisce sull'efficienza, ma è piccolo: il valore effettivo della corrente che lo attraversa è di pochi milliampere.

I condensatori C8 e C9 attenuano la corrente di ripple fornita attraverso il diodo D2. Il divisore resistivo R5-R7 imposta la tensione di uscita a circa 13,5 V, che è la tensione corretta ai terminali della batteria al gel da 12 V durante il funzionamento del buffer. Questa tensione dovrebbe variare leggermente con la temperatura, ma questo fatto è stato omesso per mantenere il sistema semplice. Questo divisore di resistenza carica continuamente la batteria collegata, quindi dovrebbe avere la massima resistenza possibile.

Il condensatore C7 riduce l'ondulazione di tensione vista dal comparatore e rallenta la risposta dell'anello di retroazione. Senza di essa, quando la batteria è scollegata, la tensione di uscita può superare il valore di sicurezza per i condensatori elettrolitici, ovvero fuga. L'aggiunta di questo condensatore fa sì che il sistema smetta di cambiare la chiave di tanto in tanto.

Il caricabatterie è montato su una scheda a circuito stampato monofacciale con dimensioni di 89 × 27 mm, il cui schema di montaggio è mostrato in Fig. figura 2. Tutti gli elementi sono in alloggiamenti a foro passante, il che è di grande aiuto anche per le persone che non hanno molta esperienza con un saldatore. Suggerisco di non utilizzare una presa IC perché ciò aumenterà la resistenza delle connessioni al transistor dell'interruttore.

2. Schema di installazione del caricatore solare

Un dispositivo correttamente assemblato è subito pronto per il funzionamento e non richiede alcuna messa in servizio. Come parte del controllo, è possibile applicare una tensione costante al suo ingresso e regolarla in un determinato intervallo di 4 ... 20 V, osservando le letture di un voltmetro collegato all'uscita. Dovrebbe cambiare a dente di sega nell'intervallo di circa 18 ... 13,5 V. Il primo valore è relativo alla carica dei condensatori e non è critico, ma a 13,5 V il convertitore dovrebbe funzionare di nuovo.

La corrente di carica dipende dal valore corrente della tensione di ingresso, poiché la corrente di ingresso è limitata a circa 0,44 A. Le misurazioni hanno mostrato che la corrente di carica della batteria varia da circa 50 mA (4 V) a circa 0,6 AA con una tensione di 20 V. È possibile ridurre questo valore aumentando la resistenza R1, a volte consigliabile per batterie di piccola capacità (2 Ah).

Il caricabatterie è adatto per funzionare con un modulo fotovoltaico con una tensione nominale di 12 V. Alle sue uscite possono essere presenti tensioni fino a 20 ... 22 V con un basso consumo di corrente, pertanto sono installati condensatori adattati alla tensione di 25 V all'ingresso del convertitore Le perdite sono così elevate che la batteria si carica a malapena.

Per sfruttare appieno il caricabatterie, collegare un modulo con una potenza di 10 W o più. Con meno energia, anche la batteria si caricherà, ma più lentamente.

Elenco dei componenti:

Resistenze:

R1: 0,68 Ohm / 1 W.

R2: 180 Ohm / 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

Condensatori:

C1, C2, C8, C9: 220 μF/25 V

C3: 330 pF (ceramica)

C4…C6: 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7: 1µF/50V (monolito.)

Semiconduttori:

D1: 1H4148

D2: 1H5819

LED1: LED da 5 mm, ad esempio verde

US1:MC34063A(DIP8)

Suggerimenti:

J1, J2: connettore ARK2/5mm

L1, L2: Choke 220uH (verticale)

S1: microinterruttore 6×6/13mm