Dispozitivul este un simplu convertizor de step-up și un limitator de tensiune care încarcă baterii de 12V de la un panou solar cu o tensiune de 6V. De asemenea, dispozitivul are funcția MPPT (Urmărirea punctului maxim de alimentare). Când ne gândim la MPPT, ne amintim, de obicei, despre microcontrolere și algoritmi de putere computațională complexă. Cu toate acestea, astfel de algoritmi nu sunt cu adevărat necesare.
Lucrarea prezintă două soluții schematice. Prima schemă ilustrează pur și simplu convertorul de impuls intensificat, în timp ce cel de-al doilea demonstrează circuitul de funcționare al dispozitivului. Este recomandat experimentatorilor mai avansați care au la dispoziție un osciloscop. Schema poate fi, de asemenea, de interes pentru studenți și pentru cei care doresc să-și extindă cunoștințele în domeniul electronicii.
Scheme de topologie ale convertorului up-convertor și circuitului convertorului solar construit în mod automat
În diagrama topologie a convertorului în sus, bobina L1 este încărcată atunci când tranzistorul Q1 este deschis. Atunci când tranzistorul Q1 este închis, bobina L1 este descărcată pe baterie printr-o diodă Zener D1. Efectuarea acestei operații de câteva mii de ori pe secundă va avea ca rezultat un curent de ieșire semnificativ. Acest proces este denumit și o descărcare inductivă. Pentru funcționarea acestuia este necesar ca tensiunea de intrare să fie mai mică decât tensiunea de ieșire. De asemenea, dacă există un panou solar, este necesar să se utilizeze un element de stocare a energiei - un condensator (C1), care va permite panoului solar să emită continuu curentul între cicluri.
Descrierea schemei schematice a convertorului de turație
Circuitul constă din trei blocuri principale, incluzând un generator de impulsuri pe bază de circuit integrat 555 MOS, modulator 558 PWM și un amplificator operațional cu un limitator de tensiune. Seria 555 cu ieșire în cascadă poate furniza un curent de circa 200 mA și vă permite să creați un generator excelent de impulsuri cu putere redusă. 555 Modulatorul PWM este un circuit clasic de generare bazat pe seria 555. Pentru a regla timpul de descărcare a condensatorului C3 (timpul de încărcare al bobinei), la borna 5 se aplică o tensiune de 5V.
Amplificatorul operațional U1A calculează un semnal de tensiune a bateriei atunci când valoarea tensiunii setate divizată este comparată cu o tensiune de referință de 5V. Când tensiunea depășește valoarea setată, ieșirea comută în direcția negativă, reducând astfel frecvența pulsului PWM a generatorului și limitând orice încărcare ulterioară. Acest lucru împiedică în mod eficient supraîncărcarea.
Circuitul de putere de la panoul solar
Pentru a preveni descărcarea bateriilor inutile, când soarele nu strălucește, toate circuitele sunt alimentate prin panoul solar, cu excepția separatorului de tensiune cu feedback, care consumă aproximativ 280μA.
Deoarece circuitul ar trebui să funcționeze la nivele de tensiune scăzută (acest circuit funcționează de la o tensiune de intrare de cel puțin 4V), este necesar să setați MOSFET la nivelul logic. Se va deschide la o tensiune de 4.5V. În acest scop am folosit un puternic MOSFET MTP3055.
Stabilizarea tensiunii cu o diodă Zener D2
În acest circuit, NU deconectați bateria, altfel tranzistorul MOSFET se va arde. Prin urmare, pentru protecția sa, am instalat o diodă Zener D2 de tensiune 24V. Fără această diodă zener, am avut o mulțime de MOSFET-uri arse.
Când crește tensiunea / curentul panoului solar, generatorul PWM mărește frecvența pulsului, ceea ce duce la creșterea curentului de ieșire. În același timp, se aplică tensiune suplimentară la bobină, mărind astfel curentul său de încărcare. Ca rezultat, convertorul de impulsuri "face mari eforturi" atunci când tensiunea crește sau "slăbește" atunci când tensiunea scade. Pentru transferul maxim de energie în lumina puternică a soarelui, potențiometrul R8 este reglat astfel încât curentul de încărcare al bateriei să fie maxim - acesta va fi punctul maxim de alimentare. Dacă circuitul funcționează corect, un vârf foarte plat va fi observat când R2 se rotește. Dioda D3 efectuează mai precis reglarea automată a MPPT, scăzând o tensiune fixă din diferența de tensiune dintre baterie și tensiunea medie prin condensatorul C3. În condiții de lumină scăzută, veți găsi că rezistența R3 nu este optimă, dar nu va fi complet exclusă din lanț. Rețineți că controlerele inteligente MPPT pot funcționa, de asemenea, mai bine la întreaga gamă, dar această îmbunătățire este extrem de ineficientă.
Circuitul este configurat pentru tensiune de 9V, panou solar pentru putere de 3W. Convertoarele step-up sunt foarte pretențioase și nu vor funcționa într-o gamă largă de condiții - dacă sistemul dvs. utilizează alte limite ale puterii nominale pentru panoul solar, așteptați problema. Singurele componente care necesită reglare sunt bobina L1 și condensatorul C3. Am fost surprins că rata de repetare a fost foarte scăzută (aproximativ 2kHz). Am început cu o bobină de inductanță de 100μ, dar circuitul funcționează mai bine cu un inductor de 390μG - inițial am vrut să obțin aproximativ 20kHz. Pentru o performanță optimă, încărcați bobina de 5 până la 10 ori în raport cu curentul panoului solar, apoi asigurați o perioadă lungă de timp (3X), astfel încât bobina să poată fi complet descărcată. Acest lucru va asigura funcționarea acceptabilă atunci când tensiunea sursei de alimentare este aproape de tensiunea bateriei. Rețineți că bobinele cu impedanță redusă oferă cea mai bună eficiență. Cea mai mare pierdere apare efectiv în dioda Schottky, iar cea mai mică pierdere este cea pentru care sunt proiectate aceste diode.
Operarea la frecvență înaltă este de obicei preferabilă. Aceasta va minimiza dimensiunea bobinei. Cu toate acestea, pentru experiment, utilizați o bobină care va funcționa cel mai bine.
Componentele propuse sunt indicate în diagramă. Firește, încărcătorul poate fi adaptat în conformitate cu cerințele sale.
