Зарядное устройство от солнечных панелей, некоторые радиолюбители используют на выездах аккумуляторы для питания аппаратуры. Предлагаемая схема зарядного устройства позволяет заряжать аккумуляторы от солнечных панелей, но и можно применить обычный трансформатор с выпрямителем.
На что способно зарядное устройство:
- Небольшой потребляемый ток в режиме ожидания ночью
- Допустимая нагрузка по току до 4А
- Небольшие размеры платы.
На рисунке представлена принципиальная схема зарядное устройство от солнечных панелей.
Что мы видим на схеме, напряжение от солнечной панели контролируется силовым полевым МОП-транзистором. Однако вместо использования обычного N-канального MOSFET используется P-канальный MOSFET IRF4905. Этот полевой транзистор с P-каналом имеет номинальный ток 74 А с RDSon 0,02 Ом. Диод D4 — 80SQ045 — предотвращает попадание напряжения батареи в солнечную панель в ночное время. Этот диод также обеспечивает защиту аккумулятора от обратной полярности в случае обратного подключения солнечной панели. Это защищает МОП-транзистор с каналом P. Стабилитрон D2, 1N4747, защищает вход от повреждений из-за скачков напряжения на солнечных панелях. Резистор R12 подтягивает затвор, обеспечивая отключение силового полевого МОП-транзистора.
Зарядное устройство от солнечных панелей не потребляет ток от батареи. Солнечная панель обеспечивает всю необходимую мощность, что означает зарядное устройство переходит в дежурный режим ночью. Как только солнечная панель вырабатывает достаточно тока и напряжения для начала зарядки аккумулятора, зарядка будет продолжена. Чтобы уменьшить величину тока в режиме ожидания, диод D3 пропускает ток от солнечной панели к регулятору напряжения. U3, стабилизатор LM78L08, подает постоянное напряжение +8В на контроллер. Пока есть энергия, вырабатываемая солнечной панелью, зарядное устройство заряжает аккумулятор. Ну и как все могут предположить на закате зарядное устройство переходит в режим ожидания. Потребляемый ток менее 1 мА.
Напряжение с клемм батареи делится резисторами R1, R2 и R3 до определенного уровня. Резистор R3, подстроечный 20 ком, устанавливает уровень заряда. Фильтр, состоящий из R5 и C1, помогает защитить вход операционного усилителя от возможных помех, наводимыми на проводах подключения к солнечной панели. Диодный вход D1 защищает вход операционного усилителя. В Зарядное устройство от солнечных панелей используется операционный усилитель LM358. Одна секция (U1B) буферизует разделенное напряжение батареи перед подачей его на компаратор напряжения U1A. Здесь напряжение считывания с батареи и сравнивается с опорным напряжением, подаваемым U4. Чтобы предотвратить изменения уровней U1A, используется резистор 10 МОм для устранения любого гистерезиса.
Пока напряжение заряжаемой батареи ниже контрольной точки, выход U1A будет высоким. Это открывает транзисторы Q1 и Q2. Q2, когда открыт зажигает светодиод DS1, светодиод ЗАРЯДКА. Когда аккумулятор начинает заряжаться, напряжение на его клеммах увеличивается. Аккумулятор достигает заданного уровня заряда, выходной сигнал операционного усилителя U1A переходит в низкий логический уровень. Теперь, когда Q1 и Q2 закрываются, полевой МОП-транзистор P-канала отключается, прекращая подачу тока в батарею. При закрытом транзисторе Q2 светодиод ЗАРЯДКА гаснет. Поскольку убран гистерезис в U1A, как только ток прекращается, на выходе U1A снова появляется высокий логический уровень. Почему? Потому что напряжение на клеммах батареи будет падать, когда прекращена зарядка. Если оставить это так, будут колебания при заданном уровне заряда.
Чтобы этого не произошло, выход U1A контролируется U2, микросхемой таймера LM555. Как только на выходе U1A появляется низкий логический уровень, это приводит в работу U2. На выходе U2 уровень становится высоким, полностью открывая транзистор Q3. Поскольку Q1 и Q2 теперь лишены базового тока, они остаются закрытыми. При значениях, показанных на схеме для R15 и C2, зарядный ток прекращается примерно на четыре секунды после достижения полного заряда. После четырехсекундной задержки транзисторы Q1 и Q2 могут управляться от U1A. При этом загорается светодиод зарядки, и транзистор Q4 снова включается в работу.
Как только аккумулятор достигает уровня заряда, процесс повторяется. Когда батарея полностью заряжается, время включения сокращается, а время выключения всегда остается неизменным — четыре секунды. Фактически, на батарею будет отправлен импульс тока, который со временем укорачивается. Это можно просто называть алгоритмом зарядки «Импульсно-временной модуляцией».
Дополнительным преимуществом импульсной временной модуляции является то, что зарядное устройство не сойдет с ума, если вы подсоедините мощную солнечную панель на менее емкую батарею. Режим зарядки всегда будет поддерживать время выключения на уровне четырех секунд, позволяя аккумулятору отдохнуть, прежде чем он подвергнется воздействию более высокого тока, чем обычно для его емкости.