100 Ah 배터리 용 태양 광 충전 컨트롤러

이 포괄적 인 태양 광 충전 컨트롤러는 최대 효율로 큰 12V 100Ah 배터리를 효과적으로 충전하도록 설계되었습니다. 태양열 충전기는 배터리 과충전, 부하 단락 또는 과전류 조건 측면에서 사실상 완벽합니다.

이 100 Ah 태양열 레귤레이터 회로의 핵심 요소는 분명히 태양 전지판과 (12V) 배터리입니다. 여기에서 배터리는 에너지 저장 장치로 작동합니다.

저전압 DC 램프 및 이와 같은 물건은 배터리에서 직접 구동 할 수 있습니다. 파워 인버터 직접 배터리 전압을 240V AC로 변환하도록 작동 할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 이러한 모든 응용 프로그램은 일반적으로이 콘텐츠의 주제가 아닙니다. 태양 전지판에 배터리 연결 . 충전을 위해 태양 전지판을 배터리에 직접 연결하는 것은 너무 유혹적으로 보일 수 있지만 결코 권장하지 않습니다. 적절한 충전 컨트롤러 태양 전지판에서 배터리를 충전하는 데 중요합니다.

충전 컨트롤러의 가장 중요한 점은 태양 광 패널이 필요한 배터리 수준을 초과하는 전류를 더 많이 공급할 때 태양 광이 가장 많이 들어오는 동안 충전 전류를 줄이는 것입니다.

고전류로 충전하면 배터리에 치명적인 손상을 줄 수 있고 배터리의 예상 수명이 확실히 줄어들 수 있기 때문에 이것은 중요합니다.

충전 컨트롤러가 없으면 위험 배터리 과충전 태양 전지판의 전류 출력은 태양으로부터의 조사 수준 또는 입사 태양 광의 양에 의해 직접 결정되기 때문에 일반적으로 임박합니다.

기본적으로 충전 전류를 제어하는 ​​몇 가지 방법을 찾을 수 있습니다. 시리즈 레귤레이터 또는 병렬 레귤레이터.

직렬 레귤레이터 시스템은 일반적으로 태양 전지판과 배터리 사이에 직렬로 도입되는 트랜지스터의 형태입니다.

병렬 레귤레이터는 '분로'조절기 태양 전지판 및 배터리와 병렬로 부착됩니다. 그만큼 100Ah 레귤레이터 이 게시물에서 설명하는 것은 실제로 병렬 형 태양열 조절기 컨트롤러입니다.

의 주요 기능 션트 레귤레이터 배터리가 완전히 충전 될 때까지 많은 양의 전류가 필요하지 않습니다. 실제로는 자체 전류 소비가 너무 적어 무시할 수 있습니다.

일단 배터리가 완전히 충전되었습니다 그러나 초과 전력은 열로 소산됩니다. 특히 더 큰 태양 전지판에서 고온은 상대적으로 거대한 조절기 구조를 필요로합니다.

실제 목적과 함께 괜찮은 충전 컨트롤러 또한 배터리의 과방 전으로부터 보호하는 것과 함께 여러 가지 방법으로 안전을 제공합니다. 전자 퓨즈 및 배터리 또는 태양 광 패널의 극성 반전에 대한 신뢰할 수있는 안전.

전체 회로가 잘못된 극성 보호 다이오드 D1을 통해 배터리에 의해 구동되기 때문에 태양 광 충전 조정기는 태양 전지판이 전류를 공급하지 않는 경우에도 계속 정상적으로 작동합니다.

이 회로는 제너 다이오드 D5를 사용하여 생성되는 2.5V의 매우 정확한 기준 전압과 함께 조정되지 않은 배터리 전압 (접합 D2 -R4)을 사용합니다.

충전 조정기는 2mA 미만의 전류로 완벽하게 작동하기 때문에 야간 또는 하늘이 흐릴 때 배터리가 거의로드되지 않습니다.

회로의 최소 전류 소비는 스위칭이 전압에 따라 달라지는 전력 MOSFET 유형 BUZ11, T2 및 T3을 사용하여 달성되며,이를 통해 구동 전력이 거의 제로인 상태에서 작동 할 수 있습니다.

100 Ah 배터리에 대해 제안 된 태양 광 충전 제어 배터리 모니터링 전압 및 트랜지스터 T1의 전도 레벨을 조절합니다.

배터리 전압이 클수록 T1을 통과하는 전류가 높아집니다. 결과적으로 R19 주변의 전압 강하는 더 높아집니다.

R19 양단의이 전압은 MOSFET T2의 게이트 스위칭 전압이되어 MOSFET이 더 세게 스위칭하고 드레인-소스 저항을 떨어 뜨립니다.

이로 인해 태양 전지판이 더 많이로드되어 R13 및 T2를 통해 과잉 전류를 분산시킵니다.

쇼트 키 다이오드 D7은 태양 전지판의 + 및-단자가 우발적으로 반전되지 않도록 배터리를 보호합니다.

이 다이오드는 패널 전압이 배터리 전압 아래로 떨어지는 경우 배터리에서 태양 전지판으로의 전류 흐름을 추가로 차단합니다.

레귤레이터의 작동 원리

100 Ah 태양열 충전기 레귤레이터의 회로도는 위 그림에서 볼 수 있습니다.

회로의 주요 요소는 두 개의 '무거운'MOSFET과 4 중 연산 증폭기 IC입니다.

이 IC의 기능은 IC1a 주변에 구축 된 전압 조정기, IC1d 주변에 구성된 배터리 과방 전 컨트롤러 및 전자 제품의 3 개 섹션으로 나눌 수 있습니다. 단락 보호 IC1c 주변에 연결되었습니다.

IC1은 주 제어 구성 요소처럼 작동하는 반면 T2는 적응 형 전력 저항기 역할을합니다. R13과 함께 T2는 태양 전지판 출력에서 ​​능동 부하처럼 작동합니다. 레귤레이터의 기능은 다소 간단합니다.

배터리 전압의 가변 부분은 전압 분배기 R4-P1-R3을 통해 제어 연산 증폭기 IC1a의 비 반전 입력에 적용됩니다. 앞에서 설명한 것처럼 2.5V 기준 전압이 연산 증폭기의 반전 입력에 적용됩니다.

태양열 조절의 작업 절차는 매우 선형 적입니다. IC1a는 배터리 전압을 확인하고 완전 충전에 도달하자마자 T1, T2를 ON으로 전환하여 R13을 통해 태양 광 전압을 분류합니다.

이것은 배터리가 태양 전지판에 의해 과부하되거나 과충전되지 않도록 보장합니다. 부품 IC1b 및 D3은 '배터리 충전'상태를 나타내는 데 사용됩니다.

배터리 전압이 13.1V에 도달하고 배터리 충전 프로세스가 시작되면 LED가 켜집니다.

보호 단계의 작동 방식

opamp IC1d는 비교기처럼 설정되어 배터리 부족 전압 레벨, 깊은 방전 및 MOSFET T3에 대한 보호를 보장합니다.

배터리 전압은 저항 분배기 R8 / R10에 의해 가장 먼저 공칭 값의 약 1/4까지 비례 적으로 감소한 후 D5를 통해 얻은 23V의 기준 전압과 비교됩니다. 비교는 IC1c에 의해 수행됩니다.

전위 분배기 저항은 배터리 전압이 대략적인 값인 9V 아래로 떨어지면 IC1d의 출력이 낮아지는 방식으로 선택됩니다.

MOSFET T3는 이후 배터리와 부하에서 접지 링크를 차단하고 차단합니다. R11 피드백 저항에 의해 생성 된 히스테리시스로 인해 비교기는 배터리 전압이 다시 12V에 도달 할 때까지 상태를 변경하지 않습니다.

전해 커패시터 C2는 예를 들어 대량 부하의 스위치 온으로 인한 순간적인 전압 강하에 의해 심방 전 보호가 활성화되는 것을 방지합니다.

회로에 포함 된 단락 보호 기능은 전자 퓨즈와 같은 기능을합니다. 실수로 단락이 발생하면 배터리에서 부하를 차단합니다.

이는 MOSFET T13의 중요한 트윈 기능을 보여주는 T3를 통해서도 구현됩니다. MOSFET은 단락 차단기로 작동 할뿐만 아니라 드레인-소스 접합부가 컴퓨팅 저항과 같은 역할을합니다.

이 저항에서 생성 된 전압 강하는 R12 / R18에 의해 축소 된 후 비교기 IC1c의 반전 입력에 적용됩니다.

여기에서도 D5에서 제공하는 정확한 전압을 기준으로 활용합니다. 단락 보호가 비활성 상태로 유지되는 한 IC1c는 계속해서 '하이'로직 출력을 제공합니다.

이 동작은 D4 전도를 차단하므로 IC1d 출력이 T3 게이트 전위만을 결정합니다. 저항 분배기 R14 / R15의 도움으로 약 4V ~ 6V의 게이트 전압 범위에 도달하여 T3의 드레인-소스 접합부에서 명확한 전압 강하를 설정할 수 있습니다.

부하 전류가 최고 레벨에 도달하면 레벨이 IC1c를 토글하기에 충분할 때까지 전압 강하가 빠르게 상승합니다. 이로 인해 출력이 로직 로우가됩니다.

이로 인해 이제 다이오드 D4가 활성화되어 T3 게이트가 접지로 단락 될 수 있습니다. 이로 인해 이제 MOSFET이 종료되고 전류 흐름이 중지됩니다. R / C 네트워크 R12 / C3는 전자 퓨즈의 반응 시간을 결정합니다.

부하 전류의 일시적인 고전류 상승으로 인한 전자 퓨즈 작동의 잘못된 활성화를 방지하기 위해 상대적으로 느린 반응 시간이 설정됩니다.

또한 LED D6은 1.6V 기준으로 사용되어 C3가이 전압 레벨 이상으로 충전되지 않도록합니다.

단락이 제거되고 부하가 배터리에서 분리되면 C3는 LED를 통해 점진적으로 방전됩니다 (최대 7 초 소요). 전자 퓨즈는 상당히 느린 응답으로 설계 되었기 때문에 부하 전류가 과도한 수준에 도달 할 수 있다는 의미는 아닙니다.

전자 퓨즈가 활성화되기 전에 T3 게이트 전압은 MOSFET에 사전 설정 P2의 설정을 통해 결정된 지점으로 출력 전류를 제한하도록 프롬프트합니다.

타거나 튀지 않도록하기 위해 회로에는 배터리와 직렬로 연결된 표준 퓨즈 F1이 추가로 장착되어 있으며 회로의 고장 가능성이 즉각적인 재앙을 유발하지 않을 것이라는 확신을 제공합니다.

궁극의 방어막으로 D2가 회로에 포함되었습니다. 이 다이오드는 우발적 인 역방향 배터리 연결로 인한 손상으로부터 IC1a 및 IC1b 입력을 보호합니다.

태양 전지판 선택

가장 적합한 태양 전지판을 결정하는 것은 당연히 작업하려는 배터리 Ah 등급에 따라 다릅니다.

태양 광 충전 조절기는 기본적으로 15 ~ 18 볼트와 10 ~ 40 와트의 중간 출력 전압을 가진 태양 광 패널 용으로 설계되었습니다. 이러한 종류의 패널은 일반적으로 36 ~ 100Ah 등급의 배터리에 적합합니다.

그럼에도 불구하고 태양열 충전 조절기는 10A의 최적 전류 소비를 제공하도록 지정되어 있으므로 150 와트 정격의 태양 전지판을 적용 할 수 있습니다.

태양열 충전기 레귤레이터 회로도 풍차 입력 전압이 15-18V 범위에있는 경우 다른 전압 소스와 함께 사용할 수 있습니다.

대부분의 열은 활성 부하 T2 / R13을 통해 발산됩니다. 말할 필요도없이 MOSFET은 히트 싱크를 통해 효과적으로 냉각되어야하며 R13은 매우 높은 온도를 견딜 수 있도록 적절하게 평가되어야합니다.

R13 와트는 태양 광 패널의 정격에 따라야합니다. 무부하 출력 전압 21V와 단락 전류 10A로 태양 전지판을 연결하는 (극단적 인) 시나리오에서 T2 및 R13은 전압에 해당하는 전력을 소비하기 시작합니다. 배터리와 태양 전지판의 차이 (약 7V)에 단락 전류 (10A)를 곱하거나 간단히 70 와트!

배터리가 완전히 충전되면 실제로 발생할 수 있습니다. MOSFET이 매우 낮은 저항을 제공하기 때문에 대부분의 전력은 R13을 통해 방출됩니다. MOSFET 저항 R13의 값은 다음 옴의 법칙을 통해 빠르게 결정될 수 있습니다.

R13 = P x I^두= 70 x 10^두= 0.7 옴

그러나 이러한 종류의 극단적 인 태양 광 패널 출력은 이례적으로 보일 수 있습니다. 태양 광 충전 레귤레이터의 프로토 타입에는 1Ω / 10W의 4 개의 병렬 부착 저항으로 구성된 0.25Ω / 40W의 저항이 적용되었습니다. T3에 필요한 냉각도 같은 방식으로 계산됩니다.

가장 높은 출력 전류가 10A (드레인-소스 접합부에서 약 2.5V의 전압 강하와 비교)라고 가정하면 약 27W의 최대 손실을 평가해야합니다.

과도한 배경 온도 (예 : 50 ° C)에서도 T3의 적절한 냉각을 보장하려면 방열판이 3.5K / W 이하의 열 저항을 사용해야합니다.

부품 T2, T3 및 D7은 PCB의 특정 측면에 배치되어 단일 공통 방열판 (절연 구성 요소 포함)에 쉽게 부착 할 수 있도록합니다.

따라서이 세 가지 반도체의 손실이 포함되어야하며,이 경우 1.5K / W 이상의 열 사양을 가진 히트 싱크가 필요합니다. 부품 목록에 설명 된 유형은이 전제 조건을 준수합니다.

설정 방법

고맙게도 100 Ah 배터리 태양열 조절기 회로는 설정하기가 매우 쉽습니다. 그럼에도 불구하고이 작업은 몇 가지를 요구합니다. (규제) 전원 공급 장치 .

그중 하나는 14.1V의 출력 전압으로 조정되고 PCB의 배터리 리드 ( 'accu'로 지정됨)에 연결됩니다. 두 번째 전원 공급 장치에는 전류 제한 기가 있어야합니다.

이 전원은 태양 전지판의 개방 회로 전압 (예 : 앞서 언급 한 조건에서와 같이 21V)에 맞게 조정되고 a로 지정된 스페이드 단자에 연결됩니다. '세포'.

P1을 적절하게 조정하면 전압이 14.1V로 감소해야합니다. 전류 제한 기와 D7이 절대로 어떤 것도 나빠질 수 없다는 것을 보장하므로 이것에 대해 걱정하지 마십시오!

P2를 효과적으로 조정하려면 출력에서 ​​발생할 수있는 가장 무거운 부하보다 약간 높은 부하로 작업해야합니다. 이 설계에서 최대 값을 추출하려면 10A의 부하 전류를 선택하십시오.

예를 들어 병렬로 10Ω / 10W의 저항 10 개로 구성된 1Ω x120W의 부하 저항을 사용하여이를 수행 할 수 있습니다. Preset P2는 처음에 'Maximum (R14쪽으로 와이퍼)으로 회전됩니다.

그 후 부하는 PCB의 '부하'로 지정된 리드에 연결됩니다. T3가 그냥 꺼지고 부하를 차단하는 수준에 도달 할 때까지 천천히 조심스럽게 P2를 미세 조정하십시오. 부하 저항을 제거한 후 '부하'리드를 일시적으로 단락시켜 전자 퓨즈가 올바르게 작동하는지 테스트 할 수 있습니다.

PCB 레이아웃

부품 목록

저항기 :
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = 텍스트 참조
R17 = 10k
P1 = 5k 사전 설정
P2 = 50k 사전 설정
커패시터 :
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V 방사형
C3 = 10uF / 16V
반도체 :
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED 빨간색
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
여러 가지 잡다한:
F1 = PCB 마운트 홀더가있는 퓨즈 10A (T)
나사 장착 용 스페이드 단자 8 개
히트 싱크 1.251VW