Повышающий преобразователь солнечного батареи своими руками

МозгоЧины

#самоделки #инструкции #ремонт_техники #изобретения

МозгоЧины

#самоделки #инструкции #ремонт_техники #изобретения

Портативная солнечная батарея с преобразователем напряжения

Портативная солнечная батарея с преобразователем напряжения

Появилась идея сделать солнечную батарею. Но не для того, чтобы она на балконе стояла и электричество в доме экономила, а чтобы с помощью нее можно было заряжать батарею телефона/смартфона/фотоаппарата вдали от цивилизации, ну и в подобных случаях)

Заказал солнечные модули в интернет-магазине. Это малогабаритные YH65*45-8A/B80-M с пластиковым покрытием и готовыми выводами на тыльной стороне. К ним нужно только припаять выводные провода.

Сначала планировалось купить 6 модулей, но в магазине оказалось на тот момент только 5. Ну что же, не будем ждать, пусть тогда будет 5.

Корпус я решил сделать по принципу книги, то есть чтобы он состоял из двух соединенных пластин, на которых силиконом приклеены модули батареи (чтобы между пластинами и модулями оставалось воздушное пространство для лучшего теплообмена). В неактивном состоянии батарея складывается как книга, а жесткость корпуса при этом обезопасит модули от деформации и царапин.

Материалом для корпуса стал прозрачный пластик, две пластины которого соединяет резиновая пленка.

А вот там, где планировалось приклеить шестой модуль, я прикрепил преобразователь. Он необходим для следующего: 5 моих солнечных модулей вырабатывает ток и напряжение в зависимости от освещения (при пасмурной погоде напряжение около 2,5 В и 5 мА) и этого не достаточно, чтобы аккумулятор начал заряжаться (нужно 4,8 — 5 В). Вот теперь и спасает DC/DC преобразователь, который поднимает напряжения до нужного значения (4,96 В). Но за счет того, что подает напряжения импульсами (как понимаете, длительность импульсов зависит от того, на сколько отличается входное и выходное напряжения, то есть если солнце на столько яркое, что модули выдают все 4,96 — 5 В, то на выходе преобразователя получаем непрерывное значение 4,96 В, а если напряжение маленькое, то импульсы короткие).

Далее я припаял выводные провода модулей к входу преобразователя, а выход преобразователя к переходнику типа «тюльпан», ну и конечно же сделал соответствующий переходник для телефона.

Источник

Повышающий преобразователь солнечного батареи своими руками

Зарядка аккумуляторов от солнечной батареи

Автор: SSMix
Опубликовано 17.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Как-то для дежурной подзарядки 3-х пальчиковых NiMH аккумуляторов были недорого приобретены 3 солнечные батареи из поликристаллического кремния типа YH40*40-4A/B40-P размерами 40×40 мм каждая. В datasheet на них был указан ток Iкз = 44 мА и напряжениеUхх = 2,4 В. Также было указано, что в отличие от монокристаллического кремния, данные элементы незначительно снижают мощность при облачности или частичном затенении. Соединив последовательно три этих солнечных элемента и через диод Шоттки подав на последовательно соединённые три NiMH аккумулятора, было получено простейшее зарядное устройство. Простейшее, поскольку при такой схеме включения зарядка аккумуляторов происходила лишь при ярком солнечном свете. В пасмурную погоду и при искусственном освещении выходное напряжение солнечных элементов значительно падало, в результате чего не хватало напряжения для зарядки.

Сперва к солнечной батарее был просто добавлен импульсный повышающий преобразователь 5В на NCP1450ASN50T1G со стандартной обвязкой,

но результат оказался неудовлетворительный.

После запуска преобразователя напряжение на выходе солнечной батареи значительно просаживалось, и даже при хорошем солнечном освещении не превышало 2В. Ток зарядки аккумуляторов при этом был в несколько раз ниже, чем при непосредственном подключении к ним солнечной батареи. Подключение вывода разрешения работы 1 (CE) DA1 через делитель напряжения для увеличения порога запуска преобразователя также не дало существенного улучшения ситуации. Стало ясно, что при слабом освещении режим работы схемы должен быть совсем другим. Сперва нужно накопить заряд от солнечных элементов на дополнительном конденсаторе, а затем по достижению на нём определённого порогового напряжения «выплеснуть» этот заряд на повышающий преобразователь. При ярком освещении, когда напряжения на выходе солнечной батареи достаточно для непосредственной зарядки аккумуляторов, повышающий преобразователь должен автоматически отключаться. В итоге была разработана следующая схема, обеспечивающая автоматический переход из одного в другой режимы работы:

Работает устройство следующим образом. При первоначальном включении (освещении) все транзисторы закрыты и происходит заряд конденсатора C1, подключенного параллельно солнечной батарее. Напряжение с C1 через дроссель L1 и диод Шоттки VD3 также поступает на вход питания микросхемы повышающего преобразователя DA1 NCP1450ASN50T1G, на конденсатор C4 и на положительный вывод батареи аккумуляторов GB1. Отрицательный вывод GB1 подсоединён к общей шине схемы через диод VD4 для исключения тока разрядки аккумуляторов через схему при отсутствии внешнего освещения. По достижению на конденсаторе C1 порогового напряжения открывания VT3 (около 1,8В) последний открывает также и транзистор VT4. При этом на управляющий вход CE DA1 подаётся отпирающее напряжение (>0,9В) и запускается импульсный повышающий преобразователь (DA1, R10, C3, VT5, L1, VD3, C4), подзаряжая конденсатор C4. Одновременно с работой преобразователя начинает светиться красный светодиод HL2. Если освещения солнечной батареи недостаточно для поддержания рабочего тока нагрузки, напряжение на конденсаторе C1 будет снижаться, VT3, VT4 закроются, управляющее напряжение на выводе CE DA1 упадёт ниже 0,3 В и преобразователь выключится, а светодиод HL2 погаснет. Поскольку нагрузка для солнечной батареи отключилась, вновь запустится процесс зарядки конденсатора C1 до порогового напряжения открывания VT3. Опять запустится преобразователь и в конденсатор C4 поступит очередная порция заряда. После серии таких циклов напряжение на C4 возрастёт до напряжения открывания VD4 плюс суммарное напряжение на аккумуляторах. Через GB1, VD4 потечет ток зарядки аккумуляторов. Тока в несколько мА будет достаточно для падения напряжения на VD4, при котором начнёт открываться транзистор VT2. Диод VD4 используется при этом в качестве датчика тока. Пульсирующее напряжение с солнечной батареи и C1 подаётся на выпрямитель VD1 (BAS70), C2, R1. С резистора R1 выпрямленное напряжение подаётся на последовательно включенные З-И VT1 и К-Э VT2. Если вырабатываемой солнечной батареей энергии становится достаточно для одновременного открывания VT1 (напряжением на C2, R1) и VT2 (током зарядки аккумуляторов), то будет происходить шунтирование нижнего плеча делителя R4, что приведет к повышению порога открывания VT3, VT4 для запуска повышающего преобразователя. Таким образом, чем больше энергии вырабатывается солнечной батареей, тем больше становится порог запуска преобразователя, т.е. с накопительного конденсатора C1 снимается всё больший заряд энергии. При достаточном освещении, когда напряжения солнечной батареи под нагрузкой хватает для непосредственной зарядки трёх аккумуляторов (через L1, VD3, VD4), открытые VT1, VT2 шунтируют R4 настолько, что повышающий преобразователь находится в выключенном состоянии. При этом красный светодиод HL2 перестаёт мигать. Зелёный светодиод HL1 светится постоянно при напряжении на C1 более 2В для индикации работоспособности устройства. Процесс автоматического переключения режима работы происходит плавно, адаптируясь под внешнее освещение. При слабом освещении наблюдаются редкие мигания красного светодиода. С возрастанием освещённости частота мигания повышается, а также начинает в противофазе мигать зелёный светодиод. При дальнейшем повышении освещённости, когда в повышающем преобразователе надобность отпадает, остаётся гореть только зелёный светодиод. В ясную солнечную погоду ток зарядки аккумуляторов достигает 25 мА. Для ограничения выходного напряжения солнечной батареи на уровне 5,5 В предназначен стабилитрон VD2, поскольку по datasheet на NCP1450A максимальное входное напряжение для неё не должно превышать 6 В.

Устройство собрано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 132х24мм.

Все элементы, за исключением разъёма питания для подключения аккумуляторов, в SMD исполнении. Светодиоды HL1, HL2 – ультра яркие типоразмера 1206. Тип приобретённых светодиодов остался неизвестен, но они довольно яркие, а светиться начинают уже при микроамперных токах. Резисторы и керамические конденсаторы – типоразмера 0805 (C3 и R10 – 0603, но можно запаять и 0805 в два этажа). Конденсаторы C1, C4 – танталовые, типоразмера C. Дроссель L1 – типа CDRH6D28 на 15мкГн, 1,4А. Транзисторы применены широко распространённые, корпус SOT-23-3. Разъём питания – стандартный. Внимание! Плата разведена для наружного плюсового контакта штекера.

Настройка устройства практически не требуется. При необходимости подбором сопротивления резисторов R2, R7 можно установить требуемую яркость свечения имеющихся светодиодов. Подбором резистора R4 можно добиться наиболее оптимального режима работы преобразователя (по максимуму КПД) при пониженной яркости освещения.

Источник

Повышающий преобразователь с MPPT контролером заряда для солнечных батарей

Устройство представляет собой простой повышающий преобразователь и ограничитель напряжения, который заряжает аккумуляторы напряжением 12В от солнечной панели напряжением 6В. Устройство также имеет функцию MPPT (Отслеживание точки максимальной мощности). Когда мы думаем о MPPT, то обычно вспоминаем про микроконтроллеры и сложные вычислительные алгоритмы мощности. Однако такие алгоритмы на самом деле не нужны.

В статье представлены два схематических решения. Первая схема просто иллюстрирует повышающий импульсный преобразователь, в то время как вторая демонстрирует самодельную рабочую схему устройства. Она рекомендуется для более продвинутых экспериментаторов, которые имеют в своем распоряжении осциллограф. Схема может также представлять интерес для студентов и тех, кто просто хочет расширить свои знания в электронике.

Схемы топологии повышающего преобразователя и схема самодельного солнечного преобразователя

Теоретические сведения о повышающем преобразователе

На схеме топологии повышающего преобразователя катушка L1 заряжается, когда транзистор Q1 открыт. Когда транзистор Q1 закрыт, катушка L1 разряжается на батарею через стабилитрон D1. Выполнение данной операции в течение нескольких тысяч раз в секунду в результате приведет к существенному выходному току. Этот процесс также называется индуктивным разрядом. Для его функционирования необходимо, чтобы входное напряжение было ниже выходного. Также при наличии солнечной панели необходимо использовать элемент хранения энергии – конденсатор (C1), который позволит солнечной панели непрерывно выдавать на выход ток между циклами.

Описание принципиальной схемы повышающего преобразователя

Схема состоит из трех основных блоков, включая генератор стробирующих импульсов на базе 555 МОП-интегральной схемы, 555 ШИМ модулятор и операционный усилитель с ограничителем напряжения. 555 серия с каскадным выходом может обеспечить ток около 200мА и позволяет создать отличный маломощный генератор импульсов. 555 ШИМ модулятор является классической генераторной схемой на базе 555 серии. Для регулировки времени разряда конденсатора C3 (время заряда катушки), на вывод 5 подается напряжение величиной 5В.

Ограничение напряжения

Операционный усилитель U1A вычисляет сигнал напряжения батареи, когда разделенное установленное значение напряжения сравнивается с эталонным напряжением величиной 5В. Когда напряжение превышает установленное значение, выход переключается в отрицательном направлении, снижая, таким образом, частоту импульсов ШИМ генератора и ограничивая любой последующий заряд. Это эффективно предотвращает перезаряд.

Питание схемы от солнечной панели

Для предотвращения ненужного разряда батареи, когда солнце не светит, все цепи запитываются через солнечную панель, за исключением делителя напряжения с обратной связью, который потребляет около 280мкА.

MOSFET логического уровня

Поскольку схема должна работать при низких уровнях напряжения (данная схема работает от входного напряжения не ниже 4В), необходимо установить MOSFET логического уровня. Он будет открываться при напряжении 4.5В. Для этой цели я использовал мощный МОП-транзистор MTP3055.

Фиксация напряжения с помощью стабилитрона D2

В этой схеме НЕЛЬЗЯ ОТСОЕДИНЯТЬ батарею, в противном случае MOSFET-транзистор сгорит. Поэтому для его защиты я установил стабилитрон D2 напряжением 24В. Без этого стабилитрона у меня самого сгорело много МОП-транзисторов.

функцияMPPT

Когда напряжение / ток солнечной панели увеличивается, ШИМ генератор повышает частоту импульсов, что в свою очередь приводит к увеличению выходного тока. В то же время, дополнительное напряжение прилагается к катушке, увеличивая, таким образом, ее зарядный ток. В результате повышающий преобразователь действительно «прилагает большие усилия» при повышении напряжения или «ослабевает», когда напряжение снижается. Для максимальной передачи энергии при ярком солнечном свете выполняется регулировка потенциометра R8 так, чтобы зарядный ток батареи был максимальным – это и будет точка максимальной мощности. Если схема работает правильно, то будет наблюдаться очень плоский пик при вращении R2. Диод D3 выполняет автоматическую MPPT регулировку более точно посредством вычитания фиксированного напряжения из разницы напряжения между батареей и средним напряжением через конденсатор C3. В условиях низкого освещения вы обнаружите, что резистор R3 не является оптимальным, однако он не будет полностью исключен из цепочки. Заметьте, что интеллектуальные MPPT контроллеры также могут лучше работать при полном диапазоне, однако это улучшение крайне малоэффективно.

Номиналы компонентов

Схема настроена на напряжение 9В, солнечная панель на мощность 3Вт. Повышающие преобразователи весьма привередливы и не будут работать в широком диапазоне условий – если ваша система использует другие пределы номинальной мощности для солнечной панели, тогда ждите проблемы. Единственные компоненты, которые требуют настройки, катушка L1 и конденсатор C3. Я был удивлен, что частота повторений оказалась очень низкой (около 2кГц). Я начал с катушки индуктивностью 100мкГ, однако схема работает лучше при индуктивности 390мкГ – первоначально я хотел получить около 20кГц. Для наилучшей работы выполняйте заряд катушки от 5 до 10 раз по отношению к току солнечной панели, затем обеспечьте продолжительный период времени (3X), чтобы катушка могла полностью разрядиться. Это обеспечит приемлемую работу, когда напряжение источника питания будет близко к напряжению батареи. Заметьте, что низкоомные катушки обеспечивают наилучшую эффективность. Наибольшая потеря действительно происходит в диоде Шотки, и наименьшая потеря это то, для чего эти диоды предназначены.

Работа при высокой частоте обычно предпочтительна. Это позволит минимизировать размер катушки. Однако для эксперимента, используйте катушку, которая будет работать лучше всего.

Предлагаемые компоненты указаны на схеме. Естественно, зарядное устройство можно приспособить в соответствии со своими требованиями.

Источник