Сонячні ДБЖ

DSC_0519_1200.JPG

дизайн

Я розробив аналогову, комутаційну техніку, яка поєднує переваги аналогових рішень з високою ефективністю комутаційної техніки. Сьогодні існує багато інтегральних схем, особливо для більшості джерел живлення загального призначення, тому ви можете побудувати конкретні схеми порівняно простим способом, не будуючи модуль із самих основних компонентів. Звичайно, універсального рішення не існує, і вам потрібно планувати, обчислювати та масштабувати. У цьому проекті можна знайти обидві реалізації - від елементарних схем до інтегрованих рішень. Це правда, що такий контролер заряду міг бути сплетений із наявних у продажу електронних модулів, але для створення нового продукту, в якому цей модуль був би важливим компонентом, потрібно було єдине та професійне рішення.

В рамках проекту мені довелося розробити зарядну електроніку, що живиться від сонячних панелей, яка забезпечує безперервну зарядку на випадок сонячного світла для значної кількості ємності, розміщеної в системі, але в той же час забезпечує безперебійне живлення мережі та Зарядні станції USB. Партнер замовив блок живлення, що розробляється, для встановлення точки доступу. Він був розроблений з дуже великою ємністю 168Ah, яка була створена шляхом підключення 6 батарей 28Ah. Я намагався вирішити заряд цього великого накопичувача енергії за допомогою сонячних панелей.

Вимоги

Створений блок живлення повинен відповідати таким вимогам:

  • Заряджайте акумулятор і підтримуйте його постійним за допомогою сонячної енергії
  • Надання безперебійного живлення для одного шматка маршрутизатора Wi-Fi
  • Дизайн 2-х зарядних станцій USB на пристрої
  • Сумісність з більшістю мобільних пристроїв Android та Apple
  • Обмеження струму зарядки на виходах
  • Вимкніть точки зарядки у випадку низької напруги акумулятора, відображення стану

Про сонячні елементи

Клієнт надав мені сонячні панелі, які виготовлялись індивідуально завдяки унікальним вимогам до розміру. На жаль, мені не вдалося додати технічний паспорт, тому мені довелося визначити приблизну потужність та робочу напругу на основі вимірювань. Для системи було розроблено 3 сонячні елементи. Вони були виготовлені за технологією тонкої плівки та ламіновані на гнучку підкладку на основі пластику. Протягом літнього періоду, опівдні, під сонячними променями, я виміряв максимальну напругу 21 В на платі, і я зміг зробити висновок за струмом короткого замикання, що панелі можуть мати приблизно 100 Вт. Це може здатися невеликим для порівняно великих сонячних батарей, але оскільки ефективність тонкоплівкової сонячної батареї є найнижчою (близько 9%), цей тип панелі вимагає набагато більшої площі поверхні, ніж полікристалічна або монокристалічна версії, для досягнення належних характеристик ефективність 15-16%.

Акумулятори та ємність

Енергія, яку забезпечують сонячні панелі, використовується в основному для зарядки акумуляторів, а вдруге для прямого живлення. Ємності 168Ah недостатньо, вона може забезпечувати живлення точки доступу дуже довго навіть упродовж тривалого періоду, коли немає світла, і від цієї кількості енергії можна зарядити кілька акумуляторів телефону. Були використані акумулятори SLA, тому необхідно було розробити відповідну схему зарядки. Під час безперервної роботи сонячна батарея здатна забезпечити достатньо енергії протягом денного часу, навіть у похмуру погоду, для зарядки акумулятора, тому вам не доведеться турбуватися про небезпечні розряди, але в будь-якому випадку важливо відключити споживачі від акумуляторів. струм зарядки також повинен бути обмежений.

Міркування щодо проектування та експлуатації

Максимальний струм зарядки визначався при 0,07 ° С. Це призводить до набагато безпечного та повільного заряду, який абсолютно не використовує елементи, але в крайньому випадку його все одно доведеться розрахувати із зарядним струмом 11А. Оскільки загальна потужність сонячних елементів становить близько 300 Вт, вони не можуть подавати більше 15 А при будь-якому екстремальному сонячному світлі, і я не думаю, що доцільно їх перевантажувати, тому я прийшов до висновку, що це максимальне значення зарядного струму 11 А буде ідеальним. Номінальна напруга акумуляторів становить 12 В, згідно з табличкою з даними на табличці "використання в режимі очікування" може бути значенням, стабілізованим для напруги між 13,5-13,8 В. Загальний заряд був визначений і встановлений на рівні напруги 13,65 В відповідно.

Я писав вище, що сьогодні ви можете придбати рішення, готове для багатьох завдань. Блоки живлення з таким типом живлення насправді не можна отримати в інтегрованому вигляді, який доступний на ринку.

Я вирішив використати стару, але добре використовувану мікросхему управління живленням в режимі перемикання, яка може легко виробляти стабільну напругу, а також обмеження струму без необхідності в більш серйозній допоміжній схемі. І це дешевий і найдоступніший невеликий регулятор SMPS типу SO8 типу SO8 із інкапсуляцією 1,5 А.

Звичайно, я їздив із ним на зовнішній MOSFET, оскільки доводиться максимально використовувати 11А, який сам по собі не підходить. Оскільки він може працювати в широкому діапазоні напруги, не було необхідності розробляти окреме джерело живлення.

Вихідний каскад 1,5А ідеально підходить для керування МОП-транзистором, хоча через максимальну напругу живлення 21 В напруга затвора використовуваного МОП-транзистора повинна була бути обмежена назад, оскільки вона може витримати максимум 18 В між джерелом затвора, тому його можна використовувати лише безпосередньо. не можна керувати з контролера. Для приводу затвора я спроектував ступінь приводу транзистора, що зміщує рівень, яка може відкривати і закривати напівпровідник відповідним струмом (1А), таким чином досягаючи максимально короткого часу відкриття і закриття та зменшуючи результуючі втрати на перемикання, що призведе до опалення.

Я пропускав струм, що витікає з ланцюга регулювання напруги, через діоди, тому напруга, присутня на батареях, не впливає на роботу контролера заряду, і цим мені вдалося досягти, щоб жоден струм не міг текти назад. На практиці, коли напруга сонячних елементів низька, контролер заряду не працює.

Захист від зміни полярності був встановлений на вході сонячної батареї, а запобіжник 15А також був розроблений для захисту від перевантаження по струму. Також до батарей доданий запобіжник на 15 А. Якщо є проблема, то, швидше за все, щось розплавиться, щоб запалитися, оскільки при такій потужності електричне пожежа може легко виникнути від короткого замикання, що краще запобігти, і цей захист не коштує значних додаткових витрат.

Стабілізований 13,65 В був вилучений, що не було запитом, але невідомо, коли це може знадобитися для розширення. Насправді роз'єм, якщо його ніколи не використовувати, то теж нічого не трапиться.

З іншого боку, була необхідність у 3-х виходах 5 В, один з яких забезпечить мережевий пристрій, необхідний для точки доступу, а два будуть підключені до розетки USB, від якої кожен зможе заряджати телефон або планшет, поки перегляд Інтернету.

Я вирішив виробництво стабільної напруги 5 В за допомогою комутаційної мікросхеми, розробленої для цієї мети. Просте і чудове рішення з кількома деталями. Я навіть захистив вихідні джерела живлення запобіжником 1,6 А на випадок екстремального короткого замикання, хоча він не розплавиться при використанні за призначенням.

Для додаткового захисту, перед тим, як відправити 5 В у розетки USB, я навіть розробив так званий захисний мікросхемний захист USB, який у разі виявлення ненормальної напруги або занадто великого струму відключає свій вихід, тим самим виключаючи джерело живлення роз'єм USB. Це захищає порт USB і негайно відключається у разі виникнення проблем із живленням.

З такою конфігурацією значна частина пристроїв Android вже працює безперебійно, але продукти Apple, звичайно, також ексцентричні в цьому, оскільки вони готові заряджатись лише від власного зарядного пристрою. Одним із аспектів дизайну було те, що пристрої Apple також повинні працювати з точки доступу, все одно потрібно було включити точні дільники напруги в лінії USB D- і D +, які б переконали пристрій використовувати заводський зарядний пристрій. Пристрої Android не турбують цю надбудову, але вони також без проблем заряджають пристрої Ipad та Iphone.

Окрім роз'ємів USB, розміщений світлодіод. Вони вказують, увімкнено чи вимкнено зарядку через USB. Коли ввімкнено, світиться зеленим, якщо напруга акумулятора досягла критичного рівня занурення та виходи вимкнені, цей світлодіод загориться червоним кольором, а напруга 5 В зникне з USB-розеток.
Я використовував аналоговий компаратор для перемикання рівня напруги.

Кілька фотографій тестування:

Зарядка була протестована окремо на різних мобільних пристроях і показує, що вона може без проблем заряджати пристрої Android та продукти Apple.