AVT5598 – Chargeur solaire 12 V

Les modules photovoltaïques deviennent moins chers et donc de plus en plus populaires. Ils peuvent être utilisés avec succès pour charger des batteries, par exemple, dans une maison de campagne ou une station météo électronique. Le dispositif décrit est un contrôleur de charge adapté pour fonctionner avec une tension d'entrée variant dans une très large plage. Il peut être utile sur le site, dans un camping ou un camping.

1. Schéma de principe du chargeur solaire

Le système est utilisé pour charger une batterie plomb-acide (par exemple, gel) en mode tampon, c'est-à-dire après avoir atteint la tension réglée, le courant de charge commence à chuter. Par conséquent, la batterie est toujours en mode veille. La tension d'alimentation du chargeur peut varier entre 4 et 25 V.

La possibilité d'utiliser à la fois la lumière du soleil forte et faible augmente considérablement le temps de charge par jour. Le courant de charge est fortement dépendant de la tension d'entrée, mais cette solution présente des avantages par rapport à la simple limitation de la surtension du module solaire.

Le circuit du chargeur est illustré à la fig. 1. La source d'alimentation CC est un convertisseur de topologie SEPIC basé sur le système MC34063A bon marché et bien connu. Il fonctionne dans le rôle typique d'une clé. Si la tension fournie au comparateur (broche 5) est trop faible, le commutateur à transistor intégré commence à fonctionner avec un remplissage et une fréquence constants. Le fonctionnement s'arrête si cette tension dépasse la tension de référence (typiquement 1,25 V).

Les convertisseurs de topologie SEPIC, capables à la fois d'augmenter et d'abaisser la tension de sortie, utilisent beaucoup plus souvent des contrôleurs capables de modifier le rembourrage du signal de manipulation. L'utilisation du MC34063A dans ce rôle est une solution peu fréquente, mais - comme le montrent les tests de prototypes - suffisante pour cette application. Un autre critère était le prix, qui dans le cas du MC34063A est nettement inférieur à celui des contrôleurs PWM.

Deux condensateurs C1 et C2 connectés en parallèle permettent de réduire la résistance interne d'une alimentation telle qu'un module photovoltaïque. La connexion en parallèle réduit les paramètres parasites résultants tels que la résistance et l'inductance. La résistance R1 est utilisée pour limiter le courant de ce processus à environ 0,44 A. Un courant plus élevé peut provoquer une surchauffe du circuit intégré. Le condensateur C3 fixe la fréquence de fonctionnement à environ 80 kHz.

Les inductances L1 et L2 et la capacité résultante des condensateurs C4-C6 sont choisies de manière à ce que le convertisseur puisse fonctionner dans une plage de tension très large. La connexion parallèle des condensateurs était censée réduire l'ESR et l'ESL résultants.

La diode LED1 est utilisée pour tester la fonctionnalité du contrôleur. Si c'est le cas, alors la composante variable de la tension se dépose sur la bobine L2, ce qui peut être observé par la lueur de cette diode. Il s'allume en appuyant sur le bouton S1 afin qu'il ne brille pas de manière insensée tout le temps. La résistance R3 limite son courant à environ 2 mA et D1 protège la diode LED contre les pannes causées par une tension de désactivation excessive. La résistance R4 est ajoutée pour une meilleure stabilité du convertisseur à faible consommation de courant et basse tension. Il absorbe une partie de l'énergie que la bobine L2 donne à la charge. Il affecte l'efficacité, mais est faible - la valeur effective du courant qui le traverse n'est que de quelques milliampères.

Les condensateurs C8 et C9 lissent le courant d'ondulation fourni par la diode D2. Le diviseur résistif R5-R7 règle la tension de sortie à environ 13,5 V, qui est la tension correcte aux bornes de la batterie au gel 12 V pendant le fonctionnement du tampon. Cette tension devrait varier légèrement avec la température, mais ce fait a été omis pour garder le système simple. Ce diviseur de résistance charge la batterie connectée tout le temps, elle doit donc avoir la résistance la plus élevée possible.

Le condensateur C7 réduit l'ondulation de tension vue par le comparateur et ralentit la réponse de la boucle de rétroaction. Sans cela, lorsque la batterie est déconnectée, la tension de sortie peut dépasser la valeur de sécurité pour les condensateurs électrolytiques, c'est-à-dire s'échapper. L'ajout de ce condensateur fait que le système arrête de commuter la clé de temps en temps.

Le chargeur est monté sur une carte de circuit imprimé simple face de dimensions 89 × 27 mm, dont le schéma de montage est illustré à la Fig. figure 2. Tous les éléments sont dans des boîtiers traversants, ce qui est d'une grande aide même pour les personnes qui n'ont pas beaucoup d'expérience avec un fer à souder. Je suggère de ne pas utiliser la prise IC car cela augmentera la résistance des connexions au transistor de commutation.

2. Schéma d'installation du chargeur solaire

Un appareil correctement assemblé est immédiatement prêt à fonctionner et ne nécessite aucune mise en service. Dans le cadre du contrôle, vous pouvez appliquer une tension constante à son entrée et la réguler dans une plage donnée de 4 ... 20 V, en observant les lectures d'un voltmètre connecté à la sortie. Il devrait changer de dent de scie dans la plage d'environ 18 ... 13,5 V. La première valeur est liée à la charge des condensateurs et n'est pas critique, mais à 13,5 V, le convertisseur devrait fonctionner à nouveau.

Le courant de charge dépend de la valeur actuelle de la tension d'entrée, puisque le courant d'entrée est limité à environ 0,44 A. Des mesures ont montré que le courant de charge de la batterie varie d'environ 50 mA (4 V) à environ 0,6 A.A à une tension de 20 V. Vous pouvez réduire cette valeur en augmentant la résistance R1, ce qui est parfois conseillé pour les batteries de petite capacité (2 Ah).

Le chargeur est adapté pour fonctionner avec un module photovoltaïque avec une tension nominale de 12 V. Des tensions jusqu'à 20 ... 22 V peuvent être présentes à ses sorties avec une faible consommation de courant, par conséquent, des condensateurs adaptés à la tension de 25 V sont installés à l'entrée du convertisseur, les pertes sont si élevées que la batterie est à peine chargée.

Pour profiter pleinement du chargeur, connectez un module d'une puissance de 10 W ou plus. Avec moins de puissance, la batterie se chargera également, mais plus lentement.

Liste des composants :

Résistances :

R1 : 0,68 Ohm / 1 W.

R2 : 180 Ohm / 0,25 W.

R3 : 6,8 kΩ / 0,25 W

R4 : 2,2 kΩ / 0,25 W

R5 : 68 kΩ / 0,25 W

R6 : 30 kΩ / 0,25 W

R7 : 10 kΩ / 0,25 W

Condensateurs :

C1, C2, C8, C9 : 220 μF/25 V

C3 : 330 pF (céramique)

C4…C6 : 2,2 μF/50 V (MKT R = 5 mm)

C7 : 1 μF / 50 V (monolithique)

Semi-conducteurs:

D1 : 1H4148

D2 : 1H5819

LED1 : LED 5 mm, par exemple verte

US1 : MC34063A (DIP8)

autre:

J1, J2 : connecteur ARK2/5 mm

L1, L2 : Starter 220uH (Vertical)

S1 : micro-interrupteur 6×6/13mm