100Ahバッテリー用ソーラー充電コントローラー

この包括的なソーラー充電コントローラーは、最大の効率で大きな12 V 100Ahバッテリーを効果的に充電するように設計されています。ソーラー充電器は、バッテリーの過充電、負荷の短絡、または過電流状態の点で実質的に絶対確実です。

この100Ahソーラーレギュレータ回路の重要な要素は、明らかにソーラーパネルと（12 V）バッテリーです。ここのバッテリーはエネルギー貯蔵ユニットとして機能します。

低電圧DCランプやそのようなものはバッテリーから直接駆動することができますが、 電力変換器 バッテリーの直接電圧を240VACに変換するように操作できます。

それにもかかわらず、これらのアプリケーションはすべて、一般的にこのコンテンツのトピックではありません。 バッテリーをソーラーパネルに接続する 。ソーラーパネルをバッテリーに直接接続して充電するのは魅力的すぎるように見えるかもしれませんが、それは決してお勧めできません。適切な 充電コントローラー ソーラーパネルからバッテリーを充電するために重要です。

充電コントローラーの主な重要性は、ソーラーパネルがバッテリーの必要なレベルを超えてより多くの電流を供給するときに、ピーク日光の間に充電電流を減らすことです。

大電流で充電するとバッテリーに重大な害を及ぼす可能性があり、バッテリーの平均寿命が確実に短くなる可能性があるため、これは重要になります。

充電コントローラーがない場合、 バッテリーの過充電 ソーラーパネルの現在の出力は、太陽からの照射レベル、または入射する太陽光の量によって直接決定されるため、通常は差し迫っています。

基本的に、充電電流を制御するためのいくつかの方法があります。 シリーズレギュレータ または並列レギュレータ。

直列レギュレータシステムは通常、ソーラーパネルとバッテリーの間に直列に導入されるトランジスタの形をしています。

並列レギュレータは、 「シャント」レギュレーター ソーラーパネルとバッテリーと並列に取り付けられています。ザ・ 100Ahレギュレーター この投稿で説明されているのは、実際には並列タイプのソーラーレギュレーターコントローラーです。

の主な機能 シャントレギュレーター バッテリーが完全に充電されるまで、大量の電流を必要としないということです。実際には、それ自体の消費電流は非常に少ないため、無視することができます。

一度 バッテリーは完全に充電されています ただし、余分な電力は熱に放散されます。特に大きなソーラーパネルでは、その高温にはレギュレーターの比較的巨大な構造が必要です。

その本当の目的に加えて、まともな 充電コントローラー さらに、バッテリーの深い放電からの保護とともに、多くの方法で安全性を提供します。 電子ヒューズ バッテリーまたはソーラーパネルの極性反転に対する信頼できる安全性。

回路全体が間違った極性のセーフガードダイオードD1を介してバッテリーによって駆動されているという理由だけで、ソーラーパネルが電流を供給していないときでもソーラー充電レギュレーターは正常に動作し続けます。

この回路は、ツェナーダイオードD5を使用して生成される2.5 Vの非常に正確な基準電圧とともに、調整されていないバッテリ電圧（ジャンクションD2〜R4）を利用します。

充電レギュレーター自体は2mA未満の電流で完全に動作するため、夜間や空が曇っているときはバッテリーにほとんど負荷がかかりません。

回路による最小の消費電流は、スイッチングが電圧に依存するパワーMOSFETタイプBUZ11、T2、およびT3を使用することによって達成されます。これにより、実質的にゼロの駆動電力で機能することができます。

100Ahバッテリー用に提案されたソーラー充電制御 バッテリーを監視します 電圧をかけ、トランジスタT1の導通レベルを調整します。

バッテリー電圧が大きいほど、T1を流れる電流は大きくなります。その結果、R19付近の電圧降下が大きくなります。

R19の両端のこの電圧は、MOSFET T2のゲートスイッチング電圧になります。これにより、MOSFETのスイッチングが激しくなり、ドレイン-ソース間抵抗が低下します。

このため、ソーラーパネルの負荷が高くなり、R13とT2を介して過剰な電流が消費されます。

ショットキーダイオードD7は、ソーラーパネルの+端子と-端子が誤って反転することからバッテリーを保護します。

このダイオードは、パネル電圧がバッテリー電圧を下回った場合に、バッテリーからソーラーパネルへの電流の流れをさらに停止します。

レギュレーターのしくみ

100Ahソーラー充電器レギュレータの回路図を上の図に示します。

回路の主要な要素は、2つの「重い」MOSFETと4つのオペアンプICです。

このICの機能は、IC1aを中心に構築された電圧レギュレータ、IC1dを中心に構成されたバッテリ過放電コントローラ、および電子機器の3つのセクションに分けることができます。 短絡保護 IC1cの周りに配線されています。

IC1は主要な制御コンポーネントのように機能し、T2は適応可能な電力抵抗器として機能します。 T2とR13は、ソーラーパネルの出力でアクティブな負荷のように動作します。レギュレーターの機能はかなり単純です。

バッテリ電圧の可変部分は、分圧器R4-P1-R3を介して制御オペアンプIC1aの非反転入力に印加されます。前に説明したように、2.5Vの基準電圧がオペアンプの反転入力に印加されます。

太陽光調整の作業手順は非常に直線的です。 IC1aはバッテリー電圧をチェックし、完全に充電されるとすぐにT1、T2をオンにして、R13を介して太陽電圧をシャントします。

これにより、バッテリーがソーラーパネルによって過負荷または過充電されないことが保証されます。パーツIC1bおよびD3は、「バッテリー充電」状態を示すために使用されます。

LEDは、バッテリー電圧が13.1Vに達したとき、およびバッテリー充電プロセスが開始されたときに点灯します。

保護ステージの仕組み

オペアンプIC1dは、コンパレータのように設定され、 電池残量が少なくなっています 電圧レベル、および深放電に対する保護を確保し、MOSFETT3。

バッテリ電圧は、最初に抵抗分圧器R8 / R10によって公称値の約1/4に比例して低下し、その後、D5を介して取得された23Vの基準電圧と比較されます。比較はIC1cによって実行されます。

分圧抵抗は、バッテリ電圧が約9 Vを下回ると、IC1dの出力が低下するように選択されます。

その後、MOSFET T3は、バッテリと負荷の間のグランドリンクを抑制および遮断します。 R11フィードバック抵抗によって生成されるヒステリシスにより、コンパレータはバッテリ電圧が再び12Vに達するまで状態を変更しません。

電解コンデンサC2は、たとえば大負荷のスイッチオンによる瞬間的な電圧降下によって、深放電保護がアクティブになるのを防ぎます。

回路に含まれる短絡保護は、電子ヒューズのように機能します。誤って短絡が発生すると、バッテリーの負荷が遮断されます。

同じことがT3でも実装されており、MOSFETT13の重要なツイン機能を示しています。 MOSFETは短絡ブレーカーとして機能するだけでなく、そのドレイン-ソース間接合はさらに計算抵抗のようにその役割を果たします。

この抵抗の両端で発生する電圧降下は、R12 / R18によってスケールダウンされ、その後、コンパレータIC1cの反転入力に適用されます。

ここでも、D5から供給される正確な電圧が基準として使用されます。短絡保護が非アクティブのままである限り、IC1cは「ハイ」ロジック出力を提供し続けます。

このアクションはD4の導通をブロックし、IC1d出力がT3ゲート電位のみを決定するようにします。抵抗分圧器R14 / R15を使用すると、約4 V〜6 Vのゲート電圧範囲が得られ、T3のドレイン-ソース間接合部で明確な電圧降下を確立できます。

負荷電流が最大レベルに達すると、IC1cを切り替えるのに十分なレベルになるまで、電圧降下が急速に上昇します。これにより、出力がロジックローになります。

これにより、ダイオードD4がアクティブになり、T3ゲートをグランドに短絡できるようになります。これにより、MOSFETがシャットダウンし、電流が流れなくなります。 R / CネットワークR12 / C3は、電子ヒューズの反応時間を決定します。

負荷電流の瞬間的な高電流上昇による電子ヒューズ動作の誤った起動を回避するために、比較的遅い反応時間が設定されています。

さらに、LEDD6が1.6Vリファレンスとして採用されており、C3がこの電圧レベルを超えて充電できないようになっています。

短絡が解除され、負荷がバッテリーから切り離されると、C3はLEDを介して徐々に放電されます（これには最大7秒かかる場合があります）。電子ヒューズは適度に遅い応答で設計されているので、負荷電流が過度のレベルに達することが許されるという意味ではありません。

電子ヒューズがアクティブになる前に、T3ゲート電圧はMOSFETに、プリセットP2の設定によって決定されたポイントに出力電流を制限するように促します。

火傷や揚げ物がないことを保証するために、回路はさらに、バッテリーと直列に接続された標準ヒューズF1を備えており、回路の故障の可能性がすぐに大惨事を引き起こさないという安心感を提供します。

究極の防御シールドとして、D2が回路に含まれています。このダイオードは、偶発的な逆バッテリ接続による損傷からIC1aおよびIC1b入力を保護します。

ソーラーパネルの選択

最適なソーラーパネルの決定は、当然、使用するバッテリーのAh定格に依存します。

ソーラー充電レギュレーターは基本的に、15〜18ボルトおよび10〜40ワットの中程度の出力電圧を持つソーラーパネル用に設計されています。これらの種類のパネルは、通常、定格36〜100Ahのバッテリーに適しています。

それにもかかわらず、ソーラー充電レギュレーターは10 Aの最適な電流引き込みを提供するように指定されているため、定格150ワットのソーラーパネルを適用することもできます。

ソーラー充電器レギュレータ回路は、 風車 入力電圧が15〜18 Vの範囲にある場合は、他の電圧源を使用します。

熱の大部分は、アクティブな負荷T2 / R13を介して放散されます。言うまでもなく、MOSFETはヒートシンクを介して効果的に冷却する必要があり、R13は非常に高い温度に耐えるのに十分な定格である必要があります。

R13ワット数は、ソーラーパネルの定格に準拠している必要があります。ソーラーパネルが21Vの無負荷出力電圧と10Aの短絡電流で接続されている（極端な）シナリオでは、このようなシナリオでは、T2とR13は電圧に相当する電力を消費し始めますバッテリーとソーラーパネルの差（約7 V）に短絡電流（10 A）を掛けたもの、つまり単に70ワット！

これは、バッテリーが完全に充電されると実際に発生する可能性があります。 MOSFETは非常に低い抵抗を提供するため、電力の大部分はR13を介して解放されます。 MOSFET抵抗R13の値は、次のオームの法則によってすばやく決定できます。

R13 = P x I^二= 70 x 10^二= 0.7オーム

ただし、この種の極端なソーラーパネル出力は異常に見える可能性があります。ソーラー充電レギュレーターのプロトタイプでは、0.25Ω/ 40Wの抵抗が適用され、1Ω/ 10Wの4つの並列接続抵抗で構成されていました。T3に必要な冷却は、同じ方法で計算されます。

最大出力電流が10A（ドレイン-ソース接合での約2.5 Vの電圧降下と比較して）であると仮定すると、約27Wの最大損失を評価する必要があります。

過度のバックグラウンド温度（50°Cなど）でもT3の適切な冷却を保証するには、ヒートシンクは3.5 K / W以下の熱抵抗を使用する必要があります。

部品T2、T3、およびD7は、PCBの特定の側面に配置されているため、単一の共通ヒートシンク（絶縁コンポーネント付き）に簡単に取り付けることができます。

したがって、これら3つの半導体の消費を含める必要があります。その場合、1.5 K / W以上の熱仕様を持つヒートシンクが必要です。パーツリストに記載されているタイプは、この前提条件に準拠しています。

設定方法

ありがたいことに、100Ahバッテリーソーラーレギュレーター回路はセットアップが非常に簡単です。それにもかかわらず、このタスクにはいくつかの要求があります （安定化）電源 。

それらの1つは、14.1 Vの出力電圧に調整され、PCB上のバッテリーリード（「accu」と指定）に結合されます。 2番目の電源には電流リミッターが必要です。

この電源は、ソーラーパネルの開回路電圧（たとえば、前述の条件のように21 V）に調整され、指定されたスペード端子に結合されます。 「セル」。

P1を適切に調整すると、電圧は14.1 Vに低下するはずです。電流リミッターとD7は、何も悪くならないことを保証しているので、これについて心配する必要はありません。

P2を効果的に調整するには、出力で発生する可能性のある最も重い負荷よりも少し高い負荷で作業する必要があります。この設計から最大値を抽出したい場合は、10Aの負荷電流を選択してみてください。

これは、たとえば、10Ω/ 10Wの10個の抵抗を並列に構成した1Ωx120Wの負荷抵抗を使用して実現できます。プリセットP2は、最初は最大に回転しています（R14に向かってワイパー）。

その後、PCBの「負荷」と指定されたリード線に負荷が接続されます。 T3がちょうどオフになり、負荷が遮断されるレベルに達するまで、ゆっくりと慎重にP2を微調整します。負荷抵抗を取り外した後、「負荷」リードを瞬間的に短絡して、電子ヒューズが正しく機能することをテストできます。

PCBレイアウト

パーツリスト

抵抗器：
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 =テキストを参照
R17 = 10k
P1 = 5kプリセット
P2 = 50kプリセット
コンデンサ：
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25Vラジアル
C3 = 10uF / 16V
半導体：
D1、D2、D4 = 1N4148
D3,136 = LED赤
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2、T3 = BUZ11
IC1 = TL074
その他：
F1 = PCBマウントホルダー付きヒューズ10A（T）
ネジ取り付け用の8つのスペード端子
ヒートシンク1.251VW