Zero Drop LDO Solar Charger Circuit

บทความนี้กล่าวถึง LDO กลางที่ต่ำอย่างง่ายหรือวงจรเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบปล่อยศูนย์โดยไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งสามารถแก้ไขได้หลายวิธีตามความต้องการของผู้ใช้ วงจรไม่ขึ้นอยู่กับไมโครคอนโทรลเลอร์และสามารถสร้างได้แม้กระทั่งโดยคนธรรมดา

Zero Drop Charger คืออะไร

เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบ Zero drop เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ถึงแบตเตอรี่โดยไม่มีแรงดันไฟฟ้าตกใด ๆ ทั้งเนื่องจากความต้านทานหรือการรบกวนของเซมิคอนดักเตอร์ วงจรที่นี่ใช้ MOSFET เป็นสวิตช์เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันตกต่ำสุดจากแผงโซลาร์เซลล์ที่ต่ออยู่

ยิ่งไปกว่านั้นวงจรยังมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างจากรูปแบบอื่น ๆ ของการออกแบบเครื่องชาร์จแบบ zero drop โดยไม่จำเป็นต้องปัดแผงควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่าแผงควบคุมได้รับอนุญาตให้ทำงานที่โซนประสิทธิภาพสูงสุด

มาทำความเข้าใจกันว่าคุณสมบัติเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไรจากแนวคิดวงจรใหม่ที่ออกแบบโดยฉัน

วงจร LDO ที่ง่ายที่สุด

นี่คือตัวอย่างเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ LDO ที่ง่ายที่สุดซึ่งสามารถสร้างได้ภายในไม่กี่นาทีโดยมือสมัครเล่นที่สนใจ

วงจรเหล่านี้สามารถใช้แทนราคาแพงได้อย่างมีประสิทธิภาพ Schottky ไดโอดสำหรับการถ่ายโอนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นศูนย์ที่เทียบเท่ากับโหลด

P channel MOSFET ถูกใช้เป็นสวิตช์ LDO ที่ลดลงเป็นศูนย์ ซีเนอร์ไดโอดปกป้อง MOSFET จากแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์สูงที่สูงกว่า 20 V 1N4148 ปกป้อง MOSFET จากการเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์แบบย้อนกลับ ดังนั้น MOSFET LDO นี้จึงได้รับการปกป้องอย่างเต็มที่จากสภาวะขั้วย้อนกลับและยังช่วยให้แบตเตอรี่สามารถชาร์จได้โดยไม่ต้องปล่อยแรงดันไฟฟ้าลงตรงกลาง

สำหรับเวอร์ชัน N-channel คุณสามารถลองใช้ตัวแปรต่อไปนี้

การใช้ออปแอมป์

หากคุณสนใจที่จะสร้างเครื่องชาร์จแบบไม่มีศูนย์พร้อมคุณสมบัติตัดไฟอัตโนมัติคุณสามารถใช้สิ่งนี้ได้โดยใช้แอมป์ออปแอมป์เป็นตัวเปรียบเทียบดังที่แสดงด้านล่าง ในการออกแบบนี้พินที่ไม่กลับด้านของ IC จะถูกวางตำแหน่งเป็นเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าผ่านขั้นตอนตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ทำโดย R3 และ R4

อ้างอิงถึงแผนภาพวงจรเครื่องชาร์จตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าลดลงศูนย์ที่เสนอเราจะเห็นการกำหนดค่าที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาซึ่งประกอบด้วย opamp และ mosfet เป็นส่วนผสมหลัก

ขากลับด้านจะยึดตามปกติเช่นเดียวกับอินพุตอ้างอิงโดยใช้ R2 และซีเนอร์ไดโอด

สมมติว่าแบตเตอรี่ที่จะชาร์จเป็นแบตเตอรี่ 12V จะมีการคำนวณจุดต่อระหว่าง R3 และ R4 เพื่อให้ได้ 14.4V ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่เหมาะสมซึ่งอาจเป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแผงที่เชื่อมต่อ

ในการใช้แรงดันไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ที่ขั้วอินพุตที่แสดง mosfet เริ่มต้นด้วยความช่วยเหลือของ R1 และปล่อยให้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดข้ามท่อระบายน้ำซึ่งในที่สุดก็มาถึงทางแยก R3 / R4

ระดับแรงดันไฟฟ้าจะตรวจจับได้ทันทีที่นี่และหากในกรณีที่สูงกว่าที่ตั้งไว้ 14.4V ให้เปิดเอาต์พุต opamp เป็นศักยภาพสูง

การดำเนินการนี้จะปิดมอสเฟตทันทีเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่จะไปถึงท่อระบายน้ำ

อย่างไรก็ตามในกระบวนการนี้แรงดันไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะลดลงต่ำกว่าเครื่องหมาย 14.4V บนทางแยก R3 / R4 ซึ่งจะแจ้งให้เอาต์พุตของ opamp ลดลงอีกครั้งและเปิดสวิตช์มอสเฟต

การสลับข้างต้นจะดำเนินการซ้ำอย่างรวดเร็วซึ่งส่งผลให้ 14.4V คงที่ที่เอาต์พุตที่ป้อนเข้ากับขั้วแบตเตอรี่

การใช้ mosfet ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเอาต์พุตลดลงเกือบเป็นศูนย์จากแผงโซลาร์เซลล์

D1 / C1 ได้รับการแนะนำสำหรับการบำรุงรักษาและการคงไว้ซึ่งการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับพินจ่าย IC อย่างต่อเนื่อง

ซึ่งแตกต่างจากตัวควบคุมประเภท shunt ที่นี่แรงดันไฟฟ้าส่วนเกินจากแผงโซลาร์เซลล์จะถูกควบคุมโดยการปิดแผงซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าแผงโซลาร์เซลล์จะโหลดเป็นศูนย์และช่วยให้สามารถทำงานในสภาวะที่มีประสิทธิภาพสูงสุดได้เหมือนกับสถานการณ์ MPPT

สามารถอัพเกรดวงจรเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ LDO ที่ไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างง่ายดายโดยการเพิ่มระบบตัดไฟอัตโนมัติและคุณสมบัติการ จำกัด กระแสเกิน

แผนภูมิวงจรรวม

หมายเหตุ: โปรดเชื่อมต่อ PIN # 7 ของ IC โดยตรงกับเทอร์มินัล (+) ของแผงโซลาร์เซลล์อื่น ๆ วงจรจะไม่ทำงาน ใช้ LM321 หากแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์สูงกว่า 18 V.

ส่วนรายการ

• R1, R2 = 10K
• R3, R4 = ใช้เครื่องคำนวณตัวแบ่งที่มีศักยภาพออนไลน์สำหรับการแก้ไขแรงดันไฟฟ้าทางแยกที่ต้องการ
• D2 = 1N4148
• C1 = 10uF / 50V
• C2 = 0.22 ยูเอฟ
• Z1 = ควรต่ำกว่าแบตเตอรี่ที่เลือกมากเกินระดับการชาร์จ
• IC1 = 741
• Mosfet = ตามแบตเตอรี่ AH และแรงดันไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์

การใช้ N-Channel MOSFET

นอกจากนี้ยังสามารถนำเสนอออกกลางคันได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ N-channel MOSFET ตามที่ระบุด้านล่าง:

หมายเหตุ: โปรดเชื่อมต่อ PIN # 4 ของ IC โดยตรงกับ (-) เทอร์มินัลของแผงโซลาร์เซลล์อื่น ๆ วงจรจะหยุดทำงาน ใช้ LM321 แทน 741 หากเอาต์พุตของแผงสูงกว่า 18 V.

การเพิ่มคุณสมบัติการควบคุมปัจจุบัน

แผนภาพที่สองด้านบนแสดงให้เห็นว่าการออกแบบข้างต้นอาจได้รับการอัพเกรดด้วยคุณสมบัติการควบคุมปัจจุบันเพียงแค่เพิ่มสเตจทรานซิสเตอร์ BC547 บนอินพุทกลับด้านของ opamp

R5 สามารถเป็นตัวต้านทานที่มีค่าต่ำเช่น 100 โอห์ม

R6 กำหนดกระแสชาร์จสูงสุดที่อนุญาตให้กับแบตเตอรี่ซึ่งอาจกำหนดโดยใช้สูตร:

R (โอห์ม) = 0.6 / I โดยที่ฉันคืออัตราการชาร์จที่เหมาะสมที่สุด (แอมป์) ของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

สรุปวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Solar zero drop:

ตามคำแนะนำของ 'jrp4d' การออกแบบที่อธิบายไว้ข้างต้นจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนอย่างจริงจังเพื่อให้ใช้งานได้อย่างถูกต้อง ฉันได้นำเสนอการออกแบบการทำงานที่ได้รับการแก้ไขขั้นสุดท้ายและได้รับการแก้ไขแล้วสำหรับสิ่งเดียวกันผ่านไดอะแกรมที่แสดงด้านล่าง:

อ้างอิงจาก 'jrp4d':

สวัสดี - ฉันยุ่งเกี่ยวกับ Mosfets (วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า) และฉันไม่คิดว่าวงจรใดจะทำงานยกเว้นในกรณีที่แรงดันไฟฟ้ามีขนาดใหญ่กว่าแรงดันแบตเตอรี่เป้าหมายเพียงไม่กี่โวลต์ สำหรับอะไรก็ตามที่สายเข้ามากกว่าแบตเตอรี่มอสเฟ็ทจะทำเพราะวงจรควบคุมไม่สามารถควบคุมได้

ในวงจรทั้งสองมีปัญหาเดียวกันกับ P-channel ทำให้ op-amp ไม่สามารถขับเกตให้สูงพอที่จะปิดได้ (ตามที่สังเกตจากโพสต์เดียว) - มันส่งผ่านแรงดันไฟฟ้าตรงไปยังแบตเตอรี่ ในเวอร์ชัน N แชนเนล op-amp ไม่สามารถขับเกตให้ต่ำพอเนื่องจากทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าสาย -ve ด้านข้าง

วงจรทั้งสองจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ขับเคลื่อนที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเต็มบรรทัดซึ่งควบคุมโดย op-amp

คำแนะนำข้างต้นดูถูกต้องและถูกต้อง วิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ไขปัญหาข้างต้นคือการเชื่อมต่อ Pin # 7 ของ opamp IC กับ (+) ของแผงโซลาร์เซลล์โดยตรง สิ่งนี้จะช่วยแก้ปัญหาได้ทันที!

อีกวิธีหนึ่งการออกแบบข้างต้นสามารถแก้ไขได้ในลักษณะที่แสดงด้านล่างสำหรับสิ่งเดียวกัน:

การใช้ NPN BJT หรือ N-channel mosfet:

สามารถถอดไดโอด D1 ออกได้เมื่อยืนยันการทำงานของ LDO แล้ว

ในรูปด้านบนทรานซิสเตอร์กำลัง NPN อาจเป็น TIP142 หรือมอสเฟ็ท IRF540 ก็ได้ ..... และโปรดลบ D1 ออกเนื่องจากไม่จำเป็น

ใช้ทรานซิสเตอร์ PNP หรือ P-mosfet

สามารถถอดไดโอด D1 ออกได้เมื่อยืนยันการทำงานแล้ว

ในรูปด้านบนทรานซิสเตอร์กำลังอาจเป็น TIP147 หรือ IRF9540 mosfet ทรานซิสเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับ R1 อาจเป็นทรานซิสเตอร์ BC557 ...... และโปรดลบ D1 ออกเพราะไม่จำเป็น

วิธีการตั้งค่าวงจรชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ LDO

มันง่ายมาก.

1. อย่าเชื่อมต่อแหล่งจ่ายใด ๆ ที่ด้าน mosfet
2. เปลี่ยนแบตเตอรี่ด้วยอินพุตแหล่งจ่ายไฟแบบแปรผันและปรับให้เข้ากับระดับการชาร์จของแบตเตอรี่ที่ควรจะชาร์จ
3. ตอนนี้ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าของพิน 2 อย่างระมัดระวังจนกว่า LED จะดับลง .... ปัดค่าที่ตั้งล่วงหน้าไปมาและตรวจสอบการตอบสนองของ LED ว่าควรกะพริบเปิด / ปิดตามลำดับในที่สุดปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าไปยังจุดที่ LeD เพิ่งปิดสนิท .... ประทับตราพรี.
4. เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบ Zero Drop ของคุณพร้อมแล้วและตั้งค่า

คุณสามารถยืนยันข้างต้นได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่สูงกว่ามากที่ด้านมอสเฟ็ตคุณจะพบว่าเอาต์พุตด้านแบตเตอรี่ที่ให้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมอย่างสมบูรณ์แบบที่คุณตั้งไว้ก่อนหน้านี้