用于100 Ah电池的太阳能充电控制器介绍

这款全面的太阳能充电控制器旨在以最高效率有效地为12 V 100 Ah大电池充电。太阳能充电器在电池过度充电、负载短路或过流条件方面几乎是万无一失的。

这个100 Ah太阳能稳压器电路的关键元件显然是太阳能电池板和（12 V）电池。这里的电池用作储能单元。

低压直流灯和类似的东西可以直接从电池驱动，而电源逆变器可以操作以将直接电池电压转换为 240 V AC。

尽管如此，所有这些应用通常都不是本内容的主题，其重点是将电池与太阳能电池板连接起来。将太阳能电池板直接与电池连接以进行充电似乎太诱人了，但绝不建议这样做。合适的充电控制器对于从太阳能电池板为任何电池充电至关重要。

充电控制器的首要重要性是在阳光高峰期降低充电电流，此时太阳能电池板提供的电流超过电池所需的水平。

这一点变得很重要，因为用大电流充电可能会对电池造成严重伤害，并且肯定会降低电池的预期使用寿命。

在没有充电控制器的情况下，电池过度充电的危险通常迫在眉睫，因为太阳能电池板的电流输出直接取决于太阳的照射水平或入射阳光的数量。

基本上，您将找到几种控制充电电流的方法：通过串联稳压器或并联稳压器。

串联稳压系统通常采用晶体管的形式，在太阳能电池板和电池之间串联引入。

并联稳压器采用“并联”稳压器的形式，与太阳能电池板和电池并联连接。这篇文章中解释的100 Ah调节器实际上是一个并联式太阳能调节器控制器。

并联稳压器的主要特点是，在电池充满电之前，它不需要大电流。实际上，它自身的电流消耗是如此之少，以至于可以忽略不计。

然而，一旦电池充满电，多余的电量就会消散成热量。特别是在较大的太阳能电池板中，高温需要相对较大的调节器结构。

除了其真正用途外，一个体面的充电控制器还可以在许多方面提供安全性，以及防止电池深度放电、电子保险丝以及电池或太阳能电池板极性反转的可靠安全性。

仅仅因为整个电路由电池通过错误的极性保护二极管D1驱动，即使太阳能电池板不提供电流，太阳能充电稳压器也能继续正常工作。

该电路利用未稳压电池电压（结D2 -R4）以及使用齐纳二极管D5产生的极其精确的2.5 V基准电压。

由于充电调节器本身在电流低于 2 mA 时性能完美，因此电池在夜间或天空多云时几乎不会加载。

通过使用 BUZ11、T2 和 T3 型功率 MOSFET，电路的最小电流消耗可实现，其开关与电压相关，这使得它们能够在几乎零驱动功率下工作。

所提出的100 Ah电池太阳能充电控制监测电池电压并调节晶体管T1的导通电平。

电池电压越大，通过T1的电流就越高。结果，R19周围的压降变得更高。

R19两端的该电压成为MOSFET T2的栅极开关电压，这导致MOSFET更努力地切换，从而降低其漏源电阻。

因此，太阳能电池板的负载更大，从而耗散了通过R13和T2的多余电流。

肖特基二极管D7保护电池免受太阳能电池板的+和-端子的意外反转。

如果电池板电压低于电池电压，该二极管还会阻止电流从电池流向太阳能电池板。

调节器的工作原理

100 Ah太阳能充电器稳压器的电路图如上图所示。

该电路的主要元件是几个“重型”MOSFET和一个四通道运算放大器IC。

该IC的功能可分为3个部分：围绕IC1a构建的电压调节器，围绕IC1d配置的电池过放电控制器和围绕IC1c布线的电子短路保护。

IC1 的工作原理类似于主要控制元件，而 T2 用作自适应功率电阻器。T2 和 R13 的行为类似于太阳能电池板输出端的有源负载。调节器的功能相当简单。

电池电压的可变部分通过分压器R4-P1-R3施加到控制运算放大器IC1a的同相输入端。如前所述，2.5 V基准电压施加于运算放大器的反相输入端。

太阳能调节的工作程序是相当线性的。IC1a检查电池电压，一旦充满电，它就会打开T1，T2，导致太阳能电压通过R13分流。

这可确保电池不会因太阳能电池板过载或过度充电。零件IC1b和D3用于指示“电池充电”条件。

当电池电压达到13.1V时，以及当电池充电过程启动时，LED亮起。

保护阶段的工作原理

运算放大器IC1d的设置类似于比较器，用于监视电池低电压电平，并确保防止深度放电和MOSFET T3。

首先通过电阻分压器R8/R10将电池电压按比例降至标称值的1/4左右，然后将其与通过D5获得的23 V基准电压进行比较。比较由IC1c进行。

选择分压电阻的方式是，一旦电池电压降至近似值9 V以下，IC1d的输出就会下降。

MOSFET T3随后抑制并切断电池和负载上的接地链路。由于R11反馈电阻产生的迟滞，比较器在电池电压再次达到12 V之前不会改变状态。

电解电容器C2可防止深度放电保护因瞬时压降而激活，例如，由于大负载的接通。

电路中包含的短路保护功能类似于电子保险丝。当意外发生短路时，它会切断电池的负载。

T3也实现了相同的功能，它显示了MOSFET T13的关键双胞胎功能。MOSFET 不仅用作短路断路器，其漏源结还像计算电阻器一样发挥作用。

该电阻两端产生的压降按R12/R18按比例缩小，随后施加于比较器IC1c的反相输入端。

在这里，D5提供的精确电压也被用作参考。只要短路保护保持非活动状态，IC1c就会继续提供“高”逻辑输出。

该动作阻断D4导通，使得IC1d输出仅决定T3栅极电位。借助电阻分压器 R14/R15，栅极电压范围约为 4 V 至 6 V，从而在 T3 的漏源结上建立清晰的压降。

一旦负载电流达到最高电平，压降就会迅速上升，直到电平刚好足以切换IC1c。现在，这会导致其输出变为逻辑低电平。

因此，现在二极管D4激活，允许T3栅极短路至地。因此，MOSFET现在关断，停止电流。R/C 网络 R12/C3 决定电子保险丝的反应时间。

设置相对缓慢的反应时间，以避免由于负载电流偶尔瞬时高电流上升而导致电子保险丝操作的错误激活。

此外，LED D6用作1.6 V基准电压源，确保C3无法在此电压水平以上充电。

当短路消除并将负载与电池分离时，C3 通过 LED 逐渐放电（这可能需要长达 7 秒）。由于电子保险丝的设计具有相当缓慢的响应，这并不意味着负载电流将被允许达到过高的水平。

在电子保险丝被激活之前，T3栅极电压提示MOSFET将输出电流限制在通过设置预设P2确定的点。

为了确保没有燃烧或炸伤，该电路还具有与电池串联的标准保险丝F1，并保证电路中可能的故障不会立即引发灾难。

作为终极防御盾牌，D2已被纳入巡回赛。该二极管可保护IC1a和IC1b输入免受意外电池反向连接造成的损坏。

选择太阳能电池板

决定最合适的太阳能电池板自然取决于您打算使用的电池 Ah 额定值。

太阳能充电调节器基本上是为输出电压为15至18伏和10至40瓦的中等输出电压的太阳能电池板设计的。这些类型的面板通常适用于额定值在 36 到 100 Ah 之间的电池。

然而，由于太阳能充电调节器被指定为提供10 A的最佳电流消耗，因此可以很好地应用额定功率为150瓦的太阳能电池板。

太阳能充电器稳压器电路也可以应用于风车和其他电压源，前提是输入电压在15-18 V范围内。

大部分热量通过有源负载T2/R13散发。毋庸置疑，MOSFET应通过散热器有效冷却，R13的额定值应足以承受极高的温度。

R13 瓦数必须符合太阳能电池板的额定值。在（极端）情况下，当太阳能电池板连接21 V的空载输出电压和10 A的短路电流时，在这种情况下，T2和R13开始耗散相当于电池和太阳能电池板之间的电压差（约7 V）乘以短路电流（10 A）， 或者干脆70瓦！

一旦电池充满电，这实际上可能会发生。大部分功率通过R13释放，因为MOSFET随后提供非常低的电阻。MOSFET电阻R13的值可以通过以下欧姆定律快速确定：

R13 = P x I2= 70 x 102= 0.7 欧姆

然而，这种极端的太阳能电池板输出似乎不寻常。在太阳能充电稳压器的原型中，施加了0.25 Ω/40 W的电阻，由四个1Ω/10 W的并联电阻组成。T3 所需的冷却以相同的方式计算。

假设最高输出电流为10 A（相当于漏源结端的压降约为2.5 V），则必须评估约27W的最大功耗。

为了保证即使在过高的背景温度（例如 50 °C）下也能充分冷却 T3，散热器必须使用 3.5 K/W 或更低的热阻。

T2、T3 和 D7 部件排列在 PCB 的某一特定侧，便于它们轻松连接到单个公共散热器（带隔离组件）。

因此，必须包括这三种半导体的耗散，在这种情况下，我们需要一个热规格为1.5 K/W或更高的散热器。零件清单中描述的类型符合此先决条件。

如何设置

值得庆幸的是，100 Ah电池太阳能调节器电路非常容易设置。尽管如此，这项任务确实需要几个（调节的）电源。

其中一个被调整为14.1 V的输出电压，并耦合到PCB上的电池引线（指定为“accu”）。第二个电源必须具有限流器。

该电源被调整到太阳能电池板的开路电压（例如21 V，如前面所述的条件），并耦合到指定为“电池”的铲形端子。

当我们适当调整P1时，电压应降至14.1 V。请不要担心这一点，因为当前的限制器和D7保证绝对不会出错！

为了有效调整P2，您必须使用比输出端可能发生的最重负载略高的负载。如果您希望从此设计中获得最大值，请尝试选择10 A的负载电流。

这可以使用1Ω x120 W的负载电阻来实现，例如，由10个10Ω/10 W的并联电阻组成。预设 P2 在开始时旋转到“最大值”（雨刮器朝向 R14）。

之后，负载连接到PCB上指定为“负载”的引线。缓慢而谨慎地微调 P2，直到达到 T3 关闭并切断负载的水平。卸下负载电阻后，“负载”引线可以暂时短路，以测试电子保险丝是否正常工作。

印刷电路板布局

零件清单

电阻：

R1 = 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 = 参见文本

R17 = 10k P1 = 5k 预设

P2 = 50k

预设

电容：

C1 = 100nF C2 = 2.2uF

/ 25V 径向

C3 =10uF/ 16V

半导体：D1，D2，D4 = 1N4148 D3，136 = 红色

LED D5 = LM336Z-2.5

D7 = BYV32-50 T1 = BC547 T2，T3 = BUZ11

IC1 =

TL074

其他：

F1 = 保险丝 10 A （T），带印刷电路板安装支架

8 个铲形端子，用于螺钉安装

散热器 1.251VW