太阳能电池板电池充电器DIY制作

最新更新时间:2012-03-20来源: 电子发烧友关键字:太阳能  电池板  电池充电器DIY 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  我们渴望舒服一点的条件是,一个基于水雾系统而让人凉快的解决方案,以克服困扰这片沙漠的干热空气。这可以用一台由电压源供电、连着一个带喷嘴的喷雾水龙带的水泵实现。喷雾系统的成功要素是电源,这个电源也可以用来给 LED 灯供电,以供夜间照明,或者给其它需要电源的外部设备充电。我们的计划是,用太阳能电池板给一个海上用的深周期电池充电,然后用这块电池给其它所有东西供电。随即,我开始了太阳能电池板电池充电器的设计。

  我有 3 周时间完成设计。我向朋友 Simon 请求帮助,Simon 以前用凌力尔特公司的 IC 搞过太阳能供电设计。除了一台显示工作原理的样机,Simon 还给了我一份原理图,这台样机从未连上太阳能电池板测试过,但在实验室做过仿真。我很兴奋,有兴趣用真实的太阳能电池板测试这个设计,我们准备对样机进行像样的测试。

  一位朋友借给我两块 BP 太阳能电池板 (BP380U)。在大约 20V 最高输出电压和 4A 最大输出电流时,每块电池板的峰值功率都是 80W (实际规格为,在 80W 最大功率时,电压为 17.6V,电流为 4.55A)。把这两块太阳能电池板合起来,我希望在太阳光直接直射在电池板上时,在峰值条件下能有 8A 的总电流。太阳能电池板连接到 Simon 的样机上没有几分钟,系统就充分运转了 (图 1 和图 2)。通过对样机的初步测试,查明了几个故障,后来这给我们节省了大量时间。

  

  图 1:测试 BP 太阳能电池板, BP380U (0 至 20V 输出,4A 峰值功率 80W)

  

  图 2:最初的太阳能充电电路样机,采用 12V 海上用深周期电池 。

  样机运行良好,因此我购买了几块凌力尔特公司的演示板,并稍作修改以使其更适合重新设计过的系统规格要求。我保持样机作为备份和参考,同时我设计了一个新系统。我们解决了一些故障后,通过这些修改改善了原来的样机。总之,架构设计仍然是相同的:用 0 至 20V 的太阳能电池板,以 4A 的恒定电流给一个 12V 的电池充电。

  太阳能电池充电器系统设计

  用这些演示板忙活几天之后,我成功地完成了一个产生预期效果的设计,这设计将适合我们这次旅程。系统的方框图如图 3 所示,该图显示了一些 IC 和演示板功能。系统的照片如图 4 所示,显示了完整的太阳能电池板电池充电器单元。

  

  图 3:系统设计方框图

  

  图 4:最终的太阳能充电器电路

  视太阳的位置不同而不同,太阳能电池板最初的输出电压在 0V 到 20V 之间变化,那么就用一个能接受这么宽输出范围的稳压器,并保持吸取低的电流 (每个电池板上的输入电流最大值都是 4A),同时调节一个固定的输出电压。这是在 DC1198A-B 演示板上用凌力尔特公司的微型模块 (μModule) DC/DC 降压-升压型开关稳压器 LTM4607 实现的。

  LTM4607 是一个小型 LGA 封装 (15mm x 15mm x 2.8mm) 的芯片,其中包括一个复杂的降压-升压型 DC/DC 开关稳压器所需的所有支持控制组件。复杂的开关控制电路和 FET 内置到微型模块稳压器中,从而使该器件非常容易使用。结果是仅需一个微型模块稳压器、电感器以及几个电容器和电阻器就完成简洁规则的布局。4.5V 至 36V 的宽输入电压范围至固定 20V 输出 (范围为 0.8V 至 24V) 对于太阳能电池板的特性 (0 至 20V 输出) 正合适,而且该器件能加载高达 5A 的升压模式和 10A 的降压模式。在太阳能电池板峰值功率时,20V 输入至 20V/2.5A 输出的效率是 91%,而且积极利用了降压-升压型宽范围输入的好处。就这个系统设计的目的而言,输出调节到 20V,用这个输出给 LTC1435/LT1620 高效率、低压差电池充电器系统供电。

  在 14V 稳定电压时,LTC1435/LT1620 演示板 (DC133A) 将充电电流控制到稳定的 4A.该演示板与 LT1620 数据表第一页上的应用电路类似,我将 FB 电阻器 (110k) 换成一个可变电位器,以实现输出电压调节,并将电池浮置电压设置到 14V.该演示板设计利用 LT1620 轨至轨电流检测放大器,结合 LTC1435 开关稳压器电路的高效率和低压差能力,形成了一个效率超过 95% 的电池充电器,从而在 4A 充电电流时仅需要 0.5V 输入至输出电压差。一个到地的编程电流设置电池充电电流 (4A),该电池充电电流一直是稳定的,直到电池电压达到预设的浮置电压 (在本文情况下为 14V) 为止。随着电池达到其满充电状态,电路的编程将自动转入涓流充电状态,并就电池的输出电压而言缓慢降低充电电流。这减轻了由于恒定过冲电给电池造成的压力。

  一个理想二极管电路设计与 DC133A 充电系统的输出串联,利用 LTC4414 实现电路保护,并允许在充电电路以最小损耗运行的同时使用电池。这种自动电源通路 (PowerPath?) 控制使外部设备能够自由地用太阳能电池板或电池供电。当太阳能电池板功率不足时,电路自动转为从电池吸取功率。该电路设计与 LTC4414 数据表第九页上的图 2 类似。LTC4414 (8 引线 MSOP 封装) 控制一个外部 P 沟道 MOSFET,以产生接近理想的二极管功能,用于电源切换。这允许多个电源高效率进行“或” 操作;在本文情况下,电源是太阳能电池板和电池。当连接一个外部设备时,电池和充电系统接受负载状态。在无负载时,将对电池充电。因此该设计允许一起使用太阳能电池板和电池供电,同时运行电池充电过程。这一部分没有演示板可用,因此我按照定制电路板上的应用电路进行设计。

  电流检测系统与电池串联,利用并联检测电阻器测量电池的输入充电电流和输出放电电流,而无需断开电路。图 3 的方框图仅说明了输入充电电流。LTC6103 (采用 8 引线 MSOP 封装,在 4V 至 60V 范围内工作) 是一个双路独立电流检测放大器,可通过外部检测电阻器监视电流。该器件以 mV 为单位测量和提供电池充电和放电电流的电流比率输出。在本文情况下,它帮助指示电池充和放了多少电量。这是一种以低功率损耗读取电流的方法,这对保持一个高能效系统至关重要。我略微调节了 LTC6103 (DC1116A) 演示板以实现这一点。引脚 8 和 7 分别与进入电池的电流通路 +IN_A 和 -IN_A 串联。这将提供进入电池的充电电流。引脚 6 和 5 相互掉换后反着连接,以测量电池放电电流通路,+IN_B (引脚 5) 连接到 -IN_A (引脚 7),-IN_B (引脚 6) 连接到 +IN_A (引脚 8)。电阻器的值以 10 为倍数改变和调节,以便在 0.1Ω 并联检测电阻器与电路串联时,输出以 100mV/A 变化。图 5 中的万用表显示整个系统的结果。太阳能电池板输出电压是 17.11V,电池电压为 12.95V,充电电流是 3.58A.

  

  图 5:万用表显示 17.11V 太阳能电池板输出,12.95V 电池充电电压;3.58A 电池充电电流

  ADC 和微控制器读数

  我决定,每次检查电路是否正常运行时不使用电压表,因为电压表在沙漠中难以携带。为了避免携带多个万用表,我用一个微控制器和 ADC 来读取系统的电压值,并在一般的 LCD 显示屏上显示信息。这种方法可就电路性能提供实时数据,而无需连接几个万用表。

  我使用 DC590B 演示板和 LTC2418 8信道 / 16 信道 24 位 ADC 演示板 DC571A.我的同事 Mark Thoren 给了我 PIC 微控制器的嵌入式源代码样本,我微调了这个源代码样本,以跨 LTC2418 上 ADC 的不同通道对电压采样,并以可接受的分辨率、准确地读出 mV 范围的电压值。既然基准电压的最大范围是 2.5V,那么我用一种电压分压器方法来按比例将电压降低到 mV 范围,以在 ADC 上实现正确的测量。通道连接到单个有关的输入和输出电压上,包括电流检测电压。这么做非常成功,无需多个万用表。图 6 是一个有关这个 LCD 显示屏的全功能系统的例子。我在 LCD 上得到的最后的显示提供了有关以下电压的信息:变化的太阳能电源电压 Vs、充电电路电压 Vc、电池电压 Vb、以及电池上的输入充电/放电电流 C 和 D.在本文情况下,是“C”,它在充电。放电时,程序将改变到“D”。

  

  图 6:LCD 读数:Vs (太阳能电池板电压);Vc (充电电路电压);Vb (电池电压);C = 充电电流 (4.3A),用DC590B PIC 微控制器控制;用 LTC2418 演示板 DC571 ADC 读取电压,该演示板由 LTM4601演示板 DC1041A 微型模块降压型稳压器供电。

  注意,DC590B 演示板不是靠 12V 轨供电,而是靠 5V 轨供电。需要一个降压型稳压器将电压从电池的 12V 降低到 5V.这个降压型稳压器将必须是高效率的,因为电源将来自太阳能电池板和电池,我不想因运行 LCD 显示屏和微控制器而耗费大量功率。我使用 LTM4601 微型模块 DC/DC 开关稳压器演示板 DC1041A.

  LTM4601 是一个 LGA 封装的 15mm x 15mm x 2.8mm 微型模块 DC/DC 开关稳压器,在 12A 最大负载电流时,输入为 4.5V 至 20V,输出为 0.6V 至 5V.LTM4601 的设计使得非常容易从 12V 电池提供一个稳定的 5V 输出。该微型模块包括所有控制支持组件,如电阻器、电容器、MOSFET 和电感器。在这个系统中,效率大约为 90%,使用最小的电池电流,极大地延长了电池寿命。更容易的是,输出电压用一个电阻器设置,如果我需要一个不同的电压轨 (例如 3.3V、2.5V、1.8V、1.5V 和 1.2V),那么在演示板上用一条跨接线可以非常容易地改变这个输出电压。

  总之,两块 BP 太阳能电池板,每块在 4A 电流时都有 0 至 20V 的输出,这两块太阳能电池板由 20V 输出的 LTM4607 降压/升压型微型模块开关稳压器调节,然后再到 14V 输入的 LTC1435/LT1620 电池充电器,通过一个理想二极管 MOSFET 控制器 LTC4414、一个串联的电流检测放大器 LTC6103,最终进入电池;以稳定的 4A 电流充电。在这个设计中,由 LTC2418 在不同的级获取 ADC 读数,并将读数送至由 LTM4601 微型模块开关稳压器供电的 DC590B 演示板微控制器,以在 LCD 上显示结果。图 7 显示正在运行的整个系统。

  

  图 7:运行中的整个系统设计

  喷雾系统的机械设计

  有了一个正常工作的太阳能充电器和稳定的 12V 输出,我就准备好着手组装喷雾系统了。去一趟五金店就得到了我需要的材料:舱底污水泵、水龙带连接器、水龙带夹具、转接器和喷雾系统。水龙带长约 15 英尺,拧在转接器螺钉上,用水龙带夹具固定到水泵上,喷雾系统固定在末端,有 5 个喷雾嘴。底舱污水泵靠最大值为 12V 的电压运行,水压可以通过降低电压来控制。

  为了实现灵活性,我安装了一个稳压器,该稳压器可以接受 12V 输入,并将输入转换成可变的 12V 输出。这要求 LTM4607 设计有降压/升压特性。该器件使用一个反馈电阻器控制输出电压。一个 50k 的可变旋钮电位器取代了电阻器,从而非常容易控制 0.8V 至 12V 的输出。还串联了一个 5.62k 的电阻器,以限制输出电压,保持输出低于 15V.该设计通过旋转一个旋钮实现了水压控制。

  然后,我就可以测试我的全功能喷雾系统了。结果,水泵导致最大约 6A 的电池放电电流,这意味着,在峰值输出时,水泵约从每块太阳能电池板获得 4A 电流。控制水泵速度和压力的好处是,我可以将压力降到足够低,以降低电池的放电电流,并全部靠太阳能电池板运行水泵,以节省电池电量,这样做非常有效。通过这种方法,我们能够在营地全天运行喷雾系统,而不必担心电池放电,耽误夜间用于 LED 照明系统。

  LED 照明

  随着电源的完成,我就可以增加电路,在晚上高效率地提供照明了。LED 足够亮,可以照亮房间,这在以前是不可想象的,但是新的技术进步已经为 LED 照明的新时代创造了条件。尤其是,PhilipsLumileds Luxeon LED 在 1000mA 时可以提供超过 100 流明的光。我配备了一个 LumiLED 阵列,使用 LTC3475 (16 引线 TSSOP 耐热增强型封装) 双路 1.5A 恒定电流 LED 驱动器 DC923A 演示板。它设计成用一个宽范围输入电压 (4V 至 30V) 驱动两个信道,每个信道 1.5A.12V 电池直接连接到演示板的输入,为每个通道 3 个串联的 LED 灯供电,当两个通道都接通时,总共有 6 个 LED.这些 LED 出奇地亮,用一块柔光布遮上时,足够照亮我们整个营地。晚上的放电电流全部来自电池,因为太阳能电池板夜间提供零电力。以 2A 的总放电电流,可以整晚为这些灯供电。到接近中午或偏下午时,电池再次充满电,为给喷雾系统供电做好了准备,在早午餐后,喷雾系统就可以让我们感到凉爽了。

关键字:太阳能  电池板  电池充电器DIY 编辑:探路者 引用地址:太阳能电池板电池充电器DIY制作

上一篇:基于HCNR201的电压采集隔离电路设计
下一篇:单相电搭错报警保护电路

推荐阅读最新更新时间:2023-10-18 16:32

iPhone支架、移动电源、太阳能充电器三合一
  跟iPhone相关的配件实在是太多了,有时候带着太多配件也会成为麻烦事。今天小编给大家介绍这款名为P-Flip的iPhone配件,集合了iPhone支架、移动电源、太阳能充电器,体积也不大,非常实用又节省空间。当你用手机看视频时,P-Flip可以给iPhone当支架。   在你手机没电时,P-Flip内置的电池可以充当移动电源。甚至当你到了野外举目无亲没有一个插座的时候,P-Flip后背的太阳能电池板依然可以为你提供持续电量。    P-Flip大小跟一部手机差不多大有一个30针的充电接口,能给iPad、iPhone和iPod充电。    P-Flip最简单的功能就是给iPhone当支架,在你看视频的时候不
[电源管理]
iPhone支架、移动电源、<font color='red'>太阳能</font>充电器三合一
友达光电试制出电子纸与太阳能电池一体化产品
台湾友达光电(AUOptronics,AUO)在正于太平洋横滨会展中心举行的“FPDInternational2011”上,展示了在柔性电子纸背面粘贴了柔性薄膜太阳能电池的“Un-pluggedFlexibleE-paperDisplay”。Un-plugged是意思是无需电源插座。耗电量较低的电子纸和太阳能电池以前就被认为有望结合,同时采用这二者的手表等已经上市。此次AUO试着开发了使电子纸和太阳能电池均实现柔性、无需外部电源即可驱动的电子纸。 电子纸的尺寸为6英寸,像素为SVGA(800×600像素)。电子纸显示技术采用普通的EPD(ElectronicPaperDisplay),TFT采用了有机TFT。以50Hz频率驱动。面
[新能源]
太阳能电池组件功率计算
太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。   功率计算   太阳能交流发电系统是由太阳电池组件、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源,就要根据用电器的功率,合理选择各部件。一般来说,太阳能板功率=电池片功率X数量X损耗。太阳能电池板功率有理论和损耗之分,损耗程度不同,其功率也不同。   下面以100W输出功率,每天使用6个小时为例,介绍一下计算方法:   1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包
[电源管理]
多晶硅降价快速 太阳能级硅价格腰斩
太阳光电产业仍处于需求低潮期,主流料源多晶硅价格近1、2季来快速下滑,导致配料及替代品市场热度急冻,尤其在2008年喧哗一时的冶金法太阳能级硅(Upgraded Metallurgical Grade Silicon;UMG),价格也从2008年高峰的每公斤100美元跌至目前约50美元,太阳能业者坦言,主流料已无缺乏问题,替代品料源需求偏低。 太阳光电产业自从2008年第4季受到大环境冲击以来,需求急冻,导致原本严重缺乏的多晶硅料源供需一夕反转价格剧降,从老字号多晶硅厂等级的现货价高峰点为每公斤500美元以上,至今约140~150美元,近1、2季的时间使价格反转快速。 因为多晶硅缺乏,被视为料源市场新欢的冶金法太阳能级硅,
[半导体设计/制造]
新型可弯曲可嵌入式太阳能电池转换效率达到了29%
  目前,大多数实用的太阳能电池技术中,都是基于多晶硅或者单晶硅材料,其转换效率最多可达到18%左右。而来自美国硅谷Alta Devices公司推出的一种新型可弯曲可嵌入太阳能 电池 ,其转换效率达到了惊人的29%,且其未来3年目标是实现转换效率达到37%!这种新型太阳能电池基于砷化镓材料以及独特的生产工艺技术,此太阳能电池在转换效率上的巨大突破必将引发太阳能产业和新能源产业新的市场格局。   转换效率逼近理论值   Alta Devices公司CEO Chris Norris指出:“Alta Devices公司在三个方面创新,一个是高效生长工艺,二是复用GaAs晶圆的技术,三是高转换效率。首先我们是在一个临时晶圆(templat
[电源管理]
进口低价多晶硅大量涌入:外资主导太阳能产业
  1-2月江苏口岸进口多晶硅1752吨,同比分别增长2.2倍和1.3倍      南京海关向本报提供的最新数据显示,今年1-2月江苏口岸多晶硅进口大幅飙升。      2010年1-2月,江苏口岸进口多晶硅1752吨,同比分别增长2.2倍和1.3倍;进口平均价格为48.2美元/千克,下跌30.7%。      多晶硅是太阳能电池的主要原材料,南京海关分析人士向本报记者表示,国外低价多晶硅的大量涌进,将严重冲击作为新兴战略性产业之一的太阳能产业。2009年,江苏太阳能光伏产业占全国太阳能电池生产的70%。       进口多晶硅价跌量增      为实现经济发展方式的转变,江苏等东部沿海省市纷纷将太阳能产业定位主要战略性产业。太阳能
[半导体设计/制造]
槽式太阳能热发电工程研制成功
      近日,由北京中航空港通用设备有限公司自主研发、设计并具自主知识产权的槽式太阳能热发电工程样机发电成功,在国内实现了太阳能热发电零的突破,使我国独立建造大规模槽式太阳能热发电站成为可能。      槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统,是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列,加热工质,产生高温蒸汽,驱动汽轮机发电机组发电。目前,仅有美国和西班牙实现了槽式太阳能聚热发电的商业化。针对太阳能存在的日照强和弱等不稳定因素影响,中航通用公司采用蓄热装置贮存多余热能,在热能不足的情况下,可以释放出来,以达到稳定供电和延长发电时间的目的,最大限度地有效利用资源。
[新能源]
中芯国际计划开始制造太阳能电池和电池板
  新浪科技讯 美国东部时间3月27日4:59(北京时间3月27日17:59)消息,中芯国际(Nasdaq: SMI)今天宣布,该公司将于下月开始制造太阳能电池和电池板,所需原料将来自其核心业务产生的再生硅,预计这项业务有望成为公司新的收入来源。   中芯国际发言人雷科-常(Reiko Chang)表示,初期的年生产能力将达10兆瓦,主要的生产原料硅将取自芯片制造业务产生的二手硅和再生硅,太阳能电池制造技术相当一部分 与芯片制造过程中使用的技术类似,“初期的生产能力不会太大。” 太阳能 电池和电池板的售价大约为3美元~4美元/瓦,以此计算,该业务初期的年产值将达3000万美
[焦点新闻]
小广播
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
随便看看
    502 Bad Gateway

    502 Bad Gateway


    openresty
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty