构建一个太阳能MPPT充电器

科技观察员

描述

几乎每个基于太阳能的系统都有一个与之相关的电池,该电池必须从太阳能中充电,然后来自电池的能量将用于驱动负载。锂电池充电有多种选择,我们之前也搭建了一个简单的 锂电池充电电路。但要使用太阳能电池板为电池充电,最流行的选择是MPPT 或最大功率点跟踪器拓扑,因为它提供比 PWM 控制充电器等其他方法更好的精度。

MPPT是太阳能充电器中常用的一种算法。充电控制器测量电池板的输出电压和电池电压,然后通过获取这两个数据,将它们进行比较,以确定电池板可以提供的最佳功率来为电池充电。在任何情况下,无论阳光条件好还是差,MPPT 充电控制器都会使用这个最大功率输出因数,并将其转换为电池的最佳充电电压和电流。每当太阳能电池板的功率输出下降时,电池充电电流也会降低。

因此,在阳光不足的情况下,电池会根据太阳能电池板的输出持续充电。普通太阳能充电器通常不会出现这种情况。因为每个太阳能电池板都带有最大输出电流额定值和短路电流额定值。每当太阳能电池板无法提供适当的电流输出时,电压会显着下降,负载电流不会改变,并超过短路电流额定值,使太阳能电池板的输出电压为零。因此,在阳光不足的情况下,充电会完全停止。但MPPT通过控制电池充电电流,让电池即使在阳光不好的情况下也能充电。

MPPT在转换中的效率约为 90-95%。然而,效率也取决于太阳能驱动器温度、电池温度、太阳能电池板质量和转换效率。在这个项目中,我们将为锂电池构建一个太阳能 MPPT 充电器并检查输出。

MPPT 充电控制器 - 设计注意事项

我们在这个项目中设计的MPPT 充电控制器电路将具有以下规格肉。

它将为2P2S电池充电(6.4-8.4V)

充电电流为600mA

它将有一个使用适配器的额外充电选项。

构建 MPPT 控制器所需的组件

LT3652 驱动器

1N5819 - 3 个

10k可以

10uF 电容器 - 2 个

绿色 LED

橙色 LED

220k电阻

330k电阻

200k电阻

68uH电感

1uF电容

100uF 电容 - 2 个

电池 - 7.4V

1k 电阻 2 个

筒形插座

MPPT太阳能充电器电路图

完整的太阳能充电控制器电路如下图所示。您可以单击它以查看整页视图以获得更好的可见性。

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该电路使用LT3652,这是一款完整的单片降压型电池充电器,可在 4.95V 至 32V 的输入电压范围内工作。因此,太阳能和适配器的最大输入范围为 4.95V 至 32V。LT3652 提供了恒定电流/恒定电压充电特性。它可以通过电流检测电阻器进行编程,以获得最大 2A 的充电电流。

在输出部分,充电器采用 3.3V 浮动电压反馈基准,因此可以使用电阻分压器对高达 14.4V 的任何所需电池浮动电压进行编程。LT3652 还包含一个使用一个简单电容器的可编程安全定时器。它用于在达到所需时间后终止充电。检测电池故障很有用。

LT3652 需要 MPPT 设置,其中一个电位器可用于设置 MPPT 点。当 LT3652 使用太阳能电池板供电时,输入调节环路用于将电池板保持在峰值输出功率。从何处维持调节取决于 MPPT 设置电位器。

所有这些都与原理图有关。VR1 用于设置 MPPT 点。R2、R3、R4用于设置2S电池充电电压(8.4V)。设置电池电压的公式可以通过-

RFB1 = (VBAT(FLT) • 2.5 • 10 5 )/3.3 和 RFB2 = (RFB1 • (2.5 • 10 5 ))/(RFB1 - (2.5 • 10 5 ))

电容 C2 用于设置充电定时器。可以使用以下公式设置计时器 -

tEOC = CTIMER • 4.4 • 10 6 (以小时计)

D3和C3是升压二极管和升压电容。它驱动内部开关并促进开关晶体管的饱和。升压引脚的工作电压范围为 0V 至 8.5V。

R5 和 R6 是并联的电流检测电阻。充电电流可以使用以下公式计算 -

RSENSE = 0.1/ICHG(MAX)

原理图中的电流检测电阻选择 0.5 欧姆和 0.22 欧姆,并联产生 0.15 欧姆。使用上述公式,它将产生几乎 0.66A 的充电电流。C4、C5 和 C6 是输出滤波电容。

DC筒形插孔的连接方式是,如果将适配器插孔插入适配器插座,太阳能电池板将断开连接。D1 将保护太阳能电池板或适配器在无充电条件下免受反向电流流动。

太阳能充电控制器 PCB 设计

对于上面讨论的MMPT 电路,我们设计了MPPT 充电器控制器电路板,如下所示。

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该设计具有必要的 GND 铜平面以及适当的连接过孔。然而,LT3652 需要足够的 PCB 散热器。这是使用 GND 铜平面并将通孔放置在该焊接平面中创建的。

组装印刷电路板

订购电路板后,几天后通过快递将它装在一个标签整齐、包装完好的盒子里,并且一如既往,PCB 的质量非常棒。我收到的PCB如下图所示。如您所见,顶层和底层都按预期进行。

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通孔和焊盘的尺寸都合适。我花了大约 15 分钟组装到 PCB 板上得到一个工作电路。组装好的板子如下图所示。

pYYBAGLs42qAH29QAAcCZqOQrrY777.png

测试我们的 MPPT 太阳能充电器

为了测试电路,使用了额定值为 18V .56A 的太阳能电池板。下图是太阳能电池板的详细规格。

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使用2P2S电池(8.4V 4000mAH)电池进行充电。完整的电路在温和的阳光条件下进行了测试——

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连接好所有东西后,当太阳条件合适时设置 MPPT,并控制电位器,直到充电 LED 开始发光。该电路工作得很好,详细的工作、设置和解释可以在下面链接的视频中找到。

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