Κύκλωμα φορτιστή ηλιακής μπαταρίας PWM

Αυτό το απλό, βελτιωμένο κύκλωμα φόρτισης ηλιακής μπαταρίας 5W μηδενικής πτώσης PWM μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με οποιοδήποτε ηλιακό πάνελ για γρήγορη φόρτιση κινητών τηλεφώνων ή μπαταριών κινητών τηλεφώνων σε πολλούς αριθμούς, βασικά το κύκλωμα είναι ικανό να φορτίζει οποιαδήποτε μπαταρία είτε Li-ion είτε μολύβδου οξέος που μπορεί να είναι εντός της εμβέλειας 5V.

Χρησιμοποιώντας το TL494 για τον μετατροπέα Buck

Ο σχεδιασμός βασίζεται σε τοπολογία μετατροπέα SMPS buck χρησιμοποιώντας το IC TL 494 (Έχω γίνει μεγάλος θαυμαστής αυτού του IC). Χάρη σε «Texas Instruments» για την παροχή αυτού του υπέροχου IC σε εμάς.

Ίσως θέλετε να μάθετε περισσότερα για αυτό το τσιπ από αυτήν την ανάρτηση που εξηγεί το πλήρες δελτίο δεδομένων του IC TL494

Διάγραμμα κυκλώματος

Γνωρίζουμε ότι ένα κύκλωμα ηλιακού φορτιστή 5V μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας γραμμικά IC όπως LM 317 ή LM 338, μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό διαβάζοντας τα ακόλουθα άρθρα:

Απλό κύκλωμα ηλιακού φορτιστή

Απλό κύκλωμα ελεγχόμενου φορτιστή ρεύματος

Ωστόσο, το μεγαλύτερο μειονέκτημα με αυτά γραμμικοί φορτιστές μπαταριών είναι η εκπομπή θερμότητας μέσω του σώματός τους ή μέσω εξάπλωσης θήκης, η οποία οδηγεί σε σπατάλη πολύτιμης ισχύος. Λόγω αυτού του ζητήματος, αυτά τα IC δεν μπορούν να παράγουν έξοδο τάσης μηδενικής πτώσης για το φορτίο και απαιτούν πάντα τουλάχιστον 3V υψηλότερες εισόδους από τις καθορισμένες εξόδους.

Το κύκλωμα του φορτιστή 5V που εξηγείται εδώ είναι εντελώς απαλλαγμένο από όλες αυτές τις ταλαιπωρίες, ας μάθουμε πώς επιτυγχάνεται αποτελεσματική εργασία από το προτεινόμενο κύκλωμα.

Αναφερόμενος στο παραπάνω κύκλωμα φορτιστή ηλιακής μπαταρίας 5V PWM, το IC TL494 αποτελεί την καρδιά ολόκληρης της εφαρμογής.

Το IC είναι ένα εξειδικευμένο IC επεξεργαστή PWM, το οποίο χρησιμοποιείται εδώ για τον έλεγχο ενός σταδίου μετατροπέα buck, υπεύθυνο για τη μετατροπή της υψηλής τάσης εισόδου σε μια προτιμώμενη έξοδο χαμηλότερου επιπέδου.

Η είσοδος στο κύκλωμα μπορεί να είναι οπουδήποτε μεταξύ 10 και 40V, που γίνεται το ιδανικό εύρος για τα ηλιακά πάνελ.

Τα βασικά χαρακτηριστικά του IC περιλαμβάνουν:

Δημιουργία ακριβούς εξόδου PWM

Προκειμένου να δημιουργηθούν ακριβείς PWMs, το IC περιλαμβάνει μια ακριβή αναφορά 5V που γίνεται χρησιμοποιώντας το bandgap concept που το καθιστά θερμικά άνοσο. Αυτή η αναφορά 5V που επιτυγχάνεται στον ακροδέκτη # 14 του IC γίνεται η βασική τάση για όλους τους κρίσιμους ενεργοποιητές που εμπλέκονται στο IC και είναι υπεύθυνοι για την επεξεργασία PWM.

Το IC αποτελείται από ένα ζεύγος εξόδων που μπορούν είτε να διαμορφωθούν ώστε να ταλαντεύονται εναλλάξ σε μια διαμόρφωση τοτέμ πόλων, είτε και τα δύο σε μια στιγμή σαν μια έξοδο ταλάντωσης με ένα άκρο. Η πρώτη επιλογή γίνεται κατάλληλη για εφαρμογές τύπου push-pull, όπως σε μετατροπείς κ.λπ.

Ωστόσο, για την παρούσα εφαρμογή, μια ταλαντούμενη έξοδος με ένα άκρο γίνεται πιο ευνοϊκή και αυτό επιτυγχάνεται με τη γείωση γείωσης # 13 του IC, εναλλακτικά για την επίτευξη ώθησης εξόδου έλξης # 13 θα μπορούσε να συνδεθεί με τον πείρο # 14, το συζητήσαμε αυτό στο το προηγούμενο άρθρο μας ήδη.

Οι έξοδοι του IC έχουν μια πολύ χρήσιμη και ενδιαφέρουσα εγκατάσταση εσωτερικά. Οι έξοδοι τερματίζονται μέσω δύο τρανζίστορ μέσα στο IC. Αυτά τα τρανζίστορ είναι διατεταγμένα με έναν ανοιχτό πομπό / συλλέκτη κατά μήκος του πείρου 9/10 και των ακίδων 8/11 αντίστοιχα.

Για εφαρμογές που απαιτούν θετική έξοδο, οι πομποί μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έξοδοι, οι οποίοι διατίθενται από τις ακίδες 9/10. Για τέτοιες εφαρμογές κανονικά ένα NPN BJT ή ένα Nmosfet θα διαμορφώνονταν εξωτερικά για αποδοχή της θετικής συχνότητας κατά μήκος του pin9 / 10 του IC.

Στο παρόν σχέδιο, δεδομένου ότι ένα PNP χρησιμοποιείται με τις εξόδους IC, μια αρνητική τάση βύθισης γίνεται η σωστή επιλογή, και επομένως αντί του pin9 / 10, έχουμε συνδέσει το pin8 / 11 με το στάδιο εξόδου που αποτελείται από το υβριδικό στάδιο PNP / NPN. Αυτές οι έξοδοι παρέχουν επαρκές ρεύμα βύθισης για την τροφοδοσία του σταδίου εξόδου και για την οδήγηση της διαμόρφωσης μετατροπέα υψηλού ρεύματος.

Έλεγχος PWM

Η εφαρμογή PWM, η οποία γίνεται η κρίσιμη πτυχή του κυκλώματος επιτυγχάνεται τροφοδοτώντας ένα δείγμα σήματος ανάδρασης στον εσωτερικό ενισχυτή σφάλματος του IC μέσω του ακροδέκτη εισόδου # 1 που δεν αναστρέφει.

Αυτή η είσοδος PWM μπορεί να φανεί συνδεδεμένη με την έξοδο από τον μετατροπέα buck μέσω του δυνητικού διαχωριστή R8 / R9 και αυτός ο βρόχος ανατροφοδότησης εισάγει τα απαιτούμενα δεδομένα στο IC έτσι ώστε το IC να μπορεί να παράγει ελεγχόμενα PWMs στις εξόδους για να διατηρήστε την τάση εξόδου με συνέπεια στα 5V.

Η άλλη τάση εξόδου μπορεί να καθοριστεί αλλάζοντας απλώς τις τιμές R8 / R9 σύμφωνα με τις ανάγκες της ίδιας της εφαρμογής.

Τρέχων έλεγχος

Το IC έχει δύο ενισχυτές σφάλματος που έχουν ρυθμιστεί εσωτερικά για τον έλεγχο του PWM σε απόκριση σε εξωτερικά σήματα ανάδρασης. Ένας από τους ενισχυτές σφάλματος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των εξόδων 5V όπως συζητήθηκε παραπάνω, ο δεύτερος ενισχυτής σφάλματος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ρεύματος εξόδου.

Το R13 σχηματίζει την τρέχουσα αντίσταση ανίχνευσης, το δυναμικό που αναπτύσσεται σε αυτήν τροφοδοτείται σε έναν από τους ακροδέκτες εισόδου # 16 του δεύτερου ενισχυτή σφάλματος που συγκρίνεται με την αναφορά στον ακροδέκτη # 15 που βρίσκεται στην άλλη είσοδο του opamp.

Στην προτεινόμενη σχεδίαση ορίζεται στα 10amp έως R1 / R2, πράγμα που σημαίνει ότι σε περίπτωση που το ρεύμα εξόδου τείνει να αυξηθεί πάνω από 10amp, ο πείρος16 μπορεί να αναμένεται να πάει υψηλότερα από τον πείρο αναφοράς15 ξεκινώντας την απαιτούμενη συστολή PWM έως ότου το ρεύμα περιοριστεί πίσω στο τα καθορισμένα επίπεδα.

Μετατροπέας ισχύος Buck

Το στάδιο ισχύος που φαίνεται στο σχεδιασμό είναι ένα τυπικό στάδιο μετατροπέα ισχύος, χρησιμοποιώντας υβριδικά τρανζίστορ ζεύγους Darlington NTE153 / NTE331.

Αυτό το υβριδικό στάδιο Darlington ανταποκρίνεται στην ελεγχόμενη συχνότητα PWM από το pin8 / 11 του IC και λειτουργεί το στάδιο μετατροπέα buck που αποτελείται από έναν επαγωγέα υψηλού ρεύματος και μια δίοδο εναλλαγής υψηλής ταχύτητας NTE6013.

Το παραπάνω στάδιο παράγει μια ακριβή έξοδο 5v διασφαλίζοντας την ελάχιστη απόρριψη και έξοδο μηδενικής πτώσης του νομού.

Το πηνίο ή ο επαγωγέας μπορεί να τυλιχτεί πάνω σε οποιονδήποτε πυρήνα φερρίτη χρησιμοποιώντας τρεις παράλληλους κλώνους από σμάλτο χάλκινο σύρμα το καθένα με διάμετρο 1 mm, η τιμή επαγωγής μπορεί να είναι οπουδήποτε κοντά στα 140uH για τον προτεινόμενο σχεδιασμό.

Έτσι, αυτό το κύκλωμα φορτιστή ηλιακής μπαταρίας 5V μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ιδανικό και εξαιρετικά αποτελεσματικό κύκλωμα ηλιακού φορτιστή για όλους τους τύπους εφαρμογών φόρτισης ηλιακής μπαταρίας.