Сьогодні для туристів постає проблема живлення різноманітних електронних приладів, яких у сучасного туриста може бути чимало. Звичайно, треба щоб пристрій живлення був легкий, з великою енергоємністю, щоб забезпечити довге автономне користування. Влітку, в умовах України та інших південних країн, одним із найкращіх рішень є використання сонячної батареї. Сонячна батарея відповідної конструкції має невелику вагу, енергоємність, що дорівнює енергоємністі сонця (за винятком ночі та похмурої погоди). Також від неї можна заряджати допоміжний акумулятор, яким можна користуватися під час відсутності сонця (хоча це вже додаткова вага). У цій статті я надаю опис пристрою, який використовується для зарядки мобільного телефону та 6В або 12В SLA акумулятору (напруга акумулятору визначається автоматично, так що можливо користуватися тим акумулятором, який є). Пристрій має схему автоматичного узгодження виходу сонячної панелі та входу зарядки телефону та зовнішнього акумулятору, це забезпечується функцією розшуку оптімального навантаження сонячної батареї.
Навіщо потрібно зарядовий пристрій саме з функцією розшуку оптимального навантаження сонячної батареї (МРРТ, maximum power point tracker)? Найкращою відповіддю на це питання мають бути розрахунки:
Внутрішній зарядовий пристрій мобільного телефону потребує 3.7В і десь 150-500мА живлення, коли йде саме процесс зарядки, та 5.5В та струм 300-500мА щоб контролер заряду телефону дозволив почати зарядку. Як можна побачити, найкраще, коли пристрій живлення буде стабілізатором струму, з макс. напругою 5.5В. Якщо взяти добре підібрану до потреб мобільного телефону сонячну панель, то треба щоб вона мала вихід 6В 0.4А. Сонячна панель є стабілізатором струму, чим менше величина навантажувального резистора на виході панелі, тим менша вихідна напруга, а величина струму не змінюється. Є тільки невеличка зона на самому початку характеристики, де максимальна вихідна напруга та немає навантаження, там просто похила характеристика, але це не рабоча зона. Насправді, точка максімальної потужності сонячної панелі, це як раз точка переходу похилої характеристики до стабілізації струму (точка перетину цих двух графиків). Таким чином можна вважати, що при під'єднанні батареї безпосередньо до телефону заряджати телефон вона буде, але буде мати ККД 3.7В/6В=61%. У ідеальному випадку це не так вже і погано. Але, якщо користуватися розшукувачем точкі максімальної потужності, то ККД можна довести до 80% (треба ще враховувати ККД схеми конвертору). Навіщо чекати довше? (Мається на увазі час зарядки телефону).
Якщо подивитися на цю проблему під іншим кутом зору, та захотіти заряджати не тільки телефон, а ще й акумулятор з напругою від 6 до 12В, то можна побачити що потрібна сонячна панель десь на 15-17В і якщо приєднувати її безпосередньо до пристриїв, то втрати енергії будуть дуже великі. Потрібна схема, яка буде на вході оптимально навантажувати сонячну панель, а на виході контролювати рівень зарядки акумулятору, та давати стабілізований струм з максимальною напругою, обмеженою до 5.5В для зарядки мобільного.
Саме таку схему я собі і зробив. Схема пристрою складаеться з 2-х частин, входної на контролері АТмега8 та стабізатору струму на МС36064. Контролер виконує функції пошуку точки максимальної потужності та контролю зарядки акумулятору, стабілізатор струму потрібен для забезпечення належного рівня струму та обмеження максимальної виходної напруги безпосередньо для мобільного телефону.
Степ-даун (step-down) конвертер складаеться з ключа Q1B, індуктивності L1, зворотнього диоду D24.
Структура степ-даун конвертору виглядає трохі незвично , тому що його вихід прив'язаний до плюсового потенціалу. Так зручніше керувати МОСФЕТом Q1B та вимірювати через нього струм. Але це привело до потреби мати дві ланки для вимірювання напруги акумулятору, одна ланка вимірює плюсову напругу (R3,R10,R20), інша (R14,R15,R21) для вимірювання мінусового полюсу акумулятору. Різниця між цими напругами і є напругою акумулятору. Значення цих резісторів подібрані так, що вхідна напруга від -1.5 до 30В відповідає напрузі на вході АЦП контролеру 0-4В, тому можна бачити напругу на акумуляторі навіть коли сонячна панель вимкнена та живлення йде від того ж акумулятору. У цьому випадку напруга на мінусовому полюсі акумулятору буде десь -0.15-0.3В, залежно від струму, якій буде брати телефон та схема, але ж буде знаходитися ще у прямій зоні вимірювання, тому напругу акумулятору можна буде вимірювати з достатньою точністю.
Знаходження ширини імпульсу ШІМу, при якому береться максимальна потужність з сонячної панелі, робиться орієнтуючись на максимум імпульсу струму через ключ. Цей імпульс детектируеться схемою D15, C10, R4. Максимум напруги на С10 відповідає максимуму потужності від сонячної панелі.
Схема та малюнок платы зарядового пристрою:
solar charger circuit.pdf
solar charger board.pdf
solar charger parts TOP.pdf
solar charger parts BOTTOM.pdf
програма контролеру
теоретичне обгрунтування методу пошуку точки максимуму потужності сонячної панелі (max power point tracker)
Стабілізатор струму: зроблен на МС34063, звичайна схема з даташиту. Є тільки одна відмінність, вихідний транзистор підключив до землі, та прив'язав вихід до плюсового полюсу. Навищо я це зробив? Коли транзистор відкривається у такій схемі (загальній ємітер) на ньому падає 0.15-0.3В, а якщо робити по даташиту (робиться составний транзистор, схема "емітерний повторювач"), то на транзисторі втрачається близько 1.5В. Якщо будете користуватись 6В акумулятором, то від 6В залишиться тільки 4.5В на виході, для телефону цього замало. А у моєму варіанті можна заряджати, навіть і від 5.7В. До речі, ефективність конвертації теж буде більше, меньше енергії піде на нагрів транзистору. Єдине, що є поганого у цьому варіанті, це те, що довелось накрутити схему обмеження вихідної напруги (Q4, D14, R16,R17,R18, C15), замість простого делителю, як у даташиті. Але ця частина схеми не потребує потужності, деталі невелички, на загальні розміри плати не дуже впливають, тому, як на мене, воно цього варте.
Сонячна панель зробив собі сонячну панель з 24 єлементів YH40*40-4A/B40-M_1203. Це китайського виробництва, монокрісталичний кремній, 2.5В 0.08Вт кожен. Єлементі герметизовани якимось прозорим компаундом. Зустрічно-паралельно кожному підпаяв по діоду 1N4148, це на випадок, якщо один із послідовних елементів попаде в тінь. У такому разі без цього діоду він садить на себе всю потужність цього послідовного ланцюга, а діод запобігає цьому, тількі трохі падає віддача. Елементи об'єднані у три послідовних ланцюга, зібраних паралельно, по 8 єлементів у кожному. Ланцюги з'єднуються через діоди 1n5819. Це необхідно для того, щоб при попаданні в тінь одного з ланцюгів, цей ланцюг не брав на себе потужність від ланцюгів якы залишилися на сонці.
Увага! За 3 сезони елементи деградували, тому більш їх не використовую і не раджу користуватись ними.
Наклеъвши ці елементи водостійким клеєм на хустинку, як на фото, пришив шнурки до цієї хустинки (на фото їх не побачити), щоб цю хустинку можна було прив'язувати до дерев'яної рами (роблю на місті із гілочок), та отримав такий собі зарядовий пристрій. :)
Що не увійшло у схему: для зручності користування послідовно з акумулятором встановлен невеличкий вимикач, щоб кожен раз не знімати клеми з акумулятору. Паралельно виходу на акумулятор до плати підключен роз'єм автоприкуривателя. Це дає можливість заряджати телефони з різними напругами живлення, відмінними від 5В. Звісно, сама автозарядка це справа власника такого телефону. Але ж при цьому треба користуватись або акумулятором на 12В, або без акумулятору. Від 6В акумулятору такі автопристрої зазвичай не працюють. На коробці з контролером встановив роз'єми для сонячної панелі та прикуривателю.
Увага! Неправильно працюючий пристрій може пошкодити заряджаємий мобільний телефон, тому перед користуванням потрібно ретельно перевірити роботу пристрою. Я даю інформацію та рекомендації по виготовленню цього пристрою, алє не даю ніяких матеріальніх гарантій. Кожен, хто буде виготовляти цей пристрій повинен знати, що робить це тільки під свою власну відповідальність. Якщо Ви не маєте достатнього досвіду або навичок, то буде краще, якщо Ви не будете виконувати цю роботу.
Для тих, хто вирішив зібрати цей пристрій:
Якщо маєте якись питання, то можна задати їх тут:
Коментарі:
