Circuito caricabatteria solare PWM

Questo semplice circuito caricabatterie solare PWM a caduta zero da 5 V può essere utilizzato in combinazione con qualsiasi pannello solare per caricare rapidamente telefoni cellulari o batterie di telefoni cellulari in più numeri, in pratica il circuito è in grado di caricare qualsiasi batteria sia agli ioni di litio che al piombo che può essere all'interno della gamma 5V.

Utilizzo di TL494 per il convertitore buck

Il design si basa su una topologia di convertitore buck SMPS che utilizza l'IC TL 494 (sono diventato un grande fan di questo IC). Grazie a 'Texas Instruments' per averci fornito questo meraviglioso circuito integrato.

Potresti voler saperne di più su questo chip da questo post che spiega la scheda tecnica completa di IC TL494

Schema elettrico

Sappiamo che un circuito di ricarica solare da 5 V può essere facilmente costruito utilizzando CI lineari come LM 317 o LM 338, puoi trovare maggiori informazioni su questo leggendo i seguenti articoli:

Semplice circuito di ricarica solare

Circuito caricatore controllato in corrente semplice

Tuttavia il più grande svantaggio di questi caricabatterie lineari è l'emissione di calore attraverso il proprio corpo o per dissipazione dell'involucro, che si traduce in uno spreco di energia preziosa. A causa di questo problema, questi IC non sono in grado di produrre un'uscita di tensione a caduta zero per il carico e richiedono sempre ingressi di almeno 3 V più alti rispetto alle uscite specificate.

Il circuito del caricatore 5V qui spiegato è completamente libero da tutti questi fastidi, impariamo come si ottiene un funzionamento efficiente dal circuito proposto.

Facendo riferimento al circuito del caricabatterie solare PWM da 5 V sopra, l'IC TL494 costituisce il cuore dell'intera applicazione.

L'IC è un IC processore PWM specializzato, che viene utilizzato qui per controllare uno stadio convertitore buck, responsabile della conversione dell'alta tensione di ingresso in un'uscita di livello inferiore preferita.

L'ingresso al circuito può essere ovunque tra 10 e 40 V, che diventa la gamma ideale per i pannelli solari.

Le caratteristiche principali dell'IC includono:

Generazione di output PWM preciso

Al fine di generare PWM precisi, l'IC include un riferimento preciso a 5 V realizzato utilizzando il concetto di bandgap che lo rende termicamente immune. Questo riferimento a 5 V che si ottiene al pin n. 14 dell'IC diventa la tensione di base per tutti i trigger cruciali coinvolti nell'IC e responsabile dell'elaborazione PWM.

L'IC è costituito da una coppia di uscite che possono essere configurate per oscillare alternativamente in una configurazione totem pole, o entrambe contemporaneamente come un'uscita oscillante single-ended. La prima opzione diventa adatta per applicazioni di tipo push-pull come inverter, ecc.

Tuttavia per la presente applicazione un'uscita oscillante single-ended diventa più favorevole e ciò si ottiene mettendo a terra il pin n. 13 dell'IC, in alternativa per ottenere un'uscita push-pull il pin n. 13 potrebbe essere collegato al pin n. già il nostro articolo precedente.

L'output dell'IC ha una configurazione interna molto utile e interessante. Le uscite sono terminate tramite due transistor all'interno dell'IC. Questi transistor sono disposti con un emettitore / collettore aperto attraverso i pin 9/10 e 8/11 rispettivamente.

Per applicazioni che richiedono un'uscita positiva, gli emettitori possono essere utilizzati come uscite, disponibili dai pin 9/10. Per tali applicazioni normalmente un BJT NPN o un Nmosfet sarebbe configurato esternamente per accettare la frequenza positiva attraverso il pin 9/10 dell'IC.

Nel progetto attuale, poiché un PNP viene utilizzato con le uscite IC, una tensione di caduta negativa diventa la scelta giusta, e quindi al posto del pin9 / 10, abbiamo collegato il pin8 / 11 con lo stadio di uscita costituito dallo stadio ibrido PNP / NPN. Queste uscite forniscono una corrente di assorbimento sufficiente per alimentare lo stadio di uscita e per pilotare la configurazione del convertitore buck ad alta corrente.

Controllo PWM

L'implementazione PWM, che diventa l'aspetto cruciale per il circuito, si ottiene alimentando un segnale di feedback campione all'amplificatore di errore interno dell'IC attraverso il suo pin di ingresso non invertente # 1.

Questo ingresso PWM può essere visto collegato all'uscita del convertitore buck tramite il potenziale divisore R8 / R9, e questo loop di feedback immette i dati richiesti all'IC in modo che l'IC sia in grado di generare PWM controllati attraverso le uscite al fine di mantenere la tensione di uscita costantemente a 5V.

Altre tensioni di uscita possono essere fissate semplicemente alterando i valori di R8 / R9 secondo le proprie esigenze applicative.

Controllo corrente

L'IC ha due amplificatori di errore impostati internamente per il controllo del PWM in risposta a segnali di feedback esterni. Uno degli amplificatori di errore viene utilizzato per controllare le uscite a 5 V come discusso sopra, il secondo amplificatore di errore viene utilizzato per controllare la corrente di uscita.

R13 forma il resistore di rilevamento della corrente, il potenziale sviluppato attraverso di esso viene alimentato a uno degli ingressi pin # 16 del secondo amplificatore di errore che viene confrontato dal riferimento al pin # 15 impostato sull'altro ingresso dell'amplificatore operazionale.

Nel progetto proposto è impostato da 10 amp a R1 / R2, il che significa che nel caso in cui la corrente di uscita tenda ad aumentare oltre i 10 amp, ci si può aspettare che il pin16 vada più in alto del pin di riferimento15 iniziando la contrazione PWM richiesta fino a quando la corrente viene i livelli specificati.

Convertitore di potenza buck

Lo stadio di potenza mostrato nel progetto è uno stadio convertitore di potenza buck standard, che utilizza una coppia di transistor Darlington ibridi NTE153 / NTE331.

Questo stadio Darlington ibrido risponde alla frequenza controllata PWM dal pin 8/11 dell'IC e aziona lo stadio convertitore buck costituito da un induttore ad alta corrente e un diodo di commutazione ad alta velocità NTE6013.

Lo stadio di cui sopra produce un'uscita precisa a 5V garantendo una dissipazione minima e un'uscita perfetta a caduta zero.

La bobina o l'induttore possono essere avvolti su qualsiasi nucleo di ferrite utilizzando tre fili paralleli di filo di rame super smaltato ciascuno con un diametro di 1 mm, il valore di induttanza può essere ovunque vicino a 140uH per il progetto proposto.

Pertanto, questo circuito caricabatterie solare da 5 V può essere considerato un circuito caricabatterie solare ideale ed estremamente efficiente per tutti i tipi di applicazioni di ricarica della batteria solare.