UPS solar Alimentare electrică Proiectare electronică Dezvoltare sisteme încorporate Automatizare

UPS solar

DSC_0519_1200.JPG

Am proiectat o tehnică analogică de comutare, care combină avantajele soluțiilor analogice cu eficiența ridicată a unei tehnici de comutare. Există acum o mulțime de circuite integrate disponibile, în special pentru majoritatea surselor de alimentare de uz general, astfel încât este practic relativ ușor să construiți unități de circuite specifice fără a fi nevoie să construiți un modul din cele mai elementare componente. Desigur, nu există o soluție unică și trebuie să planificați, să calculați și să scalați. În acest proiect, ambele implementări pot fi găsite, de la unități elementare de circuit până la soluții integrate. Este adevărat că un astfel de controler de încărcare ar fi putut fi țesut împreună din module electronice disponibile comercial, dar a fost necesară o soluție unificată și profesională pentru a crea un nou produs în care acest modul să fie o componentă importantă.

Ca parte a proiectului, a trebuit să proiectez o electronică de încărcare alimentată de panouri solare, care să asigure o încărcare continuă în caz de lumină solară pentru o cantitate considerabilă de capacitate de stocare plasată în sistem, dar în același timp să furnizeze energie neîntreruptă Stații de încărcare USB. Partenerul a comandat alimentarea cu energie electrică în curs de dezvoltare pentru a crea un hotspot. A fost proiectat cu o capacitate foarte mare de 168Ah, care a fost creat prin conectarea a 6 baterii de 28Ah. Am încercat să rezolv încărcarea acestei stocări mari de energie folosind panouri solare.

Cerințe

Sursa de alimentare creată trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Încărcarea bateriei și menținerea acesteia constantă cu energia solară
Furnizarea de energie neîntreruptibilă pentru o singură bucată de router Wi-Fi
Proiectarea a 2 stații de încărcare USB pe unitate
Compatibilitate cu majoritatea dispozitivelor mobile Android și Apple
Limitarea curentului de încărcare la ieșiri
Dezactivați punctele de încărcare în caz de tensiune redusă a bateriei, afișarea stării

Despre celulele solare

Panourile solare mi-au fost puse la dispoziție de către client, care a fost fabricat individual datorită cerințelor de dimensiune unice. Din păcate, nu am putut adăuga o fișă tehnică, așa că a trebuit să stabilesc o putere aproximativă și o tensiune de funcționare pe baza măsurătorilor. 3 celule solare au fost proiectate pentru sistem. Acestea au fost realizate folosind tehnologia filmului subțire și laminate pe un substrat flexibil, pe bază de plastic. În perioada de vară, la orele prânzului, în lumina soarelui, am măsurat o tensiune maximă de 21V pe o placă și am putut concluziona din curentul de scurtcircuit că pot exista aproximativ 100W panouri. Dintr-o celulă solară relativ mare, aceasta poate părea mică, dar din moment ce eficiența unei celule solare cu film subțire este cea mai mică (aproximativ 9%), acest tip de panou necesită o suprafață mult mai mare decât versiunile policristaline sau monocristaline, eficiență care 15-16%.

Baterii și capacitate

Energia furnizată de panourile solare este utilizată în principal pentru încărcarea bateriei și în al doilea rând pentru alimentarea directă cu energie electrică. Capacitatea de 168 Ah este multă, poate furniza energie hotspot-ului pentru o perioadă foarte lungă de timp, chiar și într-o perioadă mai lungă de perioade fără lumină, și câteva baterii bune ale telefonului pot fi încărcate din această cantitate de energie. S-au folosit baterii SLA, deci a fost necesar să proiectăm un circuit de încărcare corespunzător. În funcționare continuă, celula solară este capabilă să furnizeze suficientă energie în timpul zilei, chiar și pe vreme tulbure, astfel încât bateria să poată fi încărcată, astfel încât nu trebuie să vă faceți griji cu privire la descărcările periculoase, dar în orice caz este important pentru a deconecta consumatorii de la baterii.curentul de încărcare trebuie de asemenea limitat.

Considerații de proiectare și funcționare

Curentul maxim de încărcare a fost determinat la 0,07C. Aceasta are ca rezultat o încărcare mult mai sigură și lentă, care nu folosește absolut celulele, dar în cazuri extreme trebuie totuși calculată cu un curent de încărcare de 11A. Deoarece puterea totală a celulelor solare este de aproximativ 300W, acestea nu pot furniza mai mult de 15A în orice soare extrem și nu cred că este recomandabil să le supraîncărcați, așa că am ajuns la concluzia că această setare de curent de încărcare maximă de 11A va fi perfect. Tensiunea nominală a bateriilor este de 12V, conform plăcii sale tehnice, „utilizarea în regim de așteptare” poate fi o valoare stabilizată pentru tensiunea cuprinsă între 13,5-13,8V. Taxa totală a fost stabilită și stabilită la 13,65 V în consecință.

Am scris mai sus că astăzi puteți cumpăra o soluție pregătită pentru multe sarcini. Sursele de alimentare cu acest tip de energie nu pot fi obținute într-adevăr într-o formă integrată, care este disponibilă pe piață, evident nu ieftină, sau există soluții modulare, precum și surse de alimentare de comutare, din care trebuie să produc gata- a făcut puterea.

Am decis să folosesc un circuit de control al puterii vechi, dar bine folosit, care poate produce cu ușurință o tensiune stabilă, precum și o limită de curent, fără a fi nevoie de un circuit auxiliar mai serios. Și acesta este un regulator SMPS de 1,5A încapsulat SO8 ieftin și cel mai disponibil.

Desigur, am condus un MOSFET extern cu el, deoarece trebuie să profitez la maximum de 11A, care nu este potrivit pentru sine. Deoarece poate funcționa pe o gamă largă de tensiune, nu a fost nevoie să proiectăm o sursă de alimentare separată.

Etapa de acționare de ieșire de 1,5 A este perfectă pentru conducerea unui MOSFET, deși datorită tensiunii maxime de alimentare de 21 V, tensiunea de poartă a MOSFET-ului folosit a trebuit să fie limitată înapoi, deoarece poate rezista doar 18V între sursa porții, deci poate fi folosit doar direct.nu poate fi condus de la controler. Pentru a conduce poarta, am proiectat o etapă de schimbare a nivelului, cu tranzistor, care poate deschide și închide semiconductorul cu curentul corespunzător (1A), realizând astfel cel mai scurt timp de deschidere și închidere posibil și reducând pierderea de comutare rezultată, ceea ce ar duce la Incalzi.

Am trecut curentul care iese din circuitul de control al tensiunii prin diode, astfel încât tensiunea prezentă la baterii nu afectează funcționarea controlerului de încărcare și, cu aceasta, am reușit să realizez că niciun curent nu poate curge înapoi. În practică, când tensiunea celulelor solare este scăzută, regulatorul de încărcare nu funcționează.

Protecția la inversarea polarității a fost instalată la intrarea celulei solare și o siguranță de 15A a fost, de asemenea, proiectată pentru protecția la supracurent. De asemenea, bateriile au adăugat o siguranță de 15A. Dacă există o problemă, este mai probabil să topească ceva de aprins, deoarece cu o astfel de capacitate, poate apărea cu ușurință un incendiu electric dintr-un scurtcircuit, ceea ce este mai bine de prevenit și această protecție nu costă un cost suplimentar semnificativ.

13,65 V stabilizat a fost eliminat, ceea ce nu a fost o cerere, dar nu se știe când poate fi necesar acest lucru pentru o extindere. De fapt un conector, dacă nu este folosit niciodată, atunci nu se va întâmpla nimic.

Pe de altă parte, a fost nevoie de 3 ieșiri de 5V, dintre care una va furniza dispozitivul de rețea necesar hotspotului, iar două vor fi conectate la o priză USB, din care oricine va putea încărca un telefon sau o tabletă în timp ce navigarea pe Internet.

Am rezolvat producția de tensiune stabilă de 5V cu un circuit de comutare IC crescut în acest scop. Soluție simplă și excelentă, cu puține piese. Am protejat chiar sursele de alimentare de ieșire cu o siguranță de 1.6A în caz de scurtcircuit extrem, deși nu se va topi atunci când este utilizat conform intenției.

Pentru o protecție suplimentară, înainte de a trimite 5V la mufele USB, am conceput chiar așa-numitul IC de protecție a puterii USB, care, dacă detectează o tensiune anormală sau un curent prea mare, își oprește ieșirea, eliminând astfel sursa de alimentare la mufa USB. Aceasta protejează portul USB și se oprește imediat în cazul unei probleme de alimentare.

Cu o astfel de configurație, o porțiune semnificativă a dispozitivelor Android funcționează deja fără probleme, dar produsele Apple sunt, desigur, excentrice și în acest sens, deoarece sunt dispuse să se încarce doar de la propriul încărcător. Un aspect al designului a fost acela că dispozitivele Apple ar trebui să funcționeze și din hotspot, era încă necesar să se încorporeze separatoare de tensiune precise în liniile USB D- și D + care să convingă dispozitivul să utilizeze un încărcător din fabrică. Dispozitivele Android nu sunt deranjate de acest supliment, dar încarcă și dispozitivele Ipad și Iphone fără probleme.

În plus față de prizele USB, a fost amplasat un LED. Acestea indică dacă încărcarea USB este activată sau dezactivată. Se aprinde verde când este activat, în cazul în care tensiunea bateriei a atins nivelul critic de imersiune și ieșirile sunt oprite, acest LED va deveni roșu și 5V vor dispărea din prizele USB.
Am folosit un comparator analogic pentru a comuta nivelul de tensiune.

Câteva imagini de testare:

Încărcarea a fost testată separat cu mai multe dispozitive mobile și se poate observa că poate încărca fără probleme atât dispozitivele Android, cât și produsele Apple.