構(gòu)建一個(gè)太陽(yáng)能MPPT充電器

幾乎每個(gè)基于太陽(yáng)能的系統(tǒng)都有一個(gè)與之相關(guān)的電池，該電池必須從太陽(yáng)能中充電，然后來自電池的能量將用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。鋰電池充電有多種選擇，我們之前也搭建了一個(gè)簡(jiǎn)單的 鋰電池充電電路。但要使用太陽(yáng)能電池板為電池充電，最流行的選擇是MPPT 或最大功率點(diǎn)跟蹤器拓?fù)?，因?yàn)樗峁┍?PWM 控制充電器等其他方法更好的精度。

MPPT是太陽(yáng)能充電器中常用的一種算法。充電控制器測(cè)量電池板的輸出電壓和電池電壓，然后通過獲取這兩個(gè)數(shù)據(jù)，將它們進(jìn)行比較，以確定電池板可以提供的最佳功率來為電池充電。在任何情況下，無論陽(yáng)光條件好還是差，MPPT 充電控制器都會(huì)使用這個(gè)最大功率輸出因數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為電池的最佳充電電壓和電流。每當(dāng)太陽(yáng)能電池板的功率輸出下降時(shí)，電池充電電流也會(huì)降低。

因此，在陽(yáng)光不足的情況下，電池會(huì)根據(jù)太陽(yáng)能電池板的輸出持續(xù)充電。普通太陽(yáng)能充電器通常不會(huì)出現(xiàn)這種情況。因?yàn)槊總€(gè)太陽(yáng)能電池板都帶有最大輸出電流額定值和短路電流額定值。每當(dāng)太陽(yáng)能電池板無法提供適當(dāng)?shù)碾娏鬏敵鰰r(shí)，電壓會(huì)顯著下降，負(fù)載電流不會(huì)改變，并超過短路電流額定值，使太陽(yáng)能電池板的輸出電壓為零。因此，在陽(yáng)光不足的情況下，充電會(huì)完全停止。但MPPT通過控制電池充電電流，讓電池即使在陽(yáng)光不好的情況下也能充電。

MPPT在轉(zhuǎn)換中的效率約為 90-95%。然而，效率也取決于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)器溫度、電池溫度、太陽(yáng)能電池板質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將為鋰電池構(gòu)建一個(gè)太陽(yáng)能 MPPT 充電器并檢查輸出。

MPPT 充電控制器 - 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的MPPT 充電控制器電路將具有以下規(guī)格肉。

它將為2P2S電池充電（6.4-8.4V）

充電電流為600mA

它將有一個(gè)使用適配器的額外充電選項(xiàng)。

構(gòu)建 MPPT 控制器所需的組件

LT3652 驅(qū)動(dòng)器

1N5819 - 3 個(gè)

10k可以

10uF 電容器 - 2 個(gè)

綠色 LED

橙色 LED

220k電阻

330k電阻

200k電阻

68uH電感

1uF電容

100uF 電容 - 2 個(gè)

電池 - 7.4V

1k 電阻 2 個(gè)

筒形插座

MPPT太陽(yáng)能充電器電路圖

完整的太陽(yáng)能充電控制器電路如下圖所示。您可以單擊它以查看整頁(yè)視圖以獲得更好的可見性。

該電路使用LT3652，這是一款完整的單片降壓型電池充電器，可在 4.95V 至 32V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作。因此，太陽(yáng)能和適配器的最大輸入范圍為 4.95V 至 32V。LT3652 提供了恒定電流/恒定電壓充電特性。它可以通過電流檢測(cè)電阻器進(jìn)行編程，以獲得最大 2A 的充電電流。

在輸出部分，充電器采用 3.3V 浮動(dòng)電壓反饋基準(zhǔn)，因此可以使用電阻分壓器對(duì)高達(dá) 14.4V 的任何所需電池浮動(dòng)電壓進(jìn)行編程。LT3652 還包含一個(gè)使用一個(gè)簡(jiǎn)單電容器的可編程安全定時(shí)器。它用于在達(dá)到所需時(shí)間后終止充電。檢測(cè)電池故障很有用。

LT3652 需要 MPPT 設(shè)置，其中一個(gè)電位器可用于設(shè)置 MPPT 點(diǎn)。當(dāng) LT3652 使用太陽(yáng)能電池板供電時(shí)，輸入調(diào)節(jié)環(huán)路用于將電池板保持在峰值輸出功率。從何處維持調(diào)節(jié)取決于 MPPT 設(shè)置電位器。

所有這些都與原理圖有關(guān)。VR1 用于設(shè)置 MPPT 點(diǎn)。R2、R3、R4用于設(shè)置2S電池充電電壓（8.4V）。設(shè)置電池電壓的公式可以通過-

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

電容 C2 用于設(shè)置充電定時(shí)器。可以使用以下公式設(shè)置計(jì)時(shí)器 -

tEOC = CTIMER ? 4.4 ? 10 6 （以小時(shí)計(jì)）

D3和C3是升壓二極管和升壓電容。它驅(qū)動(dòng)內(nèi)部開關(guān)并促進(jìn)開關(guān)晶體管的飽和。升壓引腳的工作電壓范圍為 0V 至 8.5V。

R5 和 R6 是并聯(lián)的電流檢測(cè)電阻。充電電流可以使用以下公式計(jì)算 -

RSENSE = 0.1/ICHG（MAX）

原理圖中的電流檢測(cè)電阻選擇 0.5 歐姆和 0.22 歐姆，并聯(lián)產(chǎn)生 0.15 歐姆。使用上述公式，它將產(chǎn)生幾乎 0.66A 的充電電流。C4、C5 和 C6 是輸出濾波電容。

DC筒形插孔的連接方式是，如果將適配器插孔插入適配器插座，太陽(yáng)能電池板將斷開連接。D1 將保護(hù)太陽(yáng)能電池板或適配器在無充電條件下免受反向電流流動(dòng)。

太陽(yáng)能充電控制器 PCB 設(shè)計(jì)

對(duì)于上面討論的MMPT 電路，我們?cè)O(shè)計(jì)了MPPT 充電器控制器電路板，如下所示。

該設(shè)計(jì)具有必要的 GND 銅平面以及適當(dāng)?shù)倪B接過孔。然而，LT3652 需要足夠的 PCB 散熱器。這是使用 GND 銅平面并將通孔放置在該焊接平面中創(chuàng)建的。

組裝印刷電路板

訂購(gòu)電路板后，幾天后通過快遞將它裝在一個(gè)標(biāo)簽整齊、包裝完好的盒子里，并且一如既往，PCB 的質(zhì)量非常棒。我收到的PCB如下圖所示。如您所見，頂層和底層都按預(yù)期進(jìn)行。

通孔和焊盤的尺寸都合適。我花了大約 15 分鐘組裝到 PCB 板上得到一個(gè)工作電路。組裝好的板子如下圖所示。

測(cè)試我們的 MPPT 太陽(yáng)能充電器

為了測(cè)試電路，使用了額定值為 18V .56A 的太陽(yáng)能電池板。下圖是太陽(yáng)能電池板的詳細(xì)規(guī)格。

使用2P2S電池（8.4V 4000mAH）電池進(jìn)行充電。完整的電路在溫和的陽(yáng)光條件下進(jìn)行了測(cè)試——

連接好所有東西后，當(dāng)太陽(yáng)條件合適時(shí)設(shè)置 MPPT，并控制電位器，直到充電 LED 開始發(fā)光。該電路工作得很好，詳細(xì)的工作、設(shè)置和解釋可以在下面鏈接的視頻中找到。