جهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT باستخدام LT3562

يحتوي كل نظام قائم على الطاقة الشمسية تقريبًا على بطارية مرتبطة به والتي يجب شحنها من الطاقة الشمسية ومن ثم سيتم استخدام الطاقة من البطارية لدفع الأحمال. هناك العديد من الخيارات المتاحة لشحن بطارية الليثيوم ، وقد قمنا أيضًا ببناء دائرة شحن بطارية ليثيوم بسيطة مسبقًا. ولكن لشحن بطارية بلوحة شمسية ، فإن الخيار الأكثر شيوعًا هو MPPT أو هيكل تعقب نقطة الطاقة القصوى لأنه يوفر دقة أفضل بكثير من الطرق الأخرى مثل أجهزة الشحن التي يتم التحكم فيها بواسطة PWM.

MPPT هي خوارزمية شائعة الاستخدام في أجهزة الشحن بالطاقة الشمسية. يقيس جهاز التحكم بالشحن جهد الخرج من اللوحات والجهد الكهربي للبطارية ، ثم من خلال الحصول على هاتين المعطيات ، يقوم بمقارنتها لتحديد أفضل طاقة يمكن أن توفرها اللوحة لشحن البطارية. في أي موقف ، سواء في حالة أشعة الشمس الجيدة أو السيئة ، تستخدم وحدة التحكم في الشحن MPPT عامل خرج الطاقة الأقصى هذا وتحول هذا إلى أفضل جهد شحن وتيار للبطارية. كلما انخفض خرج الطاقة من اللوحة الشمسية ، ينخفض ​​أيضًا تيار شحن البطارية.

وبالتالي ، في ظروف ضوء الشمس السيئة ، يتم شحن البطارية باستمرار وفقًا لإخراج اللوحة الشمسية. هذا ليس هو الحال عادة في أجهزة الشحن الشمسية العادية. لأن كل الألواح الشمسية تأتي مع الحد الأقصى لتصنيف الإخراج الحالي وتصنيف تيار الدائرة القصيرة. عندما لا تتمكن اللوحة الشمسية من توفير خرج التيار المناسب ، ينخفض ​​الجهد بشكل كبير ولا يتغير تيار الحمل ويعبر تصنيف تيار الدائرة القصيرة مما يجعل جهد الخرج للوحة الشمسية صفرًا. وبالتالي ، يتوقف الشحن تمامًا في ظروف ضوء الشمس السيئة. لكن MPPT يسمح للبطارية بالشحن حتى في حالة ضوء الشمس السيئة من خلال التحكم في تيار شحن البطارية.

تبلغ كفاءة MPPT حوالي 90-95٪ في التحويل. ومع ذلك ، يمكن الاعتماد على الكفاءة أيضًا على درجة حرارة السائق الشمسي ودرجة حرارة البطارية وجودة الألواح الشمسية وكفاءة التحويل. في هذا المشروع ، سنقوم ببناء شاحن للطاقة الشمسية MPPT لبطاريات الليثيوم والتحقق من الإخراج. يمكنك أيضًا التحقق من مشروع مراقبة بطارية IoT Based Solar الذي نراقب فيه بعض معلمات البطارية المهمة لبطارية ليثيوم مثبتة في النظام الشمسي.

MPPT Charge Controller - اعتبارات التصميم

سيكون لدائرة التحكم MPPT Charge التي قمنا بتصميمها في هذا المشروع المواصفات التالية: اللحوم.

1. سيتم شحن بطارية 2P2S (6.4-8.4 فولت)
2. سيكون تيار الشحن 600mA
3. سيكون لها خيار شحن إضافي باستخدام محول.

المكونات المطلوبة لبناء وحدة تحكم MPPT

1. سائق LT3652
2. 1N5819 - 3 قطع
3. 10 كيلو وعاء
4. 10 فائق التوهج المكثفات - 2 جهاز كمبيوتر شخصى
5. الصمام الأخضر
6. الصمام البرتقالي
7. 220 كيلو المقاوم
8. 330 كيلو المقاوم
9. 200 كيلو المقاوم
10. محث 68uH
11. 1 فائق التوهج مكثف
12. 100 فائق التوهج مكثف - 2 قطعة
13. البطارية - 7.4 فولت
14. مقاومات 1 كيلو 2 قطعة
15. مقبس برميل

مخطط دائرة شاحن الطاقة الشمسية MPPT

يمكن العثور على دائرة التحكم في شحن الطاقة الشمسية الكاملة في الصورة أدناه. يمكنك النقر فوقه للحصول على عرض صفحة كاملة للحصول على رؤية أفضل.

تستخدم الدائرة LT3652 وهو شاحن بطارية متدرج مترابط كامل يعمل على مدى 4.95 فولت إلى 32 فولت. وبالتالي ، فإن نطاق الإدخال الأقصى هو 4.95 فولت إلى 32 فولت لكل من الطاقة الشمسية والمحول. يوفر LT3652 خصائص شحن تيار مستمر / جهد ثابت. يمكن برمجتها من خلال مقاومات الإحساس الحالية بحد أقصى 2 أمبير لتيار الشحن.

في قسم الإخراج ، يستخدم الشاحن مرجعًا لملاحظات الجهد العائم 3.3 فولت ، لذلك يمكن برمجة أي جهد عائم للبطارية يصل إلى 14.4 فولت باستخدام مقسم مقاوم. يحتوي LT3652 أيضًا على مؤقت أمان قابل للبرمجة باستخدام مكثف بسيط. يتم استخدامه لإنهاء الشحن بعد الوصول إلى الوقت المطلوب. من المفيد اكتشاف أعطال البطارية.

يتطلب LT3652 إعداد MPPT حيث يمكن استخدام مقياس الجهد لتعيين نقطة MPPT. عندما يتم تشغيل LT3652 باستخدام لوحة شمسية ، يتم استخدام حلقة تنظيم الإدخال للحفاظ على اللوحة عند ذروة طاقة الإخراج. من مكان الحفاظ على التنظيم يعتمد على مقياس جهد إعداد MPPT.

كل هذه الأشياء مرتبطة بالتخطيطي. يتم استخدام VR1 لتعيين نقطة MPPT. يتم استخدام R2 و R3 و R4 لضبط جهد شحن البطارية 2S (8.4 فولت). يمكن إعطاء صيغة لضبط جهد البطارية من خلال:

RFB1 = (VBAT (FLT) • 2.5 • 10 ⁵) /3.3 و RFB2 = (RFB1 • (2.5 • 10 ⁵)) / (RFB1 - (2.5 • 10 ⁵))

يستخدم المكثف C2 لإعداد مؤقت الشحن. يمكن ضبط المؤقت باستخدام الصيغة أدناه-

tEOC = CTIMER • 4.4 • 10 ⁶ (في ساعات)

D3 و C3 هما دايود التعزيز ومكثف التعزيز. إنه يقود المفتاح الداخلي ويسهل تشبع ترانزستور المفتاح. يعمل دبوس التعزيز من 0 فولت إلى 8.5 فولت.

R5 و R6 عبارة عن مقاوم إحساس حالي متصل بالتوازي. يمكن حساب تيار الشحن باستخدام الصيغة أدناه-

RSENSE = 0.1 / ICHG (MAX)

يتم تحديد المقاوم المعنى الحالي في التخطيطي 0.5 أوم و 0.22 أوم وهو بالتوازي ينتج 0.15 أوم. باستخدام الصيغة أعلاه ، سوف ينتج ما يقرب من 0.66A من تيار الشحن. C4 و C5 و C6 هي مكثفات مرشح الإخراج.

يتم توصيل مقبس برميل DC بطريقة يتم فيها فصل اللوحة الشمسية إذا تم إدخال مقبس محول في مقبس المحول. سيحمي D1 اللوحة الشمسية أو المحول من التدفق الحالي العكسي أثناء عدم وجود حالة شحن.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور للتحكم في شحن الطاقة الشمسية

بالنسبة لدائرة MMPT التي تمت مناقشتها أعلاه ، قمنا بتصميم لوحة دائرة وحدة تحكم الشاحن MPPT الموضحة أدناه.

يحتوي التصميم على المستوى النحاسي الضروري من GND بالإضافة إلى فتحات التوصيل المناسبة. ومع ذلك ، يتطلب LT3652 المشتت الحراري المناسب ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتم إنشاء هذا باستخدام الطائرة النحاسية GND ووضع فتحات في مستوى اللحام هذا.

طلب PCB

الآن نحن نفهم كيفية عمل المخططات ، يمكننا المضي قدمًا في بناء PCB لمشروع MPPT Solar Charger الخاص بنا. يتوفر أيضًا تخطيط PCB للدائرة أعلاه للتنزيل باسم Gerber من الرابط.

• تنزيل جربر لشاحن الطاقة الشمسية MPPT

الآن تصميمنا جاهز ، حان الوقت لجعلها ملفقة باستخدام ملف جربر. لإنجاز PCB من PCBGOGO أمر سهل للغاية ، ما عليك سوى اتباع الخطوات أدناه-

الخطوة 1: ادخل إلى www.pcbgogo.com ، واشترك إذا كانت هذه هي المرة الأولى لك. ثم في علامة التبويب PCB Prototype ، أدخل أبعاد PCB وعدد الطبقات وعدد PCB الذي تحتاجه. بافتراض أن PCB هو 80 سم × 80 سم ، يمكنك ضبط الأبعاد كما هو موضح أدناه.

الخطوة 2: تابع بالنقر فوق الزر Quote Now . سيتم نقلك إلى صفحة حيث يتم تعيين بعض المعلمات الإضافية إذا لزم الأمر مثل تباعد المسار المستخدم ، وما إلى ذلك ، ولكن في الغالب ، ستعمل القيم الافتراضية بشكل جيد. الشيء الوحيد الذي يتعين علينا التفكير فيه هنا هو السعر والوقت. كما ترى فإن مدة البناء هي 2-3 أيام فقط وتكلف 5 دولارات فقط لثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكنك بعد ذلك تحديد طريقة الشحن المفضلة بناءً على متطلباتك.

الخطوة 3: الخطوة الأخيرة هي تحميل ملف Gerber ومتابعة الدفع. للتأكد من أن العملية سلسة ، يتحقق PCBGOGO مما إذا كان ملف Gerber الخاص بك صالحًا قبل متابعة الدفع. بهذه الطريقة ، يمكنك التأكد من أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك سهل التصنيع وسيصل إليك كما هو ملتزم.

تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بعد طلب اللوحة ، وصلتني بعد بضعة أيام من خلال البريد السريع في صندوق معبأ جيدًا ، وكما هو الحال دائمًا ، كانت جودة PCB رائعة. يظهر ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي استلمته أدناه. كما ترى ، تحولت كل من الطبقة العلوية والسفلية كما هو متوقع.

كانت جميع المنافذ والوسادات بالحجم المناسب. استغرق الأمر مني حوالي 15 دقيقة للتجميع على لوحة PCB للحصول على دائرة عمل. يتم عرض اللوحة المجمعة أدناه.

اختبار الشاحن الشمسي MPPT

لاختبار الدائرة ، يتم استخدام لوح شمسي بجهد 18 فولت.56 أمبير. الصورة أدناه هي المواصفات التفصيلية للوحة الشمسية.

يتم استخدام بطارية 2P2S (8.4 فولت 4000 مللي أمبير) للشحن. يتم اختبار الدائرة الكاملة في ظروف الشمس المعتدلة -

بعد توصيل كل شيء ، يتم ضبط MPPT عندما تكون حالة الشمس مناسبة ويتم التحكم في مقياس الجهد حتى يبدأ مصباح الشحن في التوهج. عملت الدائرة بشكل جيد ويمكن العثور على تفاصيل العمل والإعداد والشرح في الفيديو المرتبط أدناه.

آمل أن تكون قد استمتعت بالمشروع وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كان لديك أي أسئلة ، فيرجى تركها في قسم التعليقات أدناه. يمكنك أيضًا استخدام منتدياتنا للرد على استفساراتك الفنية الأخرى.