Circuito Carregador Solar Zero Drop LDO

O artigo discute um LDO de baixa queda simples ou circuito carregador solar de queda zero sem microcontrolador, que pode ser modificado de muitas maneiras diferentes de acordo com a preferência do usuário. O circuito não depende de microcontrolador e pode ser construído até por um leigo.

O que é um Zero Drop Charger

Um carregador solar de queda zero é um dispositivo que garante que a tensão do painel solar chegue até a bateria sem sofrer qualquer queda de tensão, seja por resistência ou por interferência de semicondutor. O circuito aqui usa um MOSFET como uma chave para garantir a queda mínima na tensão do painel solar conectado.

Além disso, o circuito tem uma vantagem distinta sobre outras formas de projetos de carregador de queda zero, não desvia desnecessariamente o painel, garantindo que o painel possa operar em sua zona de maior eficiência.

Vamos entender como esses recursos podem ser alcançados por meio dessa nova ideia de circuito projetada por mim.

Circuito LDO mais simples

Aqui está um exemplo mais simples de carregador solar LDO que pode ser construído em minutos, por qualquer aquarista interessado.

Esses circuitos podem ser usados ​​efetivamente no lugar de caros Schottky diodos, para obter uma transferência de queda zero equivalente de energia solar para a carga.

Um MOSFET de canal P é usado como uma chave LDO de queda zero. O diodo zener protege o MOSFET de altas tensões do painel solar acima de 20 V. O 1N4148 protege o MOSFET de uma conexão reversa do painel solar. Assim, este MOSFET LDO fica totalmente protegido contra condições de polaridade reversa e também permite que a bateria seja carregada sem queda de tensão no meio.

Para uma versão de canal N, você pode tentar a seguinte variante.

Usando amplificadores operacionais

Se você estiver interessado em construir um carregador zero drop com recurso de corte automático, você pode aplicar isso usando um amplificador operacional conectado como um comparador, conforme mostrado abaixo. Neste projeto, o pino não inversor do IC é posicionado como o sensor de tensão por meio de um estágio divisor de tensão feito por R3 e R4.

Referindo-se ao diagrama de circuito do carregador regulador de tensão de queda zero proposto, vemos uma configuração bastante simples que consiste em um opamp e um mosfet como os principais ingredientes ativos.

O pino de inversão é montado normalmente como a entrada de referência usando R2 e o diodo zener.

Supondo que a bateria a ser carregada seja uma bateria de 12 V, a junção entre R3 e R4 é calculada de forma que produza 14,4 V em um certo nível de tensão de entrada ideal, que pode ser a tensão de circuito aberto do painel conectado.

Ao aplicar a tensão solar nos terminais de entrada mostrados, o mosfet é iniciado com a ajuda de R1 e permite que toda a tensão passe pelo cabo de drenagem que finalmente atinge a junção R3 / R4.

O nível de tensão é detectado instantaneamente aqui e, se no caso for maior do que 14,4 V definido, liga a saída do opamp para um alto potencial.

Esta ação desliga instantaneamente o mosfet, certificando-se de que nenhuma outra voltagem seja permitida atingir seu dreno.

No entanto, no processo, a tensão agora tende a cair abaixo da marca de 14,4 V através da junção R3 / R4, que mais uma vez faz com que a saída opamp seja baixa e, por sua vez, ligue o mosfet.

A comutação acima continua se repetindo rapidamente, o que resulta em uma constante de 14,4 V na saída que alimenta os terminais da bateria.

O uso do mosfet garante uma saída de queda quase zero do painel solar.

D1 / C1 são introduzidos para manter e sustentar uma alimentação constante para os pinos de alimentação do IC.

Ao contrário dos reguladores do tipo shunt, aqui o excesso de tensão do painel solar é controlado desligando o painel, o que garante o carregamento zero do painel solar e permite que ele opere em suas condições mais eficientes, como uma situação MPPT.

O circuito do carregador solar LDO sem microcontrolador pode ser facilmente atualizado adicionando-se um corte automático e recursos de limite de sobrecorrente.

Diagrama de circuito

OBSERVAÇÃO: CONECTE O PINO 7 DO IC DIRETAMENTE AO (+) TERMINAL DO PAINEL SOLAR, SE NÃO O CIRCUITO NÃO FUNCIONARÁ. USE LM321 SE A TENSÃO DO PAINEL SOLAR FOR MAIOR QUE 18 V.

Lista de Peças

• R1, R2 = 10K
• R3, R4 = use uma calculadora divisora ​​de potencial online para fixar a tensão de junção necessária
• D2 = 1N4148
• C1 = 10uF / 50V
• C2 = 0,22uF
• Z1 = deve ser muito inferior ao nível de sobrecarga da bateria selecionado
• IC1 = 741
• Mosfet = conforme a bateria AH e a tensão solar.

Usando MOSFET N-Channel

O baixo abandono proposto também pode ser efetivamente implementado usando um MOSFET de canal N. conforme indicado abaixo:

NOTA: CONECTE O PINO # 4 DO IC DIRETAMENTE AO (-) TERMINAL DO PAINEL SOLAR, CASO CONTRÁRIO O CIRCUITO PARARÁ DE FUNCIONAR. USE LM321 EM VEZ DE 741 SE A SAÍDA DO PAINEL FOR MAIOR QUE 18 V.

Adicionando um Recurso de Controle Atual

O segundo diagrama acima mostra como o projeto acima pode ser atualizado com um recurso de controle de corrente simplesmente adicionando um estágio de transistor BC547 na entrada inversora do opamp.

R5 pode ser qualquer resistor de valor baixo, como 100 ohm.

R6 determina a corrente de carga máxima permitida para a bateria, que pode ser definida usando a fórmula:

R (Ohms) = 0,6 / I, onde I é a taxa de carga ideal (amperes) da bateria conectada.

Circuito finalizado do carregador de bateria Solar zero drop:

De acordo com a sugestão de 'jrp4d', os designs explicados acima precisaram de algumas modificações sérias para funcionar corretamente. Eu apresentei os projetos de trabalho finalizados e corrigidos para os mesmos por meio dos diagramas mostrados abaixo:

De acordo com 'jrp4d':

Oi - Eu tenho mexido com Mosfets (circuitos de controle de tensão) e não acho que nenhum dos circuitos funcionará, exceto quando a tensão da linha é apenas alguns volts maior do que a tensão da bateria alvo. Para qualquer coisa em que a entrada de linha seja muito mais do que a bateria, o mosfet irá apenas conduzir porque o circuito de controle não pode controlá-lo.

Em ambos os circuitos é o mesmo problema, com o canal P o amplificador operacional não pode elevar o gate alto o suficiente para desligá-lo (como observado por um post) - ele apenas passa a tensão da linha direto para a bateria. Na versão do canal N, o amplificador operacional não pode deixar o gate baixo o suficiente porque está operando em uma tensão mais alta do que a linha -ve do lado.

Ambos os circuitos precisam de um dispositivo de acionamento operando na linha completa de tensão, controlado pelo amplificador operacional

A sugestão acima parece válida e correta. A maneira mais simples de retificar o problema acima é conectar o pino nº 7 do IC opamp com o (+) do painel solar diretamente. Isso resolveria o problema instantaneamente!

Alternativamente, os projetos acima podem ser modificados da maneira mostrada abaixo para o mesmo:

Usando NPN BJT ou mosfet do canal N:

O diodo D1 pode ser removido assim que o funcionamento do LDO for confirmado

Na figura acima, o transistor de potência NPN pode ser um TIP142 ou um mosfet IRF540 ... e remova D1, pois ele simplesmente não é necessário

Usando transistor PNP ou P-mosfet

O diodo D1 pode ser removido assim que o funcionamento for confirmado

Na figura acima, o transistor de potência pode ser um TIP147 ou um mosfet IRF9540, o transistor associado com R1 pode ser um transistor BC557 ...... e remova D1, pois ele simplesmente não é necessário.

Como configurar o circuito do carregador solar LDO

É muito fácil.

1. Não conecte nenhuma fonte no lado do mosfet.
2. Substitua a bateria por uma entrada de fonte de alimentação variável e ajuste-a ao nível de carga da bateria que deve ser carregada.
3. Agora, ajuste cuidadosamente a predefinição do pino 2 até que o LED apague .... mova a predefinição para frente e para trás e verifique a resposta do LED, ela também deve piscar ON / OFF correspondentemente, finalmente ajuste a predefinição para um ponto onde o LED apenas se desligue completamente .... sele o preset.
4. Seu carregador solar zero drop está pronto e configurado.

Você pode confirmar o acima, aplicando uma tensão de entrada muito mais alta no lado do mosfet, você encontrará a saída do lado da bateria produzindo o nível de tensão perfeitamente regulado que foi previamente definido por você.