這款全面的太陽能充電控制器旨在以最高效率有效地為12 V 100 Ah大電池充電。太陽能充電器在電池過度充電、負(fù)載短路或過流條件方面幾乎是萬無一失的。

這個100 Ah太陽能穩(wěn)壓器電路的關(guān)鍵元件顯然是太陽能電池板和（12 V）電池。這里的電池用作儲能單元。

低壓直流燈和類似的東西可以直接從電池驅(qū)動，而電源逆變器可以操作以將直接電池電壓轉(zhuǎn)換為 240 V AC。

盡管如此，所有這些應(yīng)用通常都不是本內(nèi)容的主題，其重點(diǎn)是將電池與太陽能電池板連接起來。將太陽能電池板直接與電池連接以進(jìn)行充電似乎太誘人了，但絕不建議這樣做。合適的充電控制器對于從太陽能電池板為任何電池充電至關(guān)重要。

充電控制器的首要重要性是在陽光高峰期降低充電電流，此時太陽能電池板提供的電流超過電池所需的水平。

這一點(diǎn)變得很重要，因?yàn)橛么箅娏鞒潆娍赡軙﹄姵卦斐蓢?yán)重傷害，并且肯定會降低電池的預(yù)期使用壽命。

在沒有充電控制器的情況下，電池過度充電的危險通常迫在眉睫，因?yàn)樘柲茈姵匕宓碾娏鬏敵鲋苯尤Q于太陽的照射水平或入射陽光的數(shù)量。

基本上，您將找到幾種控制充電電流的方法：通過串聯(lián)穩(wěn)壓器或并聯(lián)穩(wěn)壓器。

串聯(lián)穩(wěn)壓系統(tǒng)通常采用晶體管的形式，在太陽能電池板和電池之間串聯(lián)引入。

并聯(lián)穩(wěn)壓器采用“并聯(lián)”穩(wěn)壓器的形式，與太陽能電池板和電池并聯(lián)連接。這篇文章中解釋的100 Ah調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個并聯(lián)式太陽能調(diào)節(jié)器控制器。

并聯(lián)穩(wěn)壓器的主要特點(diǎn)是，在電池充滿電之前，它不需要大電流。實(shí)際上，它自身的電流消耗是如此之少，以至于可以忽略不計(jì)。

然而，一旦電池充滿電，多余的電量就會消散成熱量。特別是在較大的太陽能電池板中，高溫需要相對較大的調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。

除了其真正用途外，一個體面的充電控制器還可以在許多方面提供安全性，以及防止電池深度放電、電子保險絲以及電池或太陽能電池板極性反轉(zhuǎn)的可靠安全性。

僅僅因?yàn)檎麄€電路由電池通過錯誤的極性保護(hù)二極管D1驅(qū)動，即使太陽能電池板不提供電流，太陽能充電穩(wěn)壓器也能繼續(xù)正常工作。

該電路利用未穩(wěn)壓電池電壓（結(jié)D2 -R4）以及使用齊納二極管D5產(chǎn)生的極其精確的2.5 V基準(zhǔn)電壓。

由于充電調(diào)節(jié)器本身在電流低于 2 mA 時性能完美，因此電池在夜間或天空多云時幾乎不會加載。

通過使用 BUZ11、T2 和 T3 型功率 MOSFET，電路的最小電流消耗可實(shí)現(xiàn)，其開關(guān)與電壓相關(guān)，這使得它們能夠在幾乎零驅(qū)動功率下工作。

所提出的100 Ah電池太陽能充電控制監(jiān)測電池電壓并調(diào)節(jié)晶體管T1的導(dǎo)通電平。

電池電壓越大，通過T1的電流就越高。結(jié)果，R19周圍的壓降變得更高。

R19兩端的該電壓成為MOSFET T2的柵極開關(guān)電壓，這導(dǎo)致MOSFET更努力地切換，從而降低其漏源電阻。

因此，太陽能電池板的負(fù)載更大，從而耗散了通過R13和T2的多余電流。

肖特基二極管D7保護(hù)電池免受太陽能電池板的+和-端子的意外反轉(zhuǎn)。

如果電池板電壓低于電池電壓，該二極管還會阻止電流從電池流向太陽能電池板。

調(diào)節(jié)器的工作原理

100 Ah太陽能充電器穩(wěn)壓器的電路圖如上圖所示。

該電路的主要元件是幾個“重型”MOSFET和一個四通道運(yùn)算放大器IC。

該IC的功能可分為3個部分：圍繞IC1a構(gòu)建的電壓調(diào)節(jié)器，圍繞IC1d配置的電池過放電控制器和圍繞IC1c布線的電子短路保護(hù)。

IC1 的工作原理類似于主要控制元件，而 T2 用作自適應(yīng)功率電阻器。T2 和 R13 的行為類似于太陽能電池板輸出端的有源負(fù)載。調(diào)節(jié)器的功能相當(dāng)簡單。

電池電壓的可變部分通過分壓器R4-P1-R3施加到控制運(yùn)算放大器IC1a的同相輸入端。如前所述，2.5 V基準(zhǔn)電壓施加于運(yùn)算放大器的反相輸入端。

太陽能調(diào)節(jié)的工作程序是相當(dāng)線性的。IC1a檢查電池電壓，一旦充滿電，它就會打開T1，T2，導(dǎo)致太陽能電壓通過R13分流。

這可確保電池不會因太陽能電池板過載或過度充電。零件IC1b和D3用于指示“電池充電”條件。

當(dāng)電池電壓達(dá)到13.1V時，以及當(dāng)電池充電過程啟動時，LED亮起。

保護(hù)階段的工作原理

運(yùn)算放大器IC1d的設(shè)置類似于比較器，用于監(jiān)視電池低電壓電平，并確保防止深度放電和MOSFET T3。

首先通過電阻分壓器R8/R10將電池電壓按比例降至標(biāo)稱值的1/4左右，然后將其與通過D5獲得的23 V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較由IC1c進(jìn)行。

選擇分壓電阻的方式是，一旦電池電壓降至近似值9 V以下，IC1d的輸出就會下降。

MOSFET T3隨后抑制并切斷電池和負(fù)載上的接地鏈路。由于R11反饋電阻產(chǎn)生的遲滯，比較器在電池電壓再次達(dá)到12 V之前不會改變狀態(tài)。

電解電容器C2可防止深度放電保護(hù)因瞬時壓降而激活，例如，由于大負(fù)載的接通。

電路中包含的短路保護(hù)功能類似于電子保險絲。當(dāng)意外發(fā)生短路時，它會切斷電池的負(fù)載。

T3也實(shí)現(xiàn)了相同的功能，它顯示了MOSFET T13的關(guān)鍵雙胞胎功能。MOSFET 不僅用作短路斷路器，其漏源結(jié)還像計(jì)算電阻器一樣發(fā)揮作用。

該電阻兩端產(chǎn)生的壓降按R12/R18按比例縮小，隨后施加于比較器IC1c的反相輸入端。

在這里，D5提供的精確電壓也被用作參考。只要短路保護(hù)保持非活動狀態(tài)，IC1c就會繼續(xù)提供“高”邏輯輸出。

該動作阻斷D4導(dǎo)通，使得IC1d輸出僅決定T3柵極電位。借助電阻分壓器 R14/R15，柵極電壓范圍約為 4 V 至 6 V，從而在 T3 的漏源結(jié)上建立清晰的壓降。

一旦負(fù)載電流達(dá)到最高電平，壓降就會迅速上升，直到電平剛好足以切換IC1c。現(xiàn)在，這會導(dǎo)致其輸出變?yōu)檫壿嫷碗娖健?/p>

因此，現(xiàn)在二極管D4激活，允許T3柵極短路至地。因此，MOSFET現(xiàn)在關(guān)斷，停止電流。R/C 網(wǎng)絡(luò) R12/C3 決定電子保險絲的反應(yīng)時間。

設(shè)置相對緩慢的反應(yīng)時間，以避免由于負(fù)載電流偶爾瞬時高電流上升而導(dǎo)致電子保險絲操作的錯誤激活。

此外，LED D6用作1.6 V基準(zhǔn)電壓源，確保C3無法在此電壓水平以上充電。

當(dāng)短路消除并將負(fù)載與電池分離時，C3 通過 LED 逐漸放電（這可能需要長達(dá) 7 秒）。由于電子保險絲的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)緩慢的響應(yīng)，這并不意味著負(fù)載電流將被允許達(dá)到過高的水平。

在電子保險絲被激活之前，T3柵極電壓提示MOSFET將輸出電流限制在通過設(shè)置預(yù)設(shè)P2確定的點(diǎn)。

為了確保沒有燃燒或炸傷，該電路還具有與電池串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)保險絲F1，并保證電路中可能的故障不會立即引發(fā)災(zāi)難。

作為終極防御盾牌，D2已被納入巡回賽。該二極管可保護(hù)IC1a和IC1b輸入免受意外電池反向連接造成的損壞。

選擇太陽能電池板

決定最合適的太陽能電池板自然取決于您打算使用的電池 Ah 額定值。

太陽能充電調(diào)節(jié)器基本上是為輸出電壓為15至18伏和10至40瓦的中等輸出電壓的太陽能電池板設(shè)計(jì)的。這些類型的面板通常適用于額定值在 36 到 100 Ah 之間的電池。

然而，由于太陽能充電調(diào)節(jié)器被指定為提供10 A的最佳電流消耗，因此可以很好地應(yīng)用額定功率為150瓦的太陽能電池板。

太陽能充電器穩(wěn)壓器電路也可以應(yīng)用于風(fēng)車和其他電壓源，前提是輸入電壓在15-18 V范圍內(nèi)。

大部分熱量通過有源負(fù)載T2/R13散發(fā)。毋庸置疑，MOSFET應(yīng)通過散熱器有效冷卻，R13的額定值應(yīng)足以承受極高的溫度。

R13 瓦數(shù)必須符合太陽能電池板的額定值。在（極端）情況下，當(dāng)太陽能電池板連接21 V的空載輸出電壓和10 A的短路電流時，在這種情況下，T2和R13開始耗散相當(dāng)于電池和太陽能電池板之間的電壓差（約7 V）乘以短路電流（10 A）， 或者干脆70瓦！

一旦電池充滿電，這實(shí)際上可能會發(fā)生。大部分功率通過R13釋放，因?yàn)镸OSFET隨后提供非常低的電阻。MOSFET電阻R13的值可以通過以下歐姆定律快速確定：

R13 = P x I2= 70 x 102= 0.7 歐姆

然而，這種極端的太陽能電池板輸出似乎不尋常。在太陽能充電穩(wěn)壓器的原型中，施加了0.25 Ω/40 W的電阻，由四個1Ω/10 W的并聯(lián)電阻組成。T3 所需的冷卻以相同的方式計(jì)算。

假設(shè)最高輸出電流為10 A（相當(dāng)于漏源結(jié)端的壓降約為2.5 V），則必須評估約27W的最大功耗。

為了保證即使在過高的背景溫度（例如 50 °C）下也能充分冷卻 T3，散熱器必須使用 3.5 K/W 或更低的熱阻。

T2、T3 和 D7 部件排列在 PCB 的某一特定側(cè)，便于它們輕松連接到單個公共散熱器（帶隔離組件）。

因此，必須包括這三種半導(dǎo)體的耗散，在這種情況下，我們需要一個熱規(guī)格為1.5 K/W或更高的散熱器。零件清單中描述的類型符合此先決條件。

如何設(shè)置

值得慶幸的是，100 Ah電池太陽能調(diào)節(jié)器電路非常容易設(shè)置。盡管如此，這項(xiàng)任務(wù)確實(shí)需要幾個（調(diào)節(jié)的）電源。

其中一個被調(diào)整為14.1 V的輸出電壓，并耦合到PCB上的電池引線（指定為“accu”）。第二個電源必須具有限流器。

該電源被調(diào)整到太陽能電池板的開路電壓（例如21 V，如前面所述的條件），并耦合到指定為“電池”的鏟形端子。

當(dāng)我們適當(dāng)調(diào)整P1時，電壓應(yīng)降至14.1 V。請不要擔(dān)心這一點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)前的限制器和D7保證絕對不會出錯！

為了有效調(diào)整P2，您必須使用比輸出端可能發(fā)生的最重負(fù)載略高的負(fù)載。如果您希望從此設(shè)計(jì)中獲得最大值，請嘗試選擇10 A的負(fù)載電流。

這可以使用1Ω x120 W的負(fù)載電阻來實(shí)現(xiàn)，例如，由10個10Ω/10 W的并聯(lián)電阻組成。預(yù)設(shè) P2 在開始時旋轉(zhuǎn)到“最大值”（雨刮器朝向 R14）。

之后，負(fù)載連接到PCB上指定為“負(fù)載”的引線。緩慢而謹(jǐn)慎地微調(diào) P2，直到達(dá)到 T3 關(guān)閉并切斷負(fù)載的水平。卸下負(fù)載電阻后，“負(fù)載”引線可以暫時短路，以測試電子保險絲是否正常工作。

印刷電路板布局

零件清單

電阻：

R1 = 1k R2 = 120k R3，R20 = 15k R4，R15，R19 = 82k R5 = 12k R6 = 2.2k R7，R14，R18，R21 = 100k R8，R9 = 150k R10 = 47k R11 = 270k R12，R16 = 1M

R13 = 參見文本

R17 = 10k P1 = 5k 預(yù)設(shè)

P2 = 50k

預(yù)設(shè)

電容：

C1 = 100nF C2 = 2.2uF

/ 25V 徑向

C3 =10uF/ 16V

半導(dǎo)體：D1，D2，D4 = 1N4148 D3，136 = 紅色

LED D5 = LM336Z-2.5

D7 = BYV32-50 T1 = BC547 T2，T3 = BUZ11

IC1 =

TL074

其他：

F1 = 保險絲 10 A （T），帶印刷電路板安裝支架

8 個鏟形端子，用于螺釘安裝

散熱器 1.251VW