LT3562를 사용하는 MPPT 태양 광 충전 컨트롤러

거의 모든 태양 광 기반 시스템에는 태양 에너지로 충전해야하는 배터리가 있으며 배터리의 에너지는 부하를 구동하는 데 사용됩니다. 리튬 배터리 충전에는 여러 가지 선택이 가능하며 이전에 간단한 리튬 배터리 충전 회로도 구축했습니다. 그러나 태양 전지판으로 배터리를 충전하려면 PWM 제어 충전기와 같은 다른 방법보다 훨씬 더 나은 정확도를 제공하기 때문에 MPPT 또는 최대 전력 점 추적기 토폴로지 가 가장 많이 사용됩니다.

MPPT는 태양열 충전기에서 일반적으로 사용되는 알고리즘입니다. 충전 컨트롤러는 패널의 출력 전압과 배터리 전압을 측정 한 다음이 두 데이터를 가져와 비교하여 패널이 배터리를 충전하기 위해 제공 할 수있는 최상의 전력을 결정합니다. 햇빛이 좋든 나쁘 든 어떤 상황에서든 MPPT 충전 컨트롤러는이 최대 전력 출력 계수 를 사용하여이를 배터리에 가장 적합한 충전 전압 및 전류로 변환합니다. 태양 광 패널의 전력 출력이 떨어질 때마다 배터리 충전 전류도 감소합니다.

따라서 열악한 햇빛 조건에서 배터리는 태양 광 패널의 출력에 따라 지속적으로 충전됩니다. 이것은 일반적으로 일반 태양열 충전기의 경우가 아닙니다. 각 태양 전지판에는 최대 출력 전류 정격과 단락 전류 정격이 제공되기 때문입니다. 태양 전지판이 적절한 전류 출력을 제공 할 수 없을 때마다 전압이 크게 떨어지고 부하 전류가 변경되지 않고 단락 전류 정격을 교차하여 태양 전지판의 출력 전압이 0이됩니다. 따라서 열악한 햇빛 조건에서는 충전이 완전히 중지됩니다. 그러나 MPPT는 배터리 충전 전류를 조절하여 햇빛이 좋지 않은 환경에서도 배터리를 충전 할 수 있도록합니다.

MPPT는 변환에서 약 90-95 % 효율적 입니다. 그러나 효율성은 태양 광 드라이버 온도, 배터리 온도, 태양 광 패널 품질 및 변환 효율에 따라 달라집니다. 이 프로젝트에서는 리튬 배터리 용 Solar MPPT 충전기를 구축 하고 출력을 확인합니다. 또한 태양 광 시스템에 설치된 리튬 배터리의 몇 가지 중요한 배터리 매개 변수를 모니터링하는 IoT 기반 태양 전지 모니터링 프로젝트를 확인할 수 있습니다.

MPPT 충전 컨트롤러-설계 고려 사항

MPPT 충전 컨트롤러 회로 우리는이 프로젝트에 설계 즉, 다음과 같은 사양의 고기를해야합니다.

2P2S 배터리 (6.4-8.4V)를 충전합니다.
충전 전류는 600mA입니다.
어댑터를 사용하는 추가 충전 옵션이 있습니다.

MPPT 컨트롤러 구축에 필요한 구성 요소

LT3652 드라이버
1N5819-3 개
10k 냄비
10uF 커패시터-2 개
녹색 LED
주황색 LED
220k 저항
330k 저항
200k 저항
68uH 인덕터
1uF 커패시터
100uF 커패시터-2 개
배터리-7.4V
1k 저항기 2 개
배럴 소켓

MPPT 태양열 충전기 회로도

전체 태양 광 충전 컨트롤러 회로 는 아래 이미지에서 찾을 수 있습니다. 더 나은 가시성을 얻기 위해 전체 페이지보기를 위해 클릭 할 수 있습니다.

이 회로는 4.95V ~ 32V 입력 전압 범위에서 작동 하는 완전한 모 놀리 식 스텝 다운 배터리 충전기 인 LT3652 를 사용 합니다. 따라서 최대 입력 범위는 태양열 및 어댑터 모두에 대해 4.95V ~ 32V입니다. LT3652는 정전류 / 정전압 충전 특성을 제공 합니다. 최대 2A 충전 전류에 대해 전류 감지 저항기를 통해 프로그래밍 할 수 있습니다.

출력 섹션에서 충전기는 3.3V 부동 전압 피드백 레퍼런스를 사용하므로 최대 14.4V까지 원하는 배터리 부동 전압을 저항 분배기로 프로그래밍 할 수 있습니다. LT3652에는 간단한 커패시터를 사용하는 프로그래밍 가능한 안전 타이머도 포함되어 있습니다. 원하는 시간에 도달 한 후 충전 종료에 사용됩니다. 배터리 결함을 감지하는 데 유용합니다.

LT3652는 전위차계를 사용하여 MPPT 지점을 설정할 수있는 MPPT 설정이 필요합니다. LT3652에 태양 광 패널을 사용하여 전력을 공급하는 경우 입력 레귤레이션 루프를 사용하여 패널을 최대 출력 전력으로 유지합니다. 규제가 유지되는 위치는 MPPT 설정 전위차계에 따라 다릅니다.

이 모든 것들은 회로도와 연결되어 있습니다. VR1은 MPPT 포인트를 설정하는 데 사용됩니다. R2, R3 및 R4는 2S 배터리 충전 전압 (8.4V)을 설정하는 데 사용됩니다. 배터리 전압을 설정하는 공식은 다음과 같이 주어질 수 있습니다.

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

커패시터 C2는 충전 타이머를 설정하는 데 사용됩니다. 타이머는 아래 공식을 사용하여 설정할 수 있습니다.

tEOC = CTIMER • 4.4 • 10 ⁶ (시간)

D3 및 C3는 부스트 다이오드 및 부스트 커패시터입니다. 내부 스위치를 구동하고 스위치 트랜지스터의 포화를 촉진합니다. 부스트 핀은 0V ~ 8.5V에서 작동합니다.

R5 및 R6은 병렬로 연결된 전류 감지 저항 입니다. 충전 전류는 아래 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

RSENSE = 0.1 / ICHG (최대)

회로도의 전류 감지 저항은 0.5 Ohms로 선택되고 병렬로 연결된 0.22 Ohms는 0.15 Ohms를 생성합니다. 위의 공식을 사용하면 거의 0.66A의 충전 전류를 생성합니다. C4, C5 및 C6은 출력 필터 커패시터입니다.

DC 배럴 잭은 어댑터 소켓에 어댑터 잭을 삽입하면 태양 전지판이 분리되는 방식으로 연결됩니다. D1은 충전이없는 상태에서 태양 전지판 또는 어댑터를 역전 류 흐름으로부터 보호합니다.

태양 광 충전 컨트롤러 PCB 설계

위에서 설명한 MMPT 회로의 경우 아래에 표시된 MPPT 충전기 컨트롤러 회로 기판 을 설계했습니다.

이 설계에는 필요한 GND 구리 평면과 적절한 연결 비아가 있습니다. 그러나 LT3652에는 적절한 PCB 방열판이 필요합니다. 이것은 GND 구리 평면을 사용하고 해당 솔더 평면에 비아를 배치하여 생성됩니다.

PCB 주문

이제 회로도가 어떻게 작동하는지 이해하고 MPPT 태양열 충전기 프로젝트를 위한 PCB 구축을 진행할 수 있습니다. 위 회로의 PCB 레이아웃은 링크에서 Gerber로 다운로드 할 수도 있습니다.

MPPT 태양열 충전기 용 GERBER 다운로드

이제 디자인이 준비되었으므로 Gerber 파일을 사용하여 제작할 때입니다. PCBGOGO에서 PCB를 수행하는 것은 매우 쉽습니다. 아래 단계를 따르십시오.

1 단계: www.pcbgogo.com에 접속하여 처음이라면 가입하십시오. 그런 다음 PCB 프로토 타입 탭에서 PCB 치수, 레이어 수 및 필요한 PCB 수를 입력합니다. PCB가 80cm × 80cm라고 가정하면 아래와 같이 치수를 설정할 수 있습니다.

2 단계: 지금 견적 버튼 을 클릭하여 진행 합니다. 트랙 간격 등을 사용하는 재료와 같이 필요한 경우 몇 가지 추가 매개 변수를 설정할 수있는 페이지로 이동합니다. 그러나 대부분의 경우 기본값이 잘 작동합니다. 여기서 고려해야 할 유일한 것은 가격과 시간입니다. 보시다시피 빌드 시간은 2 ~ 3 일이며 PCB 비용은 5 달러입니다. 그런 다음 요구 사항에 따라 선호하는 배송 방법을 선택할 수 있습니다.

3 단계: 마지막 단계는 Gerber 파일을 업로드하고 결제를 진행하는 것입니다. 프로세스가 원활한 지 확인하기 위해 PCBGOGO는 지불을 진행하기 전에 Gerber 파일이 유효한지 확인합니다. 이렇게하면 PCB가 제작에 친숙하고 약속 된대로 도달 할 수 있습니다.

PCB 조립

보드를 주문한 후 며칠 후 깔끔하게 잘 포장 된 상자에 택배를 통해 내게 도착했고, 언제나처럼 PCB의 품질이 굉장했습니다. 제가받은 PCB는 아래와 같습니다. 보시다시피 상단 및 하단 레이어가 예상대로 나타납니다.

비아와 패드는 모두 적절한 크기였습니다. 작동 회로를 얻기 위해 PCB 보드에 조립하는 데 약 15 분이 걸렸습니다. 조립 된 보드는 아래와 같습니다.

MPPT 태양열 충전기 테스트

회로를 테스트하기 위해 18V.56A 정격의 태양 광 패널이 사용됩니다. 아래 이미지는 태양 광 패널의 세부 사양입니다.

충전에는 2P2S 배터리 (8.4V 4000mAH) 배터리가 사용됩니다. 전체 회로는 적당한 태양 조건에서 테스트됩니다.

모든 것을 연결 한 후 MPPT는 태양 조건이 적절할 때 설정되고 충전 LED가 켜지 기 시작할 때까지 전위차계가 제어됩니다. 회로는 꽤 잘 작동했으며 자세한 작동, 설정 및 설명은 아래 링크 된 비디오에서 찾을 수 있습니다.

프로젝트를 즐겼고 유용한 것을 배웠기를 바랍니다. 질문이 있으시면 아래 댓글 섹션에 남겨주세요. 포럼을 사용하여 다른 기술 질문에 대한 답변을 얻을 수도 있습니다.