在之前的项目中,使用的电源是交流市电。在这个项目中,太阳能将利用太阳能电池板,并将其调节为3.7 V电池充电。电路中使用的15瓦太阳能电池板的直流输出电压约为22伏。太阳能电池板的直流输出是不被调节的,需要使用电压调节器来消除纹波。一旦太阳能电池板的电压被调节到所需的水平,就可以用于负载电路的供电。在这个项目中,调节的电压被用来给电池充电。
该项目涉及从太阳能电池板获得的直流电压,调节输入电压,电压调整,并返回电流保护。的LM-317 IC被用于电压调节时的可变电阻器被用于输出电压设定为所需的水平。从LM-317电压调节器的输出电压可以是1.25V到37V被调整为4.2V,这是适合于充电的3.7伏电池之间。
组件需要- - - - - -
图1:组件列表所需的稳压太阳能供电
电路连接,
在15瓦的太阳能电池板具有两个端子VCC和地,其用于通过它们的名称所指示的。面板的VCC端子被连接到LM-317 IC的电压输入端和所述接地端连接到公共接地。在LM-317的可变电阻器连接的调整销,并在调节器IC的电压输出引脚,220欧姆的编程电阻器R1连接。二极管D1,其阳极连接到调节器IC被串联连接到所述电路的所述输出端子中的一个的电压输出端。的LM-317和公共接地电压输出端子作为输出端子。阿3.7伏特电池被连接到输出端子充电。
电路是如何工作的
电路的功能可以在以下操作中被破坏-
1.从太阳能板上画直流电压
2.电压调节
3.电压调整
4.返回电流保护
从太阳能板上画直流电压
太阳能板是用来把太阳能转换成电能的。将太阳能转化为电能的现象称为光伏效应。这种效应产生了电压和电流的输出,在太阳能暴露。项目中使用了15瓦22伏的太阳能电池板。面板的电压降为2至2.75 V,最大输出电流为681 mA。从面板上收集的能量将被用来为3.7 V 1000 mAHr电池充电。太阳能电池板由几个太阳能电池或光伏二极管组成。这些太阳能电池是P-N结二极管,它们可以在太阳光存在的情况下产生电信号。当暴露在阳光下时,太阳能电池板在其端子处产生21到22伏的直流电压输出。
图2:太阳能电池板电路图
电压调节
太阳能电池板输出的电压大约是22V。为了给电池充电,需要将其调节到一个较小的值。3.7V电池需要4.2V电压才能正常充电。LM317电压调节器用于调节太阳能电池板的电压输出。
LM317是一款单片正稳压集成电路,由于是单片的,所以所有的器件都内置在同一个半导体芯片上,使得集成电路体积小,功耗低,成本低。集成电路有三个针- 1)输入插口最大40 V直流供应,2)输出引线提供了输出电压在1.25 V至37和3)调整销用于不同应用输入电压相对应的输出电压。对于40 V以下的输入,输出可以从1.25 V到37 V不等。
在IC上有一个内建的OPAM(运算放大器),其反相输入连接到调节引脚。非反相输入由一个带隙电压基准设置,其电压与温度、电源和电路负载无关。因此,LM317在其调节引脚上提供了稳定的1.25 V参考电压。317的参考电压可以从1.2 V到1.3 V。317的输出电压可以通过在输出和地之间的电阻分压器电路在一个设定的范围内进行调节。
在LM317的输出设定期望的电压,电阻分压器电路的输出管脚和地之间使用。通过这种配置的效果,在输出引脚上的电压可以被调整。以这样的方式,它可以提供所需的电压范围在输出到被选择的电阻分压器需要的值。分压电路具有一编程电阻器具有固定电阻(以示意图显示为R1),另一种是可变电阻器(在原理图显示为RV1)。通过设置反馈电阻(固定电阻器)和对应于所述输入电压的可变电阻期望的输出电压的完美的比例可制得。
为了更好的IC性能,固定或可编程电阻R1应该连接到接近的稳压器IC,这样就有更少的线降或更少的噪声在输出。RV1必须接在负载接地附近,以实现接地传感和改善调节。
LM317具有以下内部可容忍的功耗-
POUT =(最大工作IC的温度)/(热阻,结到环境+热阻,结到外壳)
Pout =(150) /(65+5)(值根据数据表)
Pout = 2w
因此,LM317内部功耗可达2w。超过2w, IC将不能容忍产生的热量,并将开始燃烧。这也会引起严重的火灾隐患。因此,需要散热片来散热IC产生的过多热量。
图3:基于LM317芯片的太阳能电源稳压器电路图
电压调整
为3.7 V锂离子电池充电时,要求输入电压为4.2V。所以要在4.7V下设置317输出电压,必须将RV1设置到要求的位置。通过改变RV1输出电压在1.1V到10.4V之间即可得到。
返回电流保护
当周围没有阳光时,太阳能电池板就没有电压。在输出端,电池仍然有一些电压穿过它,导致输出电压超过输入电压(来自太阳能电池板的电压)。因此,从输出侧到输入侧的电流反向流动,电池开始通过317稳压器IC放电,造成损坏。通过在输出端使用二极管,电流从输出端(电池)到输入端(太阳能板)通过317可以避免反向流动,从而保持稳压IC的安全。
图4:返回电流保护的电路图
〇检测和预防措施
在组装电路时应采取下列预防措施
•为了在输出端驱动高负载电流,应该在调节器的孔上安装散热器。这将防止调节器IC吹掉。317 IC内部处理功耗仅为2W。
根据输出电流的不同,LM317 IC的跌落电压约为1.5V到2.5V。因此,输入电压必须大于所需输出电压1.5V到2.5V。
•应该使用一个二极管(在原理图中显示为D1),它需要更少的降通过它,从而不会降低输出电压。这就是为什么使用了损耗更小的1N5819二极管。
•为了驱动高负载,应该使用额定功率高的太阳能电池板。
电路组装好后,用万用表测量电压和电流读数。对于3.7 V的电池,4.2 V的电压是最合适的。太阳能电池板提供的最大电流为-
Imax =太阳能电池板瓦数/太阳能电池板电压
IMAX = 15/22
Imax = 681马
有了这个电流,电池充电所需的时间如下-
充电所需时间T = 1Ah/0.681A = 1.46小时(约)
3.7V电池的电流为2mA。电池产生的电流取决于充电状态。当它充满电时,它吸收的电流更少。
由于太阳能板的输入电压为22V, 317稳压器的输出电压为4.2V,因此稳压器IC的功耗推导如下-
= (Vin - Vout)*Ibatt
怀孕= (22 - 4.2)*0.002
怀孕的= 35.6兆瓦
虽然发现调节器IC的功率耗散小于内部可容忍的限制2瓦,但仍然建议使用散热器来帮助调节器IC降温,并增加其寿命。
本项目设计的稳压太阳能电源,通过改变电位器RV1,提供1.1V到10.4V的稳压可调电压。因此,任何需要1.1V到10.4V电压的电池或负载电路都可以从这个电路中获得电源。由于该太阳能电源提供的最大电流为681mA,任何最大电流为681mA的电池或电路都可以连接。