這是 12 伏特、4 安培太陽(yáng)能光伏 （PV） 電池充電器的電路圖，適用于為 12V 電池或蓄電池充電。該電路可處理來(lái)自太陽(yáng)能電池板的高達(dá) 4 安培的電流，相當(dāng)于約 75 瓦的功率。本設(shè)計(jì)中引入了一種稱(chēng)為“脈沖時(shí)間調(diào)制”的充電算法。從太陽(yáng)能電池板流向電池的電流由 N 溝道 MOSFET T1 控制。該 MOSFET 不需要任何散熱器來(lái)散熱，因?yàn)樗?RD-S（on） 額定值僅為 0.024 。

組件列表：

R1 = 15k

R2，R3 = 3.3k？1% R4 = 2.2M

R5 = 1k

P1 = 5k？預(yù)設(shè)

C1 = 22uF 25V，徑向

D1 = MBR1645G（安森美半導(dǎo)體） D2 = LED，5mm

IC1 = TL431ACLP（德州儀器）

T1 = IRFZ44NPBF（國(guó)際整流器）

T2 = 2SC1815（東芝）（設(shè)備標(biāo)記：C1815）

T3 = BC547

其他：

K1，K2 = 2路PCB接線端子，引線間距5mm

電路的工作原理：

肖特基二極管 D1 可防止電池在夜間向太陽(yáng)能電池板放電，同時(shí)也為電池提供反極性保護(hù)。在示意圖中，帶有紅色突出顯示的線表示潛在的更高電流路徑。充電控制器從不從電池中汲取電流——它完全由太陽(yáng)能電池板供電。晚上，充電控制器有效地進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在白天使用時(shí)，只要太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生足夠的電流和電壓，就會(huì)開(kāi)始給電池充電。電池端電位由電阻器 R1 和微調(diào)電位器 P1 分壓。

產(chǎn)生的電壓設(shè)置控制器的充電狀態(tài)。充電控制器的核心是 IC1，這是一種 TL431ACZ 型電壓基準(zhǔn)器件，帶有一個(gè)集電極開(kāi)路誤差放大器。在這里，電池檢測(cè)電壓不斷地與 TL431 的內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較。只要 P1 上設(shè)置的電平低于內(nèi)部參考電壓，IC1 就會(huì)使 MOSFET 導(dǎo)通。隨著電池開(kāi)始充電，其端電壓會(huì)增加。當(dāng)電池達(dá)到充電狀態(tài)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，IC1 的輸出降至 2 伏以下，并有效地關(guān)閉 MOSFET，停止所有電流流入電池。

T1 關(guān)閉時(shí)，LED D2 也會(huì)變暗。穩(wěn)壓器 IC 中沒(méi)有提供滯后路徑。因此，一旦電池電流停止，IC1 的輸出就會(huì)保持低電平，即使電池電壓下降，也會(huì)阻止 MOSFET 進(jìn)一步導(dǎo)通。鉛酸電池化學(xué)需要浮充電，因此這里實(shí)現(xiàn)了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的振蕩器來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。我們的振蕩器利用晶體管中的負(fù)電阻。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，使用了常見(jiàn)的 NPN 晶體管類(lèi)型 2SC1815。

當(dāng) LED 熄滅時(shí)，R4 對(duì) 22uF 電容器 （C1） 充電，直到電壓高到足以導(dǎo)致 T2 的發(fā)射極-基極結(jié)雪崩。此時(shí)，晶體管快速開(kāi)啟并通過(guò) R5 對(duì)電容器放電。R5 上的電壓降足以驅(qū)動(dòng) T3，從而改變參考電壓設(shè)置?，F(xiàn)在 MOSFET 再次嘗試為電池充電。一旦電池電壓再次達(dá)到充電水平，該過(guò)程就會(huì)重復(fù)。一個(gè) 2SC1815 晶體管被證明在該電路中可靠地工作。其他晶體管可能更喜怒無(wú)常？我們建議研究 Esaki 的獲獎(jiǎng)作品以找出原因，但要注意前面有重?cái)?shù)學(xué)。

隨著電池充滿(mǎn)電，振蕩器的“開(kāi)啟”時(shí)間會(huì)縮短，而“關(guān)閉”時(shí)間則由定時(shí)元件 R4 和 C1 決定。實(shí)際上，會(huì)向電池發(fā)送一個(gè)電流脈沖，該脈沖會(huì)隨著時(shí)間的推移而縮短。這種充電算法可以稱(chēng)為脈沖時(shí)間調(diào)制。要調(diào)整電路，您需要一個(gè)好的數(shù)字電壓表和一個(gè)可變電源。將電源調(diào)整為 14.9 V，即 14.3 V 電池設(shè)置加上肖特基二極管兩端的大約 0.6 V。

轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)器，直到某個(gè)點(diǎn) LED 變暗，這是開(kāi)關(guān)點(diǎn)，LED 將開(kāi)始閃爍。您可能需要多次嘗試此調(diào)整，因?yàn)?a target="_blank">比較器越接近準(zhǔn)確地切換到 14.3 V，充電器就越準(zhǔn)確。斷開(kāi)充電控制器的電源，您就可以使用太陽(yáng)能電池板了。此處提到的 14.3 V 設(shè)置應(yīng)適用于大多數(shù)密封和浸沒(méi)式鉛酸電池，但請(qǐng)與制造商核對(duì)并驗(yàn)證該值。選擇太陽(yáng)能電池板，使其安培能力在您打算使用的電池的安全充電限制范圍內(nèi)。