太陽(yáng)能電池板電池充電器DIY制作

噴霧系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)

有了一個(gè)正常工作的太陽(yáng)能充電器和穩(wěn)定的 12V 輸出，我就準(zhǔn)備好著手組裝噴霧系統(tǒng)了。去一趟五金店就得到了我需要的材料：艙底污水泵、水龍帶連接器、水龍帶夾具、轉(zhuǎn)接器和噴霧系統(tǒng)。水龍帶長(zhǎng)約 15 英尺，擰在轉(zhuǎn)接器螺釘上，用水龍帶夾具固定到水泵上，噴霧系統(tǒng)固定在末端，有 5 個(gè)噴霧嘴。底艙污水泵靠最大值為 12V 的電壓運(yùn)行，水壓可以通過(guò)降低電壓來(lái)控制。

為了實(shí)現(xiàn)靈活性，我安裝了一個(gè)穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可以接受 12V 輸入，并將輸入轉(zhuǎn)換成可變的 12V 輸出。這要求 LTM4607 設(shè)計(jì)有降壓/升壓特性。該器件使用一個(gè)反饋電阻器控制輸出電壓。一個(gè) 50k 的可變旋鈕電位器取代了電阻器，從而非常容易控制 0.8V 至 12V 的輸出。還串聯(lián)了一個(gè) 5.62k 的電阻器，以限制輸出電壓，保持輸出低于 15V.該設(shè)計(jì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋鈕實(shí)現(xiàn)了水壓控制。

然后，我就可以測(cè)試我的全功能?chē)婌F系統(tǒng)了。結(jié)果，水泵導(dǎo)致最大約 6A 的電池放電電流，這意味著，在峰值輸出時(shí)，水泵約從每塊太陽(yáng)能電池板獲得 4A 電流?？刂扑盟俣群蛪毫Φ暮锰幨牵铱梢詫毫档阶銐虻?，以降低電池的放電電流，并全部靠太陽(yáng)能電池板運(yùn)行水泵，以節(jié)省電池電量，這樣做非常有效。通過(guò)這種方法，我們能夠在營(yíng)地全天運(yùn)行噴霧系統(tǒng)，而不必?fù)?dān)心電池放電，耽誤夜間用于 LED 照明系統(tǒng)。

LED 照明

隨著電源的完成，我就可以增加電路，在晚上高效率地提供照明了。LED 足夠亮，可以照亮房間，這在以前是不可想象的，但是新的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)為 LED 照明的新時(shí)代創(chuàng)造了條件。尤其是，PhilipsLumileds Luxeon LED 在 1000mA 時(shí)可以提供超過(guò) 100 流明的光。我配備了一個(gè) LumiLED 陣列，使用 LTC3475 （16 引線 TSSOP 耐熱增強(qiáng)型封裝） 雙路 1.5A 恒定電流 LED 驅(qū)動(dòng)器 DC923A 演示板。它設(shè)計(jì)成用一個(gè)寬范圍輸入電壓 （4V 至 30V） 驅(qū)動(dòng)兩個(gè)信道，每個(gè)信道 1.5A.12V 電池直接連接到演示板的輸入，為每個(gè)通道 3 個(gè)串聯(lián)的 LED 燈供電，當(dāng)兩個(gè)通道都接通時(shí)，總共有 6 個(gè) LED.這些 LED 出奇地亮，用一塊柔光布遮上時(shí)，足夠照亮我們整個(gè)營(yíng)地。晚上的放電電流全部來(lái)自電池，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/太陽(yáng)能電池">太陽(yáng)能電池板夜間提供零電力。以 2A 的總放電電流，可以整晚為這些燈供電。到接近中午或偏下午時(shí)，電池再次充滿電，為給噴霧系統(tǒng)供電做好了準(zhǔn)備，在早午餐后，噴霧系統(tǒng)就可以讓我們感到?jīng)鏊恕?p>用于外部設(shè)備的點(diǎn)煙器適配器

我們的通信無(wú)線電收發(fā)報(bào)機(jī)在大量使用以后需要充電，因?yàn)榉涓C電話接收不到信號(hào)。我們使用的無(wú)線電收發(fā)報(bào)機(jī)有一個(gè)汽車(chē)適配器插頭，可通過(guò)點(diǎn)煙器充電。為了快速充電，我增加了一個(gè)連接到電池的 12V 點(diǎn)煙器內(nèi)孔適配器，專(zhuān)門(mén)用于該汽車(chē)適配器插頭。這證明很有用，因?yàn)殡姵爻潆娨淮蝺H持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，所以我們需要經(jīng)常給我們的無(wú)線電收發(fā)報(bào)機(jī)充電。圖 8 顯示的是，通過(guò)連接到 12V 電池輸出的點(diǎn)煙器給無(wú)線電收發(fā)報(bào)機(jī)充電。

圖 8：通過(guò)汽車(chē)點(diǎn)煙器在 12Vdc 時(shí)對(duì) Ham無(wú)線電收發(fā)報(bào)機(jī)充電

調(diào)試和隱患

在用樣機(jī)進(jìn)行的一次初步測(cè)試中，我發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板使用的一個(gè)根本限制。太陽(yáng)能電池板上變化的電壓也意味著變化的電流。我在仿真一些現(xiàn)實(shí)世界的要素時(shí)，例如陰影遮住太陽(yáng)能電池板或陽(yáng)光不足，頓悟了這個(gè)問(wèn)題。在一種極端情況下，在電池板上方舞動(dòng)手臂都能引起系統(tǒng)閉鎖到限流值上，這令人擔(dān)憂。當(dāng)陽(yáng)光變化使輸出電壓下降時(shí)，樣機(jī)的電流模式架構(gòu)使系統(tǒng)從太陽(yáng)能電池板吸取更多電流，這是非常合乎情理的，因?yàn)楣β史从车氖请娏髋c電壓之間的關(guān)系，電壓下降時(shí)，電流會(huì)上升，以達(dá)到同樣的功率值。解決方案是，設(shè)計(jì)一個(gè)功率變化的系統(tǒng)，因?yàn)橐曣?yáng)光在太陽(yáng)能電池板上照射量的不同而改變，輸入電壓和輸入電流會(huì)變化。

因?yàn)殡姵匕蹇赡苤惶峁?4A 的最大峰值電流，所以輸入端的這種欠流使系統(tǒng)閉鎖，并保持閉鎖狀態(tài)直到系統(tǒng)復(fù)位為止。簡(jiǎn)單的解決方案是，當(dāng)輸入電壓降至低于某個(gè)門(mén)限時(shí)，復(fù)位 LTM4607 微型模塊穩(wěn)壓器上的 RUN 引腳。當(dāng)電池板電壓下降時(shí)，用一個(gè)帶設(shè)定基準(zhǔn)電壓的比較器去觸發(fā)可以做到這一點(diǎn)。不幸的是，這個(gè)解決方案不是最佳的，因?yàn)橐曤姵匕褰邮艿奶?yáng)光照射量的不同，會(huì)引起系統(tǒng)或者接通或者斷開(kāi)。一個(gè)更適合的解決方案是，就太陽(yáng)能電池板電壓而言，調(diào)節(jié)充電電流，這樣，4A 的充電電流就隨著太陽(yáng)能電池板上太陽(yáng)光的照射量而變化。當(dāng)太陽(yáng)能電池板輸出電壓下降時(shí)，到電池的充電電流也應(yīng)該下降。

我的一位同事對(duì)這個(gè)問(wèn)題苦苦思索后，建議使用一個(gè)運(yùn)算放大器和 MOSFET 來(lái)控制 LTC1435 上的 PROG 引腳。這個(gè)引腳控制充電電流輸出值，使該輸出值與從這個(gè)引腳吸出的電流值成比例。運(yùn)放跟蹤太陽(yáng)能電池板的電壓，視電池板電壓值的不同而不同，調(diào)節(jié) MOSFET 的 Rds-on 并控制電流。當(dāng)電池板電壓是最大值時(shí)，運(yùn)放控制 MOSFET 至完全接通，從而允許吸出最大電流，并提供 4A 充電電流。當(dāng)電池板電壓較低時(shí)，充電電流也應(yīng)該較低，以保持合適的功率輸出。我迅速增加了一個(gè)采用LT1006 運(yùn)算放大器的電路，附在 DC133A 演示板上。我的時(shí)間不夠了，而且仍然在琢磨偏置 MOSFET 上的電阻器、以實(shí)現(xiàn)最大充電電流。我的一個(gè)朋友建議我使用一個(gè)可變電位器，來(lái)快速解決電流偏置問(wèn)題，而不再計(jì)算電流和電阻。當(dāng)太陽(yáng)能電池板電壓達(dá)到 10V 的中間點(diǎn)時(shí)，我需要將充電電流降低一半。在最大值 20V 時(shí)，充電電流應(yīng)該是 4A.他建議我設(shè)置電位器，以在太陽(yáng)能電池板電壓為 20V 的測(cè)試中，提供最大電流，并在緩慢調(diào)節(jié)電位器至 2A 充電電流而不閉鎖的同時(shí)，將電壓降至 10V.這個(gè)建議起了作用，當(dāng)太陽(yáng)能電池板輸出下降時(shí)，電路不再閉鎖了。該系統(tǒng)最大限度地充分利用了太陽(yáng)光，而不管處于一天的什么時(shí)間。

結(jié)果順利完成活動(dòng)并返家

我們的系統(tǒng)和演示板在沙漠中存活下來(lái)，經(jīng)受了沙塵暴、酷熱和干燥環(huán)境以及 100？F 的太陽(yáng)暴曬。電池支撐住了，沒(méi)有發(fā)生故障。LED 燈上覆蓋了厚厚一層干鹽湖灰塵，但是仍然足夠有效，發(fā)出足夠亮的光，讓我們能收拾東西。我們離開(kāi)時(shí)是午夜，所以這些燈是最后收拾的。噴霧系統(tǒng)的表現(xiàn)值得贊賞，當(dāng)我們需要躲避炎熱時(shí)，噴霧系統(tǒng)就噴出一層宜人的涼水。營(yíng)地 （圖 9） 涼爽、舒服，是我們?cè)谏衬卸毫?天的家。這套系統(tǒng)回到家時(shí)完好無(wú)損，功能正常，明年還可以再用。

圖 9：在營(yíng)地的太陽(yáng)能電池板利用凌力爾特公司的演示板給電池充電