12V 4A太阳能光伏充电器电路

这是 12 伏特、4 安培太阳能光伏 （PV） 电池充电器的电路图，适用于为 12V 电池或蓄电池充电。该电路可处理来自太阳能电池板的高达 4 安培的电流，相当于约 75 瓦的功率。本设计中引入了一种称为“脉冲时间调制”的充电算法。从太阳能电池板流向电池的电流由 N 沟道 MOSFET T1 控制。该 MOSFET 不需要任何散热器来散热，因为它的 RD-S（on） 额定值仅为 0.024 。

组件列表：

R1 = 15k

R2，R3 = 3.3k？1% R4 = 2.2M

R5 = 1k

P1 = 5k？预设

C1 = 22uF 25V，径向

D1 = MBR1645G（安森美半导体） D2 = LED，5mm

IC1 = TL431ACLP（德州仪器）

T1 = IRFZ44NPBF（国际整流器）

T2 = 2SC1815（东芝）（设备标记：C1815）

T3 = BC547

其他：

K1，K2 = 2路PCB接线端子，引线间距5mm

电路的工作原理：

肖特基二极管 D1 可防止电池在夜间向太阳能电池板放电，同时也为电池提供反极性保护。在示意图中，带有红色突出显示的线表示潜在的更高电流路径。充电控制器从不从电池中汲取电流——它完全由太阳能电池板供电。晚上，充电控制器有效地进入睡眠状态。在白天使用时，只要太阳能电池板产生足够的电流和电压，就会开始给电池充电。电池端电位由电阻器 R1 和微调电位器 P1 分压。

产生的电压设置控制器的充电状态。充电控制器的核心是 IC1，这是一种 TL431ACZ 型电压基准器件，带有一个集电极开路误差放大器。在这里，电池检测电压不断地与 TL431 的内部参考电压进行比较。只要 P1 上设置的电平低于内部参考电压，IC1 就会使 MOSFET 导通。随着电池开始充电，其端电压会增加。当电池达到充电状态设定点时，IC1 的输出降至 2 伏以下，并有效地关闭 MOSFET，停止所有电流流入电池。

T1 关闭时，LED D2 也会变暗。稳压器 IC 中没有提供滞后路径。因此，一旦电池电流停止，IC1 的输出就会保持低电平，即使电池电压下降，也会阻止 MOSFET 进一步导通。铅酸电池化学需要浮充电，因此这里实现了一个非常简单的振荡器来处理这个问题。我们的振荡器利用晶体管中的负电阻。在这个实现中，使用了常见的 NPN 晶体管类型 2SC1815。

当 LED 熄灭时，R4 对 22uF 电容器 （C1） 充电，直到电压高到足以导致 T2 的发射极-基极结雪崩。此时，晶体管快速开启并通过 R5 对电容器放电。R5 上的电压降足以驱动 T3，从而改变参考电压设置。现在 MOSFET 再次尝试为电池充电。一旦电池电压再次达到充电水平，该过程就会重复。一个 2SC1815 晶体管被证明在该电路中可靠地工作。其他晶体管可能更喜怒无常？我们建议研究 Esaki 的获奖作品以找出原因，但要注意前面有重数学。

随着电池充满电，振荡器的“开启”时间会缩短，而“关闭”时间则由定时元件 R4 和 C1 决定。实际上，会向电池发送一个电流脉冲，该脉冲会随着时间的推移而缩短。这种充电算法可以称为脉冲时间调制。要调整电路，您需要一个好的数字电压表和一个可变电源。将电源调整为 14.9 V，即 14.3 V 电池设置加上肖特基二极管两端的大约 0.6 V。

转动微调器，直到某个点 LED 变暗，这是开关点，LED 将开始闪烁。您可能需要多次尝试此调整，因为比较器越接近准确地切换到 14.3 V，充电器就越准确。断开充电控制器的电源，您就可以使用太阳能电池板了。此处提到的 14.3 V 设置应适用于大多数密封和浸没式铅酸电池，但请与制造商核对并验证该值。选择太阳能电池板，使其安培能力在您打算使用的电池的安全充电限制范围内。