這款全面的太陽能充電控制器旨在以最高效率有效地為12 V 100 Ah大電池充電。太陽能充電器在電池過度充電、負載短路或過流條件方面幾乎是萬無一失的。

這個100 Ah太陽能穩壓器電路的關鍵元件顯然是太陽能電池板和（12 V）電池。這里的電池用作儲能單元。

低壓直流燈和類似的東西可以直接從電池驅動，而電源逆變器可以操作以將直接電池電壓轉換為 240 V AC。

盡管如此，所有這些應用通常都不是本內容的主題，其重點是將電池與太陽能電池板連接起來。將太陽能電池板直接與電池連接以進行充電似乎太誘人了，但絕不建議這樣做。合適的充電控制器對于從太陽能電池板為任何電池充電至關重要。

充電控制器的首要重要性是在陽光高峰期降低充電電流，此時太陽能電池板提供的電流超過電池所需的水平。

這一點變得很重要，因為用大電流充電可能會對電池造成嚴重傷害，并且肯定會降低電池的預期使用壽命。

在沒有充電控制器的情況下，電池過度充電的危險通常迫在眉睫，因為太陽能電池板的電流輸出直接取決于太陽的照射水平或入射陽光的數量。

基本上，您將找到幾種控制充電電流的方法：通過串聯穩壓器或并聯穩壓器。

串聯穩壓系統通常采用晶體管的形式，在太陽能電池板和電池之間串聯引入。

并聯穩壓器采用“并聯”穩壓器的形式，與太陽能電池板和電池并聯連接。這篇文章中解釋的100 Ah調節器實際上是一個并聯式太陽能調節器控制器。

并聯穩壓器的主要特點是，在電池充滿電之前，它不需要大電流。實際上，它自身的電流消耗是如此之少，以至于可以忽略不計。

然而，一旦電池充滿電，多余的電量就會消散成熱量。特別是在較大的太陽能電池板中，高溫需要相對較大的調節器結構。

除了其真正用途外，一個體面的充電控制器還可以在許多方面提供安全性，以及防止電池深度放電、電子保險絲以及電池或太陽能電池板極性反轉的可靠安全性。

僅僅因為整個電路由電池通過錯誤的極性保護二極管D1驅動，即使太陽能電池板不提供電流，太陽能充電穩壓器也能繼續正常工作。

該電路利用未穩壓電池電壓（結D2 -R4）以及使用齊納二極管D5產生的極其精確的2.5 V基準電壓。

由于充電調節器本身在電流低于 2 mA 時性能完美，因此電池在夜間或天空多云時幾乎不會加載。

通過使用 BUZ11、T2 和 T3 型功率 MOSFET，電路的最小電流消耗可實現，其開關與電壓相關，這使得它們能夠在幾乎零驅動功率下工作。

所提出的100 Ah電池太陽能充電控制監測電池電壓并調節晶體管T1的導通電平。

電池電壓越大，通過T1的電流就越高。結果，R19周圍的壓降變得更高。

R19兩端的該電壓成為MOSFET T2的柵極開關電壓，這導致MOSFET更努力地切換，從而降低其漏源電阻。

因此，太陽能電池板的負載更大，從而耗散了通過R13和T2的多余電流。

肖特基二極管D7保護電池免受太陽能電池板的+和-端子的意外反轉。

如果電池板電壓低于電池電壓，該二極管還會阻止電流從電池流向太陽能電池板。

調節器的工作原理

100 Ah太陽能充電器穩壓器的電路圖如上圖所示。

該電路的主要元件是幾個“重型”MOSFET和一個四通道運算放大器IC。

該IC的功能可分為3個部分：圍繞IC1a構建的電壓調節器，圍繞IC1d配置的電池過放電控制器和圍繞IC1c布線的電子短路保護。

IC1 的工作原理類似于主要控制元件，而 T2 用作自適應功率電阻器。T2 和 R13 的行為類似于太陽能電池板輸出端的有源負載。調節器的功能相當簡單。

電池電壓的可變部分通過分壓器R4-P1-R3施加到控制運算放大器IC1a的同相輸入端。如前所述，2.5 V基準電壓施加于運算放大器的反相輸入端。

太陽能調節的工作程序是相當線性的。IC1a檢查電池電壓，一旦充滿電，它就會打開T1，T2，導致太陽能電壓通過R13分流。

這可確保電池不會因太陽能電池板過載或過度充電。零件IC1b和D3用于指示“電池充電”條件。

當電池電壓達到13.1V時，以及當電池充電過程啟動時，LED亮起。

保護階段的工作原理

運算放大器IC1d的設置類似于比較器，用于監視電池低電壓電平，并確保防止深度放電和MOSFET T3。

首先通過電阻分壓器R8/R10將電池電壓按比例降至標稱值的1/4左右，然后將其與通過D5獲得的23 V基準電壓進行比較。比較由IC1c進行。

選擇分壓電阻的方式是，一旦電池電壓降至近似值9 V以下，IC1d的輸出就會下降。

MOSFET T3隨后抑制并切斷電池和負載上的接地鏈路。由于R11反饋電阻產生的遲滯，比較器在電池電壓再次達到12 V之前不會改變狀態。

電解電容器C2可防止深度放電保護因瞬時壓降而激活，例如，由于大負載的接通。

電路中包含的短路保護功能類似于電子保險絲。當意外發生短路時，它會切斷電池的負載。

T3也實現了相同的功能，它顯示了MOSFET T13的關鍵雙胞胎功能。MOSFET 不僅用作短路斷路器，其漏源結還像計算電阻器一樣發揮作用。

該電阻兩端產生的壓降按R12/R18按比例縮小，隨后施加于比較器IC1c的反相輸入端。

在這里，D5提供的精確電壓也被用作參考。只要短路保護保持非活動狀態，IC1c就會繼續提供“高”邏輯輸出。

該動作阻斷D4導通，使得IC1d輸出僅決定T3柵極電位。借助電阻分壓器 R14/R15，柵極電壓范圍約為 4 V 至 6 V，從而在 T3 的漏源結上建立清晰的壓降。

一旦負載電流達到最高電平，壓降就會迅速上升，直到電平剛好足以切換IC1c。現在，這會導致其輸出變為邏輯低電平。

因此，現在二極管D4激活，允許T3柵極短路至地。因此，MOSFET現在關斷，停止電流。R/C 網絡 R12/C3 決定電子保險絲的反應時間。

設置相對緩慢的反應時間，以避免由于負載電流偶爾瞬時高電流上升而導致電子保險絲操作的錯誤激活。

此外，LED D6用作1.6 V基準電壓源，確保C3無法在此電壓水平以上充電。

當短路消除并將負載與電池分離時，C3 通過 LED 逐漸放電（這可能需要長達 7 秒）。由于電子保險絲的設計具有相當緩慢的響應，這并不意味著負載電流將被允許達到過高的水平。

在電子保險絲被激活之前，T3柵極電壓提示MOSFET將輸出電流限制在通過設置預設P2確定的點。

為了確保沒有燃燒或炸傷，該電路還具有與電池串聯的標準保險絲F1，并保證電路中可能的故障不會立即引發災難。

作為終極防御盾牌，D2已被納入巡回賽。該二極管可保護IC1a和IC1b輸入免受意外電池反向連接造成的損壞。

選擇太陽能電池板

決定最合適的太陽能電池板自然取決于您打算使用的電池 Ah 額定值。

太陽能充電調節器基本上是為輸出電壓為15至18伏和10至40瓦的中等輸出電壓的太陽能電池板設計的。這些類型的面板通常適用于額定值在 36 到 100 Ah 之間的電池。

然而，由于太陽能充電調節器被指定為提供10 A的最佳電流消耗，因此可以很好地應用額定功率為150瓦的太陽能電池板。

太陽能充電器穩壓器電路也可以應用于風車和其他電壓源，前提是輸入電壓在15-18 V范圍內。

大部分熱量通過有源負載T2/R13散發。毋庸置疑，MOSFET應通過散熱器有效冷卻，R13的額定值應足以承受極高的溫度。

R13 瓦數必須符合太陽能電池板的額定值。在（極端）情況下，當太陽能電池板連接21 V的空載輸出電壓和10 A的短路電流時，在這種情況下，T2和R13開始耗散相當于電池和太陽能電池板之間的電壓差（約7 V）乘以短路電流（10 A）， 或者干脆70瓦！

一旦電池充滿電，這實際上可能會發生。大部分功率通過R13釋放，因為MOSFET隨后提供非常低的電阻。MOSFET電阻R13的值可以通過以下歐姆定律快速確定：

R13 = P x I2= 70 x 102= 0.7 歐姆

然而，這種極端的太陽能電池板輸出似乎不尋常。在太陽能充電穩壓器的原型中，施加了0.25 Ω/40 W的電阻，由四個1Ω/10 W的并聯電阻組成。T3 所需的冷卻以相同的方式計算。

假設最高輸出電流為10 A（相當于漏源結端的壓降約為2.5 V），則必須評估約27W的最大功耗。

為了保證即使在過高的背景溫度（例如 50 °C）下也能充分冷卻 T3，散熱器必須使用 3.5 K/W 或更低的熱阻。

T2、T3 和 D7 部件排列在 PCB 的某一特定側，便于它們輕松連接到單個公共散熱器（帶隔離組件）。

因此，必須包括這三種半導體的耗散，在這種情況下，我們需要一個熱規格為1.5 K/W或更高的散熱器。零件清單中描述的類型符合此先決條件。

如何設置

值得慶幸的是，100 Ah電池太陽能調節器電路非常容易設置。盡管如此，這項任務確實需要幾個（調節的）電源。

其中一個被調整為14.1 V的輸出電壓，并耦合到PCB上的電池引線（指定為“accu”）。第二個電源必須具有限流器。

該電源被調整到太陽能電池板的開路電壓（例如21 V，如前面所述的條件），并耦合到指定為“電池”的鏟形端子。

當我們適當調整P1時，電壓應降至14.1 V。請不要擔心這一點，因為當前的限制器和D7保證絕對不會出錯！

為了有效調整P2，您必須使用比輸出端可能發生的最重負載略高的負載。如果您希望從此設計中獲得最大值，請嘗試選擇10 A的負載電流。

這可以使用1Ω x120 W的負載電阻來實現，例如，由10個10Ω/10 W的并聯電阻組成。預設 P2 在開始時旋轉到“最大值”（雨刮器朝向 R14）。

之后，負載連接到PCB上指定為“負載”的引線。緩慢而謹慎地微調 P2，直到達到 T3 關閉并切斷負載的水平。卸下負載電阻后，“負載”引線可以暫時短路，以測試電子保險絲是否正常工作。

印刷電路板布局

零件清單

電阻：

R1 = 1k R2 = 120k R3，R20 = 15k R4，R15，R19 = 82k R5 = 12k R6 = 2.2k R7，R14，R18，R21 = 100k R8，R9 = 150k R10 = 47k R11 = 270k R12，R16 = 1M

R13 = 參見文本

R17 = 10k P1 = 5k 預設

P2 = 50k

預設

電容：

C1 = 100nF C2 = 2.2uF

/ 25V 徑向

C3 =10uF/ 16V

半導體：D1，D2，D4 = 1N4148 D3，136 = 紅色

LED D5 = LM336Z-2.5

D7 = BYV32-50 T1 = BC547 T2，T3 = BUZ11

IC1 =

TL074

其他：

F1 = 保險絲 10 A （T），帶印刷電路板安裝支架

8 個鏟形端子，用于螺釘安裝

散熱器 1.251VW