Solar-Ladeschaltungen
Hoher Wirkungsgrad auch bei geringer Beleuchtungsstärke
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Li-Ionen-Ladeschaltung mit hohem Wirkungsgrad
Ladeschaltung mit hohem Wirkungsgrad
Bild 2 zeigt ein Solarpanel-Lader für einen dreizelligen Li-Ionen-Akku mit Low-Power-PWM-Funktion. Diese Ladeschaltung enthält eine 17-V-Eingangsspannungsregelung (eine gängige UMP für 12-V-System-Panels), die mit dem Widerstandsteiler R4 und R5 am Pin VIN_REG programmiert wird. Hält man die Betriebsspannung eines typischen 12-V-System-Solarpanels nahe seiner auf 17 V ausgelegten UMP-Spannung, werden Wirkungsgrade der Solarzelle von nahe 100 % erzielt (Bild 3). Die Low-Power-PWM-Funktion ist mit dem FET M1 und den Widerständen R6, R7 und R8 implementiert. Bild 4 zeigt, dass das Hinzufügen der PWM-Schaltung den Wirkungsgrad bei Akkuladeströmen unter 200 mA deutlich steigert.
Der /CHRG-Pin des LT3652 wird auf Low gezogen, wenn der erforderliche Ladestrom 1/10 des auf 2 A programmierten maximalen Ladestroms (also 200 mA) übersteigt. Wenn der Ladestrom durch die Eingangsregelschleife unter den 200-mA-Pegel reduziert wird, wird der /CHRG-Pin hochohmig, was es dem Gate von M1 erlaubt, auf Ubat gezogen zu werden, was wiederum den FET M1 aktiviert. Dieser FET zieht R7 auf Massepotenzial, was eine UVLO-Funktion unter Einsatz des SHDN-Pins und des von R6 und R7 gebildeten Widerstandsteilers realisiert. Die UVLO-Funktion ist mit dem unteren Schwellwert von 18 V und einem oberen Schwellwert von 20 V dieses Teilers programmiert. Die untere Schaltschwelle ist der wichtige Design-Wert und muss auf eine Spannung programmiert werden, die höher ist als die Eingangsregelungsspannung und 10 % geringer als die obere Schaltschwelle, wie es von der Hysterese des Abschaltschwellwerts des LT3652 vorgegeben wird.
Während der Phasen der geringen Beleuchtung, wenn die verfügbare Leistungsabgabe des Solarpanels nicht für den LT3652 ausreicht, um den erforderlichen Ladestrom zu liefern, reduziert die Eingangsspannungsregelung des LT3652 den Ausgangsladestrom so lange, bis die Eingangsleistung der Ladeschaltung der verfügbaren Leistung der Solarzelle entspricht. Bei der aktiven Eingangsregelung wird die Spannung des Solarpanels an Ueing auf der programmierbaren 17-V-Spitzenleistungsspannung gehalten, was die vom Panel gelieferte Leistung maximiert. Wenn die Beleuchtung des Solarpanels niedrig genug wird, dass die verfügbare Leistung des Solarpanels mit einem Ladestrom unter 200 mA korrespondiert, wird der /CHRG-Pin hochohmig und die UVLO-Funktion über den FET M1 sowie R6 und R7 ist aktiviert.
Da Ueing auf 17 V, also unter dem unteren UVLO-Schwellwert liegt, schaltet der LT3652 ab und deaktiviert sämtliche Akkuladefunktionen. Ist die Akkuladeschaltung deaktiviert, lädt praktisch der gesamte Ausgangsstrom des Solarpanels den Eingangskondensator (C1), was die Spannung an Ueing bis auf den oberen 20-V-UVLO-Schwellwert ansteigen lässt, was den LT3652 wieder reaktiviert. Die Akkuladeschaltung ist reaktiviert mit Ueing deutlich über dem Eingangsregelungsschwellwert von 17 V, so dass der volle Ladestrom in den Akku fließt. Der /CHRG-Status-Pin ist als Antwort auf den hohen Pegel des Akkuladestroms auf „Low“ gezogen, was die UVLO-Funktion deaktiviert. Solange die von der Akkuladeschaltung benötigte Leistung unter der verfügbaren Leistung der Solarzelle bleibt, wird die Panelspannung zusammenbrechen, bis Ueing auf 17 V reduziert ist, wenn der Akkuladestrom von der Eingangsregelung reduziert wird, um diese Spannung beizubehalten. Wenn der Ladestrom wieder auf 200 mA reduziert ist, wird der /CHRG-Pin hochohmig, die UVLO-Schaltung ist wieder eingeschaltet und der Deaktivier/Aktivier-Zyklus wiederholt sich. Dies resultiert in einer Serie von Ladestromstößen, die im Durchschnitt zu dem Akkuladestrom werden, der der verfügbaren Leistung der Solarzelle entspricht.
Bild 5 zeigt den PWM-Betrieb der Schaltung aus Bild 2. Da der LT3652 deaktiviert ist, steigt die Spannung an Ueing von der Schaltschwelle der Eingangsregelung von 17 V auf die Abschaltschaltschwelle von 20 V. Die Spannung am LT3652-/CHRG-Pin ist Low, wenn die Ladeschaltung aktiviert ist, und High, wenn sie deaktiviert ist. Während die Ladeschaltung deaktiviert ist, wird die Energie aus dem Solarpanel im Eingangskondensator gespeichert, so dass die Ausgangsleistung der Solarzelle gleich bleibt. Der Wirkungsgrad des Solarpanels korrespondiert während des PWM-Betriebs mit der durchschnittlichen Spannung an der Solarzelle, was ungefähr 18,5 V entspricht.
- Hoher Wirkungsgrad auch bei geringer Beleuchtungsstärke
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- Ladeschaltung für einen Bleisäureakku
