Usb от солнечной батареи схема

Разработка двухрежимного зарядного устройства с питанием от солнечной панели или аккумуляторов

Lee H. Goldberg, Electronic Products

Вы, наверное, замечали, иногда складывается такое впечатление, что элементы питания смартфонов, планшетов и других мобильных устройств разряжаются в самый неподходящий момент, когда нет возможности их зарядить от штатного зарядного устройства с питанием от сети. Именно в таких случаях может пригодиться компактное зарядное устройство с питанием от солнечной панели и интерфейсом USB для подключения мобильного устройства. В статье мы рассмотрим основные моменты в схемотехнике при конструировании такого зарядного устройства. Для повышения его функциональности мы, в качестве резервного источника энергии, добавим аккумуляторы, заряжать которые можно будет от солнечной батареи или от порта USB. Подобные устройства получили название Power Bank (хранилище энергии).

Выбор компонентов

С целью упрощения конструкции было решено взять за основу одно из новых однокристальных решений контроллера заряда с поддержкой технологии отслеживания точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking, MPPT), которые применяются в солнечных энергосистемах. Такие контроллеры заряда предлагают компании STMicroelectronics (SPV1040) и Texas Instruments (BQ24650). Выбор был сделан в пользу высокоинтегрированного контроллера SPV1040, поскольку он эффективнее и поддерживает входное напряжение в диапазоне 0.3 – 5.5 В. В прибор интегрированы повышающий преобразователь на базе ШИМ и контроллер MPPT. Основная задача контроллера MPPT – оптимизация входного сопротивления под характеристики солнечной панели, которые варьируются в зависимости от того, сколько световой энергии она получает. Помимо того, что данный контроллер позволяет извлечь максимальную мощность из найденной для этого проекта солнечной панели, зарядное устройство на его основе может быть легко адаптировано для питания от альтернативного источника – USB порта. Дополнительно, контроллер снабжен схемами защиты, которые отключают ШИМ преобразователь в случае превышения порога тока (программируемый параметр, до 1.8 А) или превышения запрограммированного значения температуры контроллера (до 155 °C).

Контроллер SPV1040 компании STMicroelectronics – это однокристальный маломощный повышающий преобразователь напряжения с входным напряжением в диапазоне 0.3 – 5.5 В и интегрированными схемами защиты, поддерживающий технологию MPPT для повышения эффективности получения энергии от солнечной панели.

Напомним, разрабатываемое зарядное устройство (Power Bank) будет использоваться для зарядки смартфона или другого USB устройства. По этой причине решено было использовать повышающий преобразователь L6920, также от компании STMicroelectronics (ST) (Рисунок 2, главным образом 2а). Применен он для стабилизации выходного напряжения на уровне строго 5 В. Широкий диапазон входного напряжения (0.6 В – 5.5 В) дает большую гибкость при настройке, оптимизации и конфигурировании резервного зарядного устройства.

Рисунок 1.

Блок-схема высокоэффективного повышающего преобразователя L6920 (a). Как видно на схеме (б), регулятор напряжения обеспечивает выходное напряжение 5 В для внешнего устройства посредством стандартного коннектора USB (J34).

Изначально в качестве внутренних элементов питания для зарядного устройства планировалось использовать Li-Po или Li-Ion аккумуляторы из-за их более высокой емкости и быстрого времени заряда. Однако отказаться от них пришлось по соображениям безопасности: вспомнились далеко не идеальные тепловые характеристики этих аккумуляторов, которые могут усугубляться в состоянии перегрузки по току во время заряда или разряда. Использовать потенциально опасный аккумулятор в резервном зарядном устройстве (которое будет переноситься в сумке, и отвод тепла будет слабый) было бы плохой идеей. Несмотря на то, что никель-металлогидридные аккумуляторы не сравнимы по размерам с Li-Po и Li-Ion, они намного безопаснее, более доступны и для них потребуется относительно простая схема заряда.

Для прототипа была сконструирована батарея из 4-х элементов типоразмера AA Energizer NH15 с номинальным напряжением 1.2 В и емкостью 2300 мАч. В дальнейшем планируется использовать никель-металлогидридные элементы типа D (NiMH D), имеющие емкость 6000 — 8000 мАч.

Разработка

При изучении указаний по применению и технической документации было обнаружено, что компания ST предлагает готовый типовой проект компактного зарядного устройства с поддержкой технологии MPPT и возможностью зарядки NiCd или NiMH аккумуляторов от солнечной батареи с выходной мощностью до 5 Вт. Типовой проект STEVAL-ISV006V2 (Рисунок 3, 4) включает в себя небольшую фотоэлектрическую панель (320 мВт) и ионистор для демонстрации работы приложения сбора, преобразования и накопления энергии.

а)

б)

Рисунок 2.

Внешний вид оценочной платы из набора STEVAL-ISV006V2 компании ST.

Оценочная плата STEVAL-ISV006V2 представляет собой готовое зарядное устройство на микросхеме SPV1040 с питанием от солнечной батареи, которое может применяться для зарядки NiCd или NiMH аккумуляторов.

Для нашего случая ионистор исключается из схемы, и к соответствующему коннектору подключается сконструированная нами батарея. При этом потребуется подбор резисторов на оценочной плате в связи с изменением типа нагрузки. К счастью, компания предоставляет необходимую документацию и инструкции по расчету значений этих резисторов (документ AN3319). Проводить расчеты имеет смысл для окончательного проекта, в котором будет использоваться более мощная солнечная батарея.

Тем не менее, типовой проект для нашей конструкции требует доработки с целью решения двух задач:

• необходима стабилизация выходного напряжения 5 В (USB);
• желательно иметь возможность подзарядки внутренней батареи аккумуляторов зарядного устройства от любого источника с USB интерфейсом (ПК, ноутбук, адаптер).

Решние первой задачи доволно простое – использовать в схеме регулятора L6920 (опять же, обращаемся к Рисунку 2б). Но, реализация подзарядки внутренней батареи аккумуляторов нашего зарядного устройства от USB порта оказалась сложной задачей. Изначально для этого автор намеревался использовать тот же контроллер SPV1040, но столкнулся с проблемой в реализации схемы согласования при питании от солнечной панели и интерфейса USB, причиной которой является технология MPPT (см. Рисунок 1). Автор связался со службой технической поддержки компании с целью скорейшего получения ответа по данной проблеме, хотя устройство уже полностью работоспособно, только для подзарядки внутреннего аккумулятора используется пока солнечная батарея. Если простого способа использовать возможности одного и того же контроллера не найдется, то задачу подзарядки внутреннего аккумулятора можно решить с помощью отдельной специализированной микросхемы L6902.

Работа продолжается

На данный момент резервный источник (зарядное устройство) для USB устройств, собранное на оценочной плате STEVAL-ISV006V2, замечательно работает и заряжает встроенный аккумулятор от солнечной панели. Для достижения наилучшего результата требуется регулировка, а точнее, подбор резисторов-датчиков тока и напряжения, что особенно актуально при получении более высокой выходной мощности от регулятора L6920, или от фотоэлектрической панели большего размера. Не исключено использование более эффективных и компактных солнечных панелей, но их, все равно, будет недостаточно для получения выходной мощности 1- 2 Вт. Применение больших солнечных панелей (5 Вт) сразу сказывается на габаритных размерах резервного зарядного устройства. Самой основной задачей по-прежнему остается возможность использования контроллера SPV1040 для подзарядки внутреннего аккумулятора от порта USB.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Источник

Зарядное устройство от солнечной батареи своими руками

В этом уроке мы покажем вам, как заряжать литиевую батарейку 18650, используя чип TP4056 и солнечную энергию.

Комплектующие

Было бы здорово, если бы вы могли заряжать батарею мобильных телефонов, используя солнце вместо зарядного устройства USB, неправда ли?

Общая стоимость этого проекта, за исключением батареи, составляет чуть менее 5 долларов США. Батарея добавит еще от $4 до $5 баксов. В итоге у нас получится портативный блок питания.

Таким образом, общая стоимость проекта составляет около 10 долларов США. Все компоненты доступны на АлиЭкспресс по действительно хорошей цене.

Для этого проекта нам понадобятся:

1. 5В солнечная батарея (убедитесь, что она составляет 5В и не меньше);
2. монтажная плата общего назначения, макетная плата;
3. 1N4007 высоковольтный высокоомный диод (для защиты от обратного напряжения). Этот диод рассчитан на ток в прямом направлении 1А с пиковым значением обратного напряжения 1000 В;
4. Медный провод;
5. 2x клеммные колодки PCB;
6. держатель батареи 18650;
7. аккумулятор 3.7V 18650;
8. плата защиты аккумулятора TP4056 (с защитой IC или без нее);
9. усилитель мощности 5В;
10. некоторые соединительные провода;
11. оборудование для пайки.

Как работает TP4056

Если посмотреть на саму плату, то мы увидим, что она имеет чип TP4056 наряду с несколькими другими компонентами, представляющими для нас интерес.

На плате один красный и один синий светодиод. Красный загорается, когда он заряжается, а синий — при полной зарядке. Также есть мини-USB-разъем для зарядки аккумулятора от внешнего USB-зарядного устройства. Еще есть также два места куда вы можете припаять свою собственную зарядную единицу. Эти места отмечены как IN- и IN +.

Мы будем использовать их для питания этой платы. Батарея будет подключена к этим двум точкам, обозначенным как BAT + и BAT-. Плата требует входного напряжения от 4,5 до 5,5 В для зарядки аккумулятора.

На рынке доступны две версии этой платы. Один с модулем защиты от разряда батареи и один без него. Обе платы имеют ток зарядки 1А и отключении по завершении.

Кроме того, один с защитой отключает нагрузку, когда напряжение аккумулятора падает ниже 2,4 В, чтобы защитить батарею от слишком низкого тока (например, в пасмурный день), а также защищает от перенапряжения и обратной полярности (обычно уничтожает себя вместо батареи), однако, пожалуйста, проверьте, правильно ли вы всё подключили в самый первый раз.

Схема устройства

Эти платы действительно очень сильно нагреваются, поэтому мы будем паять их немного над печатной платой. Для этого мы будем использовать жесткий медный провод, чтобы сделать ножки для печатной платы. У нас будет 4 кусочка медных проводов, чтобы сделать 4 ножки для монтажной платы. Для этого вы также можете использовать — штыревые разъемы вместо медного провода.

Солнечный элемент подключается к клеммам IN + и IN-платы зарядки TP4056 соответственно. Диод вставлен в положительный конец для защиты от обратного напряжения. Затем BAT + и BAT- платы подключаются к + ve и -ve концам батареи. Это все, что нам нужно для зарядки аккумулятора.

Теперь для питания платы Arduino нам нужно увеличить выход до 5В. Итак, мы добавляем усилитель напряжения 5 В к этой схеме. Подключите -ve батареи к IN- усилителя и ve+ к IN+, добавив переключатель между ними. Мы подключили бустерную плату прямо к зарядному устройству, но мы рекомендуем установить там SPDT-переключатель. Поэтому, когда устройство заряжает батарею, она заряжается и не используется.

Солнечные элементы подключены к входу зарядного устройства литиевой батареи (TP4056), выход которого подключен к литиевой батарее 18560. Усилитель напряжения 5 В также подключен к аккумулятору и используется для преобразования от 3,7 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.

Напряжение зарядки обычно составляет около 4,2 В. Вход усилителя напряжения варьируется от 0,9 до 5,0 В. Таким образом, он увидит около 3,7 В на его входе, когда батарея разряжается, и 4.2 В, когда она подзаряжается. Выходной сигнал усилителя до остальной части цепи будет поддерживать его значение 5 В.

Этот проект будет очень полезен для питания удаленного регистратора данных. Как известно, источник питания всегда является проблемой для удаленного регистратора, и в большинстве случаев нет доступной розетки.

Подобная ситуация заставляет вас использовать некоторые батареи для питания вашей цепи. Но в конце концов, батарея умрет. Наш недорогой проект солнечного зарядного устройства станет отличным решением для такой ситуации.

Источник

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ С АККУМУЛЯТОРОМ И USB ВЫХОДОМ

Идея предлагаемого девайса давно назрела — оно обеспечивает стандартное напряжение USB 5 В, энергия для которого получается от солнечной батареи, а чтоб не зависеть от погоды — внутри имеется пару аккумуляторов АА и инвертор-стабилизатор на LT1302. Началось всё с того, что нашлось несколько солнечных элементов 4,5 В / 90 мА, всего их 10, так что в сумме можно снять до 900 мА, чего с головой достаточно, чтобы от них работало даже мощное зарядное устройство (или другая нагрузка). Рассмотрев несколько способов сделать зарядку встроенных NiMH пальчиковых аккумуляторов, приняли решение задействовать специальную микросхемы. Они могут сделать за падением напряжения и повышением температуры, точного определения момента, когда зарядка окончена, имеют встроенные механизмы синхронизации для предотвращения случайного перезаряда. Выбор пал на недорогую и популярную LT1302.

Схема LT1302 из даташита

В данном варианте пришлось добавить дополнительные резисторы, немного переставить компоненты вокруг LT1302 согласно некоторых рекомендаций в даташите.

Схема солнечного зарядного — свой вариант

Солнечная батарея подключается к контактам 1-1, обведённым прямоугольниками. Вот разработанная печатная плата, которую конечно миниатюрной не назовёшь, но цели использовать планарные компоненты и не было. Главное что разведена без ошибок и заработала сразу.

В наличии не было резистора 3,3к, поэтому пришлось собирать его из 3к и 300 ом последовательно. Их видно на фото платы зарядки-инвертора.

Следующим шагом будет проверка способности зарядить NiMH от солнечной панели. И, наконец, проверить повышающий преобразователь на выходное напряжение +5 В подключенный от панели напрямую.

Готовая конструкция прекрасно вписывается в жестяную банку из-под припоя, ещё и осталось место для 4-х AA батареек, или одной большой литиевой. В результате получился компактный полезный гаджет, от которого можно получать питание для заряда других устройств через USB. А сами встроенные аккумуляторы подзаряжаются от солнца.

Форум по обсуждению материала СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ С АККУМУЛЯТОРОМ И USB ВЫХОДОМ

Модуль простого транзисторного металлоискателя из Китая — схема принципиальная и испытание этого МД.

Самодельный активный предварительный усилитель с НЧ-ВЧ регулировками на ОУ TL072, для УМЗЧ.

Обзор возможностей комплекта бесконтактного модуля считывателя карт RFID RDM6300. Подключение схемы и тесты.

Источник

Рисунок 3.