太阳能电池板电池充电器DIY制作

作者：时间：2012-05-30来源：网络收藏

喷雾系统的机械设计

有了一个正常工作的太阳能充电器和稳定的 12V 输出，我就准备好着手组装喷雾系统了。去一趟五金店就得到了我需要的材料：舱底污水泵、水龙带连接器、水龙带夹具、转接器和喷雾系统。水龙带长约 15 英尺，拧在转接器螺钉上，用水龙带夹具固定到水泵上，喷雾系统固定在末端，有 5 个喷雾嘴。底舱污水泵靠最大值为 12V 的电压运行，水压可以通过降低电压来控制。

为了实现灵活性，我安装了一个稳压器，该稳压器可以接受 12V 输入，并将输入转换成可变的 12V 输出。这要求 LTM4607 设计有降压/升压特性。该器件使用一个反馈电阻器控制输出电压。一个 50k 的可变旋钮电位器取代了电阻器，从而非常容易控制 0.8V 至 12V 的输出。还串联了一个 5.62k 的电阻器，以限制输出电压，保持输出低于 15V.该设计通过旋转一个旋钮实现了水压控制。

然后，我就可以测试我的全功能喷雾系统了。结果，水泵导致最大约 6A 的电池放电电流，这意味着，在峰值输出时，水泵约从每块太阳能电池板获得 4A 电流。控制水泵速度和压力的好处是，我可以将压力降到足够低，以降低电池的放电电流，并全部靠太阳能电池板运行水泵，以节省电池电量，这样做非常有效。通过这种方法，我们能够在营地全天运行喷雾系统，而不必担心电池放电，耽误夜间用于 LED 照明系统。

LED 照明

随着电源的完成，我就可以增加电路，在晚上高效率地提供照明了。LED 足够亮，可以照亮房间，这在以前是不可想象的，但是新的技术进步已经为 LED 照明的新时代创造了条件。尤其是，PhilipsLumileds Luxeon LED 在 1000mA 时可以提供超过 100 流明的光。我配备了一个 LumiLED 阵列，使用 LTC3475 （16 引线 TSSOP 耐热增强型封装）双路 1.5A 恒定电流 LED 驱动器 DC923A 演示板。它设计成用一个宽范围输入电压（4V 至 30V）驱动两个信道，每个信道 1.5A.12V 电池直接连接到演示板的输入，为每个通道 3 个串联的 LED 灯供电，当两个通道都接通时，总共有 6 个 LED.这些 LED 出奇地亮，用一块柔光布遮上时，足够照亮我们整个营地。晚上的放电电流全部来自电池，因为太阳能电池板夜间提供零电力。以 2A 的总放电电流，可以整晚为这些灯供电。到接近中午或偏下午时，电池再次充满电，为给喷雾系统供电做好了准备，在早午餐后，喷雾系统就可以让我们感到凉爽了。

用于外部设备的点烟器适配器

我们的通信无线电收发报机在大量使用以后需要充电，因为蜂窝电话接收不到信号。我们使用的无线电收发报机有一个汽车适配器插头，可通过点烟器充电。为了快速充电，我增加了一个连接到电池的 12V 点烟器内孔适配器，专门用于该汽车适配器插头。这证明很有用，因为电池充电一次仅持续几个小时，所以我们需要经常给我们的无线电收发报机充电。图 8 显示的是，通过连接到 12V 电池输出的点烟器给无线电收发报机充电。

图 8：通过汽车点烟器在 12Vdc 时对 Ham无线电收发报机充电

调试和隐患

在用样机进行的一次初步测试中，我发现了太阳能电池板使用的一个根本限制。太阳能电池板上变化的电压也意味着变化的电流。我在仿真一些现实世界的要素时，例如阴影遮住太阳能电池板或阳光不足，顿悟了这个问题。在一种极端情况下，在电池板上方舞动手臂都能引起系统闭锁到限流值上，这令人担忧。当阳光变化使输出电压下降时，样机的电流模式架构使系统从太阳能电池板吸取更多电流，这是非常合乎情理的，因为功率反映的是电流与电压之间的关系，电压下降时，电流会上升，以达到同样的功率值。解决方案是，设计一个功率变化的系统，因为视阳光在太阳能电池板上照射量的不同而改变，输入电压和输入电流会变化。

因为电池板可能只提供 4A 的最大峰值电流，所以输入端的这种欠流使系统闭锁，并保持闭锁状态直到系统复位为止。简单的解决方案是，当输入电压降至低于某个门限时，复位 LTM4607 微型模块稳压器上的 RUN 引脚。当电池板电压下降时，用一个带设定基准电压的比较器去触发可以做到这一点。不幸的是，这个解决方案不是最佳的，因为视电池板接受的太阳光照射量的不同，会引起系统或者接通或者断开。一个更适合的解决方案是，就太阳能电池板电压而言，调节充电电流，这样，4A 的充电电流就随着太阳能电池板上太阳光的照射量而变化。当太阳能电池板输出电压下降时，到电池的充电电流也应该下降。

我的一位同事对这个问题苦苦思索后，建议使用一个运算放大器和 MOSFET 来控制 LTC1435 上的 PROG 引脚。这个引脚控制充电电流输出值，使该输出值与从这个引脚吸出的电流值成比例。运放跟踪太阳能电池板的电压，视电池板电压值的不同而不同，调节 MOSFET 的 Rds-on 并控制电流。当电池板电压是最大值时，运放控制 MOSFET 至完全接通，从而允许吸出最大电流，并提供 4A 充电电流。当电池板电压较低时，充电电流也应该较低，以保持合适的功率输出。我迅速增加了一个采用LT1006 运算放大器的电路，附在 DC133A 演示板上。我的时间不够了，而且仍然在琢磨偏置 MOSFET 上的电阻器、以实现最大充电电流。我的一个朋友建议我使用一个可变电位器，来快速解决电流偏置问题，而不再计算电流和电阻。当太阳能电池板电压达到 10V 的中间点时，我需要将充电电流降低一半。在最大值 20V 时，充电电流应该是 4A.他建议我设置电位器，以在太阳能电池板电压为 20V 的测试中，提供最大电流，并在缓慢调节电位器至 2A 充电电流而不闭锁的同时，将电压降至 10V.这个建议起了作用，当太阳能电池板输出下降时，电路不再闭锁了。该系统最大限度地充分利用了太阳光，而不管处于一天的什么时间。

结果顺利完成活动并返家

我们的系统和演示板在沙漠中存活下来，经受了沙尘暴、酷热和干燥环境以及 100？F 的太阳暴晒。电池支撑住了，没有发生故障。LED 灯上覆盖了厚厚一层干盐湖灰尘，但是仍然足够有效，发出足够亮的光，让我们能收拾东西。我们离开时是午夜，所以这些灯是最后收拾的。喷雾系统的表现值得赞赏，当我们需要躲避炎热时，喷雾系统就喷出一层宜人的凉水。营地（图 9）凉爽、舒服，是我们在沙漠中逗留4天的家。这套系统回到家时完好无损，功能正常，明年还可以再用。