Зарядное устройство 12В солнечной батареи, фотоэлектрические модули становятся дешевле и, следовательно, более популярными. Их можно успешно использовать для зарядки батарей, например, на даче или походе. Описанное устройство представляет собой контроллер зарядки, приспособленный для работы с изменяющимся в очень широких пределах входным напряжением.

Описанная схема зарядное устройство 12В солнечной батареи можно использовать для зарядки кислотной (например, гелевой) батареи в буферном режиме, то есть после достижения установленного напряжения зарядный ток начинает уменьшаться. Напряжение питания зарядного устройства может варьироваться в диапазоне 4 до 25В. Возможность использования как яркого, так и в пасмурный день значительно увеличивает время зарядки в течение дня.

Зарядный ток сильно зависит от входного напряжения, но это решение по-прежнему имеет преимущество перед обычным снижением избыточного напряжения от солнечного модуля. Принципиальная схема зарядного устройства приведена на рисунке.

Источник энергии постоянного напряжения представляет собой преобразователь, выполненный в топологии SE-PIC на основе дешевой и хорошо известной микросхеме MC34063A. Если напряжение, подаваемое на компаратор (ножка 5), слишком низкое, встроенный транзисторный ключ начинает работать с постоянным заполнением и частотой. Работа останавливается, когда напряжение превышает опорное напряжение (обычно 1,25 В).

В преобразователях с топологией SE-PIC, которые могут как увеличивать, так и уменьшать выходное напряжение, гораздо чаще используются контроллеры, способные изменять насыщенность сигнала входа. Использование MC34063A в этой роли является редким решением, но как показали испытания модели достаточно для этого применения. Определенным критерием была также цена, которая в случае MC34063A значительно ниже, чем у ШИМ-контроллеров.

Для уменьшения внутреннего сопротивления источника питания, являющегося фотоэлектрическим модулем, используются два конденсатора, соединенных параллельно C1 и C2. Параллельное соединение уменьшает паразитные параметры, такие как сопротивление и индуктивность. Резистор R1 служит для ограничения тока примерно до 0,44 А. Более высокий ток может вызвать перегрев микросхемы.

Конденсатор C3 устанавливает рабочую частоту приблизительно 80 кГц. Индуктивности L1 и L2 и результирующая емкость конденсаторов C4-C6 были выбраны так, чтобы преобразователь мог работать в очень широком диапазоне напряжений. Параллельное подключение конденсаторов было направлено на уменьшение ESR. LED1 используется для проверки работы контроллера. Если это так, катушка L2 имеет переменную составляющую напряжения, которая видна, когда светится светодиод.

Проверка включается нажатием кнопки S1, чтобы светодиод не горел все время. Резистор R3 ограничивает ток примерно 2 мА, а D1 защищает светодиод от пробоя, вызванного избыточным напряжением. Резистор R4 был установлен для лучшей стабильности инвертора при низком энергопотреблении и напряжении питания. Он поглощает часть энергии, которую катушка L2 отдает в нагрузку. Конденсаторы C8 и C9 сглаживают пульсации, подаваемого через диод D2.

Резисторный делитель R5 - R7 устанавливает выходное напряжение примерно на 13,5 В, что является нормальным напряжением на клеммах гелевой батареи 12В во время работы с буфером. Это напряжение должно слегка изменяться с температурой. Этот резисторный делитель постоянно заряжает подключенную батарею, поэтому он должен иметь максимально возможное сопротивление. Конденсатор C7 уменьшает пульсации напряжения, проходящие через компаратор, и уменьшает скорость обратной связи.

Без этого при отключенном аккумуляторе выходное напряжение может превысить безопасное значение для электролитических конденсаторов, потому что каждое переключение ключа (даже на короткое время) вызывает введение значительного количества энергии. Добавление этого конденсатора означает, что система время от времени перестает включать ключ. Зарядное устройство смонтировано на односторонней печатной плате 89 × 27 мм, которая показана на рисунке.

Правильно собранное устройство сразу готово к работе и не требует настройки. В качестве проверки вы можете подать постоянное напряжение на его вход и регулировать в заданном диапазоне 4 ... 20 В и наблюдать показания вольтметра, подключенного к выходу. Зарядный ток зависит от текущего значения напряжения, потому что входной ток ограничен примерно 0,44 А.

Как показали измерения, ток зарядки аккумулятора варьируется примерно от 50 мА (4 В) до 0,6 А при 20В. Зарядное устройство предназначено для работы с фотоэлектрическим модулем с номинальным напряжением 12В. На его клеммах может быть напряжение до 20 ... 22 В при низком потреблении тока, поэтому на входе инвертора используются конденсаторы, на напряжение 25В. В свою очередь, при более низком напряжении чем 4В, потери настолько велики, что батарея практически не заряжается. Чтобы полностью использовать зарядное устройство, к нему должен быть подключен модуль 10Вт или выше.