CARICABATTERIA CON MPPT PER PANNELLO SOLARE

Schema per Realizzare un Caricabatteria per Celle agli Ioni di Litio con MPPT per Pannelli Solari con Integrato LT3652…

 

 

 
 



 

INTRO

L’integrato LT3652 è uno regolatore di tensione step-down e caricabatteria per celle agli ioni di litio che dispone di un controllo della tensione di ingresso per riuscire a ricavare la massima potenza da una o più celle solari. Dispone quindi di un algoritmo MPPT (Maximum Power Point Tracker) che fa si che il pannello solare lavori al massimo della sua potenza, come se realizzasse un adattamento delle impedenze.

Per quanto riguarda la fase di carica esso realizza una carica a corrente costante – tensione costante adatta per celle Li-Ion, LiPo oppure per accumulatori al piombo. Dispone di un sistema di stop della carica quando la corrente scende al di sotto di un decimo della corrente di carica e va a ripristinare le celle quando la tensione scende al di sotto del 2.5% rispetto al massimo, quindi appena le celle scendono al di sotto di 97.5% della carica, l’integrato ricomincia la carica.

La tensione di ingresso va da 5V fino ad un massimo di 32 con picchi massimi di 40V, permette una corrente massima di carica di 2A con una efficienza molto alta, intorno al 98%.

 




 
L’INTEGRATO E LA FUNZIONE DEI PIN

Purtroppo l’integrato non esiste in versione DIP con montaggio attraverso i fori, ma solo per montaggio superficiale in package MSOP a 12 PIN. La piedinatura è la seguente:

Si può realizzare un apposito PCB oppure usare un adattatore SMD-DIP come nel caso di questo tutorial. Bisogna prima di tutto saldare il pin 13 perché si trova al di sotto dell’integrato e poi si possono saldare gli altri contatti.

I pin hanno le seguenti funzioni:

  • PIN 1 e PIN13 (VIN e GND): è l’ingresso della tensione e va da un minimo di 5V ad un massimo di 32 e deve essere 0.75 maggiore rispetto alla cella da caricare. GND è il negativo della tensione di ingresso.
  • PIN 2 (Vin_Reg): Serve a programmare la minima tensione di ingresso, si usa una divisione della tensione di ingresso. Se non viene usato si collega a Vin mentre bisogna avere una tensione superiore ai 2.7V su questo pin per mantenere l’integrato in funzione.
  • PIN 3 (SHDN): Se connesso a GND l’integrato è spento.
  • PIN 4 e 5 (CHRG e FAULT): sono due pin di segnalazione usati per indicare lo stato della carica ed entrambi sono transistor open collector, quindi serve una resistenza di pull-up per avere livelli di tensione alti o bassi. CHRG è a livello basso se la cella è sotto carica mentre FAULT indica fallimenti durante la carica dovuti a riscaldamento della cella se dopo 1/8 del tempo di carica è trascorso e la cella non ha raggiunto un certo valore.
  • PIN 6 (TIMER): Viene connesso un condensatore che indica il tempo di carica e il tempo di carica è dato da T=C*5.5*10^6 [Ore]. Ad esempio con C=0.68uF si ha un tempo di carica di 3 ore.
  • PIN 7 (VFB): è il feedback della tensione della batteria e questa tensione è 3.3V, quindi vi sarà un partitore resistivo tra la batteria e GND con valore tale che la batteria abbia la batteria raggiunga la carica considerando i 3.3 V su questo pin. ­
  • PIN 8 (NTC): a questo pin si può connettere un NTC ovvero un resistore con coefficiente negativo che serve a controllare la cella sotto carica. Si usa un NTC da 10Kohm. Se non si vuole questa funzione basta lasciare non connesso questo pin.
  • PIN 9 (BAT): Uscita della tensione di carica.
  • PIN 10 (SENSE): è il pin che serve per misurare la corrente di carica e si usa un resistore di sensing con un valore pari a Rsense=0.1/(Icarica) [Ohm].
  • PIN 11 (BOOST): serve per il driver interno dei circuiti.
  • PIN 12 (SW). È l’uscita del convertitore DC-DC Step-down.

 
SCHEMA

È presentato di seguito lo schema in due versioni, sempre con MPPT e con carica di due celle agli ioni di Litio in serie. Il valore della resistenza di sensing è indicato per entrambi gli schemi per varie correnti di carica. Il primo schema è il seguente:

D1 è un diodo che evita correnti inverse verso il pannello solare, R1 ed R2 servono per far si che il chip va in stand-by quando la tensione del pannello scende al di sotto di 5V. D4 e C1 servono come boost di tensione per i circuiti interni mentre D3 e L1 servono per il DC-DC Converter step-down.

R4 ed R5 selezionano la tensione di carica della celle, in questo caso 8.3V visto che si vogliono caricare due celle agli ioni di litio in serie. R3 è la resistenza di sensing che selezionano la corrente di carica delle celle e il suo valore è come da tabella. D2 serve per far passare la corrente delle celle verso il carico.

Questo schema fa si che se la tensione del pannello solare è maggiore delle celle allora il carico riceve la corrente dal pannello solare e inoltre si va a caricare la batteria. Se la tensione del pannello solare è minore di quella delle celle, ovvero il pannello solare non è in grado di fornire più corrente, allora il carico assorbe la corrente dalla batteria grazie ad diodo D2.

Tutti i condensatori sono da 25V perché la tensione di ingresso massima è indicata a 24V, se si hanno tensioni maggiori bisogna usare diodi con tensione maggiore e anche condensatori da 50V. Inoltre i diodi indicati sono da 1A, quindi se il pannello solare eroga una corrente maggiore servono altri diodi.

L’altro schema è il seguente:

In questo caso la tensione di uscita viene prelevata in ogni caso dalla batteria, se il pannello solare ha una tensione pari o maggiore di 9V la batteria viene caricata e se il carico assorbe corrente la corrente viene prelevata dall’integrato se la batteria non è carica, mentre dalla batteria se essa è carica. Quindi la batteria viene scaricata al 97.5% e poi subito ricaricata. Se invece la tensione del pannello solare è minore di 9V la batteria non viene caricata e la corrente del carico viene assorbita tutta dalla batteria finchè non si scarica.

In entrambi i casi si può collegare un NTC da 10KOhm tra il pin NTC e GND e mettere a contatto il resistore NTC alla batteria in modo tale da fermare la carica se la batteria si surriscalda.

La batteria deve essere provvista di BMS (Battery Managment System) per proteggere la batteria da scariche troppo profonde.

Lo schema realizzato su breadboard in foto permette la carica di due celle agli ioni di litio in serie e con BMS con un pannello solare da 350mA, 17V e con corrente di carica impostata a 500mA vista la resistenza di sensing da 0.2 Ohm. Inoltre lo schema preleva la tensione di uscita direttamente dalla cella per evitare di perdere potenza su due diodi Schottky ( caduta di tensione 0.4V quindi 0.5W circa persi su due diodi).

 

DOWNLOAD
Potete scaricare il datasheet del componente LT3652 al seguente LINK!!!

Potete scaricare la simulazione del circuito con LTSPICE al seguente LINK!!!



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CARICABATTERIA CON MPPT PER PANNELLO SOLARE ultima modifica: 2018-01-31T12:54:05+00:00 da ne555
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