Il circuito consente di disabilitare il pannello dalla batteria quando è carica, e staccare il carico quando la batteria è scarica. Le soglie sono regolabili mediante due trimmer.
Per disabilitare il pannello, questo viene messo in corto circuito.
Schema
Circuito realizzato nel 2007
Elenco componenti e descrizione del funzionamento
7100-FT184 regolatore di carica.pdf
Taratura
Collegare un alimentatore regolabile al posto della batteria, impostato a 13V. Ruotare il trimmer R10 fino a vedere sull’uscita di U1a (pin 14) un onda quadra di duty cycle prossimo al 95%. Alzare la tensione a 14V e verificare che il segnale passi a un duty cycle del 100%.
Collegare un carico all’uscita (una resistenza, o una lampadina). Abbassare la tensione a 10V. Regolare il trimmer fino a far accendre il LED rosso (il carico viene spento).
Circuito di controllo della carica
Questa sezione fa capo ai tre operazionali U1a, U1b e U1c: quest’ultimo funziona da buffer non-invertente (???) e trasferisce al piedino 12 dell’U1a una tensione proporzionale a quella presente ai capi della batteria: quanto più è alta tale tensione, tanto maggiore è il potenziale applicato al piedino 12 dell’U1, eviceversa.
L’operazionale U1b funziona nella configurazione da multivibratore astabile (ovvero fa da generatore di
onda quadra) leggermente modificata perché lavora a tensione singola, quindi richiede metà del potenziale di alimentazione sul piedino non-invertente (il 3).
Del generatore a noi interessa però un altro segnale, cioè quello di forma d’onda pressoché triangolare
prodotto ai capi del condensatore C1, e dovuto ai cicli di carica e scarica dello stesso determinati dalla commutazione all’uscita dell’operazionale: C1 si carica ogni volta che al piedino 1 è presente il livello alto, mentre si scarica quando tale piedino assume il livello basso.
La tensione triangolare viene inviata al piedino 13 dell’U1a, il quale funziona da comparatore e fa il confronto tra questa ed il potenziale portato dall’uscita dell’U1c (direttamente proporzio-
nale a quello della batteria). Il risultato del confronto è una serie di impulsi rettangolari, di ampiezza direttamente proporzionale al valore della tensione di batteria.
In pratica tanto più è alta la tensione presentata ai capi della batteria in carica, tanto maggiore è la lar-
ghezza degli impulsi prodotti dal comparatore U1a, e viceversa.
Per capire da dove nascono gli impulsi ci basta pensare che l’uscita del comparatore (piedino 14) è a livello alto quando il pie dino 12 è a potenziale maggiore del 13, mentre è a circa zero volt nella situazione opposta, cioè quando il piedino 13 è a potenziale maggiore del 12.
Quindi, fino a che la tensione triango lare localizzata sul C1 è minore di quella applicata al piedino 12 dell’U1a l’uscita di tale comparatore assume il livello alto (impulso positivo) mentre quando la stessa supera il valore del potenziale dell’uscita di U1c il piedino 14 si trova a circa zero volt. Gli impulsi rettangolari prodotti dall’U1a vengono applicati al gate del mosfet T1, che va in conduzione, cortocircuitando il
pannello solare, ogni volta che il piedino 14 assume il livello alto; gli stessi impulsi fanno lampeggiare il LED
LD1, che apparirà tanto più illuminato quanto maggiore sarà la loro larghezza.
Poiché abbiamo visto che gli impulsi sono larghi, se la batteria ha una ten-sione alta (ovvero è abbastanza carica) e sono più stretti se la stessa tensione è bassa (cioè la batteria è scarica) la maggiore o minore illuminazione di LD1 indica lo stato di carica degli elementi collegati alla BATTERIA (punti + e -): in sostanza, più è luminoso il LED, più è carica la batteria, e viceversa. Seguendo lo stesso principio notiamo che più si carica la batteria, maggiore è la durata di ogni stato di conduzione del mosfet, e viceversa: perciò man mano che la batteria si carica, il T1 conduce per un periodo di tempo sempre maggiore, fino ad andare completamente in conduzione restandovi;
quindi più la batteria si carica, maggiore è la corrente che viene sottratta dal mosfet al resto del circuito. E’ questo il principio di funzionamento del regolatore di tipo “shunt”, che per limitare la corrente nel carico (in questo caso la batteria…) la fa assorbire ad un carico fittizio (il mosfet T1). Va notato però che il mosfet non deve andare costantemente in conduzione, non solo permotivi legati alla dissipazione della potenza che assorbe, bensì perché deve sempre scorrere un minimo di corrente di mantenimento dal pannello alla batteria, anche quando la carica di quest’ultima è da ritenersi conclusa. A tale scopo R10 va registrato in modo da ottenere dall’uscita del comparatore U1a degli impulsi, sia pure molto larghi, anche a batteria completamente carica (per batterie da 12V la regolazione va fatta a 13,5 o 14V, mentre per quelle da 24V ad un valore compreso tra 26 e 27V) e non un livello alto costante.
Circuito di limitazione della scarica
Vediamo adesso la seconda parte, cioè l’automatismo che consente di staccare il carico quando la batteria è scarica, e di ricollegarlo quando si è caricata a sufficienza; il tutto fa capo al semplice operazionale U1d, collegato come comparatore di tensione non-invertente. Questo confronta la tensione della batteria con quella di riferimento applicata al proprio ingresso invertente (piedino 6) che è poi la stessa che polarizza il piedino 9 dell’U1c (in pratica, circa metà della tensione d’alimentazione fornita dal T3); tale tensione è stabilizzata dal diodo Zener DZ2.
Regolando opportunamente il trimmer R14 il comparatore assume il livello basso in uscita quando la tensione della batteria è troppo bassa (ad esempio minore di 10 volt) e il livello alto nella situazione opposta, ovvero quando la batteria è carica e presenta ai propri capi almeno 10÷11 volt; nel primo caso
il mosfet T2 è interdetto, mentre conduce nel secondo caso. Pertanto vediamo che quando la tensione della batteria è sufficientemente alta il potenziale del piedino 5 dell’U1d è maggiore di quello applicato al 6, e il 7 si trova a livello alto e polarizza il gate del T2 mandandolo in conduzione: il drain di
quest’ultimo lascia quindi passare la corrente dal carico a massa.
Data la sua ridotta resistenza (Rdson) in stato di conduzione, dell’ordine di un decimo di ohm, il mosfet si comporta da interruttore statico, e mette sotto tensione il carico ogni volta che l’uscita del comparatore U1d si trova a livello alto, cioè connette il carico al circuito della batteria quando quest’ultima è carica abbastanza da poterlo alimentare a dovere. La tensione alla quale si può ritenere sufficientemente carica la batteria viene impostata con il trimmer R14: portando verso massa il cursore di quest’ultimo occorre una tensione più alta (per far collegare il carico) di quella necessaria se si porta il cursore stesso più verso R13 e C4. Notate infine l’ultimo LED, LD2, che si accende quando il circuito di protezione è intervenuto, ovvero quando è stato staccato il carico. Il diodo D2 serve invece a proteggere il nostro dispositivo da eventuali sovratensioni o picchi di tensione inversa che possono verificarsi commutando carichi induttivi quali i motori elettrici o apparecchi con forti induttanze di filtro.
(descrizione di funzionamento tratta dall’articolo in pdf, linkato in alto)