Készítette: Náczi Ferenc
Az újoncprojektem témája egy olyan töltőáramkör megépítése, amely a kis méretű, olcsó, kiskereskedelmi forgalomban kapható napelemek felhasználásával, a szabadban képes egy 5V-os tápforrást biztosítani.
A projekt két IC-ből áll; az első egy Boost-step-down konverteres feszültség szabályozó áramkör, ennek a leírásával kezdeném.
Feszültség szabályozás
A Texas Instruments gyártmányú TPS61200-as integrált kapcsoló üzemű áramkört használtam. A legfontosabb paraméterei:
- Alacsony működési feszültség
- Automatikus váltás Boost mode és Down conversatione mode között
- Kimeneti rövidzárási védelem
A választáshoz az is hozzájátszott, hogy ingyenes sample rendelhető belőle
Az IC-t speciálisan napelemes alkalmazásokhoz fejlesztették, ahol kis feszültségekkel, nagyobb áramokkal találkozunk, valamint NiMH, NiCd, Li-Ion akkumulátorok töltéséhez. A napelemes alkalmazásoknak megfelelően 0,3V-tól már működik az áramkör, a kívánt 5V-os Feszültséget kiadva. Ezt oszcilloszkóppal le is mértem, és a várt értéket kaptam.
A kapcsolás sematikus ábrája itt látható:
A bemenetre a napelem csatlakozik, a kimeneten egy USB csatlakozó helyezkedik el, ezen táplálva az elhelyezett eszközt – pl telefont.
A konverterre annak fizikai felépítéséből kifolyólag el kell helyeznünk egy induktivitást – az adatlap tanulsága szerint 2,2uH nagyságút.
A kimeneten kívánt feszültséget a FB (feedback) kivezetésre helyezett két darab ellenállással tudjuk beállítani az alábbi összefüggés szerint:
Ehhez hozzátartozik az, hogy az R2 ellenállásnak 200K közelében kell lennie. 5V kimeneti feszültségnél az R1=R2*9 es összefüggést kapjuk. Beállítva R2-t 200K- ra, és R1-et 1,8M- ra a kimeneten megjelenik a kívánt 5V feszültség.
Az eddig felsorolt alkatrészek mellett bemeneten és kimeneten szűrőkondenzátorok vannak.
Az IC egyéb funkcióit nem használtam, úgy mint a Power save mode-ot, vagy Undervoltage lockout-ot
Az alkatrész egyedüli hátrány az volt, hogy kézzel, otthoni eszközökkel nehéz beforrasztani, mivel 10 kimenetes QFN tokozása van, így a beültetést és forrasztást az ETT tanszéken végeztem: Egy tű segítségével vittem fel a forraszpasztát a forrasztási felületekre, fineplacerrel beültettem a 3,2×3,2 mm-es IC-t, majd gőzfázisú reflow kemencében beforrasztottam.
Ez az áramkör-rész önmagában egy 5v-os töltőfeszültséget produkál, és ezzel bármilyen USB-porton tölthető elektronikus eszközhöz használható – mobiltelefon, MP3 lejátszó, stb. – kb 300mA -es kimenő áram mellett
A PCB-layout ehhez a részhez:
A kapcsolás kimenete két darab elemtartó.
Elemtöltő
Az USB csatlakozó előtti kapcsoló egy elemtöltő IC-hez köti a Boost konverter kimeneti feszültségét, ezzel működtetve azt. Az IC egy kapcsoló üzemű tápegységet alkot a hozzá tartozó alkatrészekkel, melyek AA illetve AAA – s elemek páronkénti, elletve egyéni töltését teszik lehetővé.
A kapcsolás lelke egy DS2712 típusú Maxim IC, SO16-os tokozással. Ez egy speciálisan elemtöltésre fejlesztett IC, feszültség-, hőmérséklet- és időmegfigyeléssel, így kiválóan alkalmas gyors-töltésre.
Mivel nehéz beszerezni a megfelelő thermistort, ezeket az elemeket kihagytam a kapcsolásból. Mivel lengve hagytam, a hozzájuk tartozó lábakat, így az IC azt érzékeli, hogy a hőmérséklet, soha nem megy a megengedett fölé. Tekintve, hogy a Boost konverterből maximum 300mA jöhet ki, túláram problémák nem jelentkezhetnek.
Az elemtöltő és a kiegészítő kapcsolása a következő:
Itt pedig a PCB-layout
Napelem
A 2 darab napelemet Vaterán rendeltem, darabját 380Ft-ért. A forgalamzó által adott műszaki adataik a következőek:
- Méret : 80x150x0,2 mm
- Munkaponti Teljesítmény : 1,6 – 1,8 W
- Átlagteljesítmény : 1,7 W
- Teszt Feszültség : 0,5 V
- Áramerősség 0,5 V-on : 3,2 – 3,6 A
- Max. Feszültség : 0,611 V
- Max. Áram : 4 A
Mi is hasonló értékeket mértünk.
Két ilyen napelemet párhuzamosan kötöttem össze, ezek kb 1V feszültséget adtak le összesen.
Nehézséget okozott, hogy ezek gyakorlatilag hordozó nélküli Si lapok, így rendkívül törékenynek. Meleg ragasztóval egy QFP 144-es IC-k szállításra, és tárolására használt tálcát használtam, ezzel adva mechanikai stabilitást az elemeknek.
Adatlapok:
