Схема зарядного устройства на солнечной энергии для одного элемента LiFe

Хотя мы уже потратили некоторое время на обсуждение некоторых деталей вашей реализации, я попытаюсь рассказать вам о шагах, которые я предпринимаю при разработке проекта LiFePO/Solar с длительным сроком службы, и оставлю вас для заполнения деталей.

Первое, что нужно сделать в отношении всех ваших преобразований мощности и промежуточных шагов, это найти потери. Если у вас есть микроконтроллер, который вы часто переводите в спящий режим и который потребляет в среднем всего 1 мА, вы не будете заботиться об одном, двух или трех промежуточных преобразованиях.

Но если у вас есть модуль, который использует 50 мА с пиками 400 мА, вы можете уделить очень пристальное внимание этому модулю: будет ли он также работать от батареи, или вы можете обмануть его из уравнений, питая его напрямую от солнечной батареи. , например, если он сообщает о количестве энергии, генерируемой по беспроводной связи, один раз в час. В этом случае вы можете даже захотеть управлять его преобразователем с помощью микроконтроллера, чтобы экономить энергию для зарядки и других вещей в течение 59 минут каждый час, когда вам не нужен ток покоя преобразователя 3 ~ 10 мА, если это имеет значение.

Следующее, что вы могли бы рассмотреть, это: нужны ли моему MCU и приложению очень плавные 3,3 В? LiFePO4 — очень хороший выбор для вашего применения по разным причинам. Одним из них является его минимальное напряжение 2 В (рекомендуется 2,5 В), которое вы можете защитить даже с настройкой отключения 2,7 В. Большинство микроконтроллеров на 3,3 В также могут работать с 3,6 В, что является пиковым напряжением LiFePO4. Таким образом, вам может не понадобиться что-то между батареей и приложением, что также экономит много отходов.

Для справки, LiFePO4 в данном случае — очень хороший выбор по многим причинам:

• Их кривая напряжения очень плоская по сравнению с Li-Ion или LiPo. Около 80% его мощности подается между 3,4 В и 3,2 В, поэтому они предлагают очень простые настройки преобразования размеров. (Запас на понижение или повышение, который необходимо учитывать, остается небольшим для большей части энергетического содержания батареи).
• Их внутренний химический состав очень надежен, что позволяет потреблять ток в гораздо более широком диапазоне температур. Имейте в виду, однако, что они по-прежнему не могут быть заряжены ниже точки замерзания, поэтому вам нужно учитывать это.
• Они не так легко выходят из строя, поэтому они не надуваются так странно, как LiPo.
• Повреждение ячейки по-прежнему крайне маловероятно, чтобы вызвать взрыв или во многих случаях даже пожар.
• Их саморазряд в широком диапазоне температур обычно немного ниже, чем у других литиевых химических элементов.

Для интереса: защищенные вопросы и ответы, опубликованные Расселом, на которые вы ссылаетесь для получения информации о LiIon и LiFePO4, не очень полезны, там сделано много предположений, которые даже неверны для LiIon, не говоря уже о LiFePO4. Начнем с предположения о линейности процесса химического заряда. Лучше забыть об этом посте.

Когда дело доходит до зарядки и разрядки LiFePO4, токи довольно ограничены по сравнению с современными элементами LiPoly, но они гораздо более допустимы в отношении перенапряжения, поскольку структура фосфата железа более устойчива к чистому литию. Но я бы все же посоветовал вам использовать специальный чип защиты или готовую схему (для приложений менее 1 А я покупаю их оптом почти бесплатно). Они истощают микроампер, берут на себя нагрузку тестирования и риска, и самое главное, они имеют аналоговую схему, которая быстро и эффективно реагирует на ситуации перегрузки по току, вызванные повреждением проводки.

Это позволит вам сосредоточиться на управлении питанием всех ваших модулей в вашем MCU без риска перегрузить окно прерывания в вашем коде, а затем пропустить бит при обнаружении перегрузки по току, перегрузки и т. д.

При зарядке LiFePO4 при температуре около 0,75°C вы обычно можете поддерживать фиксированный ток даже до 3,9 В без повреждений (учитывая, что температура элемента составляет от 5 до 50 градусов Цельсия), поэтому, если вы заряжаете фиксированным током, вы можете просто позволить защита отключает его (они часто устанавливаются на 3,7 В и могут допускать пиковое значение 3,8 В в течение 10 мс). Поэтому, если у вас есть система (MCU или выделенная), которая выдает ток 0,75C с ограничением 4 В или 4,5 В или, в зависимости от защиты, даже всего 5 В, микросхема или схема защиты позаботится обо всем этом.

Если вы предполагаете, что у вас есть Устройство 1, которому требуется 200 мА, но не всегда, при напряжении от 2,7 В до 5 В (это широкое предположение, но многие устройства, такие как беспроводные модули, имеют такие допуски). И что у вас есть UC, который использует около 1 мА в активном состоянии, и вы позволяете ему спать при максимально возможном токе 25 мкА, который также обрабатывает от 2,7 В до 5 В, вы можете сделать что-то вроде этого:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

D2, D1 R1 и R2 предназначены для того, чтобы сообщать UC, когда солнечная батарея достаточно работоспособна для работы понижающего преобразователя. Затем вы можете использовать эту информацию для управления зарядкой батареи, а также температурой элемента, и вы можете использовать ее для включения модуля высокой мощности, когда есть достаточно энергии.

М2 позволяет активно включать зарядку аккумулятора. M1 позволяет управлять дополнительным устройством.

Я добавил D3, чтобы указать на наличие САМОГО диода тела. Все же лучше включить MOST, когда вы начнете использовать более высокие токи от батареи, чтобы иметь меньше отходов в диоде корпуса MOST или дополнительном диоде, который вы ставите.

Когда зарядка будет завершена, защита ячейки отключится, а напряжение на шине питания изменится с 3,8 В до 4,25 В, вы даже можете использовать это, чтобы обнаружить это. (Например, сравните VCC с внутренним эталоном). Затем вы можете отслеживать, как часто вы достигаете состояния максимального заряда. Затем вы также можете отключить зарядку на некоторое время, чтобы предотвратить постоянное пиковое напряжение при предельном напряжении. Лучше, чтобы они немного расслабились/истощились перед повторной зарядкой.