Gadgets, jako jsou telefony, iPody, smartwatches, atd. staly se důležitou součástí našeho života. Všichni čelí jednomu problému, a to je potřeba nabíjet po pravidelném používání. Stává se velkým problémem, když jste na místě, kde není k dispozici elektřina. Jedním z řešení těchto druhů problémů je záviset na obnově zdrojů energie. Existují různé typy obnovitelných zdrojů energie, jako je vítr, přílivové, solární, atd. V dnešním projektu použijeme sluneční energii k nabíjení našich mobilních telefonů. K přeměně sluneční energie na elektřinu budeme potřebovat solární panely. Uvidíme, jak solární panel funguje, a navrhneme obvod nabíječky solárních mobilních telefonů pro nabíjení našeho mobilního telefonu a ochranu baterie před přebíjením.
požadované komponenty
- solární panel (6V, 80mA) – 2
- Micro USB kabel -1
- LM317 regulátor napětí – 1
- Bc547 NPN tranzistor -1
- malá prkénko
- potenciometr (10K)
- 1N5819 diody – 2
- rezistory 100 ohmů a 150 ohmů – 2
- 5.6 v 1N4734A Zenerova dioda – 1
práce solárního panelu
solární články jsou obvykle vyrobeny z křemíkových destiček. Atomy křemíku v solárních článcích tvoří 4 silné vazby se sousedními atomy křemíku. Díky těmto silným vazbám zůstanou elektrony na jednom místě a není vidět žádný proud. Tyto solární články mají obvykle dvě vrstvy polovodičů. Horní vrstva solárního článku je dopována fosforem, aby se přeměnila na polovodič typu N,A spodní vrstva je dopována borem, aby se přeměnila na polovodič typu p. Vrstva typu N má přebytečné elektrony a vrstva typu p má další otvory. Když světelné částice narazí na solární článek, fotony přítomné ve světle budou mít dostatek energie, aby srazily elektrony z jejich vazby, což vede k pohybu směrem k n-straně a díra (tvořená nepřítomností elektronu) se bude pohybovat směrem k p-straně. Pohyblivé elektrony se pak shromažďují v tenkém kovovém materiálu přítomném v horní části solárního článku. Pokud je k těmto kovovým materiálům připojen vnější obvod, elektrony budou proudit do vnějšího obvodu a poté dosáhnou vodivého hliníkového plechu přítomného na zadní straně solárního článku. Elektron se pak usadí v otvoru, který je přítomen ve vrstvě typu P solárního článku. Každý solární článek má napětí 0,5 V až 0,6 V. solární články jsou zapojeny do série, aby získaly požadované napětí. K nabíjení mobilního telefonu obvykle stačí 12 solárních článků zapojených do série. Existují tři typy solárních panelů. Jsou monokrystalické, polykrystalické a tenké. V našem projektu budeme používat dva solární panely 6V 80mA. Připojujeme dva solární panely do série, abychom získali napětí 12V a 80mA. Níže uvedený obrázek ukazuje jediný mini solární panel, který může generovat výstupní napětí 6V s maximálním proudem 80mA.
níže uvedený obrázek ukazuje sériové připojení dvou mini solárních panelů, které mohou generovat výstup 12V s maximálním proudem 80mA. Výstupní proud můžete zvýšit paralelním připojením dalších solárních panelů a každé paralelní připojení musí mít dva solární panely zapojené do série pro napájení 12V. abyste získali výstupní proud 800 mA,budete potřebovat solární panely 20.
LM317 regulátor napětí
LM317 je regulátor proměnného napětí. Použitím LM317 můžeme měnit napětí až do 37V s maximálním proudem 1,5 A. pro získání proměnného výstupního napětí se používá níže uvedený obvod.
výstupní napětí lze vypočítat pomocí níže uvedeného vzorce:
Vout = 1.25 (1 +(R2 / R1))
nyní změnou hodnoty rezistoru R2 můžete měnit výstupní napětí.
Poznámka: I když je výstupní napětí závislé na externích rezistorech připojených k LM317, vstupní napětí by mělo být větší (minimálně 3V) než požadované výstupní napětí.
USB kabel
použil jsem starý kabel USB na micro USB k nabíjení mobilního telefonu pomocí našeho nabíjecího obvodu solárního mobilního telefonu. Odstranil jsem USB A nyní kabel obsahuje konektor micro USB, který se používá k připojení k mobilnímu telefonu a 4 dráty na druhém konci kabelu. Kabel micro USB se skládá ze 4 pinů. Dva pro přenos energie a další dva pro přenos dat. Pinout kabelu micro USB potřebného pro přenos napájení je uveden níže.
poté, co znáte pinout, je čas znát vodiče připojené k těmto kolíkům na druhém konci kabelu. Chcete-li zjistit, který vodič je připojen ke kterému kolíku, použil jsem multimetr v režimu kontinuity. Tímto způsobem jsem našel vodiče potřebné k připojení k výstupu našeho obvodu.
Schéma zapojení nabíječky solárních mobilních telefonů
schéma zapojení uvedené níže se skládá z regulace napětí a proudu spolu s obvodem ochrany proti přepětí. Připojení jsou následující: anodová svorka diody (D1) je připojena k kladné svorce solárního panelu a katodová svorka diody (D2) je připojena ke vstupnímu kolíku regulátoru napětí LM317. Výstupní svorka LM317 je připojena k anodové svorce diody (D2) a katodová svorka diody (D2) je připojena ke katodové svorce Zenerovy diody. Anodová svorka Zenerovy diody je připojena k základně tranzistoru BC547 přes 100 ohmový odpor. Kolektorová svorka tranzistoru BC547 je připojena k výstupnímu kolíku regulátoru napětí LM317 přes odpor 150 ohmů. Emitorový terminál tranzistoru BC547 je připojen k GND. Nastavovací kolík LM317 je připojen k variabilnímu konci potenciometru a ke svorce kolektoru tranzistoru BC547. Jeden z pevných konců potenciometru je připojen k GND. Vodič připojený k čepu VCC kabelu micro USB je připojen ke katodové svorce Zenerovy diody a vodič připojený k čepu GND kabelu USB je připojen k GND.
práce tohoto obvodu nabíječky solárních mobilních telefonů
práce obvodu Solární mobilní nabíječky je snadno pochopitelná. Nejprve umístěte celé nastavení na místo, kde můžete získat maximální sluneční paprsky. Chcete-li získat požadované výstupní napětí z obvodu, upravte potenciometr (pomocí multimetru změřte výstupní napětí obvodu). Jakmile dostaneme požadované napětí (5V bude stačit k nabíjení mobilního telefonu), připojte micro USB k mobilnímu telefonu. Pokud je pro solární panel k dispozici správné sluneční záření, telefon se nabije.
podívejme se, jak náš obvod chrání baterii před přebíjením. Než pochopíme ochranu před přebíjením, pochopme trochu o Zenerově diodě. Zenerova dioda je podobná jako u normální diody,ale jediný rozdíl je v tom, že když je připojena v opačném předpětí, při určitém vstupním napětí začne Zenerova dioda vést. Napětí, při kterém Zenerova dioda vede v opačném předpětí, se nazývá zpětné napětí nebo Zenerovo napětí (Vz). Pokud je Zenerova dioda VZ 5V připojena v obráceném předpětí a aplikuje vstupní napětí vyšší než napětí Vz, Zenerova dioda se začne chovat i v režimu zpětného předpětí, ale napětí paralelní se zenerovou diodou bude vždy 5V. nyní, když dojde k ochraně proti přebití, pokud uživatel nastaví požadované výstupní napětí (změnou potenciometru) na 5V a zvolí Zenerovu diodu Vz = 5V, obvod funguje dobře, dokud není baterie na konci nabíjení nižší nebo rovna 5V. Jakmile je napětí baterie na konci nabíjení větší než 5V, Zenerova dioda se začne chovat v opačném předpětí (protože Zenerovo napětí je 5V). To způsobí, že tranzistor BC547 pracuje v režimu předpětí, který odřízne odpor R2 od obvodu a výstupní napětí z našeho obvodu bude 1,25 voltů(ze vzorce LM317, udržujte R2 =0). Toto napětí nestačí k nabíjení baterie. Tímto způsobem náš obvod nenabije naši baterii, jakmile dosáhne požadovaného napětí, a naše baterie je chráněna před přebíjením.
