太陽能電池板電池充電器DIY制作

噴霧系統的機械設計

有了一個正常工作的太陽能充電器和穩定的 12V 輸出，我就準備好著手組裝噴霧系統了。去一趟五金店就得到了我需要的材料：艙底污水泵、水龍帶連接器、水龍帶夾具、轉接器和噴霧系統。水龍帶長約 15 英尺，擰在轉接器螺釘上，用水龍帶夾具固定到水泵上，噴霧系統固定在末端，有 5 個噴霧嘴。底艙污水泵靠最大值為 12V 的電壓運行，水壓可以通過降低電壓來控制。

為了實現靈活性，我安裝了一個穩壓器，該穩壓器可以接受 12V 輸入，并將輸入轉換成可變的 12V 輸出。這要求 LTM4607 設計有降壓/升壓特性。該器件使用一個反饋電阻器控制輸出電壓。一個 50k 的可變旋鈕電位器取代了電阻器，從而非常容易控制 0.8V 至 12V 的輸出。還串聯了一個 5.62k 的電阻器，以限制輸出電壓，保持輸出低于 15V.該設計通過旋轉一個旋鈕實現了水壓控制。

然后，我就可以測試我的全功能噴霧系統了。結果，水泵導致最大約 6A 的電池放電電流，這意味著，在峰值輸出時，水泵約從每塊太陽能電池板獲得 4A 電流。控制水泵速度和壓力的好處是，我可以將壓力降到足夠低，以降低電池的放電電流，并全部靠太陽能電池板運行水泵，以節省電池電量，這樣做非常有效。通過這種方法，我們能夠在營地全天運行噴霧系統，而不必擔心電池放電，耽誤夜間用于 LED 照明系統。

LED 照明

隨著電源的完成，我就可以增加電路，在晚上高效率地提供照明了。LED 足夠亮，可以照亮房間，這在以前是不可想象的，但是新的技術進步已經為 LED 照明的新時代創造了條件。尤其是，PhilipsLumileds Luxeon LED 在 1000mA 時可以提供超過 100 流明的光。我配備了一個 LumiLED 陣列，使用 LTC3475 （16 引線 TSSOP 耐熱增強型封裝） 雙路 1.5A 恒定電流 LED 驅動器 DC923A 演示板。它設計成用一個寬范圍輸入電壓 （4V 至 30V） 驅動兩個信道，每個信道 1.5A.12V 電池直接連接到演示板的輸入，為每個通道 3 個串聯的 LED 燈供電，當兩個通道都接通時，總共有 6 個 LED.這些 LED 出奇地亮，用一塊柔光布遮上時，足夠照亮我們整個營地。晚上的放電電流全部來自電池，因為太陽能電池板夜間提供零電力。以 2A 的總放電電流，可以整晚為這些燈供電。到接近中午或偏下午時，電池再次充滿電，為給噴霧系統供電做好了準備，在早午餐后，噴霧系統就可以讓我們感到涼爽了。

用于外部設備的點煙器適配器

我們的通信無線電收發報機在大量使用以后需要充電，因為蜂窩電話接收不到信號。我們使用的無線電收發報機有一個汽車適配器插頭，可通過點煙器充電。為了快速充電，我增加了一個連接到電池的 12V 點煙器內孔適配器，專門用于該汽車適配器插頭。這證明很有用，因為電池充電一次僅持續幾個小時，所以我們需要經常給我們的無線電收發報機充電。圖 8 顯示的是，通過連接到 12V 電池輸出的點煙器給無線電收發報機充電。

圖 8：通過汽車點煙器在 12Vdc 時對 Ham無線電收發報機充電

調試和隱患

在用樣機進行的一次初步測試中，我發現了太陽能電池板使用的一個根本限制。太陽能電池板上變化的電壓也意味著變化的電流。我在仿真一些現實世界的要素時，例如陰影遮住太陽能電池板或陽光不足，頓悟了這個問題。在一種極端情況下，在電池板上方舞動手臂都能引起系統閉鎖到限流值上，這令人擔憂。當陽光變化使輸出電壓下降時，樣機的電流模式架構使系統從太陽能電池板吸取更多電流，這是非常合乎情理的，因為功率反映的是電流與電壓之間的關系，電壓下降時，電流會上升，以達到同樣的功率值。解決方案是，設計一個功率變化的系統，因為視陽光在太陽能電池板上照射量的不同而改變，輸入電壓和輸入電流會變化。

因為電池板可能只提供 4A 的最大峰值電流，所以輸入端的這種欠流使系統閉鎖，并保持閉鎖狀態直到系統復位為止。簡單的解決方案是，當輸入電壓降至低于某個門限時，復位 LTM4607 微型模塊穩壓器上的 RUN 引腳。當電池板電壓下降時，用一個帶設定基準電壓的比較器去觸發可以做到這一點。不幸的是，這個解決方案不是最佳的，因為視電池板接受的太陽光照射量的不同，會引起系統或者接通或者斷開。一個更適合的解決方案是，就太陽能電池板電壓而言，調節充電電流，這樣，4A 的充電電流就隨著太陽能電池板上太陽光的照射量而變化。當太陽能電池板輸出電壓下降時，到電池的充電電流也應該下降。

我的一位同事對這個問題苦苦思索后，建議使用一個運算放大器和 MOSFET 來控制 LTC1435 上的 PROG 引腳。這個引腳控制充電電流輸出值，使該輸出值與從這個引腳吸出的電流值成比例。運放跟蹤太陽能電池板的電壓，視電池板電壓值的不同而不同，調節 MOSFET 的 Rds-on 并控制電流。當電池板電壓是最大值時，運放控制 MOSFET 至完全接通，從而允許吸出最大電流，并提供 4A 充電電流。當電池板電壓較低時，充電電流也應該較低，以保持合適的功率輸出。我迅速增加了一個采用LT1006 運算放大器的電路，附在 DC133A 演示板上。我的時間不夠了，而且仍然在琢磨偏置 MOSFET 上的電阻器、以實現最大充電電流。我的一個朋友建議我使用一個可變電位器，來快速解決電流偏置問題，而不再計算電流和電阻。當太陽能電池板電壓達到 10V 的中間點時，我需要將充電電流降低一半。在最大值 20V 時，充電電流應該是 4A.他建議我設置電位器，以在太陽能電池板電壓為 20V 的測試中，提供最大電流，并在緩慢調節電位器至 2A 充電電流而不閉鎖的同時，將電壓降至 10V.這個建議起了作用，當太陽能電池板輸出下降時，電路不再閉鎖了。該系統最大限度地充分利用了太陽光，而不管處于一天的什么時間。

結果順利完成活動并返家

我們的系統和演示板在沙漠中存活下來，經受了沙塵暴、酷熱和干燥環境以及 100？F 的太陽暴曬。電池支撐住了，沒有發生故障。LED 燈上覆蓋了厚厚一層干鹽湖灰塵，但是仍然足夠有效，發出足夠亮的光，讓我們能收拾東西。我們離開時是午夜，所以這些燈是最后收拾的。噴霧系統的表現值得贊賞，當我們需要躲避炎熱時，噴霧系統就噴出一層宜人的涼水。營地 （圖 9） 涼爽、舒服，是我們在沙漠中逗留4天的家。這套系統回到家時完好無損，功能正常，明年還可以再用。

圖 9：在營地的太陽能電池板利用凌力爾特公司的演示板給電池充電