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Bitmania
2015-04-07 19:34
by bitman
Solar-Laderegler für RFM12 Sensoren
RFM12 Network




Die RFM12 Funksensoren laufen nun schon seit einigen Monaten im Testbetrieb.
Die meisten davon habe ich mit Solarzellen versehen, um die Akkus nachzuladen.
Dabei stellt sich das Problem das die Akkus auch überladen werden können, wenn die Sonne mal so richtig auf die Solarzellen scheint.

Als Softwarelösung hatte ich in die Funksensoren eine Funktion Vbatt-Limit eingebaut.
Dieser Schwellwert der Akkuspannung kann ein gestellt werden. Bei einer Akkuspannung größer diesem Wert geht der sensor nicht mehr in den Sleep-Mode und verbraucht ca 20mA. Das reicht bei meinen kleinen Solarpanels um den Akku vor Überladung zu schützen.

Das sieht man sehr schön an diesem Sensor, VBattLimit leigt bei 4.020 V




Das funktioniert soweit recht gut, aber bei den Sensoren ich draussen anbringen will möchte ich größere Solarpanele verwenden, damit die Akkus immer möglichst voll sind. Ausserdem will ich einige im Permanent-Wach-Modus Betreiben.

Ich brauche also einen Schutz vor Überladung.

ZUr Spannungüberwachung habe ich den LT431 entdeckt.
Über einen Spannungsteiler kann man einen Schwellwert einstellen.
Ich hab erstmal verschiedene Entwürfe auf dem Steckbrett getestet.




Der erste Entwurf funktioniert nach dem Prinzip der Abtrennung der Quelle bei Überschreiten eines Akkuspannungswertes.




Die Schaltung funktionierte soweit recht gut hat, war aber noch nicht perfekt.
Vorteil: Der Strom geht von der Solarzelle direkt in den Akku.
Nachteil: der MOS-FET BUZ11 braucht ca 3V um zu schalten.
Das bedeutet, die Solarzellen Spannung muss ca 3V über der Akku-Spannung liegen. Das ist aber bei wenig Licht nicht der Fall, ich würde diese Energei nicht nutzen können.
Ich hab diese Version deshalb verworfen, möglicherwiese ist das aber für eine netzgestützte Version etwas.


Ich bin dann zu diesem zweiten Entwurf gekommen, der bei Überschreitung der Akkuspannung den zusätzlichen Strom aus dem Solarpanel über einen Lastwiderstand verbrät.




Als Zielwert für meine 3xAA NiMH Akkus in reihe habe ich 4.2V definiert.
als Spannungsteiler komm ich dann auf folgende Werte:

R1= 37k
R2= 47k

(ich muss mir mal eine Widerstandsdekade besorgen, dieses Rumgefummele auch dem Steckbrett hält doch sehr auf)

Der BDX54C kann bis zu 8A leiten.

Das Multimeter zeigt bei geladenem Akku die Spannung an dem Lastwiderstand und das Minivoltmeter zeigt die Akkuspannung


Hier habe ich mal mit R1=39k getestet und damit eine Regelung auf 4.35V hinbekommen.


Die Spannungswerte hab ich direkt mit einem RFM12 Funksensor zum Zentralrechenr übertragen, der die RRD-Graphen erstellt.

Nachdem das auf dem Steckbrett läuft ging es dann daran eine kleine Platine zu machen.
Ich habe den Lastwiderstand extra nciht mit auf die Platine gebaut, damit sie kleiner wird und man nicht festgelegt ist was man als Last verwendet. Möglicherweise kann man ja auch einen Lüfter oder eine Glühbirne hernehmen.










Der fertige Regler, schön klein und kompakt. Passt auch in einen Schrumpfschlauch um Kurzschlüsse zu vermeiden.






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Kaum habe ich die Platine fertig und teste das nochmal fällt mir eine Sache auf die ich so nicht lassen möchte.

Wenn der Akku noch nicht voll ist, fließt auch ein kleiner Strom von ca 5mA über den Lastwiderstand. Das ist zwar nicht viel, aber wenn die Solarzelle eh nur 250mA bei vollstem Sonnenschein liefert, dann sind das immerhin 2% die verschenkt werden.
Grund genug nochmal etwas zu ändern.

Ursache ist ja scheinbar das der Transistor T1 in diesem Zustand auch bereits etwas leitet.
Das kommt daher das der Transistor im TS431 nicht ganz sperrt.
Also habe ich einen neuen Widerstand R5 eingesetzt, der das Potential mehr nach oben zum VBatt zieht.

Das sieht dann so aus:






Ich habe verschiedene Werte probiert und bin auf 1k gekommen.

Das Layout musste ich leider auch nochmal anpassen






meine auf Vorrat mitgeätzen Platinchen können gleich wieder in die Tonne.

Hier die Eagle Files für die neue Version 3.2 file