شارژ کنترلر خورشیدی MPPT با آردوینو (نسخه ۳)

+20

اول از همه باید قطعات الکترونیکی مدار رو دور هم جمع کنی. قطعه اصلی ما آردوینو نانو هست. در کنارش به سنسور جریان ACS712-5A، ماژول وای‌فای ESP8266، مبدل کاهنده ولتاژ LM2596 و یک نمایشگر LCD کاراکتری 20x4 با درایور I2C نیاز داریم.

برای بخش قدرت مدار باید چهار عدد ماسفت IRFZ44N، درایور ماسفت IR2104 و رگولاتور ولتاژ 3.3 ولت AMS1117 تهیه کنی. همچنین یک ترانزیستور 2N2222، دو تا دیود IN4148، یک دیود UF4007 و دو دیود محافظ P6KE36CA هم لازمه.

لیست مقاومت‌ها شامل مقادیر 200 اهم، 330 اهم، 1 کیلو، 10 کیلو، 20 کیلو، 100 کیلو و 470 کیلواهم می‌شه. خازن‌ها هم شامل ظرفیت‌های 0.1 میکروفاراد سرامیکی و ظرفیت‌های 10، 100 و 220 میکروفاراد الکترولیتی هستن.

یک سلف 33 میکروهانری 5 آمپر، چند تا ال‌ای‌دی (قرمز، زرد و سبز)، فیوز 5 آمپر با پایه، ترمینال‌های پیچی، پین هدر مادگی و نری، سوکت DIP هشت پین، کلید فشاری و راکر، پورت USB مادگی، کانکتور JST و هیت‌سینک برای ماسفت‌ها از بقیه لوازم مورد نیاز هستن. همه این‌ها رو روی یک برد سوراخ‌دار (پروتوبورد) مونتاژ می‌کنیم.

جعبه پلاستیکی مناسب، پایه پلاستیکی، پیچ و مهره و سیم‌های جامپر رو هم فراموش نکن. حالا بریم سراغ ابزارها! برای ساخت این مدار به هویه، چسب تفنگی، درمل یا مینی‌فرز، دریل شارژی، کاتر، سیم‌چین، سیم‌لخت‌کن، پیچ‌گوشتی و یک خط‌کش و مداد برای اندازه‌گیری‌ها نیاز داری. وقتی همه‌چیز آماده شد، می‌ریم سراغ درک مکانیزم دستگاه.

پنل‌های خورشیدی بسته به میزان نور خورشید، باری که بهشون وصل شده و دمای محیط، ولتاژهای متفاوتی تولید می‌کنن. در طول روز با تغییر شرایط آب‌وهوایی، ولتاژ پنل مدام تغییر می‌کنه و متناسب با اون، پنل جریان خاصی رو هم تامین می‌کنه. رابطه بین ولتاژ و جریان تولیدی پنل تو نموداری به اسم منحنی IV نشون داده می‌شه که تو دیتاشیت هر پنل خورشیدی می‌تونی پیداش کنی.

می‌دونیم که توان مساوی هست با ضرب ولتاژ در جریان. روی این منحنی اگه حرکت کنی، یه نقطه طلایی وجود داره که حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان تو اون نقطه به بالاترین مقدار خودش می‌رسه. به این نقطه خاص، نقطه بیشینه توان یا MPP می‌گن. هدف اصلی ما پیدا کردن همین نقطه است. حالا اصلا MPPT یعنی چی؟

این عبارت مخفف Maximum Power Point Tracking یا همون ردیابی نقطه بیشینه توان هست. کنترلرهای MPPT برای استخراج حداکثر توان ممکن از پنل‌ها طراحی شدن.

یه پنل خورشیدی 12 ولتی، تو واقعیت همیشه 12 ولت نیست؛ ولتاژش بسته به بار و شدت نور بین 12 تا 21 ولت متغیره. چون مقاومت داخلی پنل مدام تغییر می‌کنه.

کنترلرهای معمولی (مثل مدل‌های PWM) وقتی به باتری وصل می‌شن، ولتاژ پنل رو تا حد ولتاژ باتری پایین میارن که این کار باعث افت شدید توان می‌شه.

مثلا اگه یه پنل 100 واتی با 18 ولت و 5.5 آمپر داشته باشیم و اون رو مستقیم به یه باتری 12 ولتی وصل کنیم، ولتاژ پنل به 12 ولت افت می‌کنه اما جریان همون 5.5 آمپر می‌مونه. این یعنی توان پنل می‌شه 12 ضربدر 5.5 که می‌شه حدود 66 وات! یعنی 34 وات توان (33 درصد کل انرژی) همون اول کار هدر رفته.

اینجاست که کنترلر MPPT خودش رو نشون می‌ده. این دستگاه تو ساختارش یک مبدل DC به DC داره که با تغییر پیوسته چرخه کار (Duty Cycle)، نقطه MPP رو ردیابی می‌کنه و همیشه بیشترین توان رو از پنل بیرون می‌کشه.

مبدل باک نوعی مبدل DC به DC هست که ولتاژ خروجی اون همیشه کمتر یا مساوی ولتاژ ورودی در نظر گرفته می‌شه. اما چطور کار می‌کنه؟ وقتی سوئیچ اصلی (ماسفت) روشن می‌شه، جریان از سلف، بار خروجی و خازن عبور می‌کنه.

تو این حالت، انرژی مغناطیسی توی سلف و انرژی الکتریکی توی خازن ذخیره می‌شه و دیود جریانی از خودش عبور نمی‌ده. اما وقتی ماسفت خاموش می‌شه اتفاق جالبی می‌افته.

تو زمان خاموش بودن سوئیچ، میدان مغناطیسی سلف فرو می‌ریزه و جریان مسیر خودش رو از طریق دیود کامل می‌کنه. وقتی انرژی سلف تموم شد، خازن وارد عمل می‌شه و توان مورد نیاز بار رو تامین می‌کنه تا جریان تو مدار قطع نشه. حالا مبدل باک سنکرون چیه؟

تو طراحی‌های ساده، دیود افت ولتاژ قابل توجهی داره و بخشی از انرژی رو هدر می‌ده. برای اینکه راندمان رو بالا ببریم، به جای دیود از یک سوئیچ الکترونیکی مثل ماسفت دوم استفاده می‌کنیم. با جایگزین کردن دیود با ماسفت، اتلاف انرژی کمتر می‌شه و بازدهی کل مدار شارژ کنترلر به شدت بالا می‌ره.

تو این پروژه، منبع ورودی ما یک پنل خورشیدی 50 واتی و خروجی ما یک باتری سرب-اسید 12 ولتی هست. مبدل باکی که قراره بسازیم از سه بخش اصلی تشکیل شده: سلف، خازن و ماسفت‌ها.

یکی از پارامترهای مهم تو طراحی این بخش، انتخاب فرکانس سوئیچینگ هست. فرکانس سوئیچینگ با اندازه سلف و خازن رابطه عکس داره؛ یعنی هرچی فرکانس بالاتر باشه، به سلف و خازن کوچکتری نیاز داری. اما از اون طرف، فرکانس بالا باعث می‌شه تلفات سوئیچینگ تو ماسفت‌ها بیشتر بشه. پس باید یه تعادل منطقی بین هزینه قطعات، اندازه اون‌ها و راندمان مدار پیدا کنیم.

با در نظر گرفتن همه این موارد و محاسبات مهندسی، بهترین فرکانسی که برای این مدار در نظر گرفتیم، فرکانس 50 کیلوهرتز (50KHz) هست.

حساس‌ترین بخش طراحی مبدل باک، پیدا کردن ظرفیت مناسب برای سلفه. اول فرض می‌کنیم مبدل ما در حالت جریان پیوسته (CCM) کار می‌کنه؛ یعنی تو زمانی که ماسفت خاموشه، سلف کاملا تخلیه نمی‌شه. مشخصات مدار ما به این شکله:

توان پنل 50 وات، ولتاژ ورودی حدود 15 ولت، ولتاژ خروجی 12 ولت، جریان خروجی حدود 4.2 آمپر، فرکانس سوئیچینگ 50 کیلوهرتز و دیوتی‌سایکل 80 درصد.

فرمول محاسبه سلف به جریان ریپل بستگی داره. برای یه طراحی پایدار، جریان ریپل باید بین 30 تا 40 درصد جریان بار باشه. ما این مقدار رو 35 درصد (حدود 1.47 آمپر) در نظر می‌گیریم. با جاگذاری این اعداد تو فرمول، به سلفی با ظرفیت حدود 33 میکروهانری می‌رسیم. جریان پیک سلف هم حدود 5 آمپر می‌شه.

پس تو قدم بعدی باید یه سلف توروئیدی با ظرفیت 33 میکروهانری و تحمل جریان 5 آمپر تهیه کنی یا اینکه خودت دست به کار بشی و بپیچیش.

+3

اگه یه پاور خراب کامپیوتر داری، می‌تونی هسته‌های توروئیدی (حلقوی) خوبی ازش در بیاری و سلف رو تو خونه بسازی. با اینکه یکم وقت‌گیره اما تجربه خیلی لذت‌بخشیه. پیچیدن سیم ضخیم با دست خالی روی هسته سخته و ممکنه به پوست دستت آسیب بزنه.

پیشنهاد می‌کنم با چند تا چوب بستنی یه ابزار ساده برای پیچیدن سیم بسازی. با این ابزار می‌تونی سیم‌ها رو خیلی سفت و منظم کنار هم روی هسته بپیچی. قبل از شروع، باید مشخصات هسته مثل قطر بیرونی، قطر داخلی و ارتفاعش رو اندازه بگیری.

هسته‌ای که من از تو پاور پیدا کردم رنگ زرد-سفید داشت. ابعادش رو با کولیس گرفتم و با استفاده از جداول استاندارد هسته‌های توروئیدی متوجه شدم که شماره قطعه اون T94-26 هست. با دونستن این شماره، تونستم ضریب اندوکتانس (Al value) اون هسته رو پیدا کنم که برای این مدل 590 هست.

حالا با استفاده از فرمول محاسبه تعداد دور، متوجه شدم که برای رسیدن به ظرفیت 33 میکروهانری، باید حدود 24 دور سیم روی این هسته بپیچم.

یه سیم مسی لاکی با سایز 20 AWG بردار و 24 دور محکم روی هسته بپیچ. یادت نره دو سر سیم رو یکم بلندتر بذاری تا برای اتصال روی برد به مشکل نخوری.

در نهایت روکش لاکی اون دو سر آزاد رو با یه سمباده یا سوهان کوچیک بتراش تا مس زیری مشخص بشه و بتونی به راحتی لحیمش کنی. پیچیدن یه سلف خوب و استاندارد قلق‌های خودش رو داره. اگه حس می‌کنی ممکنه دقیق درنیاد، راحت‌ترین کار اینه که یه سلف آماده از بازار بخری. I used my leatherman file for removing the insulation.

وجود خازن تو قسمت خروجی مبدل باک خیلی حیاتیه تا جهش‌های ناگهانی ولتاژ و ریپل‌ها رو به حداقل برسونه. اگه ظرفیت خازن کم باشه یا مقاومت معادل سری (ESR) اون بالا باشه، ولتاژ خروجی به شدت نوسان پیدا می‌کنه. برای اینکه یه خروجی کاملا صاف و پایدار داشته باشیم که به باتری آسیب نزنه، باید خازنی با ظرفیت کافی و ESR پایین انتخاب کنیم.

با در نظر گرفتن فرکانس 50 کیلوهرتز، جریان ریپل 1.47 آمپر و ریپل ولتاژ مجاز 20 میلی‌ولت، ظرفیت خازن خروجی رو طبق فرمول محاسبه می‌کنیم. عدد به دست اومده حدود 183 میکروفاراد هست. برای اینکه حاشیه اطمینان بالاتری داشته باشیم و مدار نرم‌تر کار کنه، یک خازن الکترولیتی 220 میکروفاراد برای خروجی مدار انتخاب می‌کنیم.

حیاتی‌ترین قطعه تو مبدل باک، ماسفت هست. انتخاب یه ماسفت درست از بین هزاران مدلی که تو بازار پیدا می‌شه، کمی دقت می‌خواد. باید چند تا پارامتر کلیدی رو چک کنی.

اول اینکه ولتاژ قابل تحمل (Vds) و جریان قابل تحمل (Ids) ماسفت باید حداقل 20 درصد بیشتر از بالاترین ولتاژ و جریان مدارت باشه تا قطعه زیر فشار نسوزه.

نکته بعدی مقاومت حالت روشن یا همون Rds(ON) هست. هرچی این عدد کمتر باشه، ماسفت تو حالت کار کمتر داغ می‌کنه و تلفات هدایتی کمتری داره. تلفات سوئیچینگ هم به فرکانس و جریان بستگی داره. باید ماسفتی انتخاب کنی که تو سوئیچ زدن‌های سریع، عملکرد خوبی از خودش نشون بده.

برای مدار ما، بالاترین ولتاژی که می‌تونه تو حالت مدار باز از پنل بیاد حدود 21 تا 25 ولته و بیشترین جریان خروجی هم 5 آمپره. با در نظر گرفتن این اعداد، ماسفت IRFZ44N یک انتخاب بی‌نقص برای این پروژه‌ست.

این ماسفت هم حاشیه امنیت خیلی خوبی برای ولتاژ و جریان داره و هم مقاومت داخلیش به اندازه کافی پایینه تا بدون داغ شدن بیش از حد، مدار رو درایو کنه. You can check the other parameters of IRFZ44N from the data sheet

چرا اصلا تو این مدار به درایور گیت نیاز داریم؟ خروجی دیجیتال میکروکنترلری مثل آردوینو جریان خیلی ضعیفی داره و ولتاژش فقط 5 ولته. این پایه نمی‌تونه به تنهایی ماسفت‌های توان بالا رو روشن کنه.

گیت ماسفت مثل یک خازن عمل می‌کنه که برای روشن شدن باید سریع شارژ بشه و برای خاموش شدن باید سریع دشارژ بشه. درایور جریان لحظه‌ای بالایی برای این کار فراهم می‌کنه تا ماسفت با بالاترین سرعت سوئیچ کنه و داغ نکنه.

ما تو این پروژه از درایور نیم‌پل (Half-Bridge) مدل IR2104 استفاده می‌کنیم. این آیسی سیگنال ضعیف PWM رو از پین آردوینو می‌گیره و ماسفت‌های سمت بالا و پایین مبدل باک رو درایو می‌کنه. ولتاژ تغذیه این آیسی (پایه Vcc) باید طبق دیتاشیت بین 10 تا 20 ولت باشه که ما اون رو از خود مدار تامین می‌کنیم.

سیگنال PWM آردوینو به پایه IN وارد می‌شه و پایه کنترل خاموش شدن (Shut down) هم به پین SD متصل می‌شه تا آردوینو بتونه در مواقع اضطراری ماسفت‌ها رو از کار بندازه. این درایور خروجی‌های جداگانه‌ای برای ماسفت بالایی (HI) و پایینی (LO) داره تا تداخل به وجود نیاد.

برای روشن شدن ماسفت بالایی به ولتاژی بیشتر از ولتاژ ورودی نیاز داریم! خازن و دیود بوت‌استرپی که تو مدار قرار می‌گیره (بین پایه‌های VB و VS)، مدار رو تبدیل به یک شارژ پمپ می‌کنه که ولتاژ رو می‌بره بالا. البته یادت باشه این تکنیک فقط زمانی کار می‌کنه که ماسفت‌ها در حال سوئیچ کردن باشن.

روی برد سه تا ترمینال پیچی داریم: اولی (JP1) برای اتصال پنل خورشیدی، دومی (JP2) برای اتصال به باتری و سومی (JP3) برای گرفتن خروجی بار. برای ایمنی بیشتر، از دو تا فیوز 5 آمپری (F1 و F2) تو مسیر جریان استفاده کردیم.

مبدل کاهنده ما از ماسفت‌های سنکرون Q2 و Q3 به همراه سلف L1 و خازن‌های فیلتر تشکیل شده که وظیفه صاف کردن جریان و ولتاژ رو بر عهده دارن. خازن C8 و مقاومت R6 تشکیل یه شبکه اسنابر (Snubber) می‌دن تا نوسانات و ریپل‌های ناخواسته سلف رو تو فرکانس‌های بالا بگیرن.

ماسفت Q1 نقش خیلی مهمی داره؛ این قطعه قرار داده شده تا تو طول شب جلوی برگشت جریان از باتری به پنل رو بگیره. تو کنترلرهای ارزون‌قیمت برای این کار از دیود استفاده می‌کنن که افت ولتاژ بالایی داره، اما گذاشتن ماسفت راندمان رو خیلی بالاتر می‌بره. مقاومت R1 وظیفه تخلیه ولتاژ گیت Q1 رو داره تا هروقت Q2 خاموش شد، Q1 هم سریع قطع بشه.

دیود فوق‌سریع D3 قبل از اینکه Q3 روشن بشه هدایت جریان رو شروع می‌کنه که باعث بهینه‌تر شدن عملکرد سوئیچینگ می‌شه. درایور IR2104 فرمان‌های PWM رو از پایه D9 آردوینو دریافت می‌کنه و وظیفه روشن و خاموش کردن ماسفت‌ها رو به عهده داره. پایه D8 آردوینو هم برای خاموش کردن اضطراری درایور در نظر گرفته شده.

دیود D2 و خازن C7 همون مدار بوت‌استرپ هستن که ولتاژ لازم برای روشن شدن ماسفت‌های سمت بالا رو فراهم می‌کنن. تو کدهای آردوینو طوری برنامه‌ریزی شده که دیوتی‌سایکل هیچ‌وقت 100 درصد نشه (روی 99.9 درصد قفل می‌شه) تا مدار پمپ شارژ همیشه فعال بمونه.

دو تا مدار مقسم ولتاژ با مقاومت‌ها طراحی شده تا ولتاژ پنل و باتری رو تو مقیاس 0 تا 5 ولت برای پایه‌های آنالوگ A0 و A2 آردوینو آماده کنه. خازن‌های سرامیکی C3 و C4 هم نویزهای لحظه‌ای این پایه‌ها رو حذف می‌کنن.

برای کنترل کردن بار خروجی، از ماسفت Q4 استفاده کردیم که با یک ترانزیستور کوچیک درایو می‌شه. دیودهای D4 و D5 هم از نوع TVS هستن و مدار رو در برابر اضافه‌ولتاژهای شدید سمت پنل و بار محافظت می‌کنن. سنسور ACS712 هم تو مسیر قرار گرفته تا جریان پنل رو به شکل پیوسته بخونه و به پین A1 آردوینو بفرسته.

چند تا ال‌ای‌دی وضعیت شارژ رو نشون می‌دن و سوئیچ‌ها هم برای ریست کردن برد یا روشن کردن نور پس‌زمینه LCD استفاده می‌شن.

+2

تئوری دیگه بسه! بیا یکم کار عملی انجام بدیم. همونطور که قبلا گفتم، قلب این شارژ کنترلر همون بخش مبدل کاهنده یا Buck هست.

اگه این مبدل درست کار کنه، بقیه کارها برات خیلی راحت پیش می‌ره. پس قبل از هر چیزی باید تست کنیم که ماسفت‌ها و آیسی درایور درست سوئیچ می‌کنن یا نه.

شدیدا پیشنهاد می‌کنم قبل از اینکه شروع به لحیم‌کاری کنی، این مدار کوچیک رو روی یه بردبورد ببندی و تست بگیری. اتصال اشتباه ممکنه باعث بشه ماسفت‌ها درجا بسوزن! قطعات این بخش رو دقیقا طبق شماتیک به هم وصل کن. فعلا نیازی نیست دیودهای TVS، سنسور جریان و مقسم‌های ولتاژ رو قرار بدی.

بعد از مونتاژ، با مولتی‌متر مقاومت بین خطوط ورودی رو اندازه بگیر. باید مقداری در حد چند کیلواهم ببینی. اگه مقاومت زیر 1 کیلواهم بود، احتمالا یه جایی اتصال کوتاه داری و باید مدار رو بازبینی کنی. حالا کد تست PWM رو روی آردوینو آپلود کن. پراب اسیلوسکوپ رو بین پایه سورس ماسفت Q1 و پین GND قرار بده.

اگه همه‌چیز درست باشه، باید یک موج مربعی PWM شفاف با فرکانس 50 کیلوهرتز روی صفحه اسیلوسکوپ ببینی. وقتی این موج رو دیدی، یعنی مدار سوئیچینگ عالی کار می‌کنه و می‌تونی بری سراغ تکمیل کردن مبدل باک (اضافه کردن سلف و خازن).

+4

تو قدم‌های قبلی مقدار سلف و خازن‌ها رو محاسبه کردیم، حالا وقتشه که اون‌ها رو تو مدار قرار بدیم و عملکرد نهاییشون رو ببینیم. سلف 33 میکروهانری، خازن ورودی 100 میکروفاراد و خازن خروجی 220 میکروفاراد رو طبق شماتیک به مدار اضافه کن.

اگه خازن‌های سرامیکی 0.1 میکروفاراد رو با خازن‌های ورودی و خروجی موازی کنی، خروجی خیلی نرم‌تر و بهتری می‌گیری؛ البته این کار کاملا اختیاریه.

حالا مدار اسنابر رو با استفاده از خازن 0.1 میکروفاراد سرامیکی و مقاومت 200 اهم بساز. دوباره با مولتی‌متر مقاومت خط ورودی رو چک کن که در حد کیلواهم باشه تا از نبود اتصالی مطمئن بشی. تغذیه برد و آردوینو رو وصل کن و اسیلوسکوپ رو دو سر خازن خروجی قرار بده. چیزی که باید ببینی یک ولتاژ DC کاملا صاف و بدون پرش هست. مقدار این ولتاژ برابر هست با دیوتی‌سایکل ضربدر ولتاژ ورودی.

مثلا اگه دیوتی‌سایکل رو تو کد روی 50 درصد تنظیم کرده باشی و تغذیه ورودی 12 ولت باشه، اسیلوسکوپ باید دقیقا 6 ولت رو نشون بده. بعد از اینکه خیالت از کارکرد مبدل راحت شد، ماسفت اول (Q1) که همون مسدودکننده برگشت جریان هست رو اضافه کن. بعد ماسفت سوم و بقیه قطعات جانبی مثل دیود و مقاومت رو لحیم کن. دوباره ولتاژ خروجی رو با اسیلوسکوپ چک کن، نباید تغییری کرده باشه.

در نهایت پراب رو بین گیت Q1 و زمین بذار تا مطمئن بشی فرمان به درستی صادر می‌شه. بهت تبریک می‌گم! سخت‌ترین و پیچیده‌ترین بخش این پروژه رو با موفقیت پشت سر گذاشتی.

+3

همونطور که می‌دونی، پین‌های آنالوگ آردوینو فقط می‌تونن ولتاژهای بین 0 تا 5 ولت رو بخونن. از اونجایی که ولتاژ پنل و باتری ما خیلی بیشتر از 5 ولته، باید از یک مدار مقسم ولتاژ استفاده کنیم. مقسم ولتاژ با استفاده از دو تا مقاومت، سطح ولتاژ رو به نسبتی کم می‌کنه تا برای پین‌های آنالوگ آردوینو قابل تحمل و خواندن باشه.

ما از همین تکنیک برای خوندن لحظه‌ای ولتاژ پنل و باتری استفاده می‌کنیم. دستور analogRead تو آردوینو، ولتاژ رو می‌خونه و یه عدد بین 0 تا 1023 به ما می‌ده. برای تبدیل این عدد به ولتاژ واقعی، کافیه اون رو تو ضریب ولتاژ مرجع (که همون 0.0049 هست) و نسبت مقاومت‌ها ضرب کنیم.

تو این مدار ما مقاومت‌ها رو 100 کیلو و 20 کیلواهم در نظر گرفتیم. با این مقادیر، آردوینو خیلی راحت می‌تونه ولتاژهای بالا رو با دقت خوبی محاسبه کنه.

البته یه نکته ظریف برای کالیبره کردن وجود داره! تو حالت تئوری فرض می‌کنیم ولتاژ رگولاتور آردوینو دقیقا 5.0 ولته، اما تو واقعیت ممکنه کمی کمتر یا بیشتر باشه. بهتره اول با یه مولتی‌متر ولتاژ دقیق بین پین 5 ولت و GND آردوینو رو بگیری و همون عدد رو به جای 5 تو فرمول برنامه‌ت بنویسی. اینطوری دقت اندازه‌گیری ولتاژ مدارت به شدت بالا می‌ره و سیستم هوشمندانه‌تر باتری رو شارژ می‌کنه.

برای خوندن جریانی که از پنل به سمت باتری می‌ره، از سنسور جریان اثر هال مدل ACS712 نسخه 5 آمپری استفاده می‌کنیم. این سنسور میزان جریان عبوری رو اندازه می‌گیره و به تناسب اون یک ولتاژ خروجی به آردوینو تحویل می‌ده. بر اساس دیتاشیت قطعه، حساسیت نسخه 5 آمپری روی 185 میلی‌ولت بر آمپر تنظیم شده.

این سنسور خیلی جذابه چون می‌تونه هم جریان مثبت و هم جریان منفی رو اندازه بگیره. ولتاژ تغذیه‌اش 5 ولته. نکته مهم تو برنامه‌نویسیش اینه که وقتی هیچ جریانی از سنسور عبور نمی‌کنه، ولتاژ پایه خروجی دقیقا روی 2.5 ولت (یعنی نصف ولتاژ تغذیه) قرار می‌گیره. به این عدد آفست سنسور می‌گن.

برای کالیبره کردنش تو کد، اول عدد خوانده شده از آنالوگ رو تبدیل به ولتاژ می‌کنی، بعد 2.5 ولت آفست رو ازش کم می‌کنی و در نهایت بر 0.185 تقسیم می‌کنی تا مقدار دقیق جریان بر حسب آمپر به دست بیاد.

اضافه کردن نمایشگر LCD: برای اینکه بتونیم وضعیت زنده سیستم رو ببینیم، از یه نمایشگر LCD کاراکتری 20x4 استفاده کردیم. برای جلوگیری از شلوغ شدن سیم‌کشی‌ها، پشت این نمایشگر یک درایور I2C قرار دادیم تا بتونیم فقط با 4 سیم (تغذیه و پین‌های A4 و A5) اون رو به آردوینو وصل کنیم.

روشن بودن مداوم نور پس‌زمینه نمایشگر باعث می‌شه باتری بی‌دلیل مصرف بشه. به همین خاطر یه دکمه فشاری روی پنل براش در نظر گرفتیم. وقتی این دکمه رو بزنی، نور صفحه برای 15 ثانیه روشن می‌شه تا بتونی اطلاعات رو بخونی و بعد دوباره به طور خودکار خاموش می‌شه. روی این نمایشگر اطلاعات مهمی مثل ولتاژ پنل، جریان، توان تولیدی، وضعیت شارژ باتری و دیوتی‌سایکل نشون داده می‌شه.

برای نشون دادن سریع وضعیت شارژ تو یک نگاه، از 3 تا ال‌ای‌دی رنگی استفاده کردیم. ال‌ای‌دی قرمز یعنی ولتاژ باتری پایینه، ال‌ای‌دی سبز نشون‌دهنده ولتاژ نرمال باتریه و وقتی ال‌ای‌دی زرد روشن بشه، یعنی باتریت کاملا شارژ شده و فول هست.

قبل از اینکه هویه رو روشن کنی، خیلی مهمه که تفاوت مسیرهای قدرت (Power) و مسیرهای سیگنال (Signal) رو تو این مدار کاملا درک کنی. اگه این دو تا رو موقع سیم‌کشی با هم قاطی کنی، احتمالا کل قطعات آسیب می‌بینن.

مسیر قدرت از سمت پنل خورشیدی شروع می‌شه، از فیوز، سنسور جریان، ماسفت‌ها و سلف می‌گذره و در نهایت به ترمینال باتری می‌رسه. مسیر سیگنال‌های کنترلی هم شامل ارتباط سنسورها با آردوینو، فرمان‌های آردوینو به درایور ماسفت‌ها و اتصال به ماژول وای‌فای هست.

برای مسیرهای قدرت حتما از سیم‌های ضخیم (سایز 0.5 تا 0.75 میلی‌متر مربع) استفاده کن و برای خطوط زمین (GND) کابل‌های مشکی رنگ بذار تا قاطی نشن. اما برای خطوط کنترلی می‌تونی از سیم‌های نازک رنگی استفاده کنی. یه ترفند خوب اینه که فایل PDF شماتیک رو پرینت بگیری و موقع لحیم‌کاری بذاری جلوت. اینطوری احتمال خطای اتصالات به صفر می‌رسه.

اول کار، برد سوراخ‌دار (پروتوبورد) رو تو یه گیره محکم کن. بعد با استفاده از دریل، چهار تا سوراخ با مته 3 میلی‌متری تو چهار گوشه برد ایجاد کن. این سوراخ‌ها بعدا برای نصب پایه‌های پلاستیکی اسپیسر و پیچ کردن برد داخل قاب پلاستیکی خیلی به کارت میاد.

حالا باید ترمینال‌های پیچی رو روی لبه پایین برد لحیم کنی. سه تا ترمینال نیاز داریم: اولی در سمت چپ برای اتصال سیم‌های پنل خورشیدی، دومی در وسط برای اتصال کابل‌های باتری و سومی در سمت راست برای خروجی باری که قراره مصرف بشه.

برای محافظت از مدار در برابر اتصالی‌های احتمالی، دو تا پایه فیوز رو در افراطی‌ترین قسمت‌های سمت چپ و راست برد قرار بده و لحیم کن. پایه فیوز سمت چپ برای مسیر پنل خورشیدی و پایه فیوز سمت راست برای بخش خروجی بار هست. پایه مثبت ترمینال پنل خورشیدی رو مستقیما به یکی از پایه‌های فیوز سمت چپ متصل کن.

+2

چهار تا ماسفت رو تو قسمت بالای برد قرار بده. حواست باشه که بینشون فاصله مساوی و کافی بذاری تا بعدا برای نصب هیت‌سینک آلومینیومی روی اونا به مشکل نخوری. خازن 100 میکروفاراد ورودی رو هم نزدیک به اونا لحیم کن و یادت نره یکم فضا بین فیوز و خازن برای نصب سنسور جریان خالی بذاری.

حالا طبق شماتیک خطوط قدرت رو با سیم ضخیم لحیم کن: پین مثبت خازن ورودی به پایه سورس Q1، پایه‌های درین Q1 و Q2 به همدیگه، و در نهایت پایه سورس Q2 به درین Q3.

+3

برای نصب آردوینو نانو نباید اون رو مستقیم به برد لحیم کنی. دو ردیف پین‌هدر مادگی 15 تایی با سیم‌چین جدا کن و روی برد لحیم کن. حتما دقت کن که فاصله بین این دو ردیف دقیقا به اندازه پایه‌های خود آردوینو باشه.

کنار هر ردیف مادگی، یک ردیف پین‌هدر نری هم لحیم کن تا پایه‌های متناظر رو به هم وصل کنی. این هدرهای نری خیلی به دردت می‌خورن تا بتونی سیم‌های سنسورها و قطعات دیگه رو به راحتی به پین‌های آردوینو وصل کنی، بدون اینکه نیاز باشه پایه‌های خود میکروکنترلر رو لحیم کنی.

+7

آردوینو، سنسورها و نمایشگر به ولتاژ 5 ولت نیاز دارن، اما ماژول وای‌فای (ESP8266) فقط با 3.3 ولت کار می‌کنه. رگولاتور داخلی آردوینو جریان کافی برای راه‌اندازی وای‌فای رو نداره و ممکنه زیر بار بسوزه. پس ما نیاز به منبع تغذیه مستقلی داریم که بتونه حداقل 300 میلی‌آمپر جریان 3.3 ولت بده.

برای تأمین 5 ولت، به جای رگولاتور خطی (که به شدت داغ می‌کنه)، از یه ماژول کاهنده (Buck) آماده مدل LM2596 استفاده می‌کنیم. ورودی این ماژول رو مستقیما به ترمینال باتری وصل کن و پتانسیومتر روی ماژول رو با پیچ‌گوشتی بچرخون تا خروجی دقیقا روی 5 ولت تنظیم بشه. ماژول رو با استفاده از 4 تا پین‌هدر روی برد اصلی نصب کن تا محکم بشه و سمت ورودیش سمت ترمینال باتری باشه.

خروجی این ماژول 5 ولتی رو به پایه‌های 5 ولت و GND آردوینو متصل کن. حالا می‌تونی باتری رو متصل کنی و ببینی که آردوینو روشن می‌شه یا نه. برای تأمین ولتاژ 3.3 ولت مخصوص ماژول وای‌فای، از آیسی رگولاتور AMS1117 استفاده کن.

این رگولاتور رو روی برد قرار بده و یه خازن 10 میکروفاراد به ورودیش و یکی هم به خروجیش متصل کن تا ولتاژی پایدار و بدون نویز برای ارتباط شبکه فراهم بشه.

+5

اول سوکت 8 پین رو کمی بالاتر از آردوینو روی برد لحیم کن (حتما از سوکت استفاده کن تا آیسی درایور موقع هویه کاری نسوزه). بین پین 1 و 4 سوکت، یک خازن 10 میکروفاراد و یک خازن 0.1 میکروفاراد قرار بده.

دیود بوت‌استرپ D2 رو طوری بین پین 1 و 8 لحیم کن که خط سفید کاتدش سمت پین 8 باشه. خازن بوت‌استرپ C7 هم بین پین 6 و 8 قرار می‌گیره. مقاومت‌های 200 اهمی درایو گیت رو هم کنار پایه‌های خروجی لحیم کن.

مقاومت 470 کیلواهمی و دیود محافظ گیت Q1 رو هم دقیقا نزدیک به پایه‌های ماسفت لحیم کن تا بخش راه‌انداز سوئیچینگ تکمیل بشه. در آخر با استفاده از سیم، تمام ارتباطات رو طبق فایل شماتیک نهایی کن.

+3

مقاومت‌های مقسم ولتاژ سمت پنل خورشیدی رو نزدیک فیوز ورودی و مقاومت‌های مقسم سمت باتری رو نزدیک خازن خروجی قرار بده. خازن‌های سرامیکی C3 و C4 رو موازی با مقاومت‌های 20 کیلواهم لحیم کن تا نویز ولتاژ به خوبی فیلتر بشه.

در نهایت، نقطه میانی مقسم سمت پنل رو با یه تکه سیم به پین A0 آردوینو و نقطه میانی مقسم باتری رو به پین A2 آردوینو متصل کن تا میکروکنترلر بتونه همیشه ولتاژها رو رصد کنه.

+1

ابتدا مقاومت R6 و خازن C8 مربوط به شبکه اسنابر رو سری کن و دقیقا بالای خازن خروجی مدار لحیم کن.

حالا نوبت سلف بزرگ و سنگینیه که پیچیدی یا خریدی. اون رو موازی با مدار اسنابر قرار بده. چون سلف سنگین‌ترین قطعه روی برد هست، بهتره زیرش رو با چسب حرارتی پر کنی تا با تکون خوردن پایه‌هاش قطع نشه. دیود فوق‌سریع D3 رو هم تو همین مرحله به مسیر قدرت اضافه کن.

ماسفت چهارم (Q4) وظیفه قطع و وصل کردن بار خروجی رو داره. برای درایو کردن گیت این ماسفت، ترانزیستور 2N2222 رو نزدیک به پایه‌های ماسفت لحیم کن. مقاومت 10 کیلواهم رو به پایه کلکتور و مقاومت 1 کیلواهم رو به پایه بیس ترانزیستور وصل کن و تمام اتصالات رو طبق مسیرهای شماتیک کامل کن.

برای اتصال سنسور جریان مدل ACS712 به مسیر قدرت، به دو تا سیم ضخیم نیاز داری. این سیم‌ها رو بین فیوز سمت پنل و اولین خازن مدار لحیم کن و سر دیگه‌شون رو داخل ترمینال پیچی ماژول سنسور محکم ببند تا کل جریان سیستم از داخل این سنسور عبور کنه.

برای محافظت از مدار در برابر ولتاژهای گذرا، از دو عدد دیود TVS استفاده می‌کنیم. دیود اول (D4) رو نزدیک ترمینال ورودی پنل و دیود دوم (D5) رو نزدیک ترمینال خروجی بار متصل کن. از اونجایی که دیودهای ما دوطرفه (Bidirectional) هستن، قطبیت خاصی ندارن و فرقی نمی‌کنه کدوم سمتشون رو به خط مثبت یا منفی وصل کنی.

وقتی تمام قطعات اصلی رو روی برد قرار دادی، مرحله مهمی پیش رو داری؛ باید تمام نقاط زمین (GND) مشخص شده تو شماتیک رو به هم متصل کنی. برای این کار حتما از سیم‌های ضخیم مشکی رنگ استفاده کن تا مقاومت مسیر برگشت کم بشه و مدار دچار افت ولتاژ نشه.

+5

مبدل کاهنده‌ای که برای تغذیه 5 ولت قطعات استفاده کردیم، می‌تونه حداکثر تا 3 آمپر جریان تحویل بده. این یعنی ظرفیت آزاد کافی برای شارژ کردن گجت‌های USB رو تو مدار داریم!

یک کانکتور مادگی JST رو نزدیک مبدل لحیم کن و به خروجی مثبت و منفی مبدل وصلش کن. پورت USB مادگی رو روی در جعبه جا بزن و با یک کلید راکر کوچیک در مسیر سیم مثبت (Vcc)، اتصال رو برقرار کن. پایه‌های اتصال پورت USB رو از روی تصویر بررسی کن تا برعکس وصل نکنی. اینطوری هر وقت خواستی می‌تونی کلید رو بزنی و گوشی یا پاوربانکت رو مستقیما با انرژی خورشیدی شارژ کنی.

+1

برای راه‌اندازی ماژول وای‌فای، دو تا پین‌هدر مادگی 4 تایی روی برد (ترجیحا نزدیک بخش خروجی) لحیم کن. ماژول مستقیما روی این پین‌هدرها می‌شینه. باز هم تأکید می‌کنم، ماژول ESP8266 به شدت حساسه و با 3.3 ولت کار می‌کنه. تغذیه کردنش با ولتاژی بالاتر از 3.7 ولت درجا می‌سوزوندش.

حتی پایه‌های ارتباط سریال (RX) این ماژول هم به 5 ولت آردوینو حساسن. به همین دلیل ما از یک مقسم ولتاژ مقاومتی ساده استفاده کردیم تا ولتاژ 5 ولت پایه TX آردوینو رو به 3.3 ولت کاهش بدیم و بعد به پایه RX ماژول متصل کنیم.

برای تست ماژول، اول باید کدهای پایه AT Command رو روش تست کنی تا مطمئن بشی با شبکه وای‌فای مودمت ارتباط برقرار می‌کنه. وقتی کانکت شد، آماده‌ای که اطلاعات شارژر رو روی فضای ابری بفرستی.

از اونجایی که پنل‌های خورشیدی و سیستم‌های شارژ معمولا تو فضاهای باز و دور از دسترس نصب می‌شن، داشتن یه سیستم مانیتورینگ آنلاین خیلی به دردت می‌خوره. این موضوع ایده اضافه کردن ماژول وای‌فای رو به ما داد.

ماژول ESP8266 اطلاعاتی مثل ولتاژ، جریان و توان تولیدی رو به صورت لحظه‌ای روی پلتفرم‌های اینترنت اشیا (مثل وب‌سایت‌های دیتالاگر) آپلود می‌کنه. اونجا می‌تونی گراف‌های بسیار جذاب و دقیقی از عملکرد دستگاهت ببینی و حتی دیتای ماه‌ها کارکرد پنل رو تو قالب فایل اکسل خروجی بگیری.

کد تستی که برای آپلود دیتا آماده کردیم رو می‌تونی روی برد پروگرام کنی. حتی بدون متصل بودن پنل، کدهای تستی یه سری اعداد تصادفی رو به سرور می‌فرستن تا بتونی عملکرد وای‌فای رو روی گراف‌های سرور چک کنی؛ یه تست خیلی سرگرم‌کننده و جذاب!

این کدهای ارسال دیتا رو می‌تونی برای پروژه‌های دیگه‌ات مثل ایستگاه هواشناسی هوشمند هم استفاده کنی، فقط کافیه متغیرهای سنسورها رو تغییر بدی.

اگه خودت برنامه‌نویس موبایل هستی، می‌تونی یه اپلیکیشن خوش‌رنگ و لعاب برای این شارژ کنترلر بسازی و مانیتورینگ رو بیاری روی گوشیت. اگه همچین اپی ساختی، حتما با ما در آیسی‌مدار به اشتراک بذار!

+2

یه تکه کوچیک و مستطیلی از برد سوراخ‌دار ببر و دو تا سوراخ در دو طرفش برای پیچ کردن به قاب ایجاد کن. سه تا ال‌ای‌دی رو با فاصله مساوی و منظم روش لحیم کن. مقاومت‌های 330 اهمی رو به پایه مثبت هر کدوم متصل کن.

در نهایت یک پین‌هدر نری 4 تایی به لبه برد متصل کن (سه تا برای پایه‌های سیگنال و یکی برای پایه‌های منفی مشترک) تا اتصال این پنل به برد اصلی راحت و تمیز باشه.

+1

پنج تا کابل جامپر مادگی-مادگی بردار و سر یکی از اون‌ها رو بچین و لخت کن. تیکه‌های وارنیش حرارتی (شیرینک تیوب) رو روی کابل‌ها بنداز تا بعد از لحیم‌کاری اتصالات رو بپوشونی. برای دکمه ریست، دو تا جامپر رو مستقیما به پایه‌های دکمه فشاری لحیم کن. برای دکمه نور پس‌زمینه، یک مقاومت 10 کیلواهم رو با یکی از پایه‌های سوئیچ سری کن و جامپرها رو متصل کن.

روی تمام لحیم‌کاری‌ها وارنیش رو بکش و با باد گرم سشوار صنعتی یا فندک حرارت بده تا جمع بشه و از اتصالی جلوگیری کنه.

+8

من از یه جعبه پلاستیکی مستطیلی سایز متوسط استفاده کردم. ابعاد نمایشگر LCD، پورت USB و سوئیچ‌ها رو با خط‌کش روی در جعبه خط بکش و با فرز مینیاتوری یا درمل برش بزن. لبه‌های برش رو با کاتر بتراش تا صاف بشن و قطعات کیپ و تمیز جا برن. جای پیچ‌های نصب نمایشگر، برد کوچک ال‌ای‌دی‌ها و ترمینال‌های خروجی رو روی بدنه با مداد علامت بزن و با دریل سوراخ کن.

برای ال‌ای‌دی‌ها از مته 5، برای کلیدهای فشاری از مته 7 و برای بقیه سوراخ‌های نصب از مته 3 میلی‌متری استفاده کن.

برای اینکه موقع کار با دستگاه مجبور نباشی در جعبه رو باز کنی، یک بلوک ترمینال پیچی روی بدنه خارجی جعبه پیچ کن. شش تا سیم ضخیم از ترمینال‌های روی برد اصلی بکش و به این ترمینال خارجی متصل کن. برای جلوگیری از اشتباه وصل کردن قطب‌ها، حتما برای مسیرهای مثبت و منفی از سیم‌هایی با رنگ‌های متفاوت استفاده کن.

+1

حالا نوبت جمع‌وجور کردن سخت‌افزارهاست! چهار تا پایه یا اسپیسر پلاستیکی کف جعبه قرار بده و برد اصلی مدار رو روی اون‌ها محکم پیچ کن. پنل LCD و برد کوچیک ال‌ای‌دی‌ها رو با پیچ و مهره روی در جعبه ببند. کلیدها و پورت USB رو هم تو شکاف‌هایی که بریدی فشار بده تا چفت بشن.

آخرین مرحله مونتاژ فرا رسید! با استفاده از سیم‌های جامپر مادگی، تمام ارتباطات بین پنل نمایشگر، بلوک ال‌ای‌دی‌ها و کلیدها رو به پین‌های مربوطه روی برد اصلی وصل کن. حتما فایل شماتیک رو یه بار دیگه بررسی کن تا سیم‌ها رو جابه‌جا نزده باشی. وقتی از همه اتصالات مطمئن شدی، در جعبه پلاستیکی رو بذار و پیچ‌هاش رو محکم کن.

ردیاب بیشینه توان (MPPT) از یک روش تکرارشونده برای پیدا کردن بهترین نقطه توان در شرایط متغیر نوری استفاده می‌کنه. به این الگوریتم، روش "آشفتن و مشاهده" (Perturb and Observe) یا صعود از تپه می‌گن. کنترلر برای رسیدن به بالاترین راندمان، تغییرات بسیار کوچکی تو ولتاژ دریافتی از پنل ایجاد می‌کنه و توان رو اندازه می‌گیره؛ اگه متوجه بشه که توان افزایش پیدا کرده، تغییرات رو تو همون جهت ادامه می‌ده.

این افزایش ولتاژ تا جایی ادامه پیدا می‌کنه که توان خروجی شروع به کم شدن بکنه. در این نقطه، سیستم مسیر رو برعکس می‌کنه تا دوباره به قله توان برسه. این پروسه باعث می‌شه که توان خروجی همیشه در حال یک نوسان بسیار ریز و بهینه روی نقطه قله توان باشه.

تمام این منطق پیچیده تو برنامه‌نویسی آردوینو پیاده شده و با آپلود کردن کدها روی برد، سیستم به طور کامل بیدار و هوشمند می‌شه.

نسخه‌ای که با هم ساختیم یه مدار کاملا پایدار و قدرتمنده، اما دنیای الکترونیک همیشه جای پیشرفت داره و برنامه‌های هیجان‌انگیزی برای نسخه‌های بعدی وجود داره. تغییراتی که می‌تونی تو پروژه‌های آینده‌ات به این سیستم اضافه کنی عبارتند از:

افزایش تحمل ولتاژ ورودی تا 40 ولت برای پشتیبانی از پنل‌های متصل به شبکه (Grid Connect). ارتقای قدرت مدیریت جریان به 20 تا 40 آمپر، اضافه کردن سنسور جریان اختصاصی برای سمت باتری و بار، و طراحی مداری ایمن‌تر که در برابر شرایط سخت محیطی کاملا مقاوم باشه.

همچنین قابلیت اتصال چند کنترلر به صورت موازی، و برنامه‌نویسی جامع برای مدیریت شارژ باتری‌های لیتیومی (LiFePO4) یا نیکل-آهن می‌تونه پروژه رو بی‌نقص کنه. اضافه کردن ساعت زمان واقعی (RTC) برای ثبت دقیق دیتای مصرف بر اساس تاریخ و زمان، قابلیت کنترل چند خروجی بار مستقل از هم، تنظیم پارامترها از طریق رابط وای‌فای موبایل بدون نیاز به تغییر کد،

و اضافه کردن سیستم قطع خودکار هوشمند برای جلوگیری از فشار بیش از حد به پنل از ایده‌های عالی دیگه هستن. علاوه بر این، یه سری ارتقاهای نرم‌افزاری هم می‌تونه سیستم رو بهتر کنه:

• تمرکز بیشتر روی کدهای الگوریتم برای استخراج حداکثر راندمان
• کدنویسی توابع خودترمیمی (Fail-safe) در مواقع بروز خطای سیستمی
• بهبود الگوریتم MPPT برای واکنش سریع‌تر به تغییرات ناگهانی نور
• بررسی انتقال پروژه به بردهای قدرتمندتر به جای آردوینو نانو

اگر ایده‌ای برای بهتر شدن این مدار داری یا قابلیت جالبی بهش اضافه کردی، می‌تونی مسیر توسعه سخت‌افزارهای متن‌باز رو جلو ببری.

تو بررسی‌هایی که روی پروتوتایپ‌های اولیه انجام دادیم، مشخص شد که تحت فشارهای خاص، ماسفت Q3 داغ می‌کنه و گاهی می‌سوزه. تلاش کردیم با تغییرات نرم‌افزاری مشکل رو حل کنیم اما نتیجه کاملا رضایت‌بخش نبود.

مشکل کوچیک دیگه این بود که ماسفت Q1 در طول شب که نوری نبود هم نشتی جریان داشت. برای رفع این مشکلات، تغییراتی ساختاری تو بخش سخت‌افزار دادیم که سیستم رو به شدت پایدارتر می‌کنه. این تغییرات باعث شد بتونیم آپشن‌های قدرتمندتری با ظرفیت‌های مختلف برای این مدار در نظر بگیریم.

برای نسخه 5 آمپری، سلفی با هسته T94-26 و 48 دور سیم نیاز داریم تا به ১৩5 میکروهانری برسیم. تو این نسخه ماسفت‌های Q1 تا Q3 همه به صورت جفت موازی (جمعا 6 ماسفت IRFZ44N) نصب می‌شن تا تقسیم حرارت بهتر صورت بگیره. خازن ورودی به 3 خازن موازی و خازن خروجی به همون یک خازن 220 میکروفارادی محدود می‌شه.

اگه بخوایم نسخه 8 آمپری بسازیم، سلف باید روی هسته بزرگتر T106 با سیم‌های سه‌رشته‌ای ضخیم پیچیده بشه. ماسفت‌های اصلی هم به مدل قدرتمندتر FDP150N10A تغییر می‌کنن. تعداد خازن‌های فیلتر باید بالاتر بره و دو سنسور جریان برای ورودی و خروجی قرار بگیره.

نسخه 10 آمپری این مدار هیولاست! هسته T130 با سیم‌های چهاررشته‌ای به هم تابیده، ماسفت‌های FDP150N10A دوبل موازی شده و تعداد زیادی خازن ESR پایین برای دفع ریپل‌ها تو این مدل استفاده می‌شه. سه تا سنسور ACS712 همزمان پنل، باتری و بار خروجی رو رصد می‌کنن.

تو طراحی جدید، به جای یک آیسی درایور، از 3 تا آیسی IR2104 مستقل استفاده می‌شه تا هرکدوم از ماسفت‌ها فرمان سوئیچینگ کاملا مجزا و قدرتمندی دریافت کنن.

این استقلال درایورها باعث می‌شه یه فیلتر RC باکیفیت تو مسیر قرار بگیره و زمانبندی روشن و خاموش شدن ماسفت‌ها کاملا دست میکروکنترلر باشه. آیسی درایور ماسفت Q3 مستقیما از دو پین جداگانه فرمان می‌گیره.

هدف از جدا کردن درایور ماسفت‌های Q2 و Q3 اینه که بتونیم تو شرایطی که جریان پنل پایینه، مدار رو به حالت ناهمگام (Asynchronous) ببریم. این روش جلوی تخلیه ناخواسته انرژی رو می‌گیره و پایداری سیستم رو تو جریان‌های ضعیف تضمین می‌کنه. تمام این ارتقاها در کنار همون سیستم وای‌فای و نمایشگر و LEDهایی که بستیم، کار می‌کنن.

الگوریتم هوشمند این توانایی رو به مدار می‌ده که به صورت اتوماتیک تشخیص بده پنل شما 18 ولته یا 30 ولت، و طوری توان رو مدیریت می‌کنه که هرگز سیستم بر اثر اضافه‌بار منفجر نشه. البته برای ساخت نسخه‌های آپدیت‌شده قدرتمند، قطعات بخش باک و تغذیه باید تحمل ولتاژ بالای 40 ولت رو داشته باشن.

طراحی و ساخت یه دستگاه با این سطح از جزئیات هم چالش‌برانگیزه و هم به شدت لذت‌بخش. درک مدارات سوئیچینگ قدرت، محاسبات سلف و ترکیب همه‌چیز با برنامه‌نویسی آردوینو، سطح مهارت‌های الکترونیکیت رو چند پله بالاتر می‌بره.

خیلی خوشحالیم که تا آخر این آموزش فنی و سنگین همراه تیم آیسی‌مدار بودی. حالا وقتشه دست به کار بشی و این شارژ کنترلر حرفه‌ای رو برای سیستم‌های خورشیدیت بسازی. اگه این پروژه رو اجرا کردی، حتما عکس و ویدیوهاش رو با ما و بقیه دوستانت به اشتراک بذار. موفق باشی! Fore more updates and new projects subscribe me. Thank you so much for reading my instructable.