Circuito comparador simples sugestões

Lucca Rodrigues · 15 de fevereiro

Boa tarde!

Procuro correções/sugestões para o circuito abaixo.

Em resumo, ele compara a tensão de uma bateria e uma placa solar. Se a placa solar fornecer a tensão mínima que eu especifiquei (~5.3V), comuta pra ela, caso contrário, a bateria alimenta a carga.

O LM324N tá sendo alimentado pela própria bateria, e na saída vai ter um conversor buck, não coloquei porque no falstad.com não tem.
No mundo das ideias de Platão pode ser que funcione, mas certamente não funciona na prática.
Simulação https://tinyurl.com/26em4xot

Aqui a placa solar tá sendo representada por uma senoide, dá pra ver na saída só o pico da senoide, que é quando o circuito comuta pra carga ser alimentada pela placa solar, caso contrário, a saída é a tensão da bateria.

Sérgio Lembo · 16 de fevereiro

O conceito do circuito é bom como seletor de fonte de energia porém há uma inocência quando analiza a presença de uma fonte solar como fonte de energia. A inocência cometida foi: se há sol temos potência solar a ser utilizada, caso contrário usa-se a bateria. O sol não é uma fonte luminosa tal qual a lâmpada que ora está apagada, ora está a 100%. No verão, as 7h já se tem boa luz para a necessidade dos olhos mas é apenas uma porcentagem da intensidade do sol que virá. Com o seletor comutando o consumo para a bateria, a placa alcança fácil a tensão elevada e dispara o seletor a direcionar a carga contra a placa solar. Com a exigência do consumo do circuito a tensão da placa cai, ainda está recebendo pouco sol. Com a queda o seletor retorna para a bateria e o conjunto solar, sem carga, volta a crescer a tensão. Seu seletor se transforma em um vibrador.

Te ofereço uma proposta diferente: que tal não usar seletor? Fazer com que a placa solar e a bateria desaguem sua energia simultâneamente no cliente (circuito a ser alimentado). Vou te passar 2 desenhos e eles se diferenciam pelo tipo de bateria que está sendo utilizado (bateria descartável e bateria recarregável).

Circuito para bateria descartável:

Nesse circuito, suponha a situação matinal onde a placa já está gerando alguma energia. Supondo que o cliente esteja consumindo 1A e a placa gerando apenas 400mA, 400mA vem da placa e os 600mA restantes são supridos pela bateria. A medida em que o sol sobe o consumo vai, pouco a pouco, indo inteiramente para a placa solar. O diodo após a bateria impede que a placa tente recarregar a bateria descartável (estraga, pode até pegar fogo). A tensão nominal da placa tem que ser superior a tensão nominal da bateria.

Circuito para bateria recarregável:

Aqui o conceito muda um pouco mas o funcionamento é o mesmo. Temos um cliente que vai buscar na bateria sua energia e um recarregador de bateria que a mantém carregada. Um recarregador de bateria é construido para a bateria, não para o cliente final. Os controladores de placa solar são muito mais eficientes que o modelo proposto porém muito caros, não compensa em pequenos projetos. A tensão de calibragem do conversor ligado na placa solar é a tensão de flutuação da bateria, não é a tensão máxima de recarga, fica um pouco abaixo. Havendo sol o conjunto placa + conversor dá conta de recarregar a bateria e alimentar o cliente. Com pouco sol ajuda a bateria a alimentar o cliente.

Nas 2 alternativas a distribuição da fonte de energia que irá alimentar o cliente se dá de forma dinâmica, sem cálculos complicados e muito mais eficiente.

Lucca Rodrigues · 16 de fevereiro

@Sérgio Lembo Por mais que seja possível que o painel não consiga sustentar a corrente quando a carga estiver conectada, eu gostaria de seguir com esse circuito, quero testar isso na prática.
Alimentar a carga com ambas fontes simultaneamente é uma opção, posso considerar no futuro.

Sobre o circuito que apresentei, sabe me dizer se fiz besteira?

Sérgio Lembo · 16 de fevereiro

O seu circuito tem o mesmo funcionamento que a minha primeira proposta. A placa solar sempre tenta alimentar o cliente, não tem nada a desconectando do cliente, ligação direta via diodo. Não sei se a tensão nominal da placa solar é superior a da bateria. Os números colocados me fazem supor que seja uma placa de 6V nominais. Placa de 6V nominais apresentam tensão de saída sem carga de 7,2V, estará sempre abaixo da tensão da sua bateria, ou seja, a bateria é que irá allimentar o cliente enquanto a tensão da placa solar não atingir o limiar do seletor. Vi que colocou uma histerese no seletor, isso pode eliminar a vibração que comentei antes. No Falstad ajuste as tensões de mínimo e máximo de saída do operacional para 50mV e 7.5V. Não vou calcular se a histerese está ou não bem calibrada.

Seu circuito tem tudo para funcionar mas a eficiência não está boa. Se vai investir em placa solar significa que não há energia disponível no local de consumo. Rede elétrica sai muito mais em conta que pequenos projetos solares. Nessa situação cada miliwatt de consumo conta. Bateria de 9V me faz supor aquelas baterias retangulares descartáveis. Fazer com que o seletor seja alimentado por essa pequena bateria é piorar a situação de falta de energia no local. Em termos elétricos o circuito está bom, em termos práticos não presta.

Ao se fazer um projeto consideramos o alvo e as limitações do ambiente onde o projeto será implantado. O seletor tem que ser alimentado pela placa solar. Na falta de energia na placa solar o circuito tem que ser naturalmente alimentado pela bateria sem que haja consumo de energia dessa bateria pelo seletor. Está em um ambiente de energia escassa, cada mW de energia da bateria é precioso. Se o seletor fosse um relé, na condição desligado o cliente fica allimentado pela bateria. Na condição ligado (nessa condição o relé consome) o cliente fica alimentado pela placa solar. Primeiro se desenha o conceito, só depois partimos para o desenho elétrico/eletrônico.

Implantação do transistor que coloca/retira a bateria do cliente: Foi escolhido um mosfet canal P. Se o circuito de seleção vai ser alimentado pela placa solar, isso significa que no escuro o seletor não estará funcionando. Então o transistor tem que estar permanentemente ligado para que a bateria alimente o cliente a noite. Basta um simples resistor ligando o gate ao negativo. Nessa condição, somente quando o seletor identificar que a placa solar está bem energizada é que haverá atuação para desligamento do transistor. A beleza desse conceito: consumo zero da bateria para análise da placa solar, somente o cliente consome a escassa energia existente na bateria. A atuação so seletor, quando ativo, será a de cortar a excitação do mosfet.