Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

  • Час 1-04-2015, 11:22
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Пристрій являє собою простий підвищувальний перетворювач і обмежувач напруги, який заряджає акумулятори напругою 12В від сонячної панелі напругою 6В. Пристрій також має функцію MPPT (Відстеження точки максимальної потужності). Коли ми думаємо про MPPT, то зазвичай згадуємо про мікроконтролери і складні обчислювальні алгоритми потужності. Однак такі алгоритми насправді не потрібні. 

У статті представлені два схематичних рішення. Перша схема просто ілюструє підвищує імпульсний перетворювач, в тій годину як одного демонструє саморобну робочу схему пристрою. Вона рекомендується для більш просунутих експериментаторів, які мають у своєму розпорядженні осцилограф. Схема може також становити інтерес для студентів і тих, хто просто хоче розширити свої знання в електроніці.

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Теоретичні відомості про підвищує перетворювачі

На схемі топології підвищувального перетворювача котушка L1 заряджається, коли транзистор Q1 відкритий. Коли транзистор Q1 закритий, котушка L1 розряджається на батарею через стабілітрон D1. Виконання даної операції протягом декількох тисяч разів на секунду в результаті призведе до суттєвого вихідному струму. Цей процес також називається індуктивним розрядом. Для його функціонування необхідно, щоб вхідна напуга було нижче вихідного. Також за наявності сонячної панелі необхідно використовувати елемент зберігання енергії - конденсатор (C1), який дозволить сонячної панелі безперервно видавати на вихід струм між циклами.

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Опис принципової схеми підвищувального перетворювача

Схема складається з трьох основних блоків, включаючи генератор стробуючих імпульсів на базі 555 МОП-інтегральної схеми, 555 ШІМ модулятор і операційний підсилювач з обмежувачем напруги. 555 серія з каскадним виходом може забезпечити струм близько 200мА і дозволяє створити відмінний малопотужний генератор імпульсів. 555 ШІМ модулятор є класичною генераторної схемою на базі 555 серії. Для регулювання часу розряду конденсатора C3 (годину заряду котушки), на 5 висновок подається напуга завбільшки 5В.

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Обмеження напруги

Операційний підсилювач U1A обчислює сигнал напруги батареї, коли розділене встановлене значення напруги порівнюється з еталонним напругою завбільшки 5В. Коли напуга перевищує встановлене значення, вихід перемикається в негативному напрямку, знижуючи, таким чином, частоту імпульсів ШІМ генератора і обмежуючи будь-який наступний заряд. Це ефективно запобігає перезаряд.

Харчування схеми від сонячної панелі

Для запобігання непотрібного розряду батареї, коли сонце не світить, все ланцюга живляться через сонячну панель, за винятком подільника напруги зі зворотним зв'язку язком, який споживає близько 280мкА.

MOSFET логічного рівня

Оскільки схема повинна працювати при низьких рівнях напруги (дана схема працює від вхідної напруги не нижче 4В), необхідно встановити MOSFET логічного рівня. Він буде відкриватися при напрузі 4.5 Ст. Для цієї мети я використовував потужний МОП-транзистор MTP3055.

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Фіксація напруги за допомогою стабілітрона D2

У цій схемі НЕ МОЖНА від'єднувати батарею, в іншому випадку MOSFET-транзистор згорить. Тому для його захисту я встановив стабілітрон D2 напругою 24В. Без цього стабілітрона у мене самого згоріло багато МДН-транзисторів.

функціяМРРТ

Коли напуга / струм сонячної панелі збільшується, ШІМ генератор підвищує частоту імпульсів, що в свою чергу призводить до збільшення вихідного струму. У тієї ж годину, додаткову напругу додається до котушки, збільшуючи, таким чином, її зарядний струм. В результаті підвищує перетворювач дійсно «докладає великі зусилля» при підвищенні напруги або «слабшає», коли напуга знижується. Для максимальної передачі енергії при яскравому сонячному світлі виконується регулювання потенціометра R8 так, щоб зарядний струм батареї був максимальним - це і буде точка максимальної потужності. Якщо схема працює правильно, то буде спостерігатися дуже плоский пік при обертанні R2. Діод D3 виконує автоматичну MPPT регулювання більш точно за допомогою вирахування фіксованого напруги з різниці напруги між батареєю і середнім напругою через конденсатор C3. В умовах низького освітлення ви виявите, що резистор R3 не є оптимальним, проте він не буде повністю виключений з ланцюжка. Зауважте, що інтелектуальні MPPT контролери також можуть краще працювати при повному діапазоні, проте це поліпшення вкрай малоефективно.

Номінали компонентів

Схема налаштована на напругу 9В, сонячна панель на потужність 3Вт. Підвищують перетворювачі вельми вибагливі і не будуть працювати в широкому діапазоні умов - якщо ваша система використовує інші межі номінальної потужності для сонячної панелі, тоді чекайте проблеми. Єдині компоненти, які вимагають настройки, котушка L1 і конденсатор C3. Я був здивований, що частота повторень не дуже низькою (близько 2кГц). Я почав з котушки індуктивністю 100мкг, проте схема працює краще при індуктивності 390мкГ - спочатку я хотів отримати близько 20кГц. Для найкращої роботи виконуйте заряд котушки від 5 до 10 разів по відношенню до струму сонячної панелі, потім забезпечте тривалий період часу (3X), щоб котушка могла повністю розрядитися. Це забезпечить прийнятну роботу, коли напуга джерела живлення буде близько до напруги батареї. Зауважте, що низькоомні котушки забезпечують найкращу ефективність. Найбільша втрата дійсно відбувається в діоді Шоткі, і найменша втрата це ті, для чого ці діоди призначені.

Робота при високій частоті зазвичай краща. Це дозволить мінімізувати розмір котушки. Однак для експерименту, використовуйте котушку, яка працюватиме найкраще.

Пропоновані компоненти вказані на схемі. Природно, зарядний пристрій можна пристосувати у відповідності зі своїми вимогами.

Осцилограми

Підвищувальний перетворювач з MPPT контролером заряду для сонячних батарей

Список радіоелементів

Позначення Тип Номінал Кількість U1 U1A, U1B U2, U3 Q1 D1 D2 D3, D4 L1 C1 C2, C4, C5 C3 R1 R2 R3, R4, R9 R5 R6 R8
Лінійний регуляторLM78L051 LM78L05ACZX
Операційний підсилювачLM3581
Програмований таймер і осциляторNE5552
MOSFET-транзисторNTD4906N-35G1
Діод Шотткі1N58171
Стабілітрон1N5359B1
Випрямний діод1N41482
Котушка індуктивностіBoums 2100LL-391-H-RC1 390 мкГн, 2.4 а
Електролітичний конденсатор470мкФ х 25В1 Nichikon UHD1E471MPD6
Конденсатор0.1 мкФ3
Конденсатор0.01 мкФ1
Резистор22 кОм1
Підлаштування резистор10 кому1
Резистор10 кому3
Резистор100 кОм1
Резистор1 кОм1
Підлаштування резистор100 кОм1
Tags

Коментарі до новини