En MPPT refererer, som vi alle vet, til maksimal sporing av effektpunkt, som vanligvis er knyttet til solcellepaneler for å optimalisere utgangene med maksimal effektivitet. I dette innlegget lærer vi de 3 beste MPPT-kontrollerkretsene for effektiv utnyttelse av solenergi og lading av et batteri på den mest effektive måten.
Hvor en MPPT brukes
Den optimaliserte effekten fra MPPT-kretser brukes primært til å lade batterier med maksimal effektivitet fra tilgjengelig solskinn.
Nye hobbyfolk synes normalt at konseptet er vanskelig og blir forvirret med de mange parametrene som er knyttet til MPPT, for eksempel det maksimale effektpunktet, 'kne' i I / V-grafen etc.
Egentlig er det ikke noe så komplisert ved dette konseptet, fordi et solcellepanel ikke er annet enn bare en form for strømforsyning.
Optimalisering av denne strømforsyningen blir nødvendig fordi solcellepaneler vanligvis mangler strøm, men har overflødig spenning. Disse unormale spesifikasjonene til et solcellepanel har en tendens til å bli inkompatible med standardbelastninger som 6V, 12V batterier som har høyere AH-vurdering og lavere spenningsgrad sammenlignet med panelet spesifikasjoner, og dessuten den stadig varierende solskinn gjør enheten ekstremt inkonsekvent med sine V og jeg parametere.
Og det er derfor vi trenger en mellominnretning, for eksempel en MPPT, som kan 'forstå' disse variasjonene og kaste ut det mest ønskelige resultatet fra et tilkoblet solcellepanel.
Du har kanskje allerede studert dette enkel IC 555-basert MPPT-krets som utelukkende er undersøkt og designet av meg og gir et utmerket eksempel på en fungerende MPPT-krets.
Hvorfor MPPT
Den grunnleggende ideen bak alle MPPT er å senke eller trimme ned overflødig spenning fra panelet i henhold til belastningsspesifikasjonene, og sørge for at den trukkede mengden spenning blir konvertert til en ekvivalent strøm, og dermed balansere I x V-størrelsen over inngangen. og produksjonen alltid opp til merket ... vi kan ikke forvente noe mer enn dette fra denne nyttige dingsen, gjør vi?
Ovennevnte automatiske sporing og riktig konvertering av parametrene effektivt er implementert ved hjelp av en PWM tracker-scenen og en buck converter scenen , eller noen ganger a buck-boost converter-trinn , selv om en ensom buck-omformer gir bedre resultater og er enklere å implementere.
Design nr. 1: MPPT ved bruk av PIC16F88 med 3-nivå lading
I dette innlegget studerer vi en MPPT-krets som er ganske lik IC 555-designen, den eneste forskjellen er bruken av en mikrokontroller PIC16F88 og en forbedret 3-nivå ladekrets.
Trinnvis arbeidsdetaljer
Den grunnleggende funksjonen til de forskjellige trinnene kan forstås ved hjelp av følgende beskrivelse:
1) Panelutgangen spores ved å trekke ut et par informasjon fra den gjennom de tilhørende potensielle delernettverkene.
2) Én opamp fra IC2 er konfigurert som en spenningsfølger, og den sporer den øyeblikkelige spenningsutgangen fra panelet gjennom en potensiell skillelinje ved pin3, og mater informasjonen til den aktuelle sensing pin på PIC.
3) Den andre opampen fra IC2 blir ansvarlig for sporing og overvåking av den varierende strømmen fra panelet og mater den samme til en annen sensorinngang fra PIC.
4) Disse to inngangene behandles internt av MCU for å utvikle en tilsvarende skreddersydd PWM for bukkomformertrinnet assosiert med pin nr. 9.
5) PWM-utgangen fra PIC er bufret av Q2, Q3 for å utløse P-mosfet trygt. Den tilhørende dioden beskytter mosfetporten mot overspenninger.
6) Mosfeten bytter i samsvar med koblings-PWM-modulene og modulerer bukkomformertrinnet dannet av induktoren L1 og D2.
7) Ovennevnte prosedyrer gir den mest hensiktsmessige utgangen fra bukkomformeren som har lavere spenning i henhold til batteriet, men rik på strøm.
8) Produksjonen fra bukkene blir kontinuerlig justert og riktig justert av ICen med henvisning til den sendte informasjonen fra de to opampene som er knyttet til solcellepanelet.
9) I tillegg til ovennevnte MPPT-regulering er PIC også programmert til å overvåke batteriladingen gjennom 3 diskrete nivåer, som normalt er spesifisert som bulk-modus, absorpsjonsmodus, og flyte-modus.
10) MCU 'holder et øye' med den økende batterispenningen og justerer bukkstrømmen i samsvar med det rette Ampere-nivået i løpet av de tre nivåene for lading. Dette gjøres i forbindelse med MPPT-kontrollen, det er som å håndtere to situasjoner om gangen for å levere de mest gunstige resultatene for batteriet.
11) Selve PIC-en leveres med en presisjonsregulert spenning ved Vdd-pinout gjennom IC TL499. Enhver annen passende spenningsregulator kan erstattes her for å gjengi det samme.
12) En termistor kan også sees i designet. Dette kan være valgfritt, men kan effektivt konfigureres for å overvåke batteritemperaturen og mate informasjonen til PIC, som uanstrengt behandler denne tredje informasjonen for å skreddersy bukkeeffekten og sørge for at batteritemperaturen stiger aldri over usikre nivåer.
13) LED-indikatorene knyttet til PIC indikerer de forskjellige ladetilstandene for batteriet som gjør det mulig for brukeren å få oppdatert informasjon om batteriets ladetilstand gjennom hele dagen.
14) Den foreslåtte MPPT-kretsen ved bruk av PIC16F88 med 3-nivå lading støtter 12V batterilading samt 24V batterilading uten endring i kretsen, bortsett fra verdiene vist i parentes og VR3-innstilling som må justeres for å gi utgangen 14,4V ved starten for et 12V batteri og 29V for et 24V batteri.
Programmeringskode kan lastes ned her
Design nr. 2: Synkron brytermodus MPPT-batterikontroller
Den andre designen er basert på enheten bq24650, som inkluderer en avansert innebygd MPPT Synchronous Switch-Mode Battery Charge Controller. Den tilbyr et høyt nivå av inngangsspenningsregulering, som forhindrer ladestrømmen til batteriet hver gang inngangsspenningen synker under en spesifisert mengde. Lære mer:
Hver gang inngangen er festet med et solcellepanel, trekker forsyningsstabiliseringssløyfen ned ladeforsterkeren for å sikre at solcellepanelet er aktivert for å gi maksimal effekt.
Hvordan IC BQ24650 fungerer
Bq24650 lover å gi en synkron PWIVI-kontroller med konstant frekvens med optimalt nøyaktighetsnivå med strøm- og spenningsstabilisering, ladekondisjonering, ladeavstenging og ladingnivåkontroll.
Brikken lader batteriet i 3 diskrete nivåer: forkondisjonering, konstant strøm og konstant spenning.
Ladingen er avbrutt så snart forsterkernivået nærmer seg 1/10 av hurtigladningshastigheten. Tidtakeren for forhåndslading er satt til 30 minutter.
Bq2465O uten manuell inngrep starter ladeprosedyren på nytt hvis batterispenningen går tilbake til en internt innstilt grense eller når en minimum hvilemodus for stille amp mens inngangsspenningen går under batterispenningen.
Enheten er designet for å lade et batteri fra 2.1V til 26V med VFB internt festet til et 2.1V tilbakemeldingspunkt. Ladeforsterkerens spesifikasjon er forhåndsinnstilt internt ved å fikse en godt tilpasset sensormotstand.
Bq24650 kan anskaffes med et 16-pinners, 3,5 x 3,5 mm ^ 2 tynt QFN-alternativ.
Kretsdiagram
REGULERING OM BATTERISPENNING
Bq24650 benytter en ekstremt nøyaktig spenningsregulator for å bestemme ladespenningen. Ladespenningen er forhåndsinnstilt ved hjelp av en motstandsdeler fra batteriet til bakken, med midtpunktet tilkoblet VFB-pinnen.
Spenningen ved VFB-pinnen er fastspent til 2,1 V referanse. Denne referanseverdien brukes i følgende formel for å bestemme ønsket nivå av regulert spenning:
V (batt) = 2.1V x [1 + R2 / R1]
hvor R2 er koblet fra VFB til batteriet og R1 er koblet fra VFB til GND. Li-Ion, LiFePO4, samt SMF blybatterier er ideelt støttede batterikjemi.
Et flertall av overhyllede Li-ion-celler kan nå lades effektivt opp til 4,2 V / celle. Et LiFePO4-batteri støtter prosessen med vesentlig høyere lade- og utladningssykluser, men ulempen er at energitettheten ikke er for god. Den anerkjente cellespenningen er 3,6V.
Ladeprofilen til de to cellene Li-Ion og LiFePO4 er forhåndskonditionering, konstant strøm og konstant spenning. For en effektiv ladnings- / utladningstid kan spenningsgrensen for slutten av ladningen reduseres til 4,1 V / celle, men dens energitetthet kan bli mye lavere sammenlignet med den Li-baserte kjemiske spesifikasjonen, blysyre fortsetter å være mye foretrukket batteri på grunn av reduserte produksjonskostnader samt raske utladningssykluser.
Den vanlige spenningsterskelen er fra 2.3V til 2.45V. Etter at batteriet er fullstendig etterfylt, blir en flottør eller vedlikeholdslading obligatorisk for å kompensere for selvutladningen. Vedlikeholdsladingsterskelen er 100mV-200mV under konstant spenningspunkt.
INNGANGSPENNINGSREGULERING
Et solcellepanel kan ha et eksklusivt nivå på V-I- eller V-P-kurven, populært kjent som Maximum Power Point (MPP), hvor det komplette solcelleanlegget (PV) er avhengig av optimal effektivitet og genererer den nødvendige maksimale utgangseffekten.
Konstant spenningsalgoritmen er det enkleste alternativet Maximum Power Point Tracking (MPPT) tilgjengelig. Bq2465O slår automatisk av ladeforsterkeren slik at det maksimale effektpunktet er aktivert for å gi maksimal effektivitet.
Slå PÅ Tilstand
Brikken bq2465O inneholder en 'SLEEP' komparator for å identifisere strømforsyningssystemet på VCC-pinnen, på grunn av det faktum at VCC kan avsluttes både fra et batteri eller en ekstern AC / DC-adapterenhet.
Hvis VCC-spenningen er mer signifikant enn SRN-spenningen, og tilleggskriteriene er oppfylt for ladeprosedyrene, begynner bq2465O deretter å gjøre et forsøk på å lade et tilkoblet batteri (se avsnittet Aktivering og deaktivering av lading).
Hvis SRN-spenningen er høyere i forhold til VCC, som symboliserer at et batteri er kilden der strømmen blir anskaffet, er bq2465O aktivert for en lavere hvilestrøm (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Hvis VCC er under UVLO-grensen, blir IC avbrutt, hvoretter VREF LDO er slått av.
AKTIVERER OG DEAKTIVERER LADING
Følgende aktuelle aspekter må sikres før ladeprosessen til den foreslåtte MPPT Synchronous Switch-Mode Battery Charge Controller Circuit initialiseres:
• Ladeprosessen er aktivert (MPPSET> 175mV)
• Enheten har ikke UVLO-funksjon (Under-Voltage-Lock-Out), og VCC er over VCCLOWV-grensen
• ICen har ikke SLEEP-funksjonalitet (dvs. VCC> SRN)
• VCC-spenning er under AC-overspenningsgrensen (VCC • 30 ms tidsforløp er oppfylt etter første oppstart • REGN LDO- og VREF LDO-spenninger er faste på de angitte kryssene • Thermal Shut (TSHUT) er ikke initialisert - TS bad er ikke identifisert. Et av følgende tekniske problemer kan hemme den videre ladingen av batteriet: • Ladingen er deaktivert (MPPSET<75mV) • Adapterinngangen er frakoblet, noe som provoserer ICen til å komme inn i en VCCLOWV- eller SLEEP-funksjonalitet • Adapterens inngangsspenning er under 100mV over batterimerket • Adapteren er vurdert med høyere spenning • REGN- eller VREF LDO-spenning er ikke i samsvar med spesifikasjonene • TSHUT IC-varmegrense er identifisert. • TS-spenning beveger seg utenfor det angitte området, noe som kan indikere at batteritemperaturen er ekstremt varm eller alternativt mye kjøligere Selvutløst innebygd SOFT-START LADERSTRØM Laderen starter selv mykt strømreguleringsstrømmen hver gang laderen beveger seg inn i hurtigladningen for å fastslå at det absolutt ikke er noen overskridelse eller belastende forhold på de eksternt tilkoblede kondensatorene eller strømomformeren. Soft-start er omtalt med å trappe opp chaging-stabiliseringsforsterkeren i åtte jevnt utførte operasjonelle trinn ved siden av det prefiksede ladestrømnivået. Alle tildelte trinn fortsetter i rundt 1,6 ms, i en spesifisert opp-periode på 13 ms. Ikke en eneste eksterne deler kalles for å muliggjøre den diskuterte operasjonsfunksjonen. Den synkrone PWM-omformeren bruker en forhåndsbestemt frekvensspenningsmodus med feed-forvvard-kontrollstrategi. En kompensasjonskonfigurasjon av versjon III, la systemet omfatte keramiske kondensatorer i omformerens utgangstrinn. Kompensasjonsinngangstrinnet er assosiert internt mellom tilbakemeldingsutgangen (FBO) sammen med en feilforsterkerinngang (EAI). Tilbakemeldingskompensasjonstrinnet er rigget mellom feilforsterkerinngangen (EAI) og feilforsterkerutgangen (EAO). LC-utgangsfilterstrinnet må bestemmes for å muliggjøre en resonansfrekvens på rundt 12 kHz - 17 kHz for enheten, for hvilken resonansfrekvensen, fo, er formulert som: fo = 1/2 √ oLoCo En integrert sagrampe tillater å sammenligne den interne EAO-feilkontrollinngangen for å endre omformerens driftssyklus. Rampeamplituden er 7% av inngangsadapterens spenning, slik at den kan være permanent og helt proporsjonal med inngangsforsyningen til adapterens spenning. Dette avbryter alle slags endringer i løkkeforsterkning på grunn av en variasjon i inngangsspenningen og forenkler sløyfekompensasjonsprosedyrene. Rampen balanseres ut med 300mV slik at en null prosent driftssyklus oppnås når EAO-signalet er under rampen. EAO-signalet er også kvalifisert til å overgå sagtannrampesignalet med det formål å oppnå et 100% driftssyklus PWM-behov. Innebygd gate drive logikk gjør det mulig å oppnå 99,98% driftssyklus samtidig som bekrefter at N-kanalens øvre enhet konsekvent bærer så mye som nødvendig spenning for alltid å være 100% på. I tilfelle BTST-pin til PH-pin-spenningen reduseres under 4,2 V i lengre tid enn tre intervaller, i så fall er n-channeI-strøm MOSFET slått av mens n-channe på lav side | strøm MOSFET utløses for å trekke PH-noden ned og lade opp BTST-kondensatoren. Etter det normaliseres høysidedriveren til 100% driftssyklusprosedyre inntil (BTST-PH) spenningen observeres å synke lavt igjen, på grunn av utstrømmen som tømmer BTST-kondensatoren under 4,2 V, samt tilbakestillingspuls er gjenutstedt. Den forutbestemte frekvensoscillatoren opprettholder stiv kommando over byttefrekvensen under de fleste omstendigheter med inngangsspenning, batterispenning, ladestrøm og temperatur, forenkler utformingen av utgangsfilteret og holder den borte fra hørbar forstyrrelsestilstand. Den tredje beste MPPT-designen i listen vår forklarer en enkel MPPT-ladekrets ved hjelp av IC bq2031 fra TEXAS INSTRUMENTER, som er best egnet for lading av høye Ah blybatterier raskt og med relativt rask hastighet Denne praktiske bruksartikkelen er for personer som kan utvikle en MPPT-basert blybatterilader ved hjelp av bq2031 batterilader. Denne artikkelen inkluderer et strukturelt format for lading av et 12-timers blybatteri ved bruk av MPPT (maksimal sporing av effektpunkt) for å forbedre ladeeffektiviteten for solcelleanvendelser. Den enkleste fremgangsmåten for å lade et batteri fra solcellepanelanlegg kan være å koble batteriet rett til solcellepanelet, men dette er kanskje ikke den mest effektive teknikken. Anta at et solcellepanel har en rating på 75 W og genererer en strøm på 4,65 A med en spenning på 16 V ved normalt testmiljø på 25 ° C temperatur og 1000 W / m2 isolasjon. Blybatteriet er vurdert med en spenning på 12 V som kobler direkte solcellepanelet til dette batteriet, vil redusere panelspenningen til 12 V og bare 55,8 W (12 V og 4,65 A) kan produseres fra panelet for lading. En DC / DC-omformer kan være mest nødvendig for økonomisk lading her. Dette praktiske applikasjonsdokumentet forklarer en modell som bruker bq2031 for effektiv lading. Figur 1 viser standardaspektene til solcellepanelsystemer. Isc er en kortslutningsstrøm som strømmer gjennom panelet i tilfelle solcellepanelet er kortsluttet. Det er tilfeldigvis den optimale strømmen som kan trekkes ut fra solcellepanelet. Voc er åpen kretsspenning ved terminalene på solcellepanelet. Vmp og Imp er spennings- og strømnivået der maksimal effekt kan kjøpes fra solcellepanelet. Mens solskinnet reduserer den optimale strømmen (Isc) som kan oppnås, undertrykkes også den høyeste strømmen fra solcellepanelet. Figur 2 indikerer variasjon av IV-egenskaper med sollys. Den blå kurven knytter detaljene til maksimal effekt ved forskjellige verdier av isolasjon Årsaken til MPPT-kretsen er å prøve å opprettholde arbeidsnivået til solcellepanelet ved maksimalt effektpunkt i flere solskinnsforhold. Som observert fra figur 2, endres ikke spenningen der maksimal effekt leveres i stor grad med solskinn. Kretsen konstruert med bq2031 bruker denne karakteren til å praktisere MPPT. En ekstra strømkontrollsløyfe er inkludert for å redusere ladestrømmen når dagslyset avtar, samt for å opprettholde solcellepanelets spenning rundt den maksimale spenningen på effektpunktet. Figur 3 viser skjematisk et DV2031S2-kort med en ekstra strømstyresløyfe lagt til for å utføre MPPT ved å bruke operasjonsforsterkeren TLC27L2. Bq2031 holder ladestrømmen ved å beholde en spenning på 250 mV ved følemotstand R 20. En referansespenning på 1,565 V opprettes ved å bruke 5 V fra U2. Inngangsspenningen sammenlignes med referansespenningen for å produsere en feilspenning som kan implementeres ved SNS-stiften til bq2031 for å redusere ladestrømmen. Spenningen (V mp) der maksimal effekt kan oppnås fra solcellepanelet er betinget ved bruk av motstandene R26 og R27. V mp = 1,565 (R 26 + R 27) / R 27. Med R 27 = 1 k Ω og R 26 = 9,2 k Ω oppnås V mp = 16 V. TLC27L2 er justert internt med en båndbredde på 6 kHz ved Vdd = 5 V. Hovedsakelig fordi båndbredden til TLC27L2 er betydelig under svitsjefrekvensen til bq2031, fortsetter den ekstra strømstyringssløyfen å være konstant. Bq2031 i den tidligere kretsen (figur 3) gir en optimal strøm på 1 A. Hvis solcellepanelet kan levere tilstrekkelig strøm til å lade batteriet ved 1 A, går ikke den ytre kontrollsløyfen i gang. Men hvis isolasjonen reduseres og solcellepanelet sliter med å levere tilstrekkelig energi til å lade batteriet ved 1 A, reduserer den ytre kontrollsløyfen ladestrømmen for å bevare inngangsspenningen ved V mp. Resultatene vist i tabell 1 bekrefter kretsens funksjon. Spenningsavlesningene med fet skrift betyr problemet når den sekundære kontrollsløyfen minimerer ladestrømmen for å bevare inngangen ved V mp Referanser: MPPT Synchronous Switch-Mode Battery Charge Controller Circuit KONVERTERDRIFT
Design # 3: Rask MPPT-ladekrets
Abstrakt
Introduksjon
IV-egenskaper ved solcellepanel
bq2031-basert MPPT-lader
Forrige: 3 enkle kapasitiv nærhetssensorkretser utforsket Neste: 8-funksjon julelys krets
