Najboljša 3 MPPT vezja za sončno polnjenje za učinkovito polnjenje akumulatorja

MPPT, kot ga vsi poznamo, se nanaša na sledenje točkam največje moči, ki je običajno povezano s sončnimi kolektorji za optimizacijo njihovih izhodov z največjo učinkovitostjo. V tej objavi se naučimo 3 najboljših vezij MPPT krmilnika za učinkovito izkoriščanje sončne energije in polnjenje baterije na najučinkovitejši način.

Kjer se uporablja MPPT

Optimizirana moč iz vezij MPPT se v glavnem uporablja za polnjenje baterij z največjo učinkovitostjo razpoložljivega sonca.

Novim ljubiteljem je koncept običajno težko in se zmedejo s številnimi parametri, povezanimi z MPPT, kot so točka največje moči, 'koleno' grafikona V / V itd.

Pravzaprav pri tem konceptu ni nič tako zapletenega, ker sončna plošča ni nič drugega kot le oblika napajanja.

Optimizacija tega napajanja postane nujna, ker navadno sončnim kolektorjem primanjkuje toka, vendar imajo prekomerno napetost, te nenormalne specifikacije sončnih plošč običajno postanejo nezdružljive s standardnimi obremenitvami, kot so 6V, 12V baterije, ki imajo višjo vrednost AH in nižjo napetost v primerjavi z očala na plošči, poleg tega pa nenehno spreminjajoča se sončna svetloba naredi napravo zelo neskladno s svojimi parametri V in I.

In zato potrebujemo vmesno napravo, kot je MPPT, ki lahko 'razume' te različice in izloči najbolj zaželen izhod iz priključene sončne celice.

Morda ste to že preučili preprosto vezje MPPT na osnovi IC 555 ki ga izključno raziskujem in oblikujem in predstavlja odličen primer delujočega MPPT vezja.

Zakaj MPPT

Osnovna ideja vseh MPPT je, da spustite ali zmanjšate odvečno napetost s plošče v skladu s specifikacijami obremenitve, s čimer zagotovite, da se odšteta količina napetosti pretvori v enakovredno količino toka, s čimer se uravnoteži velikost I x V na vhodu in izhod vedno do oznake ... od tega uporabnega pripomočka ne moremo pričakovati ničesar več od tega, kajne?

Zgornje samodejno sledenje in ustrezno pretvorbo parametrov se izvaja s pomočjo PWM sledilni oder in a stopnja pretvornika dolarjev ali včasih a stopnja pretvornika buck-boost , čeprav samotni denarni pretvornik daje boljše rezultate in je enostavnejši za izvedbo.

Zasnova št. 1: MPPT z uporabo PIC16F88 s 3-stopenjskim polnjenjem

V tem prispevku preučujemo MPPT vezje, ki je precej podobno oblikovanju IC 555, edina razlika je v uporabi mikrokrmilnika PIC16F88 in izboljšanega 3-stopenjskega polnilnega vezja.

Podrobne podrobnosti o korakih

Osnovno funkcijo različnih stopenj lahko razumemo s pomočjo naslednjega opisa:

1) Izhodu plošče sledimo tako, da iz nje izvlečemo nekaj informacij skozi povezana omrežja potencialnih ločil.

2) En opamp iz IC2 je konfiguriran kot sledilnik napetosti in spremlja trenutni izhod napetosti iz plošče skozi potencialni delilnik na svojem pin3 in podatke posreduje na ustrezni senzorski zatič PIC.

3) Drugi opamp iz IC2 postane odgovoren za sledenje in nadzor spreminjajočega se toka s plošče in ga napaja na drug senzorski vhod PIC.

4) MCU ta dva vhoda interno obdela, da razvije ustrezno prilagojeni PWM za stopnjo pretvornika buck, ki je povezana z njegovim pinom 9.

5) PWM iz PIC je medpomnilnik Q2, Q3 za varno proženje preklopnega P-MOSFET-a. S tem povezana dioda ščiti vrata mosfet-a pred previsokimi napetostmi.

6) MOSFET preklopi v skladu s preklopnimi PWM-ji in modulira stopnjo pretvornika, ki jo tvori induktor L1 in D2.

7) Zgornji postopki dajejo najprimernejši izhod iz pretvornika, ki ima nižjo napetost glede na baterijo, a bogat s tokom.

8) Izhod iz dolarja nenehno prilagaja in primerno prilagaja IC glede na poslane informacije iz dveh opampov, povezanih s sončno ploščo.

9) Poleg zgoraj navedene uredbe MPPT je PIC programiran tudi za spremljanje polnjenja akumulatorja prek treh ločenih nivojev, ki so običajno določeni kot večji način, absorpcijski način, plavajoči način.

10) MCU 'pazi' na naraščajočo napetost akumulatorja in ustrezno prilagodi dovodni tok, tako da med 3 stopnjami polnjenja ohranja pravilno raven ampera. To se naredi v povezavi s krmiljenjem MPPT, to je kot ravnanje v dveh situacijah hkrati za doseganje najugodnejših rezultatov za baterijo.

11) Sam PIC se oskrbuje z natančno regulirano napetostjo na svojem izhodu Vdd prek IC TL499, tukaj je mogoče zamenjati kateri koli drug ustrezen regulator napetosti, da postane enak.

12) V zasnovi je viden tudi termistor, ki je morda neobvezen, vendar ga je mogoče učinkovito konfigurirati za spremljanje temperature akumulatorja in podajanje informacij PIC-u, ki brez truda obdela te tretje informacije za prilagajanje izhodne moči in poskrbi, da temperatura akumulatorja se nikoli ne dvigne nad nevarne ravni.

13) LED indikatorji, povezani s PIC, prikazujejo različna stanja polnjenja baterije, kar uporabniku omogoča, da dobi informacije o stanju polnjenja akumulatorja ves dan.

14) Predlagano vezje MPPT, ki uporablja PIC16F88 s 3-stopenjskim polnjenjem, podpira polnjenje akumulatorjev 12V in polnjenje akumulatorja 24V brez kakršnih koli sprememb v vezju, razen vrednosti, prikazanih v oklepajih in nastavitve VR3, ki jo je treba prilagoditi, da omogoči izhod 14,4 V na začetku za 12 V baterijo in 29 V za 24 V baterijo.

Programsko kodo lahko prenesete tukaj

Zasnova št. 2: Krmilnik akumulatorja s sinhronim stikalom MPPT

Druga zasnova temelji na napravi bq24650, ki vključuje napredni vgrajeni MPPT sinhroni krmilnik polnjenja baterij v načinu preklopa. Ponuja visoko stopnjo regulacije vhodne napetosti, ki preprečuje polnilni tok akumulatorja vsakič, ko vhodna napetost pade pod določeno količino. Nauči se več:

Kadar koli je vhod pritrjen s solarno ploščo, zanka za stabilizacijo napajanja povleče polnilni ojačevalnik, da zagotovi, da sončna plošča omogoča največjo izhodno moč.

Kako deluje IC BQ24650

Bq24650 obljublja, da bo zagotovil konstantno frekvenčni sinhroni krmilnik PWIVI z optimalno stopnjo natančnosti s stabilizacijo toka in napetosti, predkondicioniranjem napolnjenosti, izklopom in preverjanjem nivoja polnjenja.

Čip napolni baterijo v treh ločenih nivojih: predkondicioniranje, stalni tok in konstantna napetost.

Polnjenje se prekine takoj, ko se nivo ojačevalnika približa 1/10 hitrosti hitrega polnjenja. Časovnik predpolnjenja je nastavljen na 30 minut.

Naprava bq2465O brez ročnega posega znova zažene postopek polnjenja, če se napetost akumulatorja vrne pod notranje nastavljeno mejo ali doseže minimalni način mirovanja v mirovanju amp, medtem ko vhodna napetost pade pod napetost akumulatorja.

Naprava je zasnovana za polnjenje baterije od 2,1 V do 26 V z VFB, ki je notranje pritrjen na 2,1 V povratno točko. Specifikacije polnilnega ojačevalnika so vnaprej nastavljene tako, da se pritrdi dobro usklajen senzorski upor.

Bq24650 je mogoče nabaviti s 16-polno, 3,5 x 3,5 mm ^ 2 tanko opcijo QFN.

Shema vezja

Podatkovni list bq24650

UREDBA NAPETOSTI BATERIJE

Naprava bq24650 uporablja izjemno natančen regulator napetosti za odločanje o polnilni napetosti. Polnilna napetost je prednastavljena z uporovnim delilnikom od akumulatorja do tal, pri čemer je srednja točka priključena na zatič VFB.

Napetost na zatiču VFB je pritrjena na referenco 2,1 V. Ta referenčna vrednost se uporablja v naslednji formuli za določanje želene ravni regulirane napetosti:

V (bat) = 2,1 V x [1 + R2 / R1]

kjer je R2 povezan z VFB na baterijo, R1 pa iz VFB na GND. Li-Ion, LiFePO4, pa tudi svinčeve baterije SMF so idealno podprte kemične baterije.

Večino Li-ionskih celic nad polico je zdaj mogoče učinkovito napolniti do 4,2 V / celico. Baterija LiFePO4 podpira postopek bistveno višjih ciklov polnjenja in praznjenja, vendar je spodnja stran, da energijska gostota ni preveč dobra. Prepoznana napetost celice je 3,6V.

Profil naboja dveh celic Li-Ion in LiFePO4 je predkondicioniranje, konstanten tok in konstantna napetost. Za učinkovito življenjsko dobo polnjenja / praznjenja se lahko meja napetosti ob koncu polnjenja zmanjša na 4,1 V / celico, vendar bi lahko bila energijska gostota v primerjavi s kemijsko specifikacijo na osnovi Li precej nižja, zaradi svoje zmanjšane proizvodne stroške in hitrega izpraznitvenega cikla je zelo prednostna baterija.

Skupni napetostni prag je od 2,3V do 2,45V. Potem ko se baterija popolnoma napolni, postane plavajoči ali kapljični naboj obvezen, da nadoknadi samopraznjenje. Prag naelektritve je 100mV-200mV pod točko konstantne napetosti.

UREDBA VHODNE NAPETOSTI

Sončna plošča ima lahko ekskluzivno raven na krivulji V-I ali V-P, popularno znano kot točka največje moči (MPP), pri čemer se celoten fotonapetostni sistem (PV) opira na optimalno učinkovitost in ustvari zahtevano največjo izhodno moč.

Algoritem konstantne napetosti je najlažje možno sledenje MPPT (Maximum Power Point Tracking). Naprava bq2465O samodejno izklopi polnilni ojačevalnik, tako da je omogočena točka največje moči za največjo učinkovitost.

Vklop stanja

Čip bq2465O vključuje primerjalnik 'SLEEP' za prepoznavanje načinov napajalne napetosti na zatiču VCC, ker lahko VCC zaključuje baterija ali zunanja AC / DC adapter enota.

Če je napetost VCC pomembnejša od napetosti SRN in so dodatni kriteriji izpolnjeni za postopke polnjenja, bq2465O nato začne s poskusom polnjenja povezane baterije (glejte razdelek Omogočanje in onemogočanje polnjenja).

Če je napetost SRN višja glede na VCC, kar pomeni, da je baterija vir, od koder se napaja, je bq2465O omogočen za nižji mirovalni tok (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.

Če je VCC pod mejo UVLO, se IC prekine, nato pa se VREF LDO izklopi.

Omogoči in onemogoči polnjenje

Pred zagonom postopka polnjenja predlaganega MPPT sinhronega stikala za polnjenje akumulatorja MPPT je treba zagotoviti naslednje zadevne vidike:

• Omogočen je postopek polnjenja (MPPSET> 175mV)

• Enota ni v funkciji podnapetostnega zaklepanja (UVLO) in VCC je nad mejo VCCLOWV

• IC ni v funkciji SLEEP (tj. VCC> SRN)

• VCC napetost je pod mejno vrednostjo prenapetostne napetosti (VCC

• Po prvem vklopu je potekel 30ms

• Napetosti REGN LDO in VREF LDO so določene na določenih križiščih

• Termični izklop (TSHUT) ni inicializiran - TS ni prepoznan Katera koli od naslednjih tehničnih težav lahko ovira nadaljnje polnjenje akumulatorja:

• Polnjenje je izključeno (MPPSET<75mV)

• Vhod adapterja je odklopljen, kar povzroči, da IC vstopi v funkcionalnost VCCLOWV ali SLEEP

• Vhodna napetost adapterja je pod 100 mV nad oznako baterije

• Adapter je ocenjen na višjo napetost

• REGN ali VREF LDO napetost ni v skladu s specifikacijami

• Ugotovljena je meja toplote TSHUT IC • Napetost TS se premakne iz določenega območja, kar lahko kaže na to, da je temperatura akumulatorja zelo vroča ali pa je precej hladnejša

SAM-sprožen vgrajen TRENUTEK POLNILNIKA SOFT-START

Sam polnilnik sam zažene tok regulacije moči polnilnika vsakič, ko se polnilnik premakne v hitro polnjenje, da ugotovi, da na zunanje priključenih kondenzatorjih ali pretvorniku moči ni nobenega preseganja ali stresnih razmer.

Mehki zagon je opremljen s stopnjevanjem ojačevalnega ojačevalnika, ki se polni, v osem enakomerno izvedenih operativnih korakov poleg vnaprej določene ravni polnilnega toka. Vsi dodeljeni koraki se nadaljujejo približno 1,6 ms, za določeno obdobje navzgor 13 ms. Za omogočanje obravnavane operativne funkcije ni potreben niti en zunanji del.

DELOVANJE PRETVORNIKA

Sinhronski pretvornik PWM uporablja vnaprej določen frekvenčni način napetosti s krmilno strategijo feed-forvvard.

Konfiguracija kompenzacije različice III omogoča, da sistem vključi keramične kondenzatorje na izhodni stopnji pretvornika. Vhodna stopnja kompenzacije je notranje povezana med povratnim izhodom (FBO) skupaj z vhodom ojačevalnika napak (EAI).

Stopnja kompenzacije povratnih informacij je nameščena med vhodom ojačevalnika napak (EAI) in izhodom ojačevalnika napak (EAO). Treba je določiti stopnjo LC izhodnega filtra, da se omogoči resonančna frekvenca približno 12 kHz - 17 kHz za napravo, za katero je resonančna frekvenca fo določena kot:

fo = 1/2 √ oLoCo

Vgrajena rampa žaginega zoba lahko primerja notranji vhod za nadzor napak EAO in spremeni obratovalni cikel pretvornika.

Amplituda rampe je 7% napetosti vhodnega adapterja, kar omogoča, da je trajno in popolnoma sorazmerna vhodni napajalni napetosti adapterja.

To prekliče kakršne koli spremembe ojačanja zanke zaradi spremembe vhodne napetosti in poenostavi postopke kompenzacije zanke. Klančina je uravnotežena s 300mV, tako da je dosežen nič odstotek delovnega cikla, ko je signal EAO pod rampo.

Signal EAO je prav tako usposobljen, da preseže signal rampe žage z namenom doseči 100-odstotno ciklično povpraševanje po PWM.

Vgrajeno logika pogona vrat omogoča istočasno izvajanje 99,98% delovnega cikla, s čimer potrdi, da zgornja naprava N-kanala dosledno nosi toliko napetosti, da je vedno 100% vklopljena.

V primeru, da se napetost pin-a BTST na PH zniža pod 4,2 V za več kot tri intervale, se v tem primeru visokonapetostni N-kanalni MOSFET izklopi, medtem ko se nizko-stranski n-kanal | močnostni MOSFET se sproži, da PH vozlišče spusti navzdol in napolni kondenzator BTST.

Po tem se visokofrekvenčni gonilnik normalizira na 100-odstotni postopek v delovnem ciklu, dokler ni opaziti, da napetost (BTST-PH) spet pade nizko zaradi iztočnega toka, ki izprazni kondenzator BTST pod 4,2 V, in ponastavi impulz. ponovno izdana.

Vnaprej določen frekvenčni oscilator ohranja togi ukaz nad preklopno frekvenco v večini primerov vhodne napetosti, napetosti akumulatorja, polnilnega toka in temperature, poenostavlja postavitev izhodnega filtra in ga zadržuje stran od stanja zvočnih motenj.

Zasnova št. 3: Hitri polnilnik MPPT

Tretja najboljša zasnova MPPT na našem seznamu razlaga preprosto vezje polnilnika MPPT z uporabo IC bq2031 iz INSTRUMENTI TEXAS, ki je najbolj primeren za hitro in sorazmerno hitro polnjenje visoko Ah svinčevih kislinskih baterij

Povzetek

Ta članek o praktični uporabi je namenjen posameznikom, ki s pomočjo polnilca baterij bq2031 razvijajo svinčeni kislinski polnilnik na osnovi MPPT.

Ta članek vključuje strukturni format za polnjenje 12-urne svinčeve akumulatorske baterije, ki uporablja MPPT (sledenje največje moči) za izboljšanje učinkovitosti polnjenja za fotovoltaične aplikacije.

Uvod

Najlažji postopek za polnjenje akumulatorja iz sistemov sončnih celic bi lahko bil, da baterijo priklopite naravnost na sončno ploščo, vendar to morda ni najučinkovitejša tehnika.

Predpostavimo, da ima sončna plošča nazivno moč 75 W in ustvarja tok 4,65 A z napetostjo 16 V pri običajnem testnem okolju pri temperaturi 25 ° C in 1000 W / m2 osončenosti.

Svinčena kislinska baterija je ocenjena z napetostjo 12 V, ki neposredno priklopi sončno ploščo na to baterijo, kar bi zmanjšalo napetost plošče na 12 V in iz polnilne plošče lahko za polnjenje dobite le 55,8 W (12 V in 4,65 A).

Za varčno polnjenje je tukaj morda najbolj primeren pretvornik DC / DC.

Ta praktični uporabniški dokument pojasnjuje model, ki bq2031 uporablja za učinkovito polnjenje.

I-V značilnosti sončne celice

Slika 1 prikazuje standardne vidike sistemov sončnih celic. Isc je tok kratkega stika, ki teče skozi ploščo v primeru kratkega stika sončne celice.

Zgodi se, da je to optimalen tok, ki ga lahko izvlečemo iz sončne celice.

Voc je napetost odprtega kroga na sponkah sončne celice.

Vmp in Imp sta napetosti in tokovni ravni, pri katerih lahko iz sončne celice kupite največjo moč.

Medtem ko sončni žarki zmanjšujejo optimalni tok (Isc), ki ga lahko dosežemo, tudi največji tok sončne celice zatre. Na sliki 2 je prikazano spreminjanje karakteristik I-V s sončno svetlobo.

Modra krivulja povezuje podrobnosti o največji moči pri različnih vrednostih osončenosti

Razlog za MPPT vezje je poskušati ohraniti delovni nivo sončne celice pri največji moči v več sončnih pogojih.

Kot je razvidno iz slike 2, se napetost, pri kateri se oddaja največja moč, pri soncu močno ne spremeni.

Vezje, izdelano z bq2031, uporablja ta znak za uresničitev MPPT.

Vključena je dodatna zanka za krmiljenje toka z zmanjšanjem polnilnega toka, ko se dnevna svetloba zmanjša, pa tudi za vzdrževanje napetosti sončne celice okoli največje napetosti točke moči.

Polnilnik MPPT na osnovi bq2031

Podatkovni list BQ2031

Slika 3 prikazuje shemo plošče DV2031S2 z dodano krmilno zanko za dodajanje toka, ki izvaja MPPT z uporabo operacijskega ojačevalnika TLC27L2.

Bq2031 ohranja polnilni tok tako, da ohrani napetost 250 mV pri zaznavnem uporu R 20. Z uporabo 5 V od U2 se ustvari referenčna napetost 1,565 V.

Vhodna napetost se primerja z referenčno napetostjo, da se ustvari napetost napake, ki bi jo lahko izvedli na zatiču SNS bq2031, da bi zmanjšali polnilni tok.

Napetost (V mp), pri kateri je mogoče pridobiti največjo moč sončne celice, je kondicionirana z uporom R26 in R27. V mp = 1,565 (R 26 + R 27) / R 27.

Pri R 27 = 1 k Ω in R 26 = 9,2 k Ω se doseže V mp = 16 V. TLC27L2 se interno prilagodi s pasovno širino 6 kHz pri V dd = 5 V. Predvsem zato, ker je pasovna širina TLC27L2 bistveno pod preklopno frekvenco bq2031, dodana krmilna zanka še naprej ostaja nespremenjena.

Bq2031 v prejšnjem vezju (slika 3) ponuja optimalen tok 1 A.

Če lahko sončna napajalna plošča zagotavlja dovolj moči za polnjenje akumulatorja pri 1 A, zunanja krmilna zanka ne deluje.

Če pa se izolacija zmanjša in se sončna plošča trudi zagotoviti dovolj energije za polnjenje akumulatorja pri 1 A, zunanja krmilna zanka zmanjša polnilni tok, da ohrani vhodno napetost pri V mp.

Rezultati, prikazani v tabeli 1, potrjujejo delovanje vezja. Odčitki napetosti v krepkem tisku označujejo težavo, kadar sekundarna krmilna zanka zmanjša polnilni tok, da ohrani vhod pri V mp

Reference:

Texas Instruments

Vezje krmilnika polnjenja akumulatorja s sinhronim stikalom MPPT