Nagu me kõik teame, viitab MPPT maksimaalse võimsuspunkti jälgimisele, mis on tavaliselt seotud päikesepaneelidega, et optimeerida nende väljundeid maksimaalse efektiivsusega. Selles postituses õpime 3 parimat MPPT-kontrolleri vooluahelat päikeseenergia tõhusaks kasutamiseks ja aku võimalikult tõhusaks laadimiseks.
MPPT kasutamise koht
MPPT-ahelate optimeeritud väljundit kasutatakse peamiselt maksimaalse efektiivsusega akude laadimiseks olemasolevast päikesepaistest.
Uutel harrastajatel on kontseptsioon tavaliselt keeruline ja nad lähevad segi MPPT-ga seotud paljude parameetritega, nagu maksimaalne võimsuspunkt, I / V graafiku „põlv” jne.
Tegelikult pole selles kontseptsioonis midagi nii keerukat, sest päikesepaneel pole midagi muud kui lihtsalt toiteallikas.
Selle toiteallika optimeerimine on vajalik, kuna tavaliselt pole päikesepaneelidel voolu, kuid sellel on liigne pinge, kipuvad need päikesepaneeli ebanormaalsed näitajad vastuolus olema tavaliste koormustega, näiteks 6V, 12V patareid, millel on kõrgem AH ja madalam pinge võrreldes paneeli tehnilised andmed ja pealegi pidevalt muutuv päikesepaiste muudab seadme V ja I parameetritega äärmiselt vastuolus olevaks.
Seetõttu vajame sellist vaheseadet nagu MPPT, mis suudaks nendest variatsioonidest aru saada ja ühendatud päikesepaneelilt kõige soovitavama väljundi välja tuua.
Võib-olla olete seda juba uurinud lihtne IC 555-põhine MPPT-ahel mis on eranditult minu poolt uuritud ja kujundatud ning annab suurepärase näite töötavast MPPT-ahelast.
Miks MPPT
Kõigi MPPT-de põhiidee on paneeli üleliigse pinge langetamine või vähendamine vastavalt koormuse spetsifikatsioonidele, tagades, et mahaarvatud pinge summa muundatakse samaväärseks vooluks, tasakaalustades nii I x V suurust kogu sisendis ja väljund alati märgini ... me ei saa sellest kasulikust vidinast midagi enamat oodata?
Ülaltoodud automaatne jälgimine ja parameetrite asjakohane teisendamine toimub PWM-i abil trackeri etapp ja a buck muunduri etapp või mõnikord a buck-boost muunduri etapp , ehkki üksildane muundur annab paremaid tulemusi ja seda on lihtsam rakendada.
Kujundus nr 1: MPPT, kasutades PIC16F88 koos 3-tasemelise laadimisega
Selles postituses uurime MPPT-ahelat, mis on üsna sarnane IC 555 konstruktsiooniga, ainsaks erinevuseks on mikrokontrolleri PIC16F88 ja täiustatud 3-tasemelise laadimisahela kasutamine.
Töötamise üksikasjad
Erinevate etappide põhifunktsiooni saab mõista järgmise kirjelduse abil:
1) Paneeli väljundit jälgitakse, eraldades sellest paar teavet seotud potentsiaalsete jagajavõrkude kaudu.
2) Üks IC2 opamp on konfigureeritud pinge jälgijana ja see jälgib paneeli hetkepinge väljundit läbi selle pin3 potentsiaalijaoturi ja edastab teabe PIC-i asjakohasele tuvastustihvtile.
3) IC2 teine opamp vastutab muutuva voolu jälgimise ja jälgimise eest paneelilt ning toidab sama PIC-i teise sensoorsisendisse.
4) MCU töötleb neid kahte sisendit sisemiselt, et töötada välja vastavusse kohandatud PWM selle pin # 9-ga seotud buck converter -etapi jaoks.
5) PICM-i väljundi PWM puhverdatakse Q2, Q3 abil P-mosfeti ümberlülitamine ohutult. Seotud diood kaitseb mosfeti väravat ülepehmenduste eest.
6) MOSFET lülitub vastavalt ümberlülitamise PWM-idele ja moduleerib induktiivpooli L1 ja D2 moodustatud buck-muunduri astet.
7) Ülaltoodud protseduurid tagavad kõige sobivama väljundi muunduri muundurist, mille pinge on aku kohta madalam, kuid voolurikas.
8) Integreeritud kiirguspiirkond kohandab ja tõstab buki väljundit pidevalt ja viitab päikesepaneeliga seotud kahe opampi saadetud teabele.
9) Lisaks ülaltoodud MPPT-määrusele on PIC programmeeritud ka jälgima aku laadimist läbi kolme diskreetse taseme, mis on tavaliselt määratletud kui mahtrežiim, neeldumisrežiim, ujukrežiim.
10) MCU 'hoiab silma peal' aku pinge tõusul ja reguleerib vastavalt voolu voolu, hoides 3 laadimistaseme ajal õiget Ampere taset. Seda tehakse koos MPPT juhtimisega, see on nagu kahe olukorra käsitlemine korraga, et akule kõige soodsamad tulemused anda.
11) PIC-le ise antakse IC TL499 kaudu Vdd-pistikupesal täpselt reguleeritud pinge, mille muutmiseks võib siin asendada mis tahes muu sobiva pinge regulaatori.
12) Konstruktsioonis võib näha ka termistorit, see võib olla valikuline, kuid seda saab tõhusalt konfigureerida aku temperatuuri jälgimiseks ja teabe edastamiseks PIC-le, kes töötleb seda kolmandat teavet vaevata, et kohandada aku temperatuuri ja veenduda, et aku temperatuur ei tõuse kunagi üle ohtliku taseme.
13) PIC-ga seotud LED-indikaatorid näitavad aku erinevaid laadimisolekuid, mis võimaldavad kasutajal saada kogu päeva jooksul ajakohast teavet aku laadimise seisundi kohta.
14) Kavandatav MPPT-vooluring, mis kasutab PIC16F88 koos kolmeastmelise laadimisega, toetab nii 12 V kui ka 24 V aku laadimist ilma vooluahela muutusteta, välja arvatud sulgudes näidatud väärtused ja VR3 seade, mida tuleb väljundi reguleerimiseks reguleerida Alguses 14,4 V 12 V aku jaoks ja 29 V 24 V aku jaoks.
Programmeerimiskoodi saab alla laadida siin
Kujundus nr 2: sünkroonse lülitusrežiimiga MPPT aku kontroller
Teine disain põhineb seadmel bq24650, mis sisaldab täiustatud sisseehitatud MPPT sünkroonse lülitusrežiimi akulaadimise kontrollerit. See pakub sisendpinge reguleerimise kõrget taset, mis takistab aku laadimisvoolu iga kord, kui sisendpinge langeb alla määratud summa. Lisateave:
Kui sisend on ühendatud päikesepaneeliga, tõmbab toiteallika stabiliseerimisaas laadimisvõimendi alla, et tagada päikesepaneeli maksimaalse väljundvõimsuse loomine.
Kuidas IC BQ24650 toimib
Bq24650 lubab pakkuda konstantse sagedusega sünkroonse PWIVI kontrollerit optimaalse täpsuse tasemega koos voolu ja pinge stabiliseerimise, laadimise eelkonditsioneerimise, laadimise väljalülitamise ja laadimistaseme kontrollimisega.
Kiip laeb akut kolmes eraldi tasemel: eelkonditsioneerimine, püsivool ja püsiv pinge.
Laadimine on lõppenud kohe, kui ampritase jõuab 1/10 kiirlaadimiskiirusest. Eellaadimise taimer on seatud 30 minutiks.
Ilma käsitsi sekkumiseta käivitub bq2465O laadimisprotseduur uuesti juhul, kui aku pinge taastub allapoole sisemiselt seatud piiri või jõuab minimaalse vaikevõimendi unerežiimi, samas kui sisendpinge langeb alla aku pinge.
Seade on ette nähtud aku laadimiseks 2,1 V kuni 26 V, VFB on sisemiselt kinnitatud 2,1 V tagasiside punkti. Laadimisvõimendi spetsifikatsioon on sisemiselt eelseadistatud, kinnitades hästi sobiva sensoritakisti.
Bq24650 saab hankida 16-piniga, 3,5 x 3,5 mm ^ 2 õhukese QFN-lisavarustusega.
Vooluringi skeem
AKU PINGE REGULEERIMINE
Laadimispinge üle otsustamiseks kasutab bq24650 ülitäpset pingeregulaatorit. Laadimispinge on eelseadistatud takisti eraldaja abil akult maapinnale, keskpunkt VFB tihvtiga kinni.
VFB tihvti pinge kinnitatakse 2,1 V võrdlusalusele. Seda kontrollväärtust kasutatakse reguleeritud pinge soovitud taseme määramiseks järgmises valemis:
V (vatt) = 2,1 V x [1 + R2 / R1]
kus R2 on ühendatud VFB-st akuga ja R1 on ühendatud VFB-st GND-ga. Li-Ion, LiFePO4 ja ka SMF pliiakud on ideaalselt toetatavad patareide keemiad.
Enamikku riiulil olevaid liitiumioonakke saab nüüd tõhusalt laadida kuni 4,2 V raku kohta. LiFePO4 aku toetab oluliselt suuremat laadimis- ja tühjendustsüklit, kuid varjukülg on see, et energiatihedus pole liiga hea. Tunnustatud elemendi pinge on 3,6 V.
Kahe elemendi Li-Ion ja LiFePO4 laenguprofiil on eelkonditsioneerimine, püsivool ja püsiv pinge. Tõhusa laadimis- / tühjenemisaja jaoks võib laadimise lõpu piirmäära vähendada 4,1 V / raku kohta, kuid selle energiatihedus võib võrreldes Li-põhise keemilise spetsifikatsiooniga olla palju väiksem, pliihape jätkab olla palju eelistatum aku nii vähendatud tootmiskulude kui ka kiirete tühjenemistsüklite tõttu.
Ühine pingelävi on vahemikus 2,3 V kuni 2,45 V. Pärast seda, kui aku on täielikult täis laetud, muutub ujuk- või voolulaeng kohustuslikuks, et korvata isetühjenemist. Voolulaengu künnis on 100mV-200mV konstantsest pingepunktist allpool.
SISENDI PINGE REGULEERIMINE
Päikesepaneelil võib olla eksklusiivne tase V-I või V-P kõveral, mida rahvasuus nimetatakse maksimaalseks võimsuspunktiks (MPP), kusjuures kogu fotogalvaaniline (PV) süsteem tugineb optimaalsele efektiivsusele ja tekitab vajaliku maksimaalse väljundvõimsuse.
Konstantse pinge algoritm on kõige lihtsam MPPT (Maximum Power Point Tracking) võimalus. Bq2465O lülitab laadimisvõimendi automaatselt välja, nii et maksimaalne võimsuspunkt on maksimaalse efektiivsuse saavutamiseks lubatud.
Lülitage seisund sisse
Kiip bq2465O sisaldab „SLEEP” võrdlust, et tuvastada toitepinge vahendid VCC tihvtil, kuna VCC võib katkestada nii akust kui ka välisest vahelduvvoolu / alalisvooluadapterist.
Kui VCC pinge on olulisem kui SRN pinge ja lisakriteeriumid on laadimisprotseduuride jaoks täidetud, alustab bq2465O seejärel ühendatud aku laadimist (palun vaadake jaotist Laadimise lubamine ja keelamine).
Kui SRN pinge on VCC suhtes kõrgem, mis sümboliseerib, et toiteallikaks on aku, on bq2465O lubatud madalama vaikevoolu jaoks (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Kui VCC on alla UVLO piiri, lülitatakse IC välja, mille järel VREF LDO lülitatakse välja.
LUBAMINE JA KEELUSTAMINE
Enne pakutava MPPT sünkroonse lülitusrežiimi akulaadimiskontrolleri ahela laadimisprotsessi alustamist tuleb tagada järgmised asjassepuutuvad aspektid:
• Laadimisprotsess on lubatud (MPPSET> 175mV)
• Seade ei ole alarõhu-lukustuse (UVLO) funktsioonis ja VCC on üle VCCLOWV piiri
• IC pole SLEEP-funktsionaalsuses (st VCC> SRN)
• VCC pinge on alla vahelduvvoolu ülepinge piiri (VCC • 30 ms ajavahemik on täidetud pärast esimest sisselülitamist • REGN LDO ja VREF LDO pinged on fikseeritud määratud ristmikel • Termilist väljalülitamist (TSHUT) ei lähtestata - TS-i pole tuvastatud. Üks järgmistest tehnilistest probleemidest võib takistada aku jätkuvat laadimist: • Laadimine on deaktiveeritud (MPPSET<75mV) • Adapteri sisend on lahti ühendatud, mis kutsub IC-d kasutama VCCLOWV või SLEEP funktsioone • Adapteri sisendpinge on alla 100 mV üle akumärgi • Adapteri nimipinge on suurem • REGN või VREF LDO pinge ei vasta spetsifikatsioonidele • on tuvastatud TSHUT IC soojapiir • TS-pinge liigub määratud piiridest välja, mis võib viidata sellele, et aku temperatuur on äärmiselt kuum või alternatiivina palju jahedam Ise käivitatav sisseehitatud PIKAKÄIVITUSLAADURI PRAEG Laadija käivitab ise laadija võimsuse reguleerimisvoolu iga kord, kui laadija liigub kiirlaadimisse, et tuvastada, et väliselt ühendatud kondensaatoritel või muunduril pole absoluutselt mingeid ületusi ega stressi tekitavaid tingimusi. Pehme käivitusena on pakutud stabiliseerimisvõimendi võimendamine kaheksa ühtlaselt täidetud tööetapina eesliidetud laadimisvoolu taseme kõrval. Kõik määratud sammud kestavad umbes 1,6 ms, määratud aja jooksul 13 ms. Arutatava tööfunktsiooni lubamiseks pole vaja ühtegi välist osa. Sünkroonne Buck PWM muundur kasutab etteantud sageduspinge režiimi koos etteande ettepoole juhtimise strateegiaga. III versiooni kompensatsioonikonfiguratsioon võimaldab süsteemil lisada keraamilised kondensaatorid muunduri väljundjärgus. Kompensatsiooni sisendfaas on sisemiselt seotud tagasiside väljundi (FBO) ja veavõimendi sisendi (EAI) vahel. Tagasiside kompenseerimise etapp määratakse veavõimendi sisendi (EAI) ja veavõimendi väljundi (EAO) vahel. LC väljundfiltri etapp tuleb kindlaks määrata, et võimaldada seadme resonantssagedust umbes 12 kHz - 17 kHz, mille jaoks resonantssagedus fo on sõnastatud järgmiselt: fo = 1/2 √ oLoCo Integreeritud saehamba kaldteel on lubatud võrrelda sisemist EAO tõrkejuhtimise sisendit, et muuta muunduri töötsüklit. Rampi amplituud on 7% sisendadapteri pingest, võimaldades sellel olla püsivalt ja täielikult proportsionaalne adapteri pinge sisendvarustusega. See tühistab igasugused silmuse võimenduse muutused sisendpinge muutuste tõttu ja lihtsustavad silmuse kompenseerimise protseduure. Kaldtee tasakaalustatakse 300 mV võrra, nii et saavutatakse nullprotsendiline töötsükkel, kui EAO signaal on kaldteest madalam. EAO signaal on samuti kvalifitseeritud ületama saehamba rampsignaali, et saavutada 100% töötsükli PWM nõudlus. Sisseehitatud värava ajamise loogika võimaldab samaaegselt saavutada 99,98% töötsükli, kinnitades, et N-kanaliga ülemine seade kannab pidevalt nii palju kui vaja pinget, et alati 100% peal olla. Juhul, kui BTST tihvti ja PH kontakti pinge väheneb alla 4, 2 V pikemaks kui kolme intervalliga, siis lülitatakse kõrgepoolne n-kanali toide MOSFET välja, samal ajal kui madala küljega n-kanal | toide MOSFET käivitatakse PH-sõlme allapoole tõmbamiseks ja BTST-kondensaatori laadimiseks. Pärast seda normaliseerub kõrgel küljel töötav draiver 100% -lise töötsükliga, kuni (BTST-PH) pinge langus on taas madal, kuna BTST kondensaator tühjeneb alla 4,2 V väljavooluvoolu ja lähtestatakse pulss. uuesti välja antud. Ettemääratud sagedusosillaator säilitab lülitussageduse jäiga käsu enamikus sisendpinge, aku pinge, laadimisvoolu ja temperatuuri tingimustes, lihtsustades väljundfiltri paigutust ja hoides seda eemal kuuldavatest häiretest. Parim kolmas MPPT disain meie loendis selgitab lihtsat MPPT laadija vooluringi, kasutades IC bq2031 from TEXAS INSTRUMENTS, mis sobib kõige paremini kõrge Ah-tasemega pliiakude kiireks ja suhteliselt kiireks laadimiseks See praktiline rakendusartikkel on mõeldud inimestele, kes võivad bq2031 akulaadija abil välja töötada MPPT-põhist pliiakude laadijat. See artikkel sisaldab struktuurilist vormingut 12-A-tunnise pliiakude laadimiseks, kasutades MPPT-d (maksimaalse võimsuspunkti jälgimine) fotogalvaaniliste rakenduste laadimise efektiivsuse parandamiseks. Kõige lihtsam protseduur aku laadimiseks päikesepaneelide süsteemidest võib olla aku ühendamine otse päikesepaneeliga, kuid see ei pruugi olla kõige tõhusam tehnika. Oletame, et päikesepaneelil on nimivõimsus 75 W ja see tekitab voolu 4,65 A pingega 16 V normaalses katsekeskkonnas temperatuuril 25 ° C ja soojustusega 1000 W / m2. Pliiakude aku pinge on 12 V, mis ühendab päikesepaneeli otse selle aku külge, vähendaks paneeli pinget 12 V-ni ja laadimiseks saaks paneelilt toota ainult 55,8 W (12 V ja 4,65 A). Säästlikuks laadimiseks võib siin kõige paremini vaja olla alalisvoolu / alalisvoolu muundurit. Selles praktilises rakendusdokumendis selgitatakse mudelit, kasutades efektiivseks laadimiseks bq2031. Joonisel 1 on kujutatud päikesepaneelisüsteemide standardaspektid. Isc on lühisvool, mis voolab läbi paneeli juhuks, kui päikesepaneelil on lühis. See juhtub olema optimaalne vool, mida saab päikesepaneelilt välja võtta. Voc on avatud ahela pinge päikesepaneeli klemmides. Vmp ja Imp on pinge- ja voolutasemed, kust päikesepaneelilt saab osta maksimaalset võimsust. Kui päikesepaiste vähendab saavutatavat optimaalset voolu (Isc), summutab ka päikesepaneeli suurim vool. Joonis 2 näitab I-V omaduste variatsiooni päikesevalgusega. Sinine kõver seob maksimaalse võimsuse üksikasjad erinevatel insolatsiooni väärtustel MPPT vooluringi põhjuseks on püüda säilitada päikesepaneeli töötase maksimaalses võimsuspunktis mitmetes päikesepaiste tingimustes. Nagu on näidatud jooniselt 2, ei muutu pinge, kus maksimaalne võimsus tarnitakse, päikesepaistega palju. Bq2031 abil koostatud vooluring kasutab seda märki MPPT praktikas rakendamiseks. Kaasas on täiendav voolu juhtimisahel, mis vähendab laadimisvoolu, kui päevavalgus väheneb, samuti päikesepaneeli pinge hoidmiseks maksimaalse võimsuspunkti pinge ümber. Joonisel 3 on näidatud DV2031S2 plaadi skeem, millele on lisatud praegune juhtimissilmus MPPT teostamiseks, kasutades operatiivvõimendit TLC27L2. Bq2031 hoiab laadimisvoolu, hoides tundetakistuse R 20 juures pinget 250 mV. U2 5 V abil luuakse võrdluspinge 1,565 V. Sisendpinget võrreldakse võrdluspingega, et tekitada veapinge, mida saaks rakendada bq2031 SNS-tihvti juures laadimisvoolu vähendamiseks. Pinge (V mp), mille puhul päikesepaneelilt saab maksimaalset võimsust, konditsioneeritakse takistite R26 ja R27 abil. Vp = 1,565 (R26 + R27) / R27. Kui R 27 = 1 k Ω ja R 26 = 9,2 k Ω, saavutatakse V mp = 16 V. TLC27L2 on sisemiselt reguleeritud ribalaiusega 6 kHz, kui V dd = 5 V. Peamiselt seetõttu, et TLC27L2 ribalaius on oluliselt madalam bq2031 lülitussagedusest, on lisatud voolu juhtlülitus jätkuvalt konstantne. Varasema vooluringi bq2031 (joonis 3) optimaalne vool on 1 A. Juhul kui päikesepaneel suudab anda piisavalt energiat aku laadimiseks 1 A juures, ei hakka välimine juhtimisahel tööle. Kuid kui isolatsioon väheneb ja päikeseelektripaneel üritab pakkuda piisavalt energiat, et akut laadida 1 A juures, vähendab välimine juhtimissilmus laadimisvoolu, et säilitada sisendpinge V mp juures. Tabelis 1 näidatud tulemused kinnitavad ahela toimimist. Paksus kirjas olevad pingenäidud tähistavad probleemi alati, kui sekundaarne juhtsilm minimeerib laadimisvoolu, et säilitada sisend V mp juures Viited: MPPT sünkroonse lülitusrežiimi akulaadimise kontrolleri vooluring KONVERTERI KASUTAMINE
Kujundus nr 3: Kiire MPPT laadija ahel
Abstraktne
Sissejuhatus
I-V päikesepaneeli omadused
bq2031-põhine MPPT-laadija
Paar: 3 hõlpsasti uuritud mahtuvuslikku lähedusanduri ahelat Järgmine: 8 funktsiooni jõuluvalguse ahel
