Jump to content
Obergan Alexey

Аналоговый MPPT контроллер на LM2596

Recommended Posts

Posted (edited)

Доброго времени суток

Хотел поделиться прототипом устройства для зарядки аккумуляторов и павер банков от солнечных панелей. Основная проблема, с которой я столкнулся при зарядке батарей, когда подключал классический DC-DC преобразователь, это то, что при хорошем освещении всё работало как надо, т.е. на входе 18-20 вольт, на выходе 5(ну или 8.6 при зарядке павербанка) с хорошим током, но стоит только появиться небольшой тучке, сразу же напряжение на солнечной панели падало и зарядка существенно замедлялась.

Не знаю, было ли уже подобное изобретено или нет, но при беглом поиске ничего подобного не находил. В любом случае, полноценные MPPT контроллеры стоят не дёшево и для зарядки гаджетов их покупать смысла нет. Этот же девайс вполне себе прост в сборке.

Фактически, данное устройство не является MPPT контроллером, т.к. оно не отслеживает потребляемую мощность как таковую, а всего лишь следит за тем, чтоб входное напряжение не падало ниже определённого значения, т.к. специфика панелей такова, что выходное напряжение зависит от освещения незначительно, а вот сила тока меняется весьма существенно. Идея заключалась в том, чтоб подать входное напряжение на инвертирующий усилитель, и его выход уже  подавать на обратную связь ШИМ контроллера. Как только входное напряжение становится ниже определённого порога, ШИМ контроллер начинает уменьшать скважность, ограничивая потребление тока таким образом, чтоб не допустить просадки. В данном случае, отдаваемая в нагрузку мощность будет равна Vвх * Iвх * КПД(в моём случае вышло при различных условиях 75-85%).

На картинке ниже показана схема самой системы отслеживания входного напряжения

IMG_20190218_083521.thumb.jpg.f160d8c205dcddce14b4442aa0fbf3f8.jpg

А вот схема готового устройства

 

Schematic_MyMPPT_Sheet-1_20190327131707.thumb.png.bb17109885c6b3e82c5d40299b1ae983.png

Теперь немного по схеме. С помощью подстроечника R1 регулируется порог входного напряжения, ниже которого оно не должно опускаться. R7 задаёт максимальное выходное напряжение. По поводу резистора R6 не уверен в его необходимости, но ИМХО, это не есть очень хоршо, когда пин обратной связи висит в воздухе. Также по поводу диодов D2, D4. У меня были только амперные, но токи в цепи обратной такие, что ради экономии места, можно поставить самые мелкие(не обязательно даже шоттки). Можно было инвертирующий усилитель сделать на ОУ, но я посчитал кощунством втыкать ОУ там, где можно обойтись одним транзистором. В дальнейшем, когда буду проектировать устройство с возможностью регулирования тока, где без ОУ не обойтись, вставлю какой-нибудь сдвоенный операционник.

Собственно сам собранный девайс

IMG_20190218_075922.thumb.jpg.80b4539286a40273101852bc97c0f9ef.jpg

IMG_20190218_075935.thumb.jpg.83e5f778ec05a8e1e21cf81811be9575.jpg

Устройство работает, но выявились некоторые недостакти, поэтому собственно и позиционирую его как прототип, а не как законченный девайс

1. Радиатор ШИМ контроллера находится слишком близко к входному конденсатору, нагревая его. А греется он при токе в 1.7 ампер очень не слабо. LM2596 заказывал у китайцев по цене 1 евро за 10 штук. Так что особо не удивляюсь. В дальнейшем планирую использовать XL4015.

2. Если сначала подключить мощную нагрузку на выход, а потом только солнечную панель, то устройство не запустится. Напряжение по входу сразу же просядет и не будет подниматься. Должно вылечиться с помощью схемы защиты ШИМ микросхемы от пониженного напряжения. Схема такой защиты есть в даташите.

3. Если напряжение на солнечной панели опустится ниже порогового, то устройство выключится и не будет ничего отдавать от слова совсем. Напряжение на пине обратной связи поднимется выше 1.25 вольта и контроллер уменьшит скважность до нуля. Но я это особой проблемой не считаю. При хорошем освещении панель выдаёт 20 вольт без нагрузки. Я настроил пороговое напряжение на 17 вольт. Если на ХХ напряжение опустится ниже 17 вольт, то брать с этой панели будет уже нечего.  У меня 17 вольт выходит даже когда панель направлена не на солнце, а просто на небо.

 

Собственно вот и всё. Буду рад, если кому-то идея покажется интересной. В конце концов, прототип рабочий и человеку, имеющему опыт в электронике, не составит труда довести его до ума.

P.S.

Печатную плату в формате спринт лэйаут выложу чуть попозже. Она находится на другом компьютере и сейчас доступа к нему нет.

Edited by Obergan Alexey

Share this post


Link to post
Share on other sites

Как и обещал, выкладываю печатную плату. Как уже говорил выше, конденсатор С1 слишком близко находится к радиатору, но при желании плату можно подредактировать. Проще чем с нуля рисовать

mymppt.lay6

Share this post


Link to post
Share on other sites

Попробую объяснить на примере, какое преимущество имеет это устройство перед обыкновенным DC-DC преобразователем. Итак, если прикинуть очень грубо, то солнечную панель можно представить как источник напряжения с ограничением по току. В данном случае ограничение по току пропорционально степени освещённости. Напряжение тоже меняется но не так значительно, поэтому я решил этим пренебречь. Итак, представим, что наша панель подключена  к DC-DC преобразователю, который выдаёт 5 вольт и от него заряжается телефон. Допустим при текущих условиях панель выдаёт 20 вольт и ток ограничен половиной ампера. Для простоты рассчётов предположим, что КПД преобразователя 100%. Итак, имеем на входе 20 вольт и 0.5 ампер, а на выходе 5 вольт и два ампера. Телефон более 2х ампер не берёт, поэтому при увеличении освещённости панели режим работы не меняется. еА теперь представим обратную ситуацию. Небо заволокло дымкой, или солнце немного ушло и изменился угол освещения. В общем не может больше панель дать пол ампера. Пусть будет теперь 0.4. Напряжение на панели начинает просаживаться, преобразователь превращается в перемычку и теперь на телефон вместо 2х ампер идёт уже 0.4. Т.е. скорость зарядки резко снижается. И теперь даже если солнце выйдет из-за туч, то преобразователь снова заработает только когда ток с панели превысит 2 ампера. Что невозможно. 

Как будут обстоять дела с моим преобразователем ? Как только начинается просадка по напряжению, он начинает занижать выходное напряжение(а соответственно и ток) до той поры, пока входное напряжение снова не поднимется до 20-ти вольт. И теперь на входе будет 20 вольт и 0.4 ампера, а на выходе чуть меньше 5-ти вольт и 1.6 ампер. И даже при КПД в 75%, ток будет 1.2 ампера, что в 3 раза выше чем 0.4. Т.е. с панели будет сниматься почти максимальная мощность. Почти, потому что напряжение тоже немного падает с уменьшением освещённости, поэтому настраивать преобразователь надо не на 20 вольт, а на 18. 

Как-то так в общем. Надеюсь не сильно сумбурно объяснил :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Высококачественные конденсаторы Panasonic для надежности вашей электроники!

Электролитические алюминиевые конденсаторы Panasonic отличаются повышенной надежностью, длительным сроком службы, низким импедансом и выдерживают большой ток пульсаций, в то время как семейства полимерных конденсаторов Panasonic SP-CAP, POSCAP, OS-CON и HYBRID характеризуют сверхнизкий ESR и увеличенная емкость, работа при высоких напряжениях и в расширенном температурном диапазоне. Приобретая продукцию Panasonic, вы гарантированно получаете самое передовое решение для ваших задач. Для облегчения вашего выбора, мы подготовили подборку полезных материалов.

Читать статьи

Было бы хорошо на большую мощность/ток. 10-20-30Ампер. Да и на цепочку панелей 24-28В. Если интересны панели - пишите.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 @solar_panel, на бОльшую мощность  такой вариант не очень годится. Надо на микроконтроллере, который отслеживает именно саму точку максимальной мощности. Сейчас спроектировал второй вариант на XL4015. Уже на 5 ампер. Платы в пути из Китая. Если на этой неделе соберу, то выложу...

Share this post


Link to post
Share on other sites
                     

Вебинар "Как создать BLE-устройство на базе новейшего беспроводного микроконтроллера STM32WB55"

27 ноября 2019 года компания КОМПЭЛ приглашает разработчиков, технических руководителей и энтузиастов беспроводной связи на вебинар, посвященный новинке 2019 года – мультипротокольному беспроводному микроконтроллеру STM32WB55, который позволяет создавать устройства на базе стандартов BLE 5.0; BLE Mesh; 802.15.4/ZigBee и Thread. На вебинаре мы покажем, как с помощью привычных инструментов STM32Cube и STM32CubeMX можно создать свое первое, надежно работающее BLE-приложение.

Зарегистрироваться на вебинар

25.07.2019 в 11:23, Obergan Alexey сказал:

 @solar_panel, на бОльшую мощность  такой вариант не очень годится. Надо на микроконтроллере, который отслеживает именно саму точку максимальной мощности. Сейчас спроектировал второй вариант на XL4015. Уже на 5 ампер. Платы в пути из Китая. Если на этой неделе соберу, то выложу...

ну как успехи?)

Share this post


Link to post
Share on other sites
03.08.2019 в 17:59, solar_panel сказал:

ну как успехи?)

Да пока собрал, но что-то не совсем так работает, как хотелось бы. Видимо индуктивность маленькая. Попробую поставить побольше. Да и времени не было больше, только с фестиваля вернулся. Схему нарисую, и выложу вместе с печаткой. Но попозже. Сейчас совсем ничего не успеваю

Share this post


Link to post
Share on other sites

@solar_panel, у меня просто мало времени на это дело. Первый модуль не получился из-за корявой разводки земли, сейчас заказал платы для второй версии, причём как для XL4015, так и для XL4016. Второй вроде как расчитан на 8 ампер. Работа в этом направлении ведётся, просто очень медленно. А не интересует эта тема никого, потому что реальную электроэнергию с солнечных панелей(хотя бы пару киловатт) могут получить те, у кого есть частный дом. Но стоимость панелей и батарей такова, что врядли вся эта кухня когда-нибудь окупится.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...

  • Similar Content

    • By Ivan Votentsev
      Приветствую!
      Кто знает, подскажите, возможно ли использовать PWM контроллер для заряда Li-ion банок собранных на 12В? По умолчанию везде кислотные АБ.
      Или нужен дополнительный контроллер заряда?
      А может быть есть специальные контроллеры?
      Задача простая.  Хочу использовать вот такой солнечный модуль:
       
      и получить USB для зарядки девайсов


    • Guest Радик
      By Guest Радик
      Хочу для загородного дома купить солнечную панель, точнее 2-3 шт по 100 Ватт и поставить на крышу. Запитать от них все 12В освещение в доме, а в дальнейшем возможно прикуплю аккумулятор и инвертер для 220В сети. Т.к. сеть 220В часто аварии, пониженное напряжение и т.п.
      Вот смотрю на алиэкспресс самые разные виды есть: поли, монокристал, гибкие и т.п. Может кто уже имел опыт, подскажите что лучше приобрести? Также, если град пойдет, то не побьет ли он их? Крупного града у нас не бывает, а вот мелкий град 1-2см, пару раз за лето стабильно...
      Какого КПД если они будут на крыше стоят "стационарно" без трекинговой системы?
      Я читал, что КПД самих ячеек со временем падает, на сколько лет их хватит до замены?
      В общем если кто имел опыт, поделитесь своим мнением.
  • Сообщения

    • Знаю, и уже устал писать, что не возврат это, а создание нового народного легитимного социалистического государства. Это нужно осознать, что бы понять. Это намного больше, чем мечтает Практик-снять пыню. Т.е. поменять презерватив. Его нужно вообще снять.
    • @kotenok Я тебя расстрою, возврат в СССР не возможен, на это есть и экономически и политические причины. Политику трогать не стану, возьму экономику... Прошло 30 лет, научно технический прогресс всё это время не стоял на месте, сильно развился Китай (тут с этим спорить глупо), Тайвань (не забываем про лидера в литографии TSMC, с долей рынка более 50%) ASUS, сильно рванула Южная Корея (Samsung), замедлилась Япония (Toshiba, SONY, Mitsubishi )  не без помощи кстати Фукусима. Nokia разделилась, но вроде выжила, Motorola ушла с рынка, Google взлетел, Канадская ATI была куплена AMD, а сама AMD что-бы выжить разделилась на GlobalFoundries и пошла к TSMC, такое лет 20 назад и приставить себе нельзя, это мировая глобализация. Сама РФ сильно интегрировались, например Coca-Cola (наверное у многих это бренд ассоциируется с США), но ведь сок  Добрый, Rich, Pulpy, Моя Семья это тоже Coca-Cola :), не пьёшь колу, лучше вон сок добрый купи :),  Раньше нам показывали роботов из Японии, сегодня из США (Boston Dynamics).  А представь себе Google, TSMC, Boston Dynamics,  ASUS, SpaceX,  ARM Limited (привет мобилкам) это компании которые появись за эти 30 лет  Мир вообще сильно изменился, Microsoft и Apple сегодня кажутся старыми компаниями, хотя Microsoft всего 45 лет, а  Билл Гейтс моложе Путина.  
    • Где напряжение падает? На самой нагрузке? Вот в эту точку и подключи обратную связь. 
    • Т.е.  пjлучается,  что  живой АКБ"  Вы  будете  заряжать  незнамо  чем?  
    • РазбирайсЯ
    • Сюда ходи.
×
×
  • Create New...