Litar Pengawal Cas Suria 3 MPPT Terbaik untuk Pengecasan Bateri Yang Efisien

MPPT seperti yang kita semua tahu merujuk kepada pengesanan titik kuasa maksimum yang biasanya dikaitkan dengan panel suria untuk mengoptimumkan outputnya dengan kecekapan maksimum. Dalam catatan ini, kami mempelajari 3 rangkaian pengawal MPPT terbaik untuk memanfaatkan tenaga suria dengan cekap dan mengecas bateri dengan cara yang paling cekap.

Tempat MPPT Digunakan

Output yang dioptimumkan dari litar MPPT terutama digunakan untuk mengecas bateri dengan kecekapan maksimum dari cahaya matahari yang tersedia.

Penggemar baru biasanya menganggap konsep itu sukar dan keliru dengan banyak parameter yang berkaitan dengan MPPT, seperti power point maksimum, 'lutut' graf I / V dan lain-lain.

Sebenarnya tidak ada yang begitu rumit mengenai konsep ini, kerana panel solar tidak lain hanyalah bentuk bekalan kuasa.

Mengoptimumkan bekalan kuasa ini menjadi mustahak kerana biasanya panel suria kekurangan arus, tetapi mempunyai voltan berlebihan, spesifikasi panel solar yang tidak normal ini cenderung tidak sesuai dengan beban standard seperti bateri 6V, 12V yang membawa penarafan AH yang lebih tinggi dan penarafan voltan yang lebih rendah berbanding dengan spesifikasi panel, dan lebih jauh lagi cahaya matahari yang sentiasa berubah menjadikan peranti ini sangat tidak konsisten dengan parameter V dan I.

Itulah sebabnya kami memerlukan peranti perantaraan seperti MPPT yang dapat 'memahami' variasi ini dan mengeluarkan output yang paling diingini dari panel solar yang bersambung.

Anda mungkin sudah mempelajari perkara ini litar MPPT berasaskan IC 555 ringkas yang secara eksklusif diteliti dan dirancang oleh saya dan memberikan contoh yang sangat baik dari rangkaian MPPT yang berfungsi.

Mengapa MPPT

Idea asas di sebalik semua MPPT adalah menjatuhkan atau mengurangkan kelebihan voltan dari panel mengikut spesifikasi beban memastikan jumlah voltan yang dipotong ditukar menjadi jumlah arus yang setara, sehingga menyeimbangkan magnitud I x V di seluruh input dan hasilnya selalu sampai ke tahap ... kita tidak boleh mengharapkan apa-apa lebih daripada alat ini berguna, bukan?

Penjejakan automatik di atas dan menukar parameter dengan tepat dilaksanakan dengan menggunakan PWM pentas pelacak dan a tahap penukar buck , atau kadangkala a tahap penukar buck-boost , walaupun penukar buck tunggal memberikan hasil yang lebih baik dan lebih mudah dilaksanakan.

Reka Bentuk # 1: MPPT menggunakan PIC16F88 dengan Pengecasan 3 Tingkat

Dalam catatan ini kami mengkaji litar MPPT yang hampir sama dengan reka bentuk IC 555, satu-satunya perbezaan adalah penggunaan mikrokontroler PIC16F88 dan litar pengisian 3 tingkat yang dipertingkatkan.

Butiran Kerja Langkah bijak

Fungsi asas pelbagai peringkat dapat difahami dengan bantuan penerangan berikut:

1) Output panel dikesan dengan mengekstrak beberapa maklumat darinya melalui rangkaian pembahagi berpotensi yang berkaitan.

2) Satu opamp dari IC2 dikonfigurasikan sebagai pengikut voltan dan ia melacak output voltan seketika dari panel melalui pembahagi berpotensi pada pin3, dan memberi maklumat kepada pin penginderaan PIC yang berkaitan.

3) Opamp kedua dari IC2 menjadi bertanggungjawab untuk mengesan dan memantau arus yang berbeza-beza dari panel dan memberi input yang sama kepada input penginderaan lain dari PIC.

4) Kedua input ini diproses secara dalaman oleh MCU untuk mengembangkan PWM yang disesuaikan untuk tahap penukar buck yang dikaitkan dengan pinnya # 9.

5) PWM yang keluar dari PIC disangga oleh Q2, Q3 kerana mencetuskan pertukaran P-mosfet dengan selamat. Diod yang berkaitan melindungi pintu mosfet dari overvolatges.

6) Mosfet beralih sesuai dengan pensuisan PWM dan memodulasi tahap penukar buck yang dibentuk oleh induktor L1 dan D2.

7) Prosedur di atas menghasilkan output yang paling sesuai dari penukar buck yang lebih rendah voltan mengikut bateri, tetapi kaya dengan arus.

8) Output dari uang terus diubah dan disesuaikan dengan tepat oleh IC dengan merujuk kepada maklumat yang dihantar dari dua opamps yang berkaitan dengan panel suria.

9) Selain peraturan MPPT di atas, PIC juga diprogram untuk memantau pengisian baterai melalui 3 tingkat diskrit, yang biasanya ditentukan sebagai mod pukal, mod penyerapan, dan mod apungan.

10) MCU 'mengawasi' voltan bateri yang meningkat dan menyesuaikan arus wang dengan sewajarnya mengekalkan tahap Ampere yang betul semasa prosedur pengisian 3 tahap. Ini dilakukan bersamaan dengan kawalan MPPT, seperti menangani dua situasi sekaligus untuk memberikan hasil yang paling baik untuk bateri.

11) PIC itu sendiri dibekalkan dengan voltan terkawal ketepatan pada pin Vdd melalui IC TL499, mana-mana pengatur voltan lain yang sesuai dapat diganti di sini untuk memberikan yang sama.

12) Termistor juga dapat dilihat dalam reka bentuk ini mungkin opsional tetapi dapat dikonfigurasikan secara efektif untuk memantau suhu bateri dan memberi informasi kepada PIC, yang dengan mudah memproses maklumat ketiga ini untuk menyesuaikan output uang memastikan suhu bateri tidak pernah naik di atas tahap tidak selamat.

13) Petunjuk LED yang berkaitan dengan PIC menunjukkan pelbagai keadaan pengecasan bateri yang membolehkan pengguna mendapatkan maklumat terkini mengenai keadaan pengisian bateri sepanjang hari.

14) Litar MPPT yang dicadangkan menggunakan PIC16F88 dengan Pengecasan 3 Tingkat menyokong pengecasan bateri 12V serta pengecasan bateri 24V tanpa perubahan dalam litar, kecuali nilai yang ditunjukkan dalam kurungan dan tetapan VR3 yang perlu disesuaikan untuk membolehkan output menjadi 14.4V pada permulaan untuk bateri 12V dan 29V untuk bateri 24V.

Kod pengaturcaraan boleh Dimuat turun di sini

Reka Bentuk # 2: Pengawal Bateri MPPT Mod Tukar Sinkron

Reka bentuk kedua berdasarkan pada peranti bq24650 yang merangkumi Pengawal Caj Bateri-Mod Suis MPPT terbina dalam yang maju. Ia menawarkan peraturan voltan input tahap tinggi, yang menghalang arus pengecasan ke bateri setiap kali voltan input turun di bawah jumlah yang ditentukan. Ketahui Lebih Lanjut:

Setiap kali input dilampirkan dengan panel suria, gelung penstabil bekalan akan menurunkan amp pengecas untuk memastikan panel solar diaktifkan untuk menghasilkan output daya maksimum.

Bagaimana IC BQ24650 Berfungsi

Bq24650 menjanjikan untuk menyediakan pengawal PWIVI segerak frekuensi tetap dengan tahap ketepatan yang optimum dengan penstabilan arus dan voltan, prapondisi caj, pemotongan caj, dan pemeriksaan tahap pengecasan.

Cip mengecas bateri dalam 3 tahap yang berbeza: pra-penyaman, arus tetap, dan voltan tetap.

Pengecasan dihentikan sebaik sahaja tahap amp mendekati 1/10 dari kadar pengecasan pantas. Pemasa pra-caj ditetapkan pada 30 minit.

Bq2465O tanpa campur tangan manual memulakan semula prosedur pengecasan sekiranya voltan bateri kembali ke bawah had yang ditetapkan secara dalaman atau mencapai mod tidur amp minimum yang tenang sementara voltan input berada di bawah voltan bateri.

Peranti ini dirancang untuk mengecas bateri dari 2.1V hingga 26V dengan VFB dipasang secara dalaman ke titik maklum balas 2.1V. Spesifikasi pengecas dipratetap secara dalaman dengan menetapkan perintang penginderaan yang sesuai.

Bq24650 dapat diperoleh dengan pilihan QFN tipis 16 pin, 3,5 x 3,5 mm ^ 2.

Rajah Litar

Lembaran data bq24650

PERATURAN Voltan BATERAI

Bq24650 menggunakan pengatur voltan yang sangat tepat untuk menentukan voltan pengisian. Voltan pengisian telah ditetapkan dengan menggunakan pembahagi perintang dari bateri ke tanah, dengan titik tengah disambungkan ke pin VFB.

Voltan pada pin VFB dijepit ke rujukan 2.1 V. Nilai rujukan ini digunakan dalam formula berikut untuk menentukan tahap voltan terkawal yang diinginkan:

V (batt) = 2.1V x [1 + R2 / R1]

di mana R2 dihubungkan dari VFB ke bateri dan R1 disambungkan dari VFB ke GND. Li-Ion, LiFePO4, dan juga bateri asid plumbum SMF adalah kimia bateri yang disokong dengan ideal.

Sebilangan besar sel Li-ion rak dapat diisi dengan berkesan hingga 4.2V / sel. Bateri LiFePO4 menyokong proses kitaran pengisian dan pelepasan yang jauh lebih tinggi, tetapi sisi bawah adalah ketumpatan tenaga tidak terlalu baik. Voltan sel yang diiktiraf ialah 3.6V.

Profil cas kedua sel Li-Ion dan LiFePO4 adalah prasyarat, arus tetap, dan voltan malar. Untuk jangka hayat pengecasan / pelepasan yang berkesan, had voltan akhir pengecasan mungkin dikurangkan menjadi 4.1V / sel namun ketumpatan tenaga boleh menjadi jauh lebih rendah berbanding dengan spesifikasi kimia berasaskan Li, asid plumbum terus menjadi bateri yang sangat disukai kerana perbelanjaan pengeluarannya yang berkurang dan kitaran pengosongan yang cepat

Ambang voltan biasa adalah dari 2.3V hingga 2.45V. Setelah bateri diisi sepenuhnya, cas apungan atau tetesan menjadi wajib untuk menampung pengosongan diri. Ambang cas tetesan adalah 100mV-200mV di bawah titik voltan malar.

PERATURAN TEGANGAN INPUT

Panel solar mungkin mempunyai tahap eksklusif pada kurva V-I atau V-P, yang lebih dikenali sebagai Maximum Power Point (MPP), di mana sistem fotovoltaik (PV) lengkap bergantung pada kecekapan optimum dan menghasilkan kuasa output maksimum yang diperlukan.

Algoritma voltan malar adalah pilihan Penjejakan Titik Kuasa Maksimum (MPPT) yang paling mudah. Bq2465O secara automatik mematikan amp pengisian sehingga titik daya maksimum diaktifkan untuk menghasilkan kecekapan maksimum.

Hidupkan Keadaan

Cip bq2465O menggabungkan pembanding 'SLEEP' untuk mengenal pasti kaedah voltan bekalan pada pin VCC, kerana fakta bahawa VCC boleh ditamatkan baik dari bateri atau unit penyesuai AC / DC luaran.

Sekiranya voltan VCC lebih signifikan voltan SRN, dan kriteria tambahan dipenuhi untuk prosedur pengecasan, bq2465O kemudiannya mula melakukan percubaan untuk mengecas bateri yang disambungkan (sila lihat bahagian Mengaktifkan dan Menonaktifkan Pengisian).

Sekiranya voltan SRN lebih tinggi sehubungan dengan VCC, melambangkan bahawa bateri adalah sumber dari mana kuasa diperoleh, bq2465O diaktifkan untuk arus senyap yang lebih rendah (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.

Sekiranya VCC berada di bawah had UVLO, IC dipotong, selepas itu VREF LDO dimatikan.

AKTIFKAN DAN HILANGKAN CAJ

Aspek-aspek berikut yang perlu diperhatikan sebelum proses pengecasan Litar Pengawal Caj Bateri Mod Suis MPPT yang dicadangkan diinisialisasi:

• Proses pengecasan diaktifkan (MPPSET> 175mV)

• Unit ini tidak berada dalam fungsi Under-Voltage-Lock-Out (UVLO) dan VCC melebihi had VCCLOWV

• IC tidak berada dalam fungsi SLEEP (iaitu VCC> SRN)

• Voltan VCC berada di bawah had voltan berlebihan AC (VCC

• Selang masa 30ms dipenuhi setelah penambahan pertama

• Voltan REGN LDO dan VREF LDO ditetapkan pada persimpangan yang ditentukan

• Thermal Shut (TSHUT) tidak diinisialisasi - TS buruk tidak dikenalpasti Salah satu masalah teknikal berikut boleh menghalang proses pengisian bateri:

• Pengecasan dinyahaktifkan (MPPSET<75mV)

• Input adaptor terputus, memprovokasi IC untuk memasuki fungsi VCCLOWV atau SLEEP

• Voltan input penyesuai berada di bawah tanda bateri 100mV di atas

• Penyesuai dinilai pada voltan yang lebih tinggi

• Voltan REGN atau VREF LDO tidak mengikut spesifikasi

• Had pemanasan IC TSHUT dikenal pasti • Voltan TS kebetulan bergerak keluar dari julat yang ditentukan yang mungkin menunjukkan bahawa suhu bateri sangat panas atau sebaliknya lebih sejuk

SEMASA PENGHASILAN LEMBUT-MULA DALAM DIRI DALAM DIRIKAN DIRI

Pengecas dengan sendirinya memulakan arus kuasa pengecas secara automatik setiap kali pengecas bergerak ke pengecasan pantas untuk membuktikan bahawa sama sekali tidak ada keadaan berlebihan atau tekanan pada kapasitor yang disambungkan secara luaran atau penukar kuasa.

Permulaan yang lembut ditampilkan dengan meningkatkan amp penstabilan chaging menjadi lapan langkah operasi yang dilaksanakan secara seragam di sebelah tahap arus pengecasan awalan. Semua langkah yang ditetapkan berlangsung sekitar 1.6ms, untuk tempoh Up 13ms yang ditentukan. Tidak ada satu bahagian luaran yang dipanggil untuk membolehkan fungsi operasi yang dibincangkan.

OPERASI TUKAR

Penukar PWM buck segerak menggunakan mod voltan frekuensi yang telah ditentukan dengan strategi kawalan feed-forvvard.

Konfigurasi pampasan versi III membolehkan sistem memasukkan kapasitor seramik pada peringkat output penukar. Tahap input pampasan dikaitkan secara dalaman antara output maklum balas (FBO) bersama dengan input penguat ralat (EAI).

Tahap pampasan maklum balas dicetuskan antara input penguat ralat (EAI) dan output penguat ralat (EAO). Tahap penapis output LC perlu ditentukan untuk mengaktifkan frekuensi resonan sekitar 12 kHz - 17 kHz untuk peranti, yang frekuensi resonannya, fo, diformulasikan sebagai:

fo = 1/2 √ oLoCo

Jalan gigi gergaji terpadu dibenarkan untuk membandingkan input kawalan ralat EAO dalaman untuk mengubah kitaran tugas penukar.

Amplitud tanjakan adalah 7% daripada voltan penyesuai input yang membolehkannya berkadar kekal dan sepenuhnya berbanding dengan bekalan input voltan penyesuai.

Ini membatalkan segala perubahan perolehan gelung kerana adanya variasi voltan masukan dan mempermudah prosedur pampasan gelung. Jalan diimbangi oleh 300mV sehingga zero-duty-cycIe dicapai apabila isyarat EAO berada di bawah tanjakan.

Isyarat EAO juga memenuhi syarat untuk mengatasi isyarat tanjakan gigi gergaji dengan tujuan untuk mencapai permintaan 100% tugas PWM.

Terbina dalam logik pemacu pintu memungkinkan untuk mencapai 99.98% kitaran tugas pada masa yang sama mengesahkan bahawa peranti atas saluran-N secara konsisten membawa voltan sebanyak yang diperlukan agar sentiasa dihidupkan 100%.

Sekiranya voltan pin BTST ke pin PH berkurang di bawah 4.2V untuk jangka masa yang lebih lama daripada tiga selang, sekiranya MOSFET kuasa n-ChanneI sisi tinggi dimatikan sementara n-Channe sisi rendah | power MOSFET dicetuskan untuk menarik simpul PH ke bawah dan mengisi kapasitor BTST.

Selepas itu pemacu sisi tinggi menormalkan kepada prosedur kitaran tugas 100% sehingga voltan (BTST-PH) diperhatikan menurun rendah sekali lagi, kerana arus keluar yang menghabiskan kapasitor BTST di bawah 4.2 V, serta nadi semula adalah dikeluarkan semula.

Pengayun frekuensi yang telah ditentukan mengekalkan perintah yang tegas terhadap frekuensi pensuisan dalam kebanyakan keadaan voltan input, voltan bateri, arus cas, dan suhu, menyederhanakan susun atur penapis output dan menjauhkannya dari keadaan gangguan yang dapat didengar.

Reka Bentuk # 3: Litar Pengecas MPPT Cepat

Reka bentuk MPPT ketiga terbaik dalam senarai kami menerangkan litar pengecas MPPT ringkas menggunakan IC bq2031 dari INSTRUMEN TEXAS, yang paling sesuai untuk mengecas bateri asid plumbum Ah tinggi dengan cepat dan dengan kadar yang agak cepat

Abstrak

Artikel aplikasi praktikal ini adalah untuk individu yang mungkin sedang mengembangkan pengecas bateri asid plumbum berasaskan MPPT dengan bantuan pengecas bateri bq2031.

Artikel ini merangkumi format struktur untuk mengecas bateri asid plumbum 12-jam yang menggunakan MPPT (penjejakan titik kuasa maksimum) untuk meningkatkan kecekapan pengisian untuk aplikasi fotovoltaik.

Pengenalan

Prosedur termudah untuk mengecas bateri dari sistem panel surya adalah dengan menyambungkan bateri terus ke panel surya, namun ini mungkin bukan teknik yang paling berkesan.

Anggaplah panel suria mempunyai peringkat 75 W dan menghasilkan arus 4.65 A dengan voltan 16 V pada persekitaran ujian normal pada suhu 25 ° C dan 1000 W / m2 insolasi.

Bateri asid plumbum dinilai dengan voltan 12 V secara langsung menghubungkan panel solar ke bateri ini akan menurunkan voltan panel menjadi 12 V dan hanya 55.8 W (12 V dan 4.65 A) yang dapat dihasilkan dari panel untuk pengisian.

Penukar DC / DC mungkin sangat diperlukan untuk pengecasan ekonomi di sini.

Dokumen aplikasi praktikal ini menerangkan model, yang menggunakan bq2031 untuk pengecasan yang berkesan.

Ciri-ciri I-V Panel Suria

Rajah 1 memaparkan aspek standard sistem panel suria. Isc adalah arus litar pintas yang mengalir melalui panel sekiranya panel suria litar pintas.

Ia adalah arus optimum yang mungkin dikeluarkan dari panel solar.

Voc adalah voltan litar terbuka di terminal panel solar.

Vmp dan Imp adalah tahap voltan dan arus di mana kuasa maksimum dapat dibeli dari panel solar.

Walaupun cahaya matahari menurunkan arus optimum (Isc) yang mungkin dicapai, arus tertinggi dari panel solar juga menekan. Gambar 2 menunjukkan variasi ciri I-V dengan cahaya matahari.

Lengkung biru menghubungkan perincian daya maksimum pada pelbagai nilai insolasi

Sebab litar MPPT adalah untuk berusaha mengekalkan tahap kerja panel suria pada titik kuasa maksimum dalam beberapa keadaan cahaya matahari.

Seperti yang diperhatikan dari Gambar 2, voltan di mana daya maksimum dihantar tidak banyak berubah dengan cahaya matahari.

Litar yang dibina dengan bq2031 memanfaatkan watak ini untuk mempraktikkan MPPT.

Gelung kawalan arus tambahan disertakan dengan penurunan arus pengisian ketika cahaya siang berkurang serta untuk mengekalkan voltan panel suria di sekitar voltan titik kuasa maksimum.

Pengecas MPPT Berasaskan bq2031

Lembaran Data BQ2031

Gambar 3 memaparkan skema papan DV2031S2 dengan gelung kawalan arus tambah yang ditambahkan untuk menjalankan MPPT menggunakan penguat operasi TLC27L2.

Bq2031 mengekalkan arus pengecasan dengan mengekalkan voltan 250 mV pada rintangan deria R 20. Voltan rujukan 1.565 V dibuat dengan menggunakan 5 V dari U2.

Voltan input dibandingkan dengan voltan rujukan untuk menghasilkan voltan ralat yang dapat dilaksanakan pada pin SNS bq2031 untuk menurunkan arus pengisian.

Voltan (V mp) di mana kuasa maksimum dapat diperoleh dari panel suria dikondisikan menggunakan perintang R26 dan R27. V mp = 1.565 (R 26 + R 27) / R 27.

Dengan R 27 = 1 k Ω dan R 26 = 9.2 k Ω, V mp = 16 V dicapai. TLC27L2 diselaraskan secara dalaman dengan lebar jalur 6 kHz pada V dd = 5 V. Terutama kerana lebar jalur TLC27L2 jauh di bawah frekuensi pensuisan bq2031, gelung kawalan arus tambah terus berterusan.

Bq2031 di litar sebelumnya (Rajah 3) menawarkan arus optimum 1 A.

Sekiranya panel tenaga suria dapat memberikan daya yang mencukupi untuk mengisi bateri pada suhu 1 A, gelung kawalan luar tidak dapat bergerak.

Tetapi jika penebat berkurang dan panel tenaga suria berusaha untuk memberikan tenaga yang mencukupi untuk mengecas bateri pada suhu 1 A, gelung kawalan luar menurunkan arus cas untuk mengekalkan voltan input pada V mp.

Hasil yang ditunjukkan dalam Jadual 1 mengesahkan fungsi litar. Pembacaan voltan dalam huruf tebal menandakan masalah apabila gelung kawalan sekunder meminimumkan arus cas untuk mengekalkan input pada V mp

Rujukan:

Instrumen Texas

Litar Pengawal Caj Bateri Mod Suis MPPT