Az MPPT, amint mindannyian tudjuk, a maximális teljesítménypont követésre utal, amelyet általában a napelemekkel társítanak a kimenetük maximális hatékonyságú optimalizálása érdekében. Ebben a bejegyzésben megtanuljuk a 3 legjobb MPPT vezérlő áramkört a napenergia hatékony kihasználására és az akkumulátor leghatékonyabb feltöltésére.
MPPT-t használnak
Az MPPT áramkörök optimalizált kimenetét elsősorban a rendelkezésre álló napsütéstől maximális hatékonyságú akkumulátorok töltésére használják.
Az új hobbisták általában nehéznek találják a koncepciót, és összetévesztik őket az MPPT-hez kapcsolódó számos paraméterrel, például a maximális teljesítményponttal, az I / V grafikon „térde” stb.
Valójában nincs semmi olyan összetett ebben a koncepcióban, mert a napelem nem más, mint csak az áramellátás egyik formája.
A tápellátás optimalizálása azért válik szükségessé, mert általában a napelemeknek nincs áramuk, de túlzott feszültségük van, ezért a napelem ezen rendellenes jellemzői inkompatibilisek szokásos terhelésekkel, például a 6 V-os és 12 V-os akkumulátorokkal, amelyek magasabb AH besorolással és alacsonyabb feszültséggel rendelkeznek panel specifikációi, továbbá a folyamatosan változó napsütés miatt az eszköz rendkívül inkonzisztens a V és I paraméterekkel.
Ezért van szükségünk egy köztes eszközre, például egy MPPT-re, amely képes „megérteni” ezeket a variációkat, és kibontani a csatlakoztatott napelem legkívánatosabb kimenetét.
Lehet, hogy ezt már tanulmányozta egyszerű IC 555 alapú MPPT áramkör amelyet kizárólag én kutattam és terveztem, és kiváló példát nyújt egy működő MPPT áramkörre.
Miért MPPT
Az összes MPPT alapgondolata az, hogy a panel felesleges feszültségét le kell csökkenteni vagy levágni a terhelés specifikációinak megfelelően, biztosítva, hogy a levont feszültségmennyiség egyenértékű árammá alakuljon át, így egyensúlyozva az I x V nagyságát a bemeneten és a kimenet mindig a jelig ... nem várhatunk ennél többet ettől a hasznos modultól, igaz?
A fenti automatikus nyomon követést és a paraméterek megfelelő konverzióját PWM segítségével valósítjuk meg tracker szakasz és a buck konverter szakasz , vagy néha a buck-boost konverter szakasz , bár a magányos bak konverter jobb eredményeket ad és egyszerűbb kivitelezni.
1. tervezés: MPPT a PIC16F88 segítségével, háromszintű töltéssel
Ebben a bejegyzésben egy MPPT áramkört vizsgálunk, amely meglehetősen hasonlít az IC 555 tervezéséhez, az egyetlen különbség a PIC16F88 mikrovezérlő és a továbbfejlesztett háromszintű töltőáramkör használata.
Lépésenkénti munka részletei
A különböző szakaszok alapvető funkciója a következő leírás segítségével érthető meg:
1) A panel kimenetét nyomon követjük, kivonva belőle pár információt a társított potenciálosztó hálózatokon keresztül.
2) Az IC2 egyik opampja feszültségkövetőként van konfigurálva, és nyomon követi a panel pillanatnyi feszültségét a pólusán lévő potenciálosztón keresztül3, és az információkat a PIC megfelelő érzékelő tűjéhez továbbítja.
3) Az IC2 második opampja lesz felelős a panel változó áramának nyomon követéséért és monitorozásáért, és ugyanezt táplálja a PIC másik érzékelő bemenetébe.
4) Ezt a két bemenetet az MCU belsõleg dolgozza fel, hogy megfelelõen személyre szabott PWM-t fejlesszen ki a 9-es csaphoz társított buck konverter szakaszhoz.
5) A PIC-ből a PWM-t Q2, Q3 pufferolja a kapcsoló P-mosfet biztonságos kiváltása érdekében. A hozzá tartozó dióda megvédi a mosfet kaput a túlfeszültségektől.
6) A mosfet a kapcsoló PWM-eknek megfelelően kapcsol és modulálja az L1 és D2 induktivitás által képzett buck konverter fokozatot.
7) A fenti eljárások biztosítják a legmegfelelőbb kimenetet a buck konverterből, amely alacsonyabb feszültségű, mint az akkumulátor, de gazdag áram.
8) A kimenet kimenete folyamatosan módosul, és az IC megfelelően beállítja a napelemhez társított két opamp által küldött információkra hivatkozva.
9) A fenti MPPT szabályozás mellett a PIC programozva van az akkumulátor töltöttségének figyelemmel kísérésére 3 különálló szinten keresztül, amelyeket általában a ömlesztett mód, abszorpciós mód, úszó üzemmód.
10) Az MCU „figyelemmel kíséri” az akkumulátor növekvő feszültségét, és ennek megfelelően állítja be a bekapcsolási áramot, fenntartva a megfelelő Amperszintet a töltés 3 szintjén. Ez az MPPT vezérléssel együtt történik, ez olyan, mintha egyszerre két helyzetet kezelne az akkumulátor számára a legkedvezőbb eredmények elérése érdekében.
11) Magát a PIC-t precíziósan szabályozott feszültséggel látják el a Vdd csatlakozóján az IC TL499-en keresztül, itt bármilyen más megfelelő feszültségszabályozót ki lehet cserélni.
12) Termisztor is látható a kivitelben, ez opcionális lehet, de hatékonyan konfigurálható az akkumulátor hőmérsékletének figyelemmel kísérésére és az információk betáplálására a PIC-hez, amely könnyedén feldolgozza ezt a harmadik információt a bak kimenet testreszabásához, ügyelve arra, hogy az akkumulátor hőmérséklete soha nem emelkedik a nem biztonságos szint fölé.
13) A PIC-hez tartozó LED-jelzők jelzik az akkumulátor különféle töltési állapotait, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy naprakész információkat szerezzen az akkumulátor töltési állapotáról a nap folyamán.
14) A javasolt MPPT áramkör, amely 3 szintes töltéssel rendelkezik a PIC16F88 használatával, támogatja az 12 V-os és a 24 V-os akkumulátorok töltését az áramkör változása nélkül, kivéve a zárójelben és a VR3 beállításban megadott értékeket, amelyeket ki kell igazítani a kimenet lehetővé tétele érdekében 14,4 V az induláskor egy 12 V-os elem és 29 V-os egy 24 V-os akkumulátor esetén.
A programozási kód letölthető itt
2. kivitel: Szinkron kapcsolóüzemű MPPT akkumulátor-vezérlő
A második kialakítás a bq24650 eszközön alapul, amely egy fejlett beépített MPPT szinkron kapcsolóüzemű akkumulátor töltésvezérlőt tartalmaz. Magas szintű bemeneti feszültség-szabályozást kínál, amely megakadályozza az akkumulátor töltőáramát, amikor a bemeneti feszültség egy meghatározott érték alá csökken. Tudj meg többet:
Valahányszor a bemenetet napkollektorral csatolják, az ellátásstabilizáló hurok lehúzza a töltőerősítőt annak biztosítása érdekében, hogy a szolárpanel lehetővé tegye a maximális teljesítmény leadását.
Hogyan működik az IC BQ24650
A bq24650 azt ígéri, hogy állandó frekvenciájú szinkron PWIVI vezérlőt biztosít, optimális pontossággal, áram- és feszültségstabilizálással, töltés előkondicionálással, töltés-kikapcsolással és töltésszint-ellenőrzéssel.
A chip 3 különálló szinten tölti az akkumulátort: előkondícionálás, állandó áram és állandó feszültség.
A töltés leáll, amint az erősítő szintje megközelíti a gyorstöltési sebesség 1/10-ét. Az előtöltési időzítő beállítása 30 perc.
A bq2465O kézi beavatkozás nélkül újraindítja a töltési eljárást abban az esetben, ha az akkumulátor feszültsége visszaáll a belsőleg beállított határérték alá, vagy eléri a minimális nyugalmi erősítő alvó üzemmódját, miközben a bemeneti feszültség az akkumulátor feszültsége alá csökken.
A készüléket úgy tervezték, hogy 2,1 V-26 V-os akkumulátort töltsön be, a VFB-vel pedig egy 2,1 V-os visszacsatolási pontra rögzítve. A töltőerősítő specifikációja előre be van állítva egy jól illeszkedő érzékelő ellenállás rögzítésével.
A bq24650 beszerelhető 16 tűs, 3,5 x 3,5 mm ^ 2 vékony QFN opcióval.
Kördiagramm
AKKUMULÁTOR Feszültségszabályozása
A bq24650 rendkívül pontos feszültségszabályozót alkalmaz a töltési feszültség meghatározásához. A töltési feszültséget egy ellenállás-elválasztó segítségével állítják be az akkumulátortól a földig, a középponttal felhelyezve a VFB csapot.
A feszültség a VFB csapon 2,1 V referenciaértékre van szorítva. Ezt a referenciaértéket a következő képletben használják a kívánt szabályozott feszültségszint meghatározásához:
V (ütő) = 2,1 V x [1 + R2 / R1]
ahol R2 a VFB-ből az akkumulátorba, R1 pedig a VFB-ből a GND-be van kapcsolva. A Li-Ion, a LiFePO4, valamint az SMF ólom-savas akkumulátorok ideálisan támogatott elemkémia.
A polcra kerülő Li-ion cellák többsége hatékonyan feltölthető 4,2 V / celláig. A LiFePO4 akkumulátor lényegesen magasabb töltési és kisütési ciklusokat támogat, de az a hátrány, hogy az energia sűrűsége nem túl jó. A felismert cellafeszültség 3,6 V.
A két Li-Ion és LiFePO4 cella töltési profilja előfeltételezés, állandó áram és állandó feszültség. A hatékony töltési / kisütési élettartam érdekében a töltés végi feszültséghatár 4,1 V / cellára csökkenthető, azonban az energia sűrűsége jóval alacsonyabbá válhat a Li-alapú kémiai specifikációhoz képest, az ólomsav továbbra is az alacsonyabb gyártási költségek, valamint a gyors lemerülési ciklusok miatt sokkal előnyösebb akkumulátor.
A közös feszültségküszöb 2,3 V és 2,45 V között van. Miután az akkumulátor teljesen feltöltődött, úszó vagy csepegtető töltés kötelezővé válik az önkisülés pótlására. A csepegtető töltésküszöb 100mV-200mV az állandó feszültségpont alatt.
BEMENETI FESZÜLTSÉG SZABÁLYOZÁSA
A napelemek exkluzív szintje lehet a V-I vagy a V-P görbén, közismert nevén Maximum Power Point (MPP), ahol a teljes fotovoltaikus (PV) rendszer optimális hatékonysággal támaszkodik és a szükséges maximális kimenő teljesítményt generálja.
Az állandó feszültségű algoritmus a legkönnyebben elérhető MPPT (Maximum Power Point Tracking) lehetőség. A bq2465O automatikusan kikapcsolja a töltőerősítőt úgy, hogy a maximális teljesítménypont engedélyezve legyen a maximális hatékonyság érdekében.
Kapcsolja be az állapotot
A bq2465O chip tartalmaz egy „SLEEP” komparátort, hogy azonosítsa a tápfeszültség eszközeit a VCC csapon, mivel az a tény, hogy a VCC mind az akkumulátorból, mind a külső AC / DC adapter egységből megszakadhat.
Ha a VCC feszültség jelentősebb, mint az SRN feszültség, és a további kritériumok teljesülnek a töltési eljárásokhoz, a bq2465O ezt követően megkísérli a csatlakoztatott akkumulátor feltöltését (lásd a Töltés engedélyezése és letiltása részt).
Ha az SRN feszültség magasabb a VCC-vel szemben, jelképezve, hogy az akkumulátor az a forrás, ahonnan az áramot kapják, akkor a bq2465O alacsonyabb nyugalmi áramra engedélyezett (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Ha a VCC az UVLO határérték alatt van, akkor az IC kikapcsol, ezt követően a VREF LDO kikapcsol.
ENGEDÉLYEZÉS ÉS KIKAPCSOLÁS TÖLTÉS
A következő érintett szempontokat kell biztosítani, mielőtt a javasolt MPPT szinkron kapcsolóüzemű akkumulátor töltésvezérlő áramkör töltési folyamatát inicializálni kezdik:
• A töltési folyamat engedélyezve van (MPPSET> 175mV)
• Az egység nincs alulfeszültség-reteszelő (UVLO) funkcióban, és a VCC meghaladja a VCCLOWV határértéket
• Az IC nem rendelkezik SLEEP funkcióval (azaz VCC> SRN)
• A VCC feszültség az AC túlfeszültség határérték alatt van (VCC • Az első bekapcsolás után 30 ms idő telik el • A REGN LDO és a VREF LDO feszültségek a megadott csomópontokban vannak rögzítve • A hőkapcsoló (TSHUT) nincs inicializálva - a TS hibát nem sikerült azonosítani. A következő technikai problémák bármelyike gátolhatja az akkumulátor folyamatban lévő töltését: • A töltés ki van kapcsolva (MPPSET<75mV) • Az adapter bemenete nincs csatlakoztatva, ami arra készteti az IC-t, hogy belépjen egy VCCLOWV vagy SLEEP funkcióba • Az adapter bemeneti feszültsége 100 mV alatt van az akkumulátor jel felett • Az adapter nagyobb feszültségű • A REGN vagy a VREF LDO feszültség nem felel meg a specifikációknak • A TSHUT IC meleg határértékét meghatározták • A TS feszültség előfordul, hogy elmozdul a megadott tartományból, ami azt jelezheti, hogy az akkumulátor hőmérséklete rendkívül meleg, vagy alternatív megoldásként sokkal hűvösebb Önindító beépített SOFT-START TÖLTŐ ÁRAM A töltő önmaga lágyindítással indítja a töltő teljesítményszabályozó áramát, valahányszor a töltő a gyorstöltésre lép, hogy megállapítsa, hogy a külsőleg csatlakoztatott kondenzátorokon vagy az átalakítón semmiféle túlterhelés vagy stresszes állapot nincs. A puha indítás a chaging stabilizáló erősítő nyolc egyenletesen végrehajtott működési lépésbe történő fokozását jelenti az előtagolt töltési áramszint mellett. Az összes hozzárendelt lépés kb. 1,6 ms, meghatározott 13 ms-os Up időtartamig tart. A megvitatott működési funkció engedélyezéséhez egyetlen külső rész sem szükséges. A szinkron buck PWM konverter előre meghatározott frekvenciafeszültség üzemmódot alkalmaz, előre-előre vezérlő stratégiával. A III-as verziójú kompenzációs konfigurációval állítsuk be a rendszert a kerámia kondenzátorok beépítésére az átalakító kimeneti szakaszába. A kompenzációs bemeneti szakasz belső kapcsolatban van a visszacsatoló kimenettel (FBO) és a hibaerősítő bemenettel (EAI). A visszacsatolás-kompenzációs fokozat a hibaerősítő bemenet (EAI) és a hibaerősítő kimenet (EAO) között van. Az LC kimeneti szűrő fokozatát meg kell határozni, hogy 12 kHz - 17 kHz körüli rezonancia frekvencia legyen elérhető az eszköz számára, amelyre a fo rezonancia frekvencia a következőképpen van megfogalmazva: fo = 1/2 √ oLoCo Az integrált fűrészfog rámpa lehetővé teszi a belső EAO hibavezérlő bemenet összehasonlítását az átalakító munkaciklusának megváltoztatása érdekében. A rámpa amplitúdója a bemeneti adapter feszültségének 7% -a, amely lehetővé teszi, hogy tartósan és teljesen arányos legyen az adapter feszültségének bemeneti tápellátásával. Ez megszünteti a hurokerősítés bármilyen változását a bemeneti feszültség változása miatt, és leegyszerűsíti a hurok kompenzációs eljárásokat. A rámpát 300 mV-mal kiegyensúlyozzák, így nulla százalékos munkaciklus érhető el, amikor az EAO jel a rámpa alatt van. Az EAO jel szintén alkalmas arra, hogy meghaladja a fűrészfog rámpa jelét azzal a céllal, hogy elérje a 100% -os munkaciklus PWM igényt. Beépített kapu meghajtó logika lehetővé teszi a 99,98% -os munkaciklus egyidejű elvégzését, megerősítve, hogy az N-csatornás felső eszköz következetesen annyi feszültséget hordoz, amennyire csak szükséges, hogy mindig 100% -ban bekapcsolva legyen. Abban az esetben, ha a BTST érintkező és a PH érintkező feszültsége 4 intervallum alatt csökken, háromnál hosszabb időközönként, ebben az esetben a magas oldali n-channeI tápellátású MOSFET kikapcsol, míg az alacsony oldali n-channe | A MOSFET tápellátása elindítja a PH csomópont lehúzását és a BTST kondenzátor feltöltését. Ezt követően a magas oldali meghajtó 100% -os működési ciklusra normalizálódik, amíg a (BTST-PH) feszültség ismét alacsonyan csökken, mivel a BTST kondenzátort 4,2 V alatt lemeríti a kiáramló áram, és visszaállítja az impulzust. újra kiadták. Az előre meghatározott frekvencia-oszcillátor szigorú parancsot tart fenn a kapcsolási frekvencia felett a bemeneti feszültség, az akkumulátor feszültsége, a töltőáram és a hőmérséklet legtöbb esetben, egyszerűsítve a kimeneti szűrő elrendezését és távol tartva azt a hallható zavaroktól. A listánk harmadik legjobb MPPT-kialakítása egy egyszerű MPPT töltőáramkört magyaráz az IC bq2031 from felhasználásával TEXAS INSTRUMENTS, amely a legalkalmasabb a magas Ah ólom-savas akkumulátorok gyors és viszonylag gyors ütemű feltöltésére Ez a gyakorlati alkalmazás cikk azoknak szól, akik MPPT alapú ólomakkumulátor-töltőt fejlesztenek a bq2031 akkumulátortöltő segítségével. Ez a cikk egy 12 A-órás ólom-sav akkumulátor töltésének szerkezeti formátumát használja, MPPT (maximális teljesítménypont-követés) alkalmazásával, a fotovoltaikus alkalmazások töltési hatékonyságának javítása érdekében. Az akkumulátor napelemes rendszerekből történő feltöltésének legegyszerűbb módja az akkumulátor egyenes csatlakoztatása a napelemhez, de ez nem biztos, hogy a leghatékonyabb módszer. Tegyük fel, hogy a napelem 75 W névleges névleges értéket ad, és 4,65 A áramot generál 16 V feszültséggel normál vizsgálati környezetben, 25 ° C hőmérsékleten és 1000 W / m2 inszolációval. Az ólom savas akkumulátor 12 V-os feszültséggel rendelkezik, amely közvetlenül a napelem panelt csatlakoztatja ehhez az akkumulátorhoz, a panel feszültségét 12 V-ra csökkentené, és csak 55,8 W (12 V és 4,65 A) termelhetõ a panelrõl töltésre. DC / DC átalakítóra lehet itt a legalkalmasabb a gazdaságos töltéshez. Ez a gyakorlati alkalmazási dokumentum ismerteti a modellt, a bq2031 felhasználásával a hatékony töltéshez. Az 1. ábra a napelemes rendszerek szokásos aspektusait mutatja be. Az Isc egy rövidzárlati áram, amely a panelen keresztül áramlik abban az esetben, ha a napelem rövidzárlata van. Előfordulhat, hogy ez az optimális áram, amelyet a napelemből ki lehet vonni. Voc a nyitott áramkör feszültsége a napelem kapcsain. A Vmp és Imp azok a feszültség- és áramszintek, ahol a maximális teljesítmény megvásárolható a napelemről. Míg a napsütés csökkenti az elérhető optimális áramot (Isc), a napelem legnagyobb áramát is elnyomja. A 2. ábra az I-V jellemzőinek variációját mutatja a napfénnyel. A kék görbe összekapcsolja a maximális teljesítmény részleteit az inszoláció különböző értékeinél Az MPPT áramkör oka az, hogy több napsütéses körülmények között megpróbálja fenntartani a napelem munkaszintjét a maximális teljesítményponton. Amint a 2. ábrán látható, a maximális teljesítmény leadása esetén a feszültség nem változik nagy mértékben a napsütésben. A bq2031 segítségével felépített áramkör ezt a karaktert használja az MPPT gyakorlatba ültetésére. Egy további áramszabályozó hurkot tartalmaz a töltőáram csökkenése a nappali fény csökkenésével, valamint a napelem feszültségének fenntartása a maximális teljesítménypont feszültsége körül. A 3. ábra bemutatja a DV2031S2 kártya vázlatát, hozzáadott áramvezérlő hurokkal hozzáadva az MPPT végrehajtásához, a TLC27L2 operációs erősítő felhasználásával. A bq2031 úgy tartja a töltőáramot, hogy az R 20 érzékelési ellenállásnál 250 mV feszültséget tart meg. 1,565 V referenciafeszültség jön létre az U2 5 V-jának felhasználásával. A bemeneti feszültséget összehasonlítjuk a referenciafeszültséggel, hogy hibafeszültséget hozzunk létre, amelyet a bq2031 SNS-érintkezőjénél megvalósíthatunk a töltési áram csökkentése érdekében. A feszültséget (V mp), ahol a maximális teljesítmény a napelemről szerezhető be, R26 és R27 ellenállásokkal kondicionálják. Vp = 1,565 (R26 + R27) / R27. R 27 = 1 k Ω és R 26 = 9,2 k Ω esetén V mp = 16 V. A TLC27L2 belsőleg 6 kHz sávszélességgel van beállítva Vdd = 5 V mellett. Főleg azért, mert a TLC27L2 sávszélessége jelentősen alatta marad a bq2031 kapcsolási frekvenciájának, a hozzáadott áramszabályozó hurok továbbra is állandó. A bq2031 a korábbi áramkörben (3. ábra) 1 A optimális áramot kínál. Abban az esetben, ha a napelemes panel elegendő energiát tud biztosítani az akkumulátor 1 A-os töltésére, a külső vezérlő hurok nem lép működésbe. Ha azonban a szigetelés csökken, és a napelem erőfeszítéseket tesz arra, hogy elegendő energiát szolgáltasson az akkumulátor 1 A-nál történő feltöltéséhez, a külső vezérlő hurok csökkenti a töltési áramot, hogy megőrizze a bemeneti feszültséget V mp-n. Az 1. táblázatban bemutatott eredmények megerősítik az áramkör működését. A félkövér betűvel jelzett feszültségértékek jelzik a problémát, amikor a másodlagos vezérlő hurok minimalizálja a töltési áramot, hogy megőrizze a bemenetet V mp-nél. Referenciák: MPPT szinkron kapcsolóüzemű akkumulátor töltésvezérlő áramköre A KONVERTER MŰKÖDTETÉSE
3. tervezés: Gyors MPPT töltőáramkör
Absztrakt
Bevezetés
A napelem I-V jellemzői
bq2031 alapú MPPT töltő
Előző: 3 könnyű kapacitív közelség-érzékelő áramkör feltárása Következő: 8 funkciós karácsonyi fényáramkör
