Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica buck step down, ładowanie akumulatora 12V, panel słoneczny Vmpp 70V

morozaw 16 Sie 2015 07:24 4437 10
  • #1 16 Sie 2015 07:24
    morozaw
    Poziom 14  

    Witam, zwracam się z prośbą o pomoc przy projektowaniu przetwornicy do panelu słonecznego o Vmpp 70V, Voc 90V. Niestety mam problem ze znalezieniem czegoś gotowego przystosowanego do takiej aplikacji (stosunkowo wysokie Vin, step down, ładowanie akumulatora). Elementy przetwornicy (tranzystor, dioda schottky) zakładam, że powinny wytrzymać napięcie minimum 100V. Docelowo prąd wyjściowy ma być do kilku A. Częstotliwość około 50kHz.

    Zdecydowałem się na topologię prostej przetwornicy step down opartej o TL494 i driver high side mosfet IR2110 (mam kilka sztuk, kondensator bootstrapu ładowany przez izolowaną przetwornicę 12V 1W, którą również posiadam), wg ich not katalogowych i typowej aplikacji. Porzuciłem pomysł synchronicznego step down z powodu braku odpowiedniego układu scalonego. Odrzuciłem pomysł budowy przetwornicy z transformatorem (nie potrafię go ani zrobić, ani zaprojektować), na pewno nie chcę takiej robić w pierwszym podejściu.

    Czy moje założenia są poprawne do w/w aplikacji, czy może powinienem szukać innego układu scalonego i porzucić w/w pomysł? Wzoruję się także na schematach z kitów AVT przetwornic opartych o TL494.

    Jedno jest pewne, nie poddam się i chcę wykonać przetwornicę do solarów. Uczę się wszystkiego co związane z przetwornicami już jakiś czas i jestem bardzo mocno zdeterminowany do jej wykonania.

    Następnym krokiem będzie podzielenie się narysowanym schematem przeze mnie z prośbą weryfikacji i znalezienia dużych błędów.

    //edycja, dodaję obrazki schematu i płytki drivera. Na topie, będzie jeszcze rozlana masa, ale obecnie nie jest dla lepszej widoczności. Nie mam pewności czy ta rozlana masa na bottom będzie ok.

    Płytka drivera (niestety nie mam doświadczenia przy projektowaniu płytek):
    Przetwornica buck step down, ładowanie akumulatora 12V, panel słoneczny Vmpp 70V Przetwornica buck step down, ładowanie akumulatora 12V, panel słoneczny Vmpp 70V

    0 10
  • Sklep HeluKabel
  • Pomocny post
    #2 19 Lis 2015 18:41
    manski
    Poziom 21  

    Witam , nikt nie odpowiedział to może ja trochę pomogę . Ogólnie to "nie idź tą drogą" . Najpierw uwagi co do twojego układu .
    1.Nie musisz ładować kondensatora bootstrap od "high side" w IR2110 ze specjalnej przetwornicy , w układzie z obciążeniem rezystancyjnym on się sam naładuje gdy przewodzi dolny mosfet ( lub dioda zamiast mosfeta) , ale gdy na wyjściu jest akumulator układ nie wystartuje , ale wystarczy równolegle do tego kondensatora dać zenerkę na 13-14V , a do n.6 IR2110 podłączyć napięcie z paneli PV przez rezystor ok 100k( trzeba dobrać ) i układ będzie chodził bez specjalnej przetwornicy .
    2.Tranzystor musi być na napięcie co najmniej 150V a lepiej jeśli jeszcze więcej , i prąd taki jak na wyjściu , do tego musisz dać dużo kondensatorów LOW ESR równolegle do panela bo podczas pracy układu przy prądzie wyjściowym 20A i wypełnieniu 35% przez dławik będzie cały czas płynął prąd 20A przy włączonym tranzystorze będzie on płynął od wejścia ( przy wydajności panela rzędu 5A reszta musi płynąć z kondensatorów ) a przy wyłączonym tranzystorze będzie płynął przez diodę zwrotną , czyli składowa zmienna prądu płynącego przez kondensatory będzie duża , będzie je mocno grzać i wysuszać .
    A dlaczego tego nie rób ?
    Jakieś 3 lata temu kupiłem dwa panele 200W , o napięciu pracy ok 36V każdy , ponieważ miałem już akumulatory w UPSie ( 24V 150Ah) zrobiłem układ ładowania do tych akumulatorów , najprostszym sposobem czyli step down , na tl494 , IR2125 , jeden mosfet ( najpierw mosfet był na 100V , ale jak sie nagrzał zaczynał "popuszczać prąd" potem go wymieniłem na 150V ) i dioda zwrotna . Panele połączyłem szeregowo , czyli miałem ok 70V w punkcie max mocy ( bo kabel z dachu który zamurowałem pod tynkiem , miał tylko 2x2,5 mm^2 , w sumie miał być do czego innego ) , układ działał , ale trochę brakowało mi mocy , więc dokupiłem jeszcze dwa takie same panele i dołączyłem równolegle do pierwszych dwóch , układ też działał ale po ok 1,5 roku ( i to było w lutym 2015 )tranzystor kluczujący dostał zwarcia , i dobrze że to było w sobotę i byłem w domu bo bym chyba dom spalił . Po zwarciu tranzystora kluczującego cały prąd z paneli poszedł na akumulatory , i chociaż nie był duży ( może 10A ) to napięcie na akumulatorach żelowych wzrosło do 34V , aż zrobiły się trochę ciepłe i zaczęły wydzielać zapach kwasu siarkowego ( żelowe !!). Po tej przygodzie przełączyłem panele na układ szeregowy ( nap max mocy ok 135V ), zaprojektowałem nowy układ przetwornicę półmostkową 50kHz, na TL494 , i IR2110 ( najpierw był IR 2010 - szybszy , ale zdechł ) , LNK406 do zasilania tych dwóch w/w , a dodatkowo LM324 do układu MPPT .Jako klucze wejściowe 2 szt IRFP 4137 , a zamiast diod wyjściowych prostownik synchroniczny na IRFP4668 ( miałem całość opublikować w dziale DIY ale nie mam czasu ) I to dopiero działa prawidłowo , transformator sam nawinąłem folią miedzianą 0.1 mm na ETD49 ( to była masakra ). Układ zamontowałem 10 czerwca br i od tamtej pory przetworzył ponad 300kWh energii a ok połowy września zanotował max moc 847W ( mam do tego podłączony sterownik mikroprocesorowy do zliczania energii , regulacji MPPT , odpinania sieci na wejściu UPSa - wtedy wszystko co do niego podłączone chodzi na darmowym prądzie ). Na twoim miejscu zrobiłbym podobnie , transformator i dławik wyjściowy możesz kupić gotowy w Feryster , jak masz dużo IR2110 możesz zrobić nawet full mostek , odpadnie problem z kondensatorami . No i warto zrobić sprzężenie zwrotne stabilizujące napięcie wejściowe ( żeby układ realizował MPPT )

    2
  • Sklep HeluKabel
  • #3 19 Lis 2015 19:39
    morozaw
    Poziom 14  

    manski napisał:

    Witam , nikt nie odpowiedział to może ja trochę pomogę .

    Witaj!
    Cieszę się, że znalazła się jedna dobra dusza z chęcią pomocy. Już odpisuję na Twój post :)
    Ogólnie projekt nie umarł i zapewniam, że nie umrze. Przetwornice impulsowe bardzo mnie zainteresowały i postaram się to rozwiązać na kilka sposobów, tak by się trochę tego nauczyć :)
    Obecnie projekt stanął od dwóch tygodni w punkcie projektowania przetwornicy z kontrolą maksymalnego prądu klucza (dławika) opartej prawdopodobnie na UC3843 (odwrócony step down). Doczytam trochę i w któryś luźniejszy weekend zrobię nowe schematy i płytki w Eagle.

    Zmodyfikowałem przetwornicę 24V -> 12V (buck, tl494, bootstrap, wspólny minus) w celach "eksperymentalnych", jednak zakłócenia z jej pracy nie pozwalają na słuchanie radia, dławik się wysyca, a przetwornica nie pracuje stabilnie.

    manski napisał:

    Ogólnie to "nie idź tą drogą" . Najpierw uwagi co do twojego układu .
    1.Nie musisz ładować kondensatora bootstrap od "high side" w IR2110 ze specjalnej przetwornicy , w układzie z obciążeniem rezystancyjnym on się sam naładuje gdy przewodzi dolny mosfet ( lub dioda zamiast mosfeta) , ale gdy na wyjściu jest akumulator układ nie wystartuje , ale wystarczy równolegle do tego kondensatora dać zenerkę na 13-14V , a do n.6 IR2110 podłączyć napięcie z paneli PV przez rezystor ok 100k( trzeba dobrać ) i układ będzie chodził bez specjalnej przetwornicy .

    Dzięki! :) Na obronę dodam, że w między czasie dużo studiowałem dokumentacji i znalazłem ten schemat w którejś referencji od IR. Trzeba dodać, że napięcie paneli powinno być co najmniej 10V (dla tranzystora nie logic level) większe od napięcia akumulatora :)

    manski napisał:

    2.Tranzystor musi być na napięcie co najmniej 150V a lepiej jeśli jeszcze więcej , i prąd taki jak na wyjściu , do tego musisz dać dużo kondensatorów LOW ESR równolegle do panela bo podczas pracy układu przy prądzie wyjściowym 20A i wypełnieniu 35% przez dławik będzie cały czas płynął prąd 20A przy włączonym tranzystorze będzie on płynął od wejścia ( przy wydajności panela rzędu 5A reszta musi płynąć z kondensatorów ) a przy wyłączonym tranzystorze będzie płynął przez diodę zwrotną , czyli składowa zmienna prądu płynącego przez kondensatory będzie duża , będzie je mocno grzać i wysuszać .

    Zastosowałem w mojej przeróbce tranzystor IRF540N, jednak w testach nie podawałem na wejście więcej niż 70V :) Dzięki! Odpowiednio przewymiaruję maksymalne napięcie i maksymalny prąd klucza :)




    Rozumiem też, że pojemność i ESR obliczonego filtra wejściowego powinna przy maksymalnym prądzie wyjściowym zapewnić minimalne tętnienia.

    manski napisał:

    A dlaczego tego nie rób ?
    Jakieś 3 lata temu kupiłem dwa panele 200W , o napięciu pracy ok 36V każdy , ponieważ miałem już akumulatory w UPSie ( 24V 150Ah) zrobiłem układ ładowania do tych akumulatorów , najprostszym sposobem czyli step down , na tl494 , IR2125 , jeden mosfet ( najpierw mosfet był na 100V , ale jak sie nagrzał zaczynał "popuszczać prąd" potem go wymieniłem na 150V ) i dioda zwrotna . Panele połączyłem szeregowo , czyli miałem ok 70V w punkcie max mocy ( bo kabel z dachu który zamurowałem pod tynkiem , miał tylko 2x2,5 mm^2 , w sumie miał być do czego innego ) , układ działał , ale trochę brakowało mi mocy , więc dokupiłem jeszcze dwa takie same panele i dołączyłem równolegle do pierwszych dwóch , układ też działał ale po ok 1,5 roku ( i to było w lutym 2015 )tranzystor kluczujący dostał zwarcia , i dobrze że to było w sobotę i byłem w domu bo bym chyba dom spalił . Po zwarciu tranzystora kluczującego cały prąd z paneli poszedł na akumulatory , i chociaż nie był duży ( może 10A ) to napięcie na akumulatorach żelowych wzrosło do 34V , aż zrobiły się trochę ciepłe i zaczęły wydzielać zapach kwasu siarkowego ( żelowe !!).

    Faktycznie nieprzyjemna sytuacja i nie mam pomysłu jak się przed tym zabezpieczyć w tej konfiguracji. Ciekawe czy jest jakiś sprytny pomysłowy sposób na nieskomplikowane zabezpieczenie przed właśnie takim zwarciem klucza.


    manski napisał:

    Po tej przygodzie przełączyłem panele na układ szeregowy ( nap max mocy ok 135V ), zaprojektowałem nowy układ przetwornicę półmostkową 50kHz, na TL494 , i IR2110 ( najpierw był IR 2010 - szybszy , ale zdechł ) , LNK406 do zasilania tych dwóch w/w , a dodatkowo LM324 do układu MPPT .Jako klucze wejściowe 2 szt IRFP 4137 , a zamiast diod wyjściowych prostownik synchroniczny na IRFP4668 ( miałem całość opublikować w dziale DIY ale nie mam czasu ) I to dopiero działa prawidłowo , transformator sam nawinąłem folią miedzianą 0.1 mm na ETD49 ( to była masakra ).

    Odrobinę się boję przetwornic transformatorowych właśnie z powodu transformatora. Ciekawi mnie wykorzystanie LM324 do MPPT. Czy znalazłeś gotowca w sieci czy sam zaprojektowałeś sprzężenie zwrotne? :) Utrzymujesz tylko Vmpp (napięcie w punkcie mocy maksymalnej z tabliczki znamionowej) na panelach, czy śledzisz Pmpp (prawdziwy punkt mocy maksymalnej).

    Mimo wszystko zachęcam do publikacji projektu, bo wygląda naprawdę ciekawie. Niestety wszyscy tutaj bardzo kryją się z szczegółami na temat przetwornicy MPPT.

    manski napisał:

    Układ zamontowałem 10 czerwca br i od tamtej pory przetworzył ponad 300kWh energii a ok połowy września zanotował max moc 847W ( mam do tego podłączony sterownik mikroprocesorowy do zliczania energii , regulacji MPPT , odpinania sieci na wejściu UPSa - wtedy wszystko co do niego podłączone chodzi na darmowym prądzie ). Na twoim miejscu zrobiłbym podobnie , transformator i dławik wyjściowy możesz kupić gotowy w Feryster , jak masz dużo IR2110 możesz zrobić nawet full mostek , odpadnie problem z kondensatorami . No i warto zrobić sprzężenie zwrotne stabilizujące napięcie wejściowe ( żeby układ realizował MPPT )

    Czyli w obecnej wersji już punkt mocy maksymalnej śledzisz mikroprocesorem?
    Tak tak, brałem pod uwagę przetwornice transformatorową, tylko jaki układ scalony do tego zaprząc i na skąd wziąć referencję? :)
    O przetwornicach bez transformatora już wystarczająco się naczytałem i jest tego naprawdę multum w sieci.

    Od siebie dodam, że najpierw postaram się zbudować tą przetwornicę na UC3843, której zarys mam już w głowie, a następnie za cel obiorę sobie wersję z transformatorem. Kupiłem też specjalnie przetwornicę MPPT EPSolar Tracer 150V 10A do "podpatrzenia" jak to Chińczycy zrobili. Na pierwszy rzut oka jest to synchroniczna przetwornica bez transformatora w której klucz jest sterowany wprost z STM32 i o dziwo dławik się nie nasyca. W któryś chłodny wieczór przyjrzę się jej bliżej. ;)

    0
  • #4 19 Lis 2015 20:11
    manski
    Poziom 21  

    Co do MPPT to tak w skrócie , napięcie wejściowe ( z panela PV ) idzie na dzielnik rezystancyjny z potencjometrem ( do regulacji progu zadziałania ) na wyjściu dzielnika jest ok 2,5V , to napięcie podaję na 1/4 LM324 pracujący jako wtórnik napięciowy ( żeby następny człon nie obciążał dzielnika , w pierwszym układzie bez wtórnika działy się dziwne rzeczy). wyjście wtórnika podłączone jest na wejście - 2/4 LM 324 pracującego w układzie wzmacniacza odwracającego , gdzie jako napięcie odniesienia ( do nóżki we+ ) jest podawane 2,5V , jednocześnie na tę samą nóżkę podaję sygnał PWM z uP . wyjście 2/4 LM 324 podaję przez diodę na n.4 TL494 ( regulacja dead time , bo pozostałe dwa wejścia regulacyjne TL494 mam wykorzystane , jedno do stabilizacji napięcia wyjściowego na poziomie 27,6V , a drugie do ograniczania prądu po stronie pierwotnej , poprzez przekładnik prądowy ) , regulując wypełnienie PWM "przestrajam" napięcie pracy w pewnych granicach , procesor co jakiś czas robi próbę zmienia napięcie trochę w górę , trochę w dół i ustala takie przy którym największa moc płynie do obciążenia . Dobierając rezystory w sprzężeniu zwrotnym 2/4 LM 324 i na wejściu obu sygnałów ( Uwe i PWM ) dobrałem odpowiednie nachylenie charakterystyki regulacji.Pozostałe części LM 324 służą do innych celów .

    0
  • #5 20 Lis 2015 08:22
    morozaw
    Poziom 14  

    Bardzo fajnie to rozwiązałeś! W mojej konstrukcji PWM odfiltrowany modyfikował poprzez dodatkowy rezystor w dzielniku sygnał sprzężenia zwrotnego.
    Odnośnie zabezpieczenia dla przetwornicy bez transformatora, to można zastosować układ crowbar odcinający akumulatory powyżej maksymalnego napięcia. :)
    Ewentualnie odłączanie mosfetem akumulatora od przetwornicy również powyżej maksymalnego napięcia :)

    Czy możesz wskazać referencje którymi się kierowałeś przy projekcie przetwornicy half bridge? Wzorowałeś się na zasilaczach ATX?

    Jeśli zdecydujesz się upublicznić projekt to proszę daj tutaj znać o tym fakcie :)

    0
  • Pomocny post
    #6 21 Lis 2015 12:43
    manski
    Poziom 21  

    Witam ponownie , generalnie przy projektowaniu i budowaniu układu kierowałem się swoją wiedzą i doświadczeniem . Schemat układu w załączniku ( w formacie eagle ) , nie podałem wartości dla niektórych elementów gdyż trzeba je sobie dobrać do własnych potrzeb . Mój układ był wykonany dla mocy max 1kW , i napięcia akumulatorów 24V ( żelowe ) napiecia paneli od 135V ( w punkcie MPPT do 175 bez obciążenia ), wzorując się na schemacie można go sobie przystosować do swoich potrzeb . Transformator nawinąłem na rdzeniu ETD 49 , najpierw jest 1/2 pierwotnego , 6 zwojów taśmy miedzianej 0.1mm o szerokości 29mm ( goła taśma izolowana kaptonem o szerokości 34 mm ) potem są oba pierwotne nawijane bifilarnie , 2X6 zwojów 2Xtaśmą 0.1 mm szerokości 29mm , potem 2/2 uzwojenia pierwotnego czyli znów 6 zwojów taśmą 0.1mm szerokości 29 mm , a na końcu dwa uzwojenia sterujące mosfetami wyjściowymi , każde uzwojenie ma 2 zwoje drutu fi 0.5 mm . Dławik wyjściowy na rdzeniu RTMSS 40 . Przepraszam za prowizję , ale się napracowałem z rysowaniem tego schematu . zabezpieczenie prądowe jest zrobione jako przekładnik prądowy po stronie pierwotnej , uzwojenie pierwotne tego przekładnika to drut przełożony przez środek rdzenia pierścieniowego fi zewn ok 10mm , wtórne jest nawinięte drutem ok 0.15 do wypełnienia rdzenia . Rezystor R20 w pętli sprzężenia jest po to żeby układ po przekroczeniu max prądu nie wyłączał się całkiem , tylko przechodził w stabilizację tego prądu ( jak się całkiem wyłączał to po chwili się włączał , i całość zaczynała pracować niestabilnie bo niby prąd pobierany był mniejszy ale robiła się niesymetria na transformatorze i trochę mosftetów spaliłem - ale tańszych niż obecnie zastosowane )

    1
    Załączniki:
  • #7 03 Gru 2015 08:05
    morozaw
    Poziom 14  

    Dziękuję bardzo za podzielenie się szczegółami.
    Po szczegółowym przeanalizowaniu napiszę coś więcej :)

    0
  • #8 10 Gru 2015 19:10
    manski
    Poziom 21  

    Tak jeszcze przemyślałem sprawę , i w Twoim przypadku można by zrobić układ w ten sposób że część sterującą ( aż do bramek tranzystorów ) zrobić zgodnie z moim schematem , natomiast z tranzystorów mocy zamiast w układzie półmostka zrobić dwa układy step-down , czyli dwa dławiki , i dwie diody zwrotne , ale oddające energię na jeden wspólny kondensator wyjściowy, układ będzie prostszy , nie będzie wymagał transformatora , a jako step-down dwufazowy będziesz miał mniejszą składową zmienną płynącą przez kondensatory na wejściu . Niestety taki układ nie zabezpieczy przed przeładowaniem akumulatorów w przypadku zwarcia w głównych tranzystorach .
    Edit -> Nie do końca to przemyślałem, oczywiście żeby taki układ działał prawidłowo zamiast jednego układu IR2110 muszą być dwa IR2125 bo oba tranzystory będą po stronie "high side"

    1
  • #9 16 Gru 2015 13:40
    morozaw
    Poziom 14  

    Bardzo ciekawa przetwornica wyszła, jedynie problem z transformatorem jest.
    Chciałbym sam zrobić najlepiej na toroidzie - jednak na razie nie mam zielonego pojęcia o ich projektowaniu - dużo czytania przede mną.
    Po świętach zmontuje odwróconego bucka, a w między czasie czytam o przetwornicy half bridge. Studia magisterskie, Erasmus, sporo zaległości, szybki projekt na atmedze dla kolegi w międzyczasie, na hobby w tym semestrze mało czasu, ale projekt nie umarł od ponad roku i szybko nie umrze :) Największe postępy będą w lutym po sesji :)

    Co do drugiego pomysłu - 2 fazowego bucka, wszystko fajnie, tylko jaki układ scalony to ogarnie? :) Również TL494?
    Tutaj jest gotowiec do małych przeróbek: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic577776.html

    Można zabezpieczyć akumulatory elektronicznie przed przeładowaniem, to nie problem :)

    0
  • #10 21 Gru 2015 21:27
    manski
    Poziom 21  

    morozaw napisał:

    Tutaj jest gotowiec do małych przeróbek: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic577776.html

    No to właśnie to o czym napisałem wyżej , dwufazowy step-down( buck )
    tylko bez MPPT .
    Transformator mogą ci zrobić gotowy w firmie feryster na rdzeniu ETD44 ( tak do ok 500W ) lub ETD49 ( 800-1000W ) lub jakiś mniejszy gdybyś chciał mniejszą moc , gotowe trafo to ok 80 zł , możesz też przejrzeć ich przykładowe realizacje transformatorów ( są na stronie ) i jakiś sobie dopasować .

    1
  • #11 18 Kwi 2016 12:50
    squeze
    Poziom 12  

    Mam pytanie do autora tematu czy coś w temacie zrobił?

    Mam podobny dylemat, okazyjnie dostałem panel 250W (37V na otwartych zaciskach, ~8A w szczycie). Chcę zrobić do tego przetwornice obniżającą do ładowania akumulatora 12V i wykorzystać to do oświetlenia ogrodu w nocy.
    Pierwotnie chciałem zrobić synchroniczną (buck) o wydajności około 20A. Ale dławik na taki prąd może być trochę kłopotliwy. Więc pomyślałem o przetwornicy dwufazowej.
    Przez głowę przeszło mi też zrobienie pół-mostkowej (ma kilka plusów) ale wielki minus to transformator, mam kilka z ATX ale nie znam parametrów rdzeni więc wyliczenie uzwojeń będzie kłopotliwe i to najsłabszy punkt tego pomysłu.

    Tak więc chyba zostanę przy dwufazowej i opartej na TL494 z czasem chcę dodać MPPT przy pomocy uC, który będzie wpływał na wzmacniacze błędu w TL494, ale to późniejszy etap :)

    Ciekaw jestem czy autor tematu coś zrobił i na jakie rozwiązanie się zdecydował oraz jakie są wyniki.

    0