Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

Marek_Ertew 21 Lip 2016 00:02 9423 7
  • Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)
    Niedawno postawiłem sobie pytanie: Czy da się niskim kosztem zbudować prostą przetwornicę MPP? Najlepiej taką na konkretne napięcie wejściowe - nie potrzebuję modułu śledzącego i korygującego napięcie punktu maksymalnej mocy, wystarczy by przetwornica umiała wystartować pod obciążeniem.
    Odpowiedź: da się :) , co widać poniżej.


    Klasyczne przetwornice DC/DC (BUCK i BOOST) działają na prostej zasadzie stabilizacji napięcia wyjściowego. Algorytm ten sprawdza się dopóki źródła zasilania posiada wystarczający zapas mocy. Problem pojawia się gdy źródło zasilania ma zbyt mało mocy. Po przekroczeniu punktu mocy maksymalnej napięcie źródła zaczyna szybko spadać. By utrzymać napięcie wyjściowe przetwornica zwiększa wypełnienie i pobiera większy prąd ze źródła, co prowadzi do dalszego spadku co kończy się spadkiem napięcia wejściowego poniżej dopuszczalnego i wyłączeniem przetwornicy. W efekcie całość przestaje działać.
    Ponadto by obwód wrócił do normalnej pracy, zazwyczaj trzeba odłączyć obciążenie.

    Po drugiej stronie barykady są przetwornice MPPT. Termin MPPT (maximum power point tracking = śledzenie punkt mocy maksymalnej) znany jest większości osób bawiących się panelami fotowoltaicznymi. Dzięki temu rozwiązaniu przetwornica impulsowa obniża swoją moc wyjściową (napięcie wyjściowe) tak by napięcie wejściowe nie spadło poniżej punktu mocy maksymalnej i tym samym pozwala maksymalnie wykorzystać moc dostarczaną przez źródło. Oczywiście napięcie punktu maksymalnej mocy źródła nie jest stałe, a przetwornica w jakiś sposób śledzi to napięcie i automatycznie dostosowuje się do jego zmian.
    Niestety urządzenia typu MPPT są drogie i mało popularne.

    Na warsztat wziąłem przetwornicę na układzie AOZ1016A wbudowaną w panel słoneczny GP SP2.5W5V. Niestety całość była zalana silikonem izolacyjnym i uszkodziłem ją podczas usuwania silikonu. Plan zapasowy to przetwornica na MP1584 dostępna w dość niskich cenach.

    Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)





    Powyżej widać przykładowy schemat oraz przyporządkowanie elementów do zakupionej przetwornicy.
    Na płytce brakuje C6 za to są dodatkowe 2 kondensatory podłączone równolegle do C1 i C2. Ponadto w miejscu R1 zamontowany jest potencjometr.
    Po rozgryzieniu schematu czas znaleźć sposób na wyłączenie przetwornicy. Możliwości są conajmniej dwie: podanie 0V na wejście EN lub modyfikacja dzielnika napięcia odniesienia R1/R2. Ponieważ rozwiązanie ma być uniwersalne dla większości przetwornic a obwód ENABLE jest realizowany na różne sposoby, wybrałem opcję 2 i dodałem zwykły tranzystor NPN BC846.

    Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

    Zasada działania jest prosta. Otwarty tranzystor = dzielnik działa prawie jak oryginalny. Zatkany tranzystor = napięcie wyjściowe spada do wartości napięcia odniesienia, dla MP1584 jest to 0.8V. Czy to rozwiązanie działa w praktyce? Prawie...
    Największy problem to upływność tranzystora N-MOS zaszytego wewnątrz przetwornicy. Ponieważ przetwornica nie ma obciążenia, napięcie wyjściowe powoli rośnie do poziomu napięcia wejściowego. U mnie to nie problem, ale w innych zastosowaniach wypada dodać obciążenie rzędu 10kΩ.

    Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

    Kolejny krok to sterowanie tym dodatkowym tranzystorem. Czyli muszę jeszcze dodać źródło napięcia odniesienia, komparator i dzielnik napięcia? Nie. Sam tranzystor ma wystarczającą stabilność napięcia B-E zatem wystarczy dodać dwa rezystory, opcjonalnie jakiś potencjometr żeby idealnie dostroić napięcie odcięcia.

    Po testach stwierdzam że układ działa poprawnie. Przetwornica stabilizuje zadane napięcie (5V) z prądem maksymalnym kilkaset mA. Przeciążenie wyjścia powoduje że napięcie wyjściowe spada jednak napięcie źródła pozostaje na zadanym poziomie (ok. 9V). W efekcie prąd wyjściowy ładnie rośnie.
    Tak przerobioną przetwornicą mogę bez problemu ładować akumulatory litowe oraz niklowe, wystarczy precyzyjnie ustawić napięcie końcowe. Telefony również dobrze współpracują z tą przetwornicą.

    Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT) Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

    Na koniec zasadnicze pytanie: czy stosowanie układów MPP ma sens? To zależy od skali.
    Jak widać na powyższych dwóch obrazkach, współpraca z panelami fotowoltaicznymi jest możliwa. Niestety trzeci obrazek pokazuje zjawisko dużo rzadziej opisywane. W efekcie napięcie dla punktu mocy maksymalnej pływa zależnie od nasłonecznienia i temperatury ogniw (pory roku).
    Ustalenie stałego napięcia odniesienia spowoduje pewną więc stratę mocy zależną od warunków klimatycznych. Moim zdaniem przy instalacjach solarnych poniżej 10W nie ma się czym przejmować i MPP jest rozsądnym wyborem. Przy instalacjach powyżej 100W lepiej zainwestować w MPPT.

    Układ MPP powinien sprawdzić się również przy zasilaniu z akumulatora. W takim wypadku przetwornica powinna się wyłączać gdy akumulator jest rozładowany a jego napięcie wyraźnie siada pod obciążeniem. Przy precyzyjnym ustawieniu napięcia odcięcia uda się uzyskać efekt siadania napięcia wyjściowego, co w większości przypadków da użytkownikowi ostrzeżenie o konieczności naładowania akumulatora.


    Fajne!
  • #2 21 Lip 2016 09:14
    Fimek
    Poziom 12  

    Przede wszystkim dzięki za przedstawienie problemu i za skuteczne rozwiązanie. Można by je trochę dopracować, np. uniezależnić się od Ube tranzystora, i spróbować prosto (termistorem?) dopasować charakterystykę działania od temperatury ogniwa, ale to już każdy może zrobić we własnym zakresie. Jak dla mnie cenny post :) Pozdrawiam

  • #3 21 Lip 2016 18:43
    bonias85
    Poziom 12  

    Warto zobaczyć dokumentację LT3652 - spełnia podobne funkcje (idea).

  • #4 21 Lip 2016 19:51
    Marek_Ertew
    Poziom 14  

    @Fimek, ten układ miał być minimalistyczny. Nie bawiłem się w obwód kompensacji i jego analizę ponieważ na pająka zmieścił bym jeszcze max 2 elementy SOT23 i trochę 0805.
    Co do dryftu Ube, jedną zmienną jest temperatura tego złącza która powinna w pewnym stopniu kompensować dryft temperaturowy panelu PV. Wpływ Ice można pominąć bo prąd wynosi oszałamiające 0.1mA.

    @bonias85, dzięki za lekturę. Niestety ten układ jest zbyt dedykowany, producent zintegrował tu obwód ładowania akumulatorów co w przypadku zasilania sprzętu mobilnego średnio się sprawdzi.

  • #5 21 Lip 2016 20:36
    bonias85
    Poziom 12  

    Uruchamiam projekt z LT3652 stąd zainteresowanie tematem. Z ciekawych opcji jest np. SPV1040 z "prawdziwym" MPPT. Niestety Uin dla mnie za niskie.

  • #6 29 Lip 2016 10:54
    WRadek
    Poziom 20  

    Wooow, dziękuję za ten pomysł. Jest świetny!

  • #7 10 Maj 2017 12:56
    pascalius
    Poziom 1  

    jak dobrać rezystory sterujące tranzystorem, by stabilizować napięcie na wyjściu przetwornicy na poziomie 5V? Jakie wartości najlepiej dać?
    do wyjścia paneli podłączyłem układ na LM 2596S i w rezultacie ładowarka solarna, nawet przy pochmurnym niebie próbuje ładować aku 18650 (przez ładowarkę TP 4056). Możliwe, że przetwornica oparta na LM 2596S ma już coś takiego wbudowanego w siebie?

    pozdrawiam:)

  • #8 20 Maj 2017 10:29
    WRadek
    Poziom 20  

    Nie zrozumiałeś tego co autor napisał.
    W jego układzie napięcie na jakie ustawia się przetwornicę, to napięcie maksymalne wyjścia. Może być mniejsze.
    Tranzystor służy temu, żeby napięcie wejścia (w tym wypadku panelu fotowoltaicznego) było mniej więcej stałe. Wtedy pobieramy z panelu prawie największą możliwą moc.
    W Twoim wypadku do układu TP4056 musisz dostarczać stałego napięcia zatem Twoje źródło energii musi mieć odpowiednią moc.
    Możesz zastosować pomysł autora, ale pozbądź się układu TP, a wyjście przetwornicy ustaw na 4,15 V. Do wyjścia podłącz akumulator. W ten sposób będziesz ładował akumulator za pomocą panelu fotowoltaicznego małej mocy.

    Pytanie do autora: ile energii jest pobierane z akumulatora, gdy słońce nie świeci? Bo nie mogę oszacować. Akumulator jest rozładowywany przez dzielnik ustalający napięcie wyjściowe - to raz. A czy przez sam układ też coś ucieka?

 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME