Wybór układu PWM do przetwornicy step-up z komunikacją mikroprocesora

Witam,

wykonuję projekt przetwornicy step-up, wszystkie elementy mam już dobrane poza układem PWM, który powinien pracować z częstotliwością 50kHz i mieć przynajmniej 8-bitowy zakres regulacji wypełnienia. Dobrze byłoby aby ten układ komunikował się z mikroprocesorem, który będzie badał napięcie na wyjściu i w zależności od niego korygował współczynnik wypełnienia.

Niech zgadnę projekt na zaliczenie ? Właśnie od ustalenia sterownika, znając wcześniej topologię przetwornicy powinno się zacząć projektowanie. Trzeba dobrać, klucz, jego sterowanie, snubber, dławik itd. Pytanie jest mało zasadne, bo obecnie prawie każdy mikrokontroler ma wbudowany PWM. Inna sprawa, to pomyśl jak będzie działać taka przetwornica w stanach dynamicznych, jeżeli to mikrokontroler będzie stabilizować napięcie wyjściowe. Zrób to może normalniej, choćby na starym MC34063A. Masz już wszystko PWM, klucz, wzmacniacz błędu.

Nie, żadne zaliczenie. Chcę wykonać prosty regulator do grzałki zasilanej z paneli ze śledzeniem punktu mocy maksymalnej i utknąłem w tym miejscu.

Maryush napisał:

Nie, żadne zaliczenie. Chcę wykonać prosty regulator do grzałki zasilanej z paneli ze śledzeniem punktu mocy maksymalnej i utknąłem w tym miejscu.

Należy zatem zastosować jakiś gotowy układ MPPT np. SM72442. Jeżeli chcesz to zrobić z wykorzystaniem mikrokontrolera, to każdy STM32 się nadaje. Masz wówczas przetwornik A/C i PWM. Wystarczy to w zupełności do wykonania układu MPPT.

Chcę to wykonać na atmega328, niestety ten mikroprocesor ma zbyt niską częstotliwość PWM i potrzebny będzie zewnętrzny generator PWM. Sprawa jest o tyle prosta, że punkt MPP zostanie ustalony tylko raz, bo grzałka dopasowana jest do paneli i sterownik będzie miał za zadanie cały czas utrzymywać na wyjściu zadane napięcie. Myślę, że takie rozwiązanie wyciągnie z paneli całą moc. Brałem też pod uwagę rozwiązanie z samym PWM bez przetwornicy, ale wtedy to nie będzie takie efektywne.

Maryush napisał:

Sprawa jest o tyle prosta, że punkt MPP zostanie ustalony tylko raz, bo grzałka dopasowana jest do paneli i sterownik będzie miał za zadanie cały czas utrzymywać na wyjściu zadane napięcie. Myślę, że takie rozwiązanie wyciągnie z paneli całą moc.

Obawiam się, że nie masz racji.
Utrzymując stałe napięcie na grzałce będziesz w efekcie utrzymywał stałą moc wyjściową. Jednak aktualna maksymalna moc panela zależy od poziomu nasłonecznienia oraz temperatury, jednak musisz śledzić.
Jeżeli chodzi o meritum sprawy, to może zastosuj gotową przetwornicę (Analog, Texas i inni) i "wepnij się" w obwód sprzężenia zwrotnego, na przykład za pomocą układu, który z zewnątrz będzie dodawał jakieś ekstra napięcie.
Albo może typowy boost do LED-ów o odpowiedniej mocy wyjściowej, są sterowniki, które mają sterowanie napięciem stałym albo PWM, itp, itd.

Maryush napisał:

Chcę to wykonać na atmega328, niestety ten mikroprocesor ma zbyt niską częstotliwość PWM i potrzebny będzie zewnętrzny generator PWM. Sprawa jest o tyle prosta, że punkt MPP zostanie ustalony tylko raz, bo grzałka dopasowana jest do paneli i sterownik będzie miał za zadanie cały czas utrzymywać na wyjściu zadane napięcie. Myślę, że takie rozwiązanie wyciągnie z paneli całą moc. Brałem też pod uwagę rozwiązanie z samym PWM bez przetwornicy, ale wtedy to nie będzie takie efektywne.

Na atmega328 zrobisz bez problemu. Testuje właśnie sterownik mmpt na tym uC i działa elegancko. Można zmienić częstotliwość pwm na atmedze, np. na pinie 6 nawet do 63kHz. Ja mam przetwornicę synchroniczną buck na dwóch n-mosfetach i driverze IR2104 sterownym pwm przy 31.5kHz i śmiga elegancko. Konieczny jest pomiar prądu aby zaimplementować algorytm mppt, inaczej to zwykły sterownik pwm.

Pozdr

Zatem nie pisz, że będzie to sterownik MPPT, bo jest to wprowadzanie w błąd. Zresztą takie podejście jest błędne, ponieważ nasłonecznienie i co za tym idzie parametry panelu ulegają zmianom.

Odnośnie maksymalnej częstotliwości PWM w Atmega328, to nie masz racji. Wprawdzie nie można tej częstotliwości tak dowolnie modyfikować, jak w ARM, ale jest pewne pole manewru. Przykładowo dla Timera 0 w dokumentacji podano, że f_OCnxPWM = f_clk_I/O/(N*256), gdzie N to wartość prescalera (1, 8, 64, 256 lub 1024). Jest to tryb FAST PWM. Dla f_CPU 16 MHz dałoby się osiągnąć np. 62,5 kHz. Lepiej będzie dla Timera 1, tutaj dla FAST PWM: f_OCnxPWM = f_clk_I/O/(N*(1+TOP). Przykładowo jeśli f_CPU 16 MHz, N = 1 i TOP = 319, to osiąga się zakładane 50 kHz. Rozdzielczość tak skonfigurowanego PWM wyniesie nieco ponad 8 bitów.

krzysiek_krm napisał:

Obawiam się, że nie masz racji.
Utrzymując stałe napięcie na grzałce będziesz w efekcie utrzymywał stałą moc wyjściową. Jednak aktualna maksymalna moc panela zależy od poziomu nasłonecznienia oraz temperatury, jednak musisz śledzić.

Sprostowanie - miałem na myśli napięcie, przy którym grzałka odda pełną moc. Jest to napięcie w punkcie MPP przy pełnym nasłonecznieniu, na takie napięcie została wykonana grzałka. A realnie będzie trzeba śledzić punkt mocy maksymalnej, bo nasłonecznienie się zmienia.

Maryush napisał:

krzysiek_krm napisał:

Obawiam się, że nie masz racji.
Utrzymując stałe napięcie na grzałce będziesz w efekcie utrzymywał stałą moc wyjściową. Jednak aktualna maksymalna moc panela zależy od poziomu nasłonecznienia oraz temperatury, jednak musisz śledzić.

Sprostowanie - miałem na myśli napięcie, przy którym grzałka odda pełną moc. Jest to napięcie w punkcie MPP przy pełnym nasłonecznieniu, na takie napięcie została wykonana grzałka. A realnie będzie trzeba śledzić punkt mocy maksymalnej, bo nasłonecznienie się zmienia.

Zatem chyba nie wiesz czym jest MPPT. Cały czas należy śledzić napięcie na zaciskach panelu i płynący prąd. Na podstawie tego oblicza się moc i stara się tak zmieniać PWM, by moc ta była maksymalna. Wykorzystuje się tu różne algorytmy. Zatem napięcie na zaciskach grzałki będzie się zmieniać. Ponadto są układy z funkcją pomiaru prądu, napięcia i mocy np. INA219.

Pierwsze próby wypadły pomyślnie, ale z małym obciążeniem, jak żarówka 40W/230V. Z grzałką nie było już tak wesoło, bo przy pierwszych próbach podniesienia napięcia padł tranzystor, a zwarcie spowodowało spalenie BMS'a w pakiecie, który był źródłem zasilania. Trzeba dobrać snubber i dławik, tylko na jakiej podstawie dobrać te elementy?

Maryush napisał:

Pierwsze próby wypadły pomyślnie, ale z małym obciążeniem, jak żarówka 40W/230V. Z grzałką nie było już tak wesoło, bo przy pierwszych próbach podniesienia napięcia padł tranzystor, a zwarcie spowodowało spalenie BMS'a w pakiecie, który był źródłem zasilania. Trzeba dobrać snubber i dławik, tylko na jakiej podstawie dobrać te elementy?

Dławik najprościej dobrać doświadczalnie na sporym rdzeniu ETD, np. ETD34. Z tego co pamiętam, nawijasz na pałę do wypełnienia okna karkasu x zwojów grubym drutem z przekrojem dobranym do prądu, który ma przenieść i mierzysz na dławiku oscyloskopem narastanie prądu. Metoda pomiaru jest pośrednia i polega na pomiarze napięcia oscyloskopem na połączonym w szereg z dławikiem rezystorze mocy (np. 0,1om/25W). Zaczynasz o najmniejszego wypełnienia pwm, tak aby za każdym taktem pwm, przy włączonym tranzystorze prąd narastał liniowo. Prawidłowo dobrany dławik to taki, który pracuje w obszarze gdzie prąd narasta liniowo, czyli dławik się nie nasyca. Kiedy dojdziesz do poziomu wypełnienia pwm, gdzie dławik się będzie nasycał, prąd zacznie z każdy taktem PWM narastać szybciej (nie liniowo). To widać na oscyloskopie, kiedy linia prosta wrastającego napięcia na rezystorze pomiarowym zawija się do góry. Czyli zmontuj sobie układ, gdzie masz zasilanie odsprzęgnięte dużymi kondziorami na 400V do masy. Tranzystor IGBT ma być emiterem do masy, a do kolektora dławik z rezystorem szeregowo. Za tym kolejne kądziory, które odsprzęgają wyjście z dławika do masy, a spina to grzałka, gdzie jej drugi zacisk jest do plusa zasilania. Taka metoda doboru dławika była kiedyś opisana chyba w EP ("Miernik cewek"). Na tranzystor daj jakiś IGBT z ali (np. G80N60 G80N60UFD SGH80N60UFD 80A 600V). Tanie to jest i ciężkie do zarżnięcia przy takich parametrach. Nie zapomnij tylko o sterowniku do IGBT, bo są duże prądy bramki i radiatorze tranzystora (będzie tracone min. kilkanaście watów). Powodzenia!!!
PS. Napisz jak wyszło i jaki dławik dobrałeś dla 3kW mocy. Ciekawy jestem, bo może sam taki sterownik zrobię.
PS2. W załączniku masz artykuł, który dokładnie opisuje sterowanie.