MPPT, kaip mes visi žinome, reiškia maksimalaus galios taško stebėjimą, kuris paprastai yra susijęs su saulės kolektoriais, siekiant optimizuoti jų išvestį maksimaliai efektyviai. Šiame įraše sužinome 3 geriausias MPPT valdiklių grandines, skirtas efektyviausiai panaudoti saulės energiją ir efektyviausiai įkrauti akumuliatorių.
Kur naudojamas MPPT
Optimizuota MPPT grandinių išvestis pirmiausia naudojama akumuliatoriams krauti maksimaliai efektyviai nuo saulės spindulių.
Naujiems mėgėjams paprastai ši sąvoka yra sunki ir painiojama su daugeliu parametrų, susijusių su MPPT, pvz., Maksimaliu galios tašku, I / V grafiko „kelias“ ir kt.
Tiesą sakant, šioje koncepcijoje nėra nieko tokio sudėtingo, nes saulės baterijų skydelis yra ne kas kita, o tik energijos tiekimo forma.
Šio maitinimo šaltinio optimizavimas yra būtinas, nes paprastai saulės baterijoms trūksta srovės, tačiau joje yra perteklinė įtampa, todėl šios nenormalios saulės baterijos specifikacijos paprastai būna nesuderinamos su įprastomis apkrovomis, tokiomis kaip 6V, 12V baterijos, kurių AH reitingas aukštesnis ir žemesnės įtampos, palyginti su skydelio specifikacijos, be to, dėl nuolat besikeičiančios saulės spindulių prietaisas tampa labai nesuderinamas su jo V ir I parametrais.
Štai kodėl mums reikalingas tarpinis įtaisas, pvz., MPPT, kuris galėtų „suprasti“ šias variacijas ir išgauti labiausiai pageidaujamą prijungtos saulės baterijos išvestį.
Galbūt jūs jau tai studijavote paprasta IC 555 pagrindu pagaminta MPPT grandinė kuris yra išskirtinai mano ištirtas ir sukurtas ir pateikia puikų veikiančios MPPT grandinės pavyzdį.
Kodėl MPPT
Pagrindinė visų MPPT idėja yra sumažinti arba sumažinti perteklinę įtampą iš skydo pagal apkrovos specifikacijas, užtikrinant, kad išskaičiuotas įtampos kiekis būtų paverstas lygiaverčiu srovės kiekiu, tokiu būdu subalansuojant I x V dydį visoje įvestyje o išvestis visada iki žymės ... mes iš šios naudingos programėlės negalime tikėtis nieko daugiau, ar ne?
Aukščiau pateiktas automatinis stebėjimas ir veiksmingas parametrų konvertuojimas yra įgyvendinamas naudojant PWM sekimo etapas ir a Buck konverteris etapas arba kartais a „buck-boost“ keitiklio etapas , nors pavienis bagažinės keitiklis duoda geresnių rezultatų ir yra paprasčiau įgyvendinamas.
Dizainas Nr. 1: MPPT naudojant PIC16F88 su 3 lygių įkrovimu
Šiame pranešime mes tiriame MPPT grandinę, kuri yra gana panaši į IC 555 konstrukciją, vienintelis skirtumas yra mikrovaldiklio PIC16F88 ir patobulintos 3 lygių įkrovimo grandinės naudojimas.
Žingsnis išmintinga darbo informacija
Pagrindinę įvairių etapų funkciją galima suprasti naudojant šį aprašymą:
1) Skydelio išvestis stebima išgaunant iš jos porą informacijos per susijusius potencialių daliklių tinklus.
2) Vienas „IC2“ opampas yra sukonfigūruotas kaip įtampos sekėjas ir jis stebi momentinę įtampą, gaunamą iš skydelio, per potencialų daliklį, esantį jo kaištyje3, ir perduoda informaciją į atitinkamą PIC jutiklinį kaištį.
3) Antrasis IC2 parametras tampa atsakingas už kintamos srovės stebėjimą ir stebėjimą iš skydelio ir tiekia tą patį į kitą jutiklio įvestį PIC.
4) Šiuos du įvadus MCU apdoroja viduje, kad sukurtų atitinkamai pritaikytą PWM „buck“ konverterio etapui, susijusiam su jo kaiščiu Nr. 9.
5) PWM iš PIC yra buferinis Q2, Q3, kad saugiai suaktyvintų perjungimo P-mosfet. Susijęs diodas apsaugo „mosfet“ vartus nuo perviršių.
6) „Mosfet“ persijungia pagal perjungimo PWM ir moduliuoja „Buck“ keitiklio pakopą, kurią sudaro induktoriai L1 ir D2.
7) Aukščiau nurodytos procedūros sukuria tinkamiausią iš „Buck konverterio“ išvestį, kurios įtampa yra mažesnė, nei akumuliatoriui, bet turtinga srove.
8) IC nuolat tobulina ir tinkamai koreguoja išvestį, atsižvelgdama į išsiųstą informaciją iš dviejų opampų, susijusių su saulės baterija.
9) Be pirmiau nurodyto MPPT reguliavimo, PIC taip pat užprogramuotas stebėti akumuliatoriaus įkrovimą per 3 atskirus lygius, kurie paprastai nurodomi kaip tūrinis režimas, absorbcijos režimas, plūduriuojantis režimas.
10) MCU „stebi“ kylančią akumuliatoriaus įtampą ir atitinkamai sureguliuoja įtampos srovę, išlaikydamas teisingą ampero lygį per 3 įkrovimo lygius. Tai daroma kartu su MPPT valdymu, tai yra tarsi dviejų situacijų valdymas vienu metu, kad akumuliatoriui būtų geriausi rezultatai.
11) Pačiam PIC tiekiama tiksliai reguliuojama įtampa, esant Vdd kištukui per IC TL499, čia galima pakeisti bet kurį kitą tinkamą įtampos reguliatorių.
12) Termistorius taip pat gali būti suprojektuotas taip, kad jis gali būti neprivalomas, tačiau jį galima efektyviai sukonfigūruoti akumuliatoriaus temperatūros stebėjimui ir informacijos pateikimui į PIC, kuris be jokių pastangų apdoroja šią trečiąją informaciją, kad pritaikytų „buck“ išvestį, užtikrindamas, kad baterijos temperatūra niekada nepakyla virš nesaugaus lygio.
13) Šviesos diodų indikatoriai, susieti su PIC, nurodo įvairias akumuliatoriaus įkrovimo būsenas, kurios leidžia vartotojui gauti naujausią informaciją apie akumuliatoriaus įkrovimo būklę visą dieną.
14) Siūloma MPPT grandinė, naudojanti PIC16F88 su 3 lygių įkrovimu, palaiko 12 V ir 24 V akumuliatorių įkrovimą nekeičiant grandinės, išskyrus skliausteliuose ir VR3 nustatymuose nurodytas vertes, kurias reikia pakoreguoti, kad būtų galima išvestį Pradžioje 14,4 V 12 V akumuliatoriui ir 29 V 24 V akumuliatoriui.
Programavimo kodą galima atsisiųsti čia
Dizainas Nr. 2: Sinchroninis perjungimo režimo MPPT akumuliatoriaus valdiklis
Antrasis dizainas pagrįstas prietaisu „bq24650“, kuriame yra pažangus įmontuotas MPPT sinchroninio perjungimo režimo akumuliatoriaus įkrovimo valdiklis. Jis siūlo aukštą įėjimo įtampos reguliavimo lygį, kuris neleidžia įkrovimo srovės į akumuliatorių kiekvieną kartą, kai įėjimo įtampa nukrinta žemiau nurodyto dydžio. Sužinokite daugiau:
Kiekvieną kartą, kai įvestis yra prijungta prie saulės kolektoriaus, tiekimo stabilizavimo kilpa patraukia įkrovimo stiprintuvą, kad užtikrintų, jog saulės skydelis įgauna maksimalią galią.
Kaip veikia IC BQ24650
„Bq24650“ žada pateikti pastovaus dažnio sinchroninį PWIVI valdiklį su optimaliu tikslumo lygiu su srovės ir įtampos stabilizavimu, išankstiniu įkrovimo kondicionavimu, įkrovimo nutraukimu ir įkrovimo lygio tikrinimu.
Lustas įkrauna akumuliatorių 3 atskirais lygiais: išankstinis kondicionavimas, pastovi srovė ir pastovi įtampa.
Įkrovimas nutraukiamas, kai tik stiprintuvo lygis artėja prie 1/10 greito įkrovimo greičio. Išankstinio įkrovimo laikmatis nustatytas 30 minučių.
„Bq2465O“ be rankinio įsikišimo atnaujina įkrovimo procedūrą tuo atveju, jei akumuliatoriaus įtampa pakyla žemiau viduje nustatytos ribos arba pasiekia minimalų ramybės stiprintuvo miego režimą, o įėjimo įtampa yra žemesnė nei akumuliatoriaus įtampa.
Prietaisas skirtas įkrauti akumuliatorių nuo 2,1 V iki 26 V, o VFB viduje pritvirtintas prie 2,1 V grįžtamojo ryšio taško. Įkrovimo stiprintuvo specifikacija yra nustatyta iš anksto, nustatant gerai suderintą jutiklinį rezistorių.
„Bq24650“ galima įsigyti naudojant 16 kontaktų, 3,5 x 3,5 mm ^ 2 ploną QFN variantą.
Grandinės schema
BATERIJOS ĮTAMPOS REGLAMENTAVIMAS
„Bq24650“ naudojamas ypač tikslus įtampos reguliatorius sprendžiant dėl įkrovimo įtampos. Įkrovimo įtampa iš anksto nustatoma naudojant rezistoriaus daliklį nuo akumuliatoriaus iki žemės, o vidurio taškas pritvirtintas prie VFB kaiščio.
Įtampa ties VFB kaiščiu pritvirtinta prie 2,1 V atskaitos. Ši etaloninė vertė naudojama pagal šią formulę norimam reguliuojamos įtampos lygiui nustatyti:
V (batt) = 2,1 V x [1 + R2 / R1]
kur R2 yra susietas iš VFB su akumuliatoriumi, o R1 yra sujungtas iš VFB su GND. Ličio jonų, LiFePO4, taip pat SMF švino rūgšties baterijos yra idealiai palaikomos baterijų chemijos.
Dabar dauguma ličio jonų elementų gali būti efektyviai įkraunami iki 4,2 V / elementas. „LiFePO4“ akumuliatorius palaiko žymiai didesnio įkrovimo ir iškrovimo ciklų procesą, tačiau apatinė pusė yra ta, kad energijos tankis nėra per geras. Pripažinta elemento įtampa yra 3,6 V.
Dviejų elementų Li-Ion ir LiFePO4 įkrovos profilis yra išankstinis kondicionavimas, pastovi srovė ir pastovi įtampa. Norint efektyviai įkrauti / iškrauti, įkrovimo pabaigos įtampos riba gali būti sumažinta iki 4,1 V / elementas, tačiau jos energijos tankis gali tapti daug mažesnis, palyginti su Li pagrindu pagaminta chemine specifikacija, švino rūgštis ir toliau būti labiau pageidaujama baterija dėl sumažėjusių gamybos sąnaudų ir greitų iškrovimo ciklų.
Bendras įtampos slenkstis yra nuo 2,3 V iki 2,45 V. Pamačius, kad akumuliatorius visiškai užpildytas, plūduriuojantis arba srovinis įkrovimas tampa privalomas, kad kompensuotų savaiminį išsikrovimą. Srovės įkrovos slenkstis yra 100mV-200mV žemiau pastovios įtampos taško.
ĮĖJIMO ĮTAMPOS REGULIAVIMAS
Saulės skydelyje gali būti išskirtinis V-I arba V-P kreivės lygis, populiariai vadinamas maksimaliu galios tašku (MPP), kur visa fotoelektros (PV) sistema priklauso nuo optimalaus efektyvumo ir sukuria reikiamą maksimalią išėjimo galią.
Nuolatinės įtampos algoritmas yra lengviausias galimas maksimalios galios taško stebėjimo (MPPT) variantas. „Bq2465O“ automatiškai išjungia įkrovimo stiprintuvą, kad būtų užtikrintas maksimalus galios taškas, kad būtų užtikrintas maksimalus efektyvumas.
Įjunkite sąlygą
Mikroschemoje „bq2465O“ yra „SLEEP“ palyginamasis elementas, leidžiantis nustatyti maitinimo įtampos ant VCC kaiščio būdus, nes VCC gali būti nutrauktas tiek iš akumuliatoriaus, tiek iš išorinio AC / DC adapterio bloko.
Jei VCC įtampa yra svarbesnė už SRN įtampą ir yra įvykdyti papildomi įkrovimo procedūrų kriterijai, vėliau „bq2465O“ pradeda bandyti įkrauti prijungtą akumuliatorių (žr. Skyrių Įkrovimo įjungimas ir išjungimas).
Jei SRN įtampa yra didesnė, palyginti su VCC, simbolizuojant tai, kad baterija yra šaltinis, iš kurio gaunama energija, bq2465O įjungiama esant mažesnei ramybės srovei (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Jei VCC yra žemiau UVLO ribos, IC yra išjungtas, po kurio VREF LDO išjungiamas.
Įgalinti ir išjungti įkrovimą
Prieš pradedant siūlomos MPPT sinchroninio perjungimo režimo akumuliatoriaus įkrovimo valdiklio grandinės įkrovimo procesą, reikia užtikrinti šiuos dalykus:
• Įjungtas įkrovimo procesas (MPPSET> 175mV)
• Įrenginyje nėra nepakankamo įtampos užrakto (UVLO) funkcijų, o VCC viršija VCCLOWV ribą
• IC nėra SLEEP funkcionalumas (t. Y. VCC> SRN)
• VCC įtampa yra žemesnė nei kintamosios kintamosios įtampos riba (VCC • 30 ms laiko tarpas įvykdomas po pirmojo įjungimo • REGN LDO ir VREF LDO įtampos yra fiksuotos nurodytose sandūrose • Terminis išjungimas (TSHUT) nėra inicializuotas - TS blogas nenustatytas. Bet kuris iš šių techninių problemų gali sustabdyti tolesnį akumuliatoriaus įkrovimą: • Įkrovimas išjungtas (MPPSET<75mV) • Atjungtas adapterio įėjimas, kuris paskatina IC prisijungti prie VCCLOWV arba SLEEP funkcijų • Adapterio įėjimo įtampa yra žemesnė nei 100 mV virš akumuliatoriaus žymos • Adapteris nustatytas esant didesnei įtampai • REGN arba VREF LDO įtampa neatitinka specifikacijų • Nustatyta „TSHUT IC“ šilumos riba. • TS įtampa atsitinka už nurodyto diapazono ribų, o tai gali reikšti, kad akumuliatoriaus temperatūra yra labai karšta arba alternatyviai daug vėsesnė Savaime suaktyvintas įmontuotas MIKRO PALEIDIMO Įkroviklio Srovė Įkroviklis pats paleidžia įkroviklio galios reguliavimo srovę kiekvieną kartą, kai įkroviklis persijungia į greitąjį įkrovimą, kad įsitikintų, jog išoriškai prijungtuose kondensatoriuose ar maitinimo keitiklyje nėra jokių viršijimų ar stresinių sąlygų. „Soft-start“ funkcija yra pagreitinti įtampos stabilizavimo stiprintuvą į aštuonis vienodai atliktus operacinius žingsnius šalia įvesto įkrovimo srovės lygio. Visi priskirti žingsniai tęsiasi maždaug 1,6 ms, nurodytą 13ms Up laikotarpį. Norint įjungti aptariamą operacinę funkciją, reikalingos ne vienos išorinės dalys. Sinchroniniame „buck PWM“ keitiklyje naudojamas iš anksto nustatytas dažnio įtampos režimas su „feed-forvvard“ valdymo strategija. III versijos kompensavimo konfigūracija leis sistemai integruoti keraminius kondensatorius keitiklio išvesties etape. Kompensavimo įvesties pakopa yra susieta tarp grįžtamojo ryšio išėjimo (FBO) ir klaidos stiprintuvo įvesties (EAI). Grįžtamojo ryšio kompensavimo pakopa nustatoma tarp klaidos stiprintuvo įvesties (EAI) ir klaidos stiprintuvo išvesties (EAO). Turi būti nustatytas LC išėjimo filtro etapas, kad prietaisas galėtų rezonansinį dažnį maždaug 12 kHz - 17 kHz, kurio rezonansinis dažnis fo formuluojamas taip: fo = 1/2 √ oLoCo Integruotam pjovimo dantų rampai leidžiama palyginti vidinę EAO klaidų valdymo įvestį, kad būtų pakeistas keitiklio darbo ciklas. Rampos amplitudė yra 7% įvesties adapterio įtampos, todėl ji gali būti nuolat ir visiškai proporcinga adapterio įtampos įvadui. Tai panaikina bet kokius kilpos stiprinimo pokyčius dėl įėjimo įtampos pokyčių ir supaprastina kilpos kompensavimo procedūras. Rampa yra subalansuota 300 mV, kad būtų pasiektas nulinis procentinis darbo ciklas, kai EAO signalas yra žemiau rampos. EAO signalas taip pat yra tinkamas viršyti pjovimo dantų rampos signalą, kad būtų pasiektas 100% PWM darbo ciklo poreikis. Pastatytas vartų pavaros logika leidžia pasiekti 99,98% darbo ciklą tuo pačiu metu, patvirtinant, kad N kanalo viršutinis įtaisas nuolat vykdo tiek, kiek reikia, kad visada būtų 100% įtampa. Tuo atveju, kai BTST kaiščio ir PH kontakto įtampa ilgesniam nei trijų intervalų laikotarpiui sumažėja žemiau 4,2 V, tokiu atveju aukštosios pusės n-channeI maitinimas MOSFET yra išjungtas, o žemosios pusės n-channe | Maitinimo MOSFET įjungiamas norint PH mazgą nuleisti žemyn ir įkrauti BTST kondensatorių. Po to aukšto lygio vairuotojas normalizuojasi iki 100% darbo ciklo procedūros, kol bus pastebėta, kad (BTST-PH) įtampa vėl mažėja, nes ištekėjimo srovė išeikvoja BTST kondensatorių žemiau 4,2 V, taip pat iš naujo nustatomas impulsas. pakartotinai išleista. Iš anksto nustatytas dažnio osciliatorius palaiko griežtą perjungimo dažnio komandą esant daugumai įėjimo įtampos, akumuliatoriaus įtampos, įkrovimo srovės ir temperatūros sąlygų, supaprastindamas išvesties filtro išdėstymą ir išlaikydamas jį nuo girdimų sutrikimų būsenos. Trečias geriausias MPPT dizainas mūsų sąraše paaiškina paprastą MPPT įkroviklio grandinę, naudojant IC bq2031 from TEXAS INSTRUMENTS, kuris geriausiai tinka greitai ir palyginti greitai įkrauti aukštos Ah švino rūgšties baterijas Šis praktinis taikymo straipsnis skirtas asmenims, kurie gali kurti MPPT pagrindu pagamintą švino rūgšties akumuliatorių įkroviklį naudodami akumuliatoriaus įkroviklį „bq2031“. Šiame straipsnyje pateikiamas 12-A-valandos švino rūgšties akumuliatoriaus įkrovimo formatas, naudojant MPPT (maksimalaus galios taško sekimą), siekiant padidinti fotoelektros įkrovimo efektyvumą. Lengviausia akumuliatorių įkrauti iš saulės kolektorių sistemų gali būti akumuliatoriaus prijungimas tiesiai prie saulės kolektoriaus, tačiau tai gali būti ne pati efektyviausia technika. Tarkime, kad saulės kolektoriaus galia yra 75 W ir sukuriama 4,65 A srovė, esant 16 V įtampai, esant įprastai bandymo aplinkai, esant 25 ° C temperatūrai ir 1000 W / m2 insoliacijai. Švino rūgšties akumuliatorius, kurio įtampa yra 12 V, tiesiogiai prijungus saulės kolektorių prie šios baterijos, sumažintų skydo įtampą iki 12 V ir iš skydelio būtų galima įkrauti tik 55,8 W (12 V ir 4,65 A). Ekonomiškam įkrovimui čia labiausiai gali prireikti nuolatinės srovės / nuolatinės srovės keitiklio. Šiame praktinio taikymo dokumente paaiškinamas modelis, naudojant efektyvų įkrovimą naudojant „bq2031“. 1 paveiksle parodyti standartiniai saulės kolektorių sistemų aspektai. Isc yra trumpojo jungimo srovė, tekanti per skydą tuo atveju, jei saulės kolektorius yra trumpas. Tai būna optimali srovė, kurią galima išgauti iš saulės kolektoriaus. Voc yra atviros grandinės įtampa saulės kolektoriaus gnybtuose. Vmp ir Imp yra įtampos ir srovės lygiai, kai didžiausią galią galima įsigyti iš saulės kolektoriaus. Nors saulės spinduliai sumažina optimalią srovę (Isc), kurią galima pasiekti, didžiausia saulės kolektoriaus srovė taip pat slopina. 2 paveiksle pavaizduota I-V charakteristikų kaita su saulės šviesa. Mėlyna kreivė susieja maksimalios galios detales esant įvairioms insoliacijos vertėms MPPT grandinės priežastis yra bandymas palaikyti saulės kolektoriaus darbinį lygį maksimaliu galios tašku keliomis saulės sąlygomis. Kaip pastebėta 2 paveiksle, įtampa, kai tiekiama didžiausia galia, saulės spinduliais labai nesikeičia. Grandinėje, sukonstruotoje naudojant „bq2031“, šis simbolis naudojamas įgyvendinant MPPT. Įtraukiama papildoma srovės valdymo kilpa, mažinant įkrovos srovę, kai dienos šviesa mažėja, taip pat palaikoma saulės kolektoriaus įtampa aplink maksimalią galios taško įtampą. 3 paveiksle pavaizduota DV2031S2 plokštės schema su pridėta srovės valdymo kilpa pridėta MPPT atlikti naudojant operacinį stiprintuvą TLC27L2. „Bq2031“ palaiko įkrovimo srovę išlaikydama 250 mV įtampą esant jutimo varžai R 20. Naudojant 5 V iš U2, sukuriama 1,565 V etaloninė įtampa. Įėjimo įtampa lyginama su etalonine įtampa, kad būtų sukurta klaidos įtampa, kurią būtų galima įgyvendinti bq2031 SNS kaište, kad sumažėtų įkrovimo srovė. Įtampa (V mp), kuriai galima gauti didžiausią galią iš saulės kolektoriaus, kondicionuojama naudojant rezistorius R26 ir R27. V mp = 1,565 (R 26 + R 27) / R 27. Kai R 27 = 1 k Ω ir R 26 = 9,2 k Ω, pasiekiama V mp = 16 V. TLC27L2 yra iš vidaus sureguliuotas 6 kHz pralaidumu, kai V dd = 5 V. Daugiausia todėl, kad TLC27L2 pralaidumas yra žymiai mažesnis nei bq2031 perjungimo dažnis, pridėta srovės valdymo kilpa ir toliau yra pastovi. Ankstesnės grandinės bq2031 (3 paveikslas) optimali srovė yra 1 A. Jei saulės energijos skydelis gali tiekti pakankamai energijos, kad įkrautų akumuliatorių esant 1 A, išorinė valdymo kilpa neveikia. Tačiau jei izoliacija sumažėja ir saulės energijos skydelis stengiasi tiekti pakankamai energijos akumuliatoriui įkrauti esant 1 A, išorinė valdymo kilpa sumažina įkrovimo srovę, kad būtų išsaugota įėjimo įtampa esant V mp. 1 lentelėje parodyti rezultatai patvirtina grandinės veikimą. Paryškintu šriftu rodomi įtampos rodmenys reiškia problemą, kai antrinė valdymo kilpa sumažina įkrovos srovę, kad būtų išsaugota įvestis esant V mp Nuorodos: MPPT sinchroninio perjungimo režimo akumuliatoriaus įkrovimo valdiklio grandinė KEITIKLIO NAUDOJIMAS
Dizainas Nr. 3: greita MPPT įkroviklio grandinė
Santrauka
Įvadas
I-V saulės kolektoriaus charakteristikos
„bq2031“ pagrindu pagamintas MPPT įkroviklis
Pora: Ištirtos 3 paprastos talpinio artumo jutiklio grandinės Kitas: 8 funkcijų kalėdinė šviesos grandinė
