Samooptimalizovaný obvod nabíječky solárních baterií

Příspěvek pojednává o jednoduchém samooptimalizovaném solárním nabíjecím obvodu založeném na IC 555 s obvodem převaděče buck, který automaticky nastavuje a upravuje nabíjecí napětí v reakci na slábnoucí sluneční světlo a snaží se udržovat optimální nabíjecí výkon pro baterii bez ohledu na slunce intenzity paprsků.

Použití návrhu převaděče PWM Buck

Připojený převaděč PWM zajišťuje efektivní převod, takže panel nikdy nebude vystaven stresujícím podmínkám.

O jednom zajímavém jsem již hovořil solární obvod solární nabíječky typu MPPT na bázi PWM , následující design lze považovat za jeho upgradovanou verzi, protože obsahuje fázi převodu buck, díky níž je design ještě efektivnější než předchozí protějšek.

Poznámka: Pro správnou funkci obvodu připojte 1K rezistor přes pin5 a zem IC2.

Navrhovaná vlastní optimalizace solární energie obvod nabíječky baterií s obvodem převodníku buck lze uchopit pomocí následujícího vysvětlení:

Obvod se skládá ze tří základních stupňů: PWM solární optimalizátor napětí využívající pár IC 555 ve formě IC1 a IC2, proudový zesilovač MOSFET PWM a buck převodník využívající L1 a související komponenty.

IC1 je upraven tak, aby produkoval frekvenci přibližně 80 Hz, zatímco IC2 je konfigurován jako komparátor a generátor PWM.

80 Hz z IC 1 je přiváděno na pin2 IC2, který využívá tuto frekvenci pro výrobu trojúhelníkových vln přes C1 .... které jsou dále srovnávány s okamžitými potenciály na jeho pin5 pro dimenzování správných PWM na jeho pin3.

Potenciál pin5, jak je vidět na schématu, je odvozen od solárního panelu prostřednictvím stupně děliče potenciálu a společného kolektoru BJT.

Předvolba umístěná pomocí tohoto děliče potenciálu je zpočátku vhodně upravena tak, aby při špičkovém napětí solárního panelu výstup z měniče buck produkoval optimální velikost napětí vyhovující úrovni nabíjení připojené baterie.

Jakmile je výše uvedené nastaveno, zbytek je automaticky zpracován fází IC1 / IC2.

Během špičkového slunečního světla se PWM odpovídajícím způsobem zkrátí, čímž se zajistí minimální namáhání solárního panelu a přitom se dosáhne správného optimálního napětí pro baterii díky přítomnosti stupně měniče buck (konstrukce typu buck boost je nejúčinnější metodou snižování zdroje napětí bez zdůraznění parametrů zdroje)

Nyní, když sluneční světlo začíná snižovat napětí napříč nastaveným děličem potenciálu, také začne úměrně klesat, což je detekováno na pinu 5 IC2 .... při detekci tohoto postupného zhoršování napětí vzorku IC2 začíná rozšiřovat PWM tak, aby výstup buck je schopen udržovat požadované optimální nabíjecí napětí baterie, znamená to, že baterie nadále přijímá správné množství energie bez ohledu na zpomalení slunečního záření.

L1 by měl být dimenzován přiměřeně tak, aby generoval přibližnou optimální úroveň napětí pro baterii, když je solární panel na špičkové specifikaci nebo jinými slovy, když je sluneční světlo v nejpříznivější poloze pro solární panel.

RX je zaveden pro stanovení a omezení limitu maximálního nabíjecího proudu pro baterii, lze jej vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Rx = 0,7 x 10 / baterie AH

Jak nastavit nad samooptimalizovaným obvodem nabíječky solárních baterií s obvodem převodníku buck.

Předpokládejme, že pro nabíjení 12 V baterie je vybrán špičkový solární panel 24 V, obvod lze nastavit podle pokynů níže:

Zpočátku nepřipojujte na výstup žádnou baterii

Připojte 24 V z externího adaptéru C / DC přes místa, kde je třeba napájet vstup solárního panelu.

Připojte 12 V pro obvod IC1 / IC2 z jiného AC / DC adaptéru.

Upravte předvolbu 10k děliče potenciálu, dokud na pin5 IC2 nedosáhnete potenciálu kolem 11,8 V.

Dále proveďte vylepšení zkušební chyby a optimalizujte počet závitů L1, dokud nebude měřeno 14,5 V na výstupu, kde je vyžadováno připojení baterie.

To je vše! obvod je nyní nastaven a připraven k použití se zamýšleným solárním panelem pro získání optimalizovaných vysoce účinných postupů nabíjení založených na PWM buck.

Ve výše uvedeném samooptimalizovaný obvod nabíječky solárních baterií s obvodem měniče buck Snažil jsem se implementovat a extrahovat opačně se měnící výstup napětí a proudu z obvodu s ohledem na sluneční světlo, nicméně hlubší vyšetřování mě přimělo uvědomit si, že ve skutečnosti by to nemělo reagovat opačně odpovídající slunečnímu světlu.

Protože v MPpT chceme extrahovat maximální výkon během špičky a zároveň zajistit, aby zatížení nezasahovalo panel a jeho účinnost.

Následující revidovaný diagram nyní dává lepší smysl, zkusme rychle analyzovat návrh:

Ve výše aktualizovaném designu jsem provedl následující důležitou změnu:

Přidal jsem měnič NPN na pin3 IC 2, takže nyní PWM z IC 2 ovlivňují MOSFET, aby extrahovaly maximální výkon z panelu a postupně snižují výkon, jak se snižuje sluneční světlo.

PWM pulzy spolu s buck převodníkem zaručují dokonalou kompatibilitu a maximální extrakci energie z panelu, ale postupně se snižují v reakci na klesající intenzitu slunce.

Výše uvedené nastavení však zajišťuje jeden důležitý aspekt, zajišťuje vyvážený poměr vstupního a výstupního výkonu, což je u nabíječek MPPT vždy klíčovým problémem.

Dále, pokud se v případě, že se zátěž pokusí extrahovat nadměrné množství proudu, okamžitě aktivuje omezovač proudu BC557, který zabrání narušení hladkého fungování MPPT přerušením napájení zátěže během těchto období.

Aktualizace

Uvažování o konečném návrhu obvodu MPPT

Poté, co jsem prošel přísnými dalšími posouzeními, mohl jsem konečně dojít k závěru, že druhá výše diskutovaná teorie nemůže být správná. První teorie má větší smysl, protože MPPT je určen pouze k extrakci a přeměně extra voltů na proud, který může být dostupný ze solárního panelu.

Předpokládejme například, že kdyby solární panel měl o 10 V více než specifikace zátěže, pak bychom chtěli toto dodatečné napětí usměrnit do buck převodníku prostřednictvím PWM tak, aby byl buck převaděč schopen vyprodukovat zadané množství napětí do zátěže bez načtení jakéhokoli parametrů.

Aby to bylo možné implementovat, PWM by musel být proporcionálně tenčí, zatímco slunce bylo na vrcholu a uvolňovalo další volty.

Jak se však snižovala sluneční energie, PWM se muselo rozšířit tak, aby byl konvertor buck nepřetržitě povolen s optimálním množstvím energie pro napájení zátěže stanovenou rychlostí bez ohledu na intenzitu slunce.

Aby výše uvedené postupy proběhly hladce a optimálně, první návrh se jeví jako nejvhodnější a ten, který by mohl správně splnit výše uvedený požadavek.

Druhý design tedy mohl být jednoduše vyřazen a první design dokončen jako správný obvod MPT založený na 555.

Nepovažoval jsem za vhodné smazat druhý design, protože existují různé komentáře, které se zdají být spojeny s druhým designem, a jeho odstranění by mohlo vést ke zmatení diskuse pro čtenáře, proto jsem se rozhodl ponechat podrobnosti tak, jak jsou, a objasnit pozice s tímto vysvětlením.