Как автоматически регулировать TP4056 для максимального извлечения солнечной энергии

Я использую солнечную панель (6 В - 600 мА при пиковой мощности) для зарядки литий-ионного (3,7 В) аккумулятора с помощью TP4065. Используемый мной TP4065 имеет следующую конфигурацию:

Схема TP4065

Где номинал резистора Rprog определяет зарядный ток.

Резистор к текущему столу

Проблема в том, что ток, который обеспечивает солнечная панель, пропорционален полученному свету, и единственный способ продолжать извлекать максимальную мощность из солнечной панели — это отрегулировать нагрузку, чтобы поддерживать напряжение солнечной панели около 6 В, которое в моем случае контролируется. за счет уменьшения зарядного тока.

Какой была бы лучшая схема для автоматической регулировки резистора Rprog, чтобы поддерживать постоянное напряжение TP4056 Vcc около 6 В?


Вот пример кривой IV солнечной панели, показывающей напряжение, при котором извлекается максимальная мощность.

Пример солнечной панели IV

Вот зарядная характеристика TP4065

График зарядки TP4065


ОБНОВЛЕНИЕ 13 февраля 2015 г.

Напряжение на выводе PROG варьируется от 1 до 0,2 В.

В моем проекте будет использоваться микроконтроллер Arduino. Я мог бы использовать Arduino для контроля напряжения солнечной панели и регулирования тока TP4056 с помощью следующей схемы:

Другое решение

Rprog и Rarduino будут иметь сопротивление 600 Ом, а конденсатор 100 мкФ и Rarduino будут действовать как фильтр нижних частот для аналогового выхода Arduino, который выводит ШИМ-сигнал 3,3 В 500 Гц.

Когда на цифровом выходе 0 В, TP4056 увидит резистор 1,2 кОм и будет вести себя нормально. Когда мы увеличиваем напряжение аналогового выхода, напряжение на Rprog будет уменьшаться, что приведет к уменьшению тока на выводе PROG TP4056 и, наконец, к уменьшению тока зарядки аккумулятора.

Это решение может работать?

Ваш вопрос ошибочен. Модулирование зарядного тока с помощью RPROG совсем не поможет вам зарядить аккумулятор быстрее. Просто установите RPROG на максимум солнечного дня (что бы это ни было). Если вы хотите извлечь максимальную мощность из солнечной панели, вам нужно использовать как минимум один преобразователь постоянного тока, и в этом случае, вероятно, не имеет смысла использовать линейное зарядное устройство.
Аккумулятор, солнечная панель и зарядное устройство соединены последовательно (за исключением небольшого тока покоя, потребляемого зарядным устройством). Таким образом, максимизация выходной мощности солнечных батарей не является целью. Вы хотите максимизировать выходной ток. Надеюсь, теперь вы понимаете мою точку зрения.
Взгляните на это: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf Идея состоит в том, что вы настроите свой Vin на точку максимальной мощности (обратите внимание, что максимальное напряжение точки мощности не сильно зависит от уровня освещенности) . Это может не работать с вашей солнечной панелью на 5 В, но если вы можете подумать о приобретении панели с более высоким напряжением, это может сработать.
@mkeith Он будет заряжаться быстрее, потому что, когда солнечная панель может выдавать только 100 мА, а зарядному устройству требуется 1000 мА, напряжение солнечной панели падает до напряжения, при котором TP4056 не может работать должным образом и вообще не заряжается.
@mkeith имело бы смысл максимизировать ток в качестве приоритета, но, как вы можете видеть на изображении графика зарядки, ток не является постоянным до высокого значения для зарядки аккумулятора. Таким образом, остается единственное решение — контролировать ток зарядки, чтобы не перегружать солнечную панель.
Так что ты хочешь сделать? ограничить ток заряда, чтобы напряжение VCC оставалось выше 5 В? Это помешает вам еще больше. Я бы посоветовал вам найти другое зарядное устройство, которое будет работать лучше. Есть некоторые, которые автоматически отступают, когда входной рельс начинает разрушаться. Я знаю, что у TI есть. Я не смотрел даташит на эту деталь.
@mkeith Я добавил решение на свой вопрос, что вы думаете?
Да, я думаю, что основная идея будет работать. Вы должны позаботиться о том, чтобы не протолкнуть ток в узел. Неизвестно, что произойдет, если вы это сделаете. Однажды я сделал что-то похожее для управления яркостью на повышающем преобразователе подсветки. Когда выход PWM постоянно низкий (0% рабочего цикла), ток будет максимальным и будет таким, как если бы R = RPROG+RARDUINO. Я бы предложил сделать RPROG довольно маленьким, а RARDUINO — намного больше. Если вы хотите быть в полной безопасности, добавьте N-канальный MOSFET между RARDUINO и GND. Управляйте воротами с помощью ШИМ-сигнала.
Используйте суперконденсатор 5V.

Ответы (7)

Мне очень нравится ответ, который вы предложили. Я думаю, это хорошая идея. Я бы предложил лишь небольшую вариацию следующим образом:

переработанное ШИМ-управление

Кроме того, пожалуйста, проработайте крайние случаи и необычные обстоятельства, например, когда батарея разряжена, а Arduino не может включиться. Не застрянет ли зарядное устройство в режиме нулевого тока заряда? Может быть, где-то стратегическое подтягивание или понижение, или большой резистор параллельно с RPROG и конденсатором 100 мкФ, чтобы обеспечить небольшой ток заряда, даже когда ШИМ отключен.

Прекрасная работа!

Маккензи

Я думаю, что буду питать Arduino напрямую от солнечной панели, чтобы никогда не столкнуться с тупиковой проблемой.
Также максимальный ток, который может дать контакт PROG, составляет 1,2 мА. Аналоговый выход Arduino может давать или потреблять 20 мА, поэтому я не думаю, что MOSFET требуется.
Я не беспокоюсь о текущем. Проблема в том, что выход PWM (при условии, что это тотемный столб) имеет более высокое напряжение, чем напряжение на выводе PROG. Если вы случайно дойдете до 100% рабочего цикла, это вызовет протекание тока на вывод PROG. Не уверен, какой эффект это будет иметь. Это может повредить чип. С другой стороны, если вы можете настроить выход ШИМ как «открытый сток» или «открытый коллектор», то все должно быть в порядке.

В последнее время я смотрю на тот же вопрос. Мое решение немного отличалось от вашего:

введите описание изображения здесь

Выбрав D10, D11, D12 в качестве OUTPUT/LOW или INPUT (High-Z, без подтяжки), я могу изменять Rprog от 16k (D10/11/12 все High-Z) до 1050 Ом (D10/11/12). все LOW) и через A0 контролировать зарядный ток, чтобы найти MPP.

Забавно то, что из всех моих тестов я обнаружил, что TP4056, по-видимому, сам выполняет MPPT, т.е. даже если вы установите слишком низкое значение Rprog, Vprog, по-видимому, автоматически регулирует себя, чтобы поддерживать ток на уровне MPP. Таким образом, это будет означать, что просто установка Rprog на максимальный ток, который могут обеспечить солнечные панели, будет всем, что необходимо.

Кстати, это подтверждает мой эмпирический вывод о том, что я использовал простые модули TP4056 со своими складными солнечными панелями без каких-либо проблем в течение последних 2 лет. (Однако это немного разочаровывает, так как я приложил все усилия, чтобы построить свой Arduino MPPT только для того, чтобы узнать, что он мне на самом деле не нужен...)

автоматическая регулировка тока заряда

Я бы использовал другой чип. Однако, если вы хотите использовать этот, вы можете попробовать эту схему. Поместите текущее зеркало на место, чтобы настроить ток программы. Я предполагаю, что внутренний ток, протекающий через PROG, зеркально отражается (с усилением), чтобы установить внешний зарядный ток. Итак, у вас есть источник тока, который увеличивает текущее значение по мере увеличения VCC. Отрегулируйте R200, чтобы получить желаемый ток при том, что вы считаете минимальным VCC. По мере увеличения VCC увеличивается и зарядный ток.

Я слишком ленив, чтобы выяснить хорошую отправную точку для R200. Но если узнать какое напряжение на PROG, то по таблице можно сделать предположение о текущем коэффициенте усиления и придумать хорошую стартовую точку для R200. Я думаю, что это будет как 47k-ish.

Вариации на этом могут работать даже лучше. Например, если вы добавите источник опорного напряжения и компаратор или еще несколько транзисторов, вы можете поддерживать ток заряда на максимальном уровне до тех пор, пока VCC не упадет ниже определенной точки, а затем ток заряда будет снижаться, чтобы поддерживать VCC на этом уровне. Но, на мой взгляд, когда вы дойдете до такого уровня сложности, вам следует просто использовать микросхему, которая сделает все за вас, например, bq24210.

Я открыт для дальнейшего обсуждения. Просто отметьте меня, чтобы привлечь внимание.

Это выглядит здорово! BQ24210 — довольно маленькая микросхема для любительского проекта. Знаете ли вы какой-либо другой более крупный чип, выполняющий аналогичную функцию?
Нет, но я только что нашел это: sparkfun.com/products/12885

Я собираюсь сделать именно это. Я думаю, что конденсатор на Vin очень помогает, потому что, когда он заряжается, он потребляет меньше тока и перестает потреблять слишком много тока от фотоэлемента, что является моментом, когда выходная мощность резко падает. Как только конденсатор упадет ниже 4 В, я полагаю, что TPS4056 отключится до тех пор, пока крышка не будет заряжена достаточно высоко. Когда он заряжается до 4 В, он действует как маховик.

Еще одна идея, о которой я думаю, это использование фоторезистора для Rprog.

Просто помните... микросхема этого зарядного устройства является линейной. Это означает, что если ваша батарея ~ 4 В, а ваша солнечная панель ~ 6 В, вы тратите около 2 В * тока в виде тепла. Даже если вам удастся выжать максимум из панели, потери энергии велики. Рассмотрите возможность использования импульсного регулятора или сделайте свой собственный (понижающий) с помощью atmega, это простая схема, и ее эффективность может составлять около 90% при любой нагрузке. Радоваться, веселиться.

Вы уверены, что это линейно? Как одно и то же входное напряжение может давать разный зарядный ток при замене резистора?

важнее максимальное извлечение солнечной энергии или как правильно использовать TP4056 важнее? если важнее максимальное извлечение солнечной энергии, то все ваши схемы и все ответы до сих пор неверны. Ваша 6-вольтовая солнечная панель даст вам 2-4 В в условиях тусклого освещения, и вы не можете ожидать, что она полностью зарядит батарею 4,2 В в этой ситуации, поэтому ваше зарядное устройство не будет максимальным блоком извлечения солнечной энергии, независимо от того, какое значение зарядки вы использовать.

Вместо этого вам нужен предварительный повышающий преобразователь с низким пуском и регулировкой напряжения на уровне 5 В. сделано, вам не нужно беспокоиться ни о чем другом. не используйте микроконтроллер для такого простого зарядного устройства, он тратит больше энергии, чем вырабатывает при тусклом свете. на самом деле, вы должны исключить TP4065 из уравнения, если максимальное извлечение солнечной энергии является наиболее важным.

Очевидно, что моя конечная цель состоит в том, чтобы извлечь как можно больше энергии. Но у меня также есть еще две цели: быть дешевым в постройке и простым в постройке. Что бы вы порекомендовали заменить TP4065?
дешевле всего будет использовать диод Шоттки, а лучше всего использовать повышающий преобразователь постоянного тока. Я рекомендую CE8301. Этот крошечный парень великолепен, потому что его пусковое напряжение составляет 0,9 В. Вы можете найти его, набрав 5V USB Boost Converter на ebay. большинство таких повышающих преобразователей используют эту микросхему. После того, как вы его получили, немного взломайте его, чтобы получить выходное напряжение 4,2 В, а именно заменив резистор обратной связи, и готово.
Может ли зарядка с ровным напряжением 4,2 В, а не с многоступенчатым TP4056, вызвать проблемы с аккумулятором? Многие говорят, что 4,2 В должны быть очень точными, и кажется, что CE8301 можно регулировать только с шагом 0,1 В.
Если вы подадите простое напряжение 4,2 В на литий-ионную батарею, она все равно пройдет через эти этапы. Это то, как работает химическая батарея, и не имеет ничего общего с ИС. ИС предназначена для обнаружения этих этапов и прекращения зарядки аккумулятора, когда он считает, что аккумулятор полностью заряжен. Щекотка при зарядке литий-ионной батареи — это плохо в учебнике, но в реальной жизни это совершенно нормально, особенно с вашей солнечной батареей. последнее, но не менее важное: некоторые зарядные устройства устанавливают напряжение отключения на уровне 4,3 В. Это увеличит мощность и сократит срок службы, но не взрывоопасно и безопасно.
Где будет находиться кривая IV солнечной панели при прямом подключении к повышающему преобразователю постоянного тока? Будет ли это максимизировать мощность солнечной батареи? Я не могу себе представить, как будет выглядеть входное сопротивление преобразователя.

Вы не можете автоматически регулировать TP4056 для максимального извлечения солнечной энергии. MPPT применим только к переключающим преобразователям постоянного тока (не линейным). TP 4056 представляет собой линейное зарядное устройство, и входной ток примерно равен току заряда аккумулятора, независимо от того, что вы делаете. Единственное, что вы можете сделать - минимизировать рассеивание мощности самой микросхемы TP4056 (= минимизировать потери напряжения на ней - использовать резистор Rprog 1,2 кОм - также заставить солнечные панели производить немного больше тока)