Топология солнечного ШИМ-зарядного устройства

Мой первоначальный ответ (ниже был основан на моем неверном предположении, что Арик предлагал использовать индуктивность проводки в контроллере для замены формально предусмотренной индуктивности. На самом деле он говорит, что в интересующих контроллерах НЕТ формальной индуктивности, и ему было интересно если индуктивность проводки в целом сыграла полезную роль.

Простой ШИМ можно использовать для изменения тока, который выдает фотоэлектрическая панель, и для управления напряжением батареи. Он может действовать как ограничитель тока, регулятор постоянного тока или регулятор напряжения.

Фотоэлектрическая панель, используемая без контроллера преобразования энергии, такого как контроллер MPPT, обычно действует так же, как источник постоянного тока (CC). Это связано с тем, что Vmp (напряжение при максимальной мощности) > Vbattery в большинстве солнечных условий, а панель нагружается с меньшей эффективной нагрузкой сопротивления, чем оптимальная. Контроллер MPPT увеличивает эффективное сопротивление нагрузки, поэтому напряжение питания может подняться до оптимального значения.

Если вы подключаете фотоэлектрическую панель к батарее, то ток будет уменьшаться по мере уменьшения рабочего цикла ШИМ. Это не будет линейным снижением, так как vpanel будет увеличиваться по мере снижения нагрузки, стремясь противодействовать снижению тока от ШИМ. Однако на практике вы можете установить для тока любое значение, равное или меньшее, чем то, что вы получили бы при жестком соединении.

Если вы хотите ограничить напряжение батареи до определенного значения, то простое уменьшение или прекращение тока при достаточно высоком напряжении будет работать как источник «постоянного напряжения».

Простой MPPT может быть немного больше, чем описанный мной понижающий преобразователь плюс контроллер. Делая не больше, чем удерживая напряжение панели на уровне около 80% - 85% от Voc_panel_full sun, вы получите очень близкие к истинной производительности MPPT.

Второе дополнение

По мере развития вопроса может появиться и ответ :-).
Нет никаких сомнений в том, что простое управление включением/выключением «хлопок/хлопок» нежелательно и вызывает нежелательные колебания тока и напряжения батареи. Мои комментарии о том, что контроллер может управлять напряжением, верны в течение длительного периода времени по сравнению с циклом ШИМ, но за один цикл или небольшое количество циклов может произойти множество интересных вещей.

Добавление индуктора позволяет накапливать и сглаживать энергию — существующий контроллер МОЖЕТ быть «улучшен», просто добавив индуктор и обратный диод и, возможно, одну или 2 крышки резервуара, в зависимости от того, что там есть сейчас, НО существующая схема управления может подойти ( или нет) из-за измененного ответа. Вероятно, во многих случаях будет использоваться существующее аппаратное обеспечение уровня мощности с L, C, D в качестве необходимого плюс либо новое программное обеспечение, либо (возможно, более просто) новое ядро ​​​​управления. Контроллер MPPT должен стоить немного больше, чем сейчас. Ценообразование часто определяется факторами «потому что мы можем» и «потому что они не могут».

Наличие последовательного переключателя (вероятно, полевого МОП-транзистора) в линейном или резистивном исполнении помогло бы улучшить поведение за счет рассеивания мощности в переключателе. Размер радиатора неизвестен, так как его можно увидеть только с торца, но он выглядит существенным. Если переключатель работает как резистор, то он МОЖЕТ быть настроен на подачу постоянного тока на батарею. При желании это можно сделать только в режиме удержания, когда ток низкий. например, в Panle V_light) нагрузка составляет, скажем, 17 В, а Vbat hold составляет, скажем, 12,6 В, а Itrickle, скажем, 100 мА, тогда рассеивание в полевом транзисторе в этом режиме составляет P = V x I = (17 - 12,6) * 0,1 = 0,44 Вт = минимум. Если бы вы могли поглотить, скажем, 5 Вт и вам нужно было обеспечить ток от 18 В до 12 В, вы могли бы получить I = W / V = ​​5/(18-12) =~~ 800 мА.

Использование вкл/выкл ШИМ не идеально и приведет к формам сигналов, похожим на те, которые показал Арик во втором редактировании. Величина всплесков будет зависеть от того, какая емкость присутствует ДО переключателя, в меньшей степени от того, какая емкость после переключателя, сопротивления проводки (и в некоторой степени индуктивности), характеристик батареи и состояния заряда и, что важно, от частоты ШИМ. . Арик показал сигналы как ступенчатые изменения на границах переключения, за которыми следуют линейные изменения. Я ожидаю, что ступенчатые изменения будут изменены под действием емкостей и линейных рамп, чтобы перейти в более или менее устойчивые плоские точки, поскольку время включения или выключения ШИМ стало больше по сравнению с батареей и фотоэлектрической панелью, установившейся в устойчивое состояние в данных условиях. .

Я не показываю конденсатор на фотоэлектрической панели в своей общей схеме ниже, но если он есть, то фотоэлектрическая панель будет вращаться медленнее и ее можно будет удерживать вблизи постоянного напряжения более точно. Это ограничило бы более неприятные всплески и отклонения, показанные Ариком.

Кроме того, идеальная батарея может демонстрировать ступенчатое изменение и «мгновенное устойчивое состояние», как было предложено, но вполне вероятно, что в реальной жизни вы получите более сложные отклики — здесь вам поможет осциллограф.

Оригинальный ответ - полезный, но не то, о чем просили.

Крайне вероятно, что ваша электрическая схема неверна и что простые ШИМ-контроллеры представляют собой понижающие преобразователи, как показано ниже.

Теоретически можно использовать индуктивность проводки, но на практике она слишком мала для использования в разумно практичных преобразователях. Резонансная частота не является критическим фактором. При резонансе Vcap будет колебаться «широко». Что требуется, так это катушка индуктивности, чтобы дельта V была небольшой во время цикла включения - возможно, 1 В пик-пик, а в идеале намного меньше. Использование индуктивности проводки, вероятно, потребует переключения диапазона МГц и, вероятно, приведет к плохо определенным ситуациям с низкой эффективностью и высокими радиопомехами.

С подходящим контроллером такая схема может обеспечить постоянный ток или ограничение тока или выходной сигнал, управляемый напряжением.

D1 обычно представляет собой либо диод Шоттки, либо синхронно управляемый полевой транзистор.

Обратите внимание, что контроллеры MPPT более дороги, потому что они часто активно сканируют кривую IV, чтобы определить MPP, поскольку она меняется от момента к моменту. Для этого им нужен микроконтроллер и т. д., чтобы изменять импеданс, показываемый солнечным элементам при сканировании, определять MPP и поддерживать систему на MPP между сканированиями. Они также содержат высокоэффективный коммутирующий ИП, чтобы обеспечить необходимое зарядное напряжение и ток от МПП. Контроллер должен быть трехкаскадным устройством, производящим объемное, насыщенное и плавающее напряжения и токи, что является еще одной задачей микроконтроллера. Это намного сложнее (или, по крайней мере, сложнее), чем обычный ШИМ-контроллер. Контроллеры MPPT ненамного дороже интеллектуальных контроллеров заряда. Например (от Amazon) интеллектуальное зарядное устройство Promariner на 20 ампер с питанием от сети стоит 158,58 долларов США;

Линейный регулятор заряжается эффективно, когда аккумулятор не полностью заряжен. По мере того, как батарея достигает полного заряда, ток линейно уменьшается по мере увеличения напряжения pv, на этот раз линейный регулятор снижает свою эффективность. просто держите их в прохладе, и они всегда работают лучше всего, плавная и линейная зарядка - лучшая.