MPPT อย่างที่เราทุกคนทราบกันดีว่าหมายถึงการติดตามจุดจ่ายไฟสูงสุดซึ่งโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับแผงโซลาร์เซลล์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเอาต์พุตให้มีประสิทธิภาพสูงสุด ในโพสต์นี้เราจะเรียนรู้วงจรควบคุม MPPT ที่ดีที่สุด 3 วงจรเพื่อการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์และการชาร์จแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
ที่ใช้ MPPT
เอาต์พุตที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมจากวงจร MPPT ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ด้วยประสิทธิภาพสูงสุดจากแสงแดดที่มีอยู่
โดยปกติแล้วนักเล่นอดิเรกใหม่จะพบว่าแนวคิดนี้ยากและสับสนกับพารามิเตอร์มากมายที่เกี่ยวข้องกับ MPPT เช่นจุดพลังงานสูงสุด 'เข่า' ของกราฟ I / V เป็นต้น
ที่จริงแล้วไม่มีอะไรซับซ้อนเกี่ยวกับแนวคิดนี้เนื่องจากแผงโซลาร์เซลล์ไม่ได้เป็นเพียงรูปแบบของแหล่งจ่ายไฟ
การเพิ่มประสิทธิภาพแหล่งจ่ายไฟนี้มีความจำเป็นเนื่องจากโดยทั่วไปแผงโซลาร์เซลล์ไม่มีกระแสไฟฟ้า แต่มีแรงดันไฟฟ้าเกินข้อกำหนดที่ผิดปกติของแผงโซลาร์เซลล์นี้มีแนวโน้มที่จะไม่เข้ากันกับโหลดมาตรฐานเช่นแบตเตอรี่ 6V, 12V ซึ่งมีพิกัด AH สูงกว่าและพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ รายละเอียดแผงควบคุมและยิ่งไปกว่านั้นแสงแดดที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาทำให้อุปกรณ์ไม่สอดคล้องกับพารามิเตอร์ V และ I อย่างมาก
และนั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องการอุปกรณ์ระดับกลางเช่น MPPT ซึ่งสามารถ 'เข้าใจ' รูปแบบเหล่านี้และเปลี่ยนผลลัพธ์ที่ต้องการมากที่สุดจากแผงโซลาร์เซลล์ที่เชื่อมต่อ
คุณอาจได้ศึกษาสิ่งนี้แล้ว วงจร MPPT ที่ใช้ IC 555 อย่างง่าย ซึ่งวิจัยและออกแบบโดยฉันโดยเฉพาะและเป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของวงจร MPPT ที่ใช้งานได้
ทำไมต้อง MPPT
แนวคิดพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลัง MPPT ทั้งหมดคือการลดหรือตัดแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินออกจากแผงตามข้อกำหนดการโหลดเพื่อให้แน่ใจว่าจำนวนแรงดันไฟฟ้าที่หักออกจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากันซึ่งจะทำให้ขนาด I x V ระหว่างอินพุตสมดุล และผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับเครื่องหมายเสมอ ... เราไม่สามารถคาดหวังอะไรได้มากไปกว่านี้จากแกดเจ็ตที่มีประโยชน์นี้ใช่ไหม
การติดตามอัตโนมัติข้างต้นและการแปลงพารามิเตอร์อย่างเหมาะสมอย่างมีประสิทธิภาพนั้นดำเนินการโดยใช้ PWM เวทีติดตาม และก ขั้นตอนการแปลงบั๊ก หรือบางครั้งก ขั้นตอนการแปลงบั๊กเพิ่ม แม้ว่าตัวแปลงบั๊กเดี่ยวจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าและใช้งานง่ายกว่า
การออกแบบ # 1: MPPT โดยใช้ PIC16F88 พร้อมการชาร์จ 3 ระดับ
ในโพสต์นี้เราศึกษาวงจร MPPT ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับการออกแบบ IC 555 ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F88 และวงจรชาร์จ 3 ระดับที่ได้รับการปรับปรุง
ขั้นตอนรายละเอียดการทำงานที่ชาญฉลาด
ฟังก์ชั่นพื้นฐานของขั้นตอนต่างๆสามารถเข้าใจได้ด้วยความช่วยเหลือของคำอธิบายต่อไปนี้:
1) เอาต์พุตพาเนลถูกติดตามโดยการดึงข้อมูลสองสามอย่างจากข้อมูลผ่านเครือข่ายตัวแบ่งที่เกี่ยวข้อง
2) หนึ่ง opamp จาก IC2 ได้รับการกำหนดค่าเป็นตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าและติดตามแรงดันไฟฟ้าที่ส่งออกทันทีจากแผงผ่านตัวแบ่งที่มีศักยภาพที่ขา 3 และป้อนข้อมูลไปยังพินตรวจจับที่เกี่ยวข้องของ PIC
3) opamp ตัวที่สองจาก IC2 ทำหน้าที่ติดตามและตรวจสอบกระแสไฟฟ้าที่แปรผันจากแผงควบคุมและป้อนข้อมูลเดียวกันกับอินพุตการตรวจจับอื่นของ PIC
4) อินพุตทั้งสองนี้ได้รับการประมวลผลภายในโดย MCU สำหรับการพัฒนา PWM ที่ปรับแต่งให้สอดคล้องกันสำหรับขั้นตอนตัวแปลงบั๊กที่เกี่ยวข้องกับพิน # 9
5) PWM ที่ออกจาก PIC ถูกบัฟเฟอร์โดย Q2, Q3 สำหรับการเรียกใช้ P-mosfet แบบสลับอย่างปลอดภัย ไดโอดที่เกี่ยวข้องช่วยป้องกันประตูมอสเฟตจากแรงดันไฟฟ้าเกิน
6) สวิทช์ mosfet ตาม PWM สวิตชิ่งและปรับขั้นตอนตัวแปลงบั๊กที่สร้างขึ้นโดยตัวเหนี่ยวนำ L1 และ D2
7) ขั้นตอนข้างต้นสร้างเอาต์พุตที่เหมาะสมที่สุดจากตัวแปลงบั๊กซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าตามแบตเตอรี่ แต่มีกระแสไฟฟ้ามาก
8) เอาต์พุตจากบั๊กจะได้รับการปรับแต่งอย่างต่อเนื่องและปรับอย่างเหมาะสมโดย IC โดยอ้างอิงข้อมูลที่ส่งจาก opamps สองตัวที่เกี่ยวข้องกับแผงโซลาร์เซลล์
9) นอกเหนือจากข้อบังคับ MPPT ข้างต้นแล้ว PIC ยังได้รับการตั้งโปรแกรมให้ตรวจสอบการชาร์จแบตเตอรี่ผ่าน 3 ระดับที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งโดยปกติจะระบุเป็น โหมดจำนวนมากโหมดการดูดซึมโหมดลอย
10) MCU 'จับตาดู' แรงดันแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นและปรับกระแสบัคให้สอดคล้องกับการรักษาระดับแอมป์ที่ถูกต้องระหว่างขั้นตอนการชาร์จ 3 ระดับ สิ่งนี้ทำร่วมกับการควบคุม MPPT ซึ่งเหมือนกับการจัดการสองสถานการณ์ในแต่ละครั้งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับแบตเตอรี่
11) PIC นั้นมาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำที่ขา Vdd ผ่าน IC TL499 ซึ่งสามารถเปลี่ยนตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่เหมาะสมได้ที่นี่เพื่อแสดงผลแบบเดียวกัน
12) เทอร์มิสเตอร์สามารถมองเห็นได้ในการออกแบบซึ่งอาจเป็นทางเลือก แต่สามารถกำหนดค่าได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิของแบตเตอรี่และป้อนข้อมูลไปยัง PIC ซึ่งประมวลผลข้อมูลที่สามนี้ได้อย่างง่ายดายเพื่อปรับแต่งเอาต์พุตบั๊กเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ไม่เคยสูงเกินระดับที่ไม่ปลอดภัย
13) ไฟ LED ที่เกี่ยวข้องกับ PIC จะระบุสถานะการชาร์จต่างๆของแบตเตอรี่ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถรับข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับสภาพการชาร์จของแบตเตอรี่ได้ตลอดทั้งวัน
14) วงจร MPPT ที่นำเสนอโดยใช้ PIC16F88 พร้อมการชาร์จ 3 ระดับรองรับการชาร์จแบตเตอรี่ 12V และการชาร์จแบตเตอรี่ 24V โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในวงจรยกเว้นค่าที่แสดงในวงเล็บและการตั้งค่า VR3 ซึ่งจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนเพื่อให้ได้เอาต์พุต 14.4V เมื่อเริ่มมีอาการสำหรับแบตเตอรี่ 12V และ 29V สำหรับแบตเตอรี่ 24V
สามารถดาวน์โหลดรหัสการเขียนโปรแกรมได้ ที่นี่
การออกแบบ # 2: ตัวควบคุมแบตเตอรี่ MPPT โหมดสวิตช์แบบซิงโครนัส
การออกแบบที่สองขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ bq24650 ซึ่งมีตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่โหมดสวิตช์แบบซิงโครนัส MPPT ขั้นสูงในตัว มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในระดับสูงซึ่งจะป้องกันไม่ให้กระแสไฟชาร์จไปยังแบตเตอรี่ทุกครั้งที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลงต่ำกว่าจำนวนที่กำหนด เรียนรู้เพิ่มเติม:
เมื่อใดก็ตามที่เชื่อมต่ออินพุทกับแผงโซลาร์เซลล์ลูปป้องกันเสถียรภาพของแหล่งจ่ายจะดึงแอมป์ชาร์จลงเพื่อให้แน่ใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ถูกเปิดใช้งานเพื่อสร้างกำลังขับสูงสุด
วิธีการทำงานของ IC BQ24650
bq24650 สัญญาว่าจะจัดหาคอนโทรลเลอร์ PWIVI แบบซิงโครนัสความถี่คงที่พร้อมด้วยระดับความแม่นยำที่ดีที่สุดพร้อมการป้องกันกระแสและแรงดันไฟฟ้าการปรับสภาพการชาร์จไฟการตัดประจุและการตรวจสอบระดับการชาร์จ
ชิปชาร์จแบตเตอรี่ใน 3 ระดับที่ไม่ต่อเนื่อง: การปรับสภาพล่วงหน้ากระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่
การชาร์จจะถูกตัดทันทีที่ระดับแอมป์ใกล้ถึง 1/10 ของอัตราการชาร์จอย่างรวดเร็ว ตัวจับเวลาการชาร์จล่วงหน้าตั้งไว้ที่ 30 นาที
bq2465O ที่ไม่มีการแทรกแซงแบบแมนนวลจะรีสตาร์ทขั้นตอนการชาร์จในกรณีที่แรงดันแบตเตอรี่ย้อนกลับต่ำกว่าขีด จำกัด ที่ตั้งไว้ภายในหรือถึงโหมดสลีปแอมป์ที่หยุดนิ่งขั้นต่ำในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเข้าต่ำกว่าแรงดันแบตเตอรี่
อุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ตั้งแต่ 2.1V ถึง 26V โดย VFB ได้รับการแก้ไขภายในเป็นจุดตอบรับ 2.1V ข้อมูลจำเพาะของแอมป์ชาร์จถูกตั้งไว้ล่วงหน้าโดยการกำหนดตัวต้านทานการตรวจจับที่เข้ากันได้ดี
bq24650 สามารถจัดหาได้ด้วยขา 16 ขา 3.5 x 3.5 mm ^ 2 ตัวเลือก QFN แบบบาง
แผนภูมิวงจรรวม
กฎแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่
bq24650 ใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำมากสำหรับการตัดสินใจเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จถูกตั้งไว้ล่วงหน้าโดยใช้ตัวแบ่งตัวต้านทานจากแบตเตอรี่ไปยังกราวด์โดยจุดกึ่งกลางจะเชื่อมต่อกับขา VFB
แรงดันไฟฟ้าที่ขา VFB ถูกยึดไว้ที่อ้างอิง 2.1 V ค่าอ้างอิงนี้ใช้ในสูตรต่อไปนี้เพื่อกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ:
V (แบต) = 2.1V x [1 + R2 / R1]
โดยที่ R2 เชื่อมต่อจาก VFB ไปยังแบตเตอรี่และ R1 เชื่อมต่อจาก VFB ไปยัง GND Li-Ion, LiFePO4 และแบตเตอรี่กรดตะกั่ว SMF เป็นแบตเตอรี่ที่ได้รับการสนับสนุนอย่างดีเยี่ยม
ปัจจุบันเซลล์ Li-ion ส่วนใหญ่สามารถชาร์จได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด 4.2V / เซลล์ แบตเตอรี่ LiFePO4 รองรับกระบวนการชาร์จและรอบการคายประจุที่สูงขึ้นอย่างมาก แต่ข้อเสียคือความหนาแน่นของพลังงานไม่ดีเกินไป แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่รู้จักคือ 3.6V
รายละเอียดการชาร์จของสองเซลล์ Li-Ion และ LiFePO4 คือการปรับสภาพล่วงหน้ากระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่ สำหรับอายุการชาร์จ / การคายประจุที่มีประสิทธิภาพขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่สิ้นสุดอาจถูกลดลงเหลือ 4.1V / เซลล์ แต่ความหนาแน่นของพลังงานอาจลดลงมากเมื่อเทียบกับข้อกำหนดทางเคมีที่ใช้ Li กรดตะกั่วยังคงเป็น เป็นที่ต้องการของแบตเตอรี่มากเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการผลิตที่ลดลงและรอบการคายประจุที่รวดเร็ว
เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าทั่วไปคือตั้งแต่ 2.3V ถึง 2.45V หลังจากที่เห็นว่าแบตเตอรี่ถูกเติมจนหมดแล้วจะต้องมีการชาร์จแบบลอยหรือหยดเพื่อชดเชยการคายประจุเอง เกณฑ์การชาร์จหยดคือ 100mV-200mV ต่ำกว่าจุดแรงดันคงที่
กฎแรงดันไฟฟ้าเข้า
แผงโซลาร์เซลล์อาจมีระดับพิเศษเฉพาะบนเส้นโค้ง V-I หรือ V-P หรือที่รู้จักกันแพร่หลายในชื่อ Maximum Power Point (MPP) ซึ่งระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ที่สมบูรณ์จะอาศัยประสิทธิภาพที่เหมาะสมและสร้างกำลังขับสูงสุดที่ต้องการ
อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าคงที่เป็นตัวเลือก Maximum Power Point Tracking (MPPT) ที่ง่ายที่สุด bq2465O จะปิดแอมป์ชาร์จโดยอัตโนมัติเพื่อให้จุดไฟสูงสุดถูกเปิดใช้งานเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด
เปิดเงื่อนไข
ชิป bq2465O ประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบ 'SLEEP' เพื่อระบุวิธีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าบนขา VCC เนื่องจาก VCC อาจถูกยกเลิกทั้งจากแบตเตอรี่หรือหน่วยอะแดปเตอร์ AC / DC ภายนอก
หากแรงดันไฟฟ้า VCC มีความสำคัญมากกว่าแรงดันไฟฟ้า SRN และมีการปฏิบัติตามเกณฑ์เพิ่มเติมสำหรับขั้นตอนการชาร์จ bq2465O ต่อมาจะเริ่มพยายามชาร์จแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออยู่ (โปรดดูส่วนการเปิดใช้งานและการปิดใช้งานการชาร์จ)
lf แรงดันไฟฟ้า SRN สูงกว่าเมื่อเทียบกับ VCC ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ว่าแบตเตอรี่เป็นแหล่งที่มาจากการรับพลังงาน bq2465O ถูกเปิดใช้งานสำหรับกระแสไฟนิ่งที่ต่ำกว่า (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
lf VCC ต่ำกว่าขีด จำกัด UVLO IC จะถูกตัดออกหลังจากนั้น VREF LDO จะถูกปิด
เปิดใช้งานและปิดใช้งานการชาร์จ
จำเป็นต้องตรวจสอบประเด็นที่เกี่ยวข้องต่อไปนี้ก่อนที่จะเริ่มกระบวนการชาร์จของวงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่โหมดสวิทช์แบบซิงโครนัส MPPT ที่เสนอ:
•เปิดใช้งานกระบวนการชาร์จ (MPPSET> 175mV)
•เครื่องไม่อยู่ในฟังก์ชัน Under-Voltage-Lock-Out (UVLO) และ VCC อยู่เหนือขีด จำกัด VCCLOWV
• IC ไม่อยู่ในฟังก์ชัน SLEEP (เช่น VCC> SRN)
•แรงดันไฟฟ้า VCC ต่ำกว่าขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าเกิน AC (VCC •เวลาล่วงเลย 30ms จะสำเร็จหลังจากการเปิดเครื่องครั้งแรก •แรงดันไฟฟ้า REGN LDO และ VREF LDO ได้รับการแก้ไขที่จุดเชื่อมต่อที่ระบุ •ไม่ได้เตรียมใช้งาน Thermal Shut (TSHUT) - ไม่มีการระบุ TS bad ปัญหาทางเทคนิคใด ๆ ต่อไปนี้อาจขัดขวางการดำเนินการชาร์จแบตเตอรี่: •การชาร์จถูกปิดใช้งาน (MPPSET<75mV) •อินพุตอะแดปเตอร์ถูกตัดการเชื่อมต่อกระตุ้นให้ IC เข้าสู่ฟังก์ชัน VCCLOWV หรือ SLEEP •แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของอะแดปเตอร์ต่ำกว่า 100mV เหนือเครื่องหมายแบตเตอรี่ •อะแดปเตอร์ได้รับการจัดอันดับที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น •แรงดันไฟฟ้า REGN หรือ VREF LDO ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด •ระบุขีดจำกัดความอุ่น TSHUT IC •แรงดัน TS เกิดขึ้นเพื่อเคลื่อนออกจากช่วงที่ระบุซึ่งอาจบ่งชี้ว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่ร้อนมากหรือเย็นกว่ามาก ตัวชาร์จในตัว SOFT-START CHARGER ที่สร้างขึ้นเอง เครื่องชาร์จด้วยตัวเองอย่างนุ่มนวลจะเริ่มการควบคุมกระแสไฟของเครื่องชาร์จทุกครั้งที่เครื่องชาร์จเคลื่อนเข้าสู่การชาร์จอย่างรวดเร็วเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสภาวะที่เกินหรือเครียดกับตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อภายนอกหรือตัวแปลงพลังงาน ซอฟต์สตาร์ทมาพร้อมกับการเพิ่มแอมป์ป้องกันการสั่นไหว chaging ขึ้นเป็นแปดขั้นตอนการดำเนินการที่สม่ำเสมอถัดจากระดับกระแสชาร์จที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ขั้นตอนที่ได้รับมอบหมายทั้งหมดดำเนินไปประมาณ 1.6ms สำหรับระยะเวลาการขึ้นที่กำหนดไว้ที่ 13ms ไม่มีการเรียกใช้ชิ้นส่วนภายนอกเพียงชิ้นเดียวเพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชันการทำงานที่กล่าวถึง ตัวแปลง PWM แบบซิงโครนัสบัคใช้โหมดแรงดันไฟฟ้าความถี่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าพร้อมด้วยกลยุทธ์การควบคุม feed-forvvard การกำหนดค่าการชดเชยเวอร์ชัน III ให้ระบบรวมตัวเก็บประจุเซรามิกที่ขั้นตอนเอาต์พุตของตัวแปลง ขั้นตอนอินพุตการชดเชยมีความเกี่ยวข้องภายในระหว่างเอาต์พุตป้อนกลับ (FBO) พร้อมกับอินพุตแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาด (EAI) ขั้นตอนการชดเชยข้อเสนอแนะจะอยู่ระหว่างอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาด (EAI) และเอาต์พุตแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาด (EAO) จำเป็นต้องกำหนดขั้นตอนการกรองเอาต์พุต LC เพื่อเปิดใช้งานความถี่เรโซแนนซ์ประมาณ 12 kHz - 17 kHz สำหรับอุปกรณ์ซึ่งความถี่เรโซแนนซ์สำหรับความถี่ถูกกำหนดเป็น: สำหรับ = 1/2 √ oLoCo อนุญาตให้ใช้ทางลาดฟันเลื่อยในตัวเพื่อเปรียบเทียบอินพุตควบคุมข้อผิดพลาด EAO ภายในเพื่อปรับเปลี่ยนรอบการทำงานของตัวแปลง แอมพลิจูดทางลาดคือ 7% ของแรงดันไฟฟ้าของอะแดปเตอร์อินพุตทำให้เป็นสัดส่วนอย่างถาวรและสมบูรณ์กับแหล่งจ่ายอินพุตของแรงดันอะแดปเตอร์ สิ่งนี้จะยกเลิกการเปลี่ยนแปลงการรับลูปประเภทใดก็ได้เนื่องจากความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าอินพุตและทำให้ขั้นตอนการชดเชยลูปง่ายขึ้น ทางลาดมีความสมดุล 300mV เพื่อให้ได้ค่าวัฏจักรการทำงานเป็นศูนย์เปอร์เซ็นต์เมื่อสัญญาณ EAO อยู่ต่ำกว่าทางลาด สัญญาณ EAO ยังมีคุณสมบัติที่จะมีจำนวนมากกว่าสัญญาณทางลาดของฟันเลื่อยโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้บรรลุความต้องการ PWM รอบการทำงาน 100% สร้างขึ้นใน ตรรกะของเกตไดรฟ์ ทำให้สามารถบรรลุรอบการทำงาน 99.98% ในเวลาเดียวกันเพื่อยืนยันว่าอุปกรณ์ด้านบนของ N-channel มีแรงดันไฟฟ้าเท่าที่จำเป็นอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้เปิด 100% เสมอ ในกรณีที่แรงดันพิน BTST ถึง PH ลดลงต่ำกว่า 4.2V เป็นเวลานานกว่าสามช่วงเวลาในกรณีนั้น MOSFET กำลังไฟ n-channeI ด้านสูงจะปิดในขณะที่ n-channe ด้านต่ำ | Power MOSFET ถูกกระตุ้นให้ดึงโหนด PH ลงมาและชาร์จตัวเก็บประจุ BTST หลังจากนั้นไดรเวอร์ด้านสูงจะปรับให้เป็นปกติตามขั้นตอนรอบการทำงาน 100% จนกว่าแรงดันไฟฟ้า (BTST-PH) จะลดลงต่ำอีกครั้งเนื่องจากกระแสไฟไหลออกทำให้ตัวเก็บประจุ BTST ต่ำกว่า 4.2 V รวมทั้งการรีเซ็ตพัลส์คือ ออกใหม่ ออสซิลเลเตอร์ความถี่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าจะรักษาคำสั่งที่เข้มงวดเหนือความถี่ในการเปลี่ยนภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตแรงดันแบตเตอรี่กระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิทำให้รูปแบบตัวกรองเอาต์พุตง่ายขึ้นและรักษาให้ห่างจากสถานะสัญญาณรบกวนที่ได้ยิน การออกแบบ MPPT ที่ดีที่สุดอันดับสามในรายการของเราอธิบายวงจรเครื่องชาร์จ MPPT อย่างง่ายโดยใช้ IC bq2031 จาก TEXAS INSTRUMENTS ซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วกรด Ah สูงอย่างรวดเร็วและด้วยอัตราที่ค่อนข้างเร็ว บทความการใช้งานจริงนี้มีไว้สำหรับผู้ที่อาจกำลังพัฒนาเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบ MPPT โดยใช้เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ bq2031 บทความนี้มีรูปแบบโครงสร้างสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่กรดตะกั่ว 12-A-hr ที่ใช้ MPPT (การติดตามจุดพลังงานสูงสุด) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จสำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ ขั้นตอนที่ง่ายที่สุดในการชาร์จแบตเตอรี่จากระบบแผงโซลาร์เซลล์คือการต่อแบตเตอรี่เข้ากับแผงโซลาร์เซลล์โดยตรง แต่นี่อาจไม่ใช่เทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสุด สมมติว่าแผงโซลาร์เซลล์มีพิกัด 75 W และสร้างกระแสไฟฟ้า 4.65 A ด้วยแรงดันไฟฟ้า 16 V ที่สภาพแวดล้อมการทดสอบปกติที่อุณหภูมิ 25 ° C และไข้แดด 1,000 W / m² แบตเตอรี่ตะกั่วกรดได้รับการจัดอันดับด้วยแรงดันไฟฟ้า 12 V การต่อแผงโซลาร์เซลล์เข้ากับแบตเตอรี่นี้โดยตรงจะลดแรงดันไฟฟ้าของแผงเป็น 12 V และสามารถผลิตได้เพียง 55.8 W (12 V และ 4.65 A) จากแผงสำหรับชาร์จ ตัวแปลง DC / DC อาจจำเป็นที่สุดสำหรับการชาร์จแบบประหยัดที่นี่ เอกสารการใช้งานจริงนี้อธิบายถึงรุ่นการใช้งาน bq2031 เพื่อการชาร์จที่มีประสิทธิภาพ รูปที่ 1 แสดงลักษณะมาตรฐานของระบบแผงโซลาร์เซลล์ Isc คือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ไหลผ่านแผงในกรณีที่แผงโซลาร์เซลล์ลัดวงจร มันเป็นกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดที่อาจถูกดึงออกจากแผงโซลาร์เซลล์ Voc คือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ขั้วของแผงโซลาร์เซลล์ Vmp และ Imp เป็นระดับแรงดันและกระแสที่สามารถซื้อพลังงานสูงสุดได้จากแผงโซลาร์เซลล์ ในขณะที่แสงแดดลดกระแสที่เหมาะสม (Isc) ซึ่งอาจได้รับกระแสไฟฟ้าสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์ก็จะหยุดลงเช่นกัน รูปที่ 2 แสดงความแตกต่างของคุณสมบัติ I-V ด้วยแสงจากดวงอาทิตย์ เส้นโค้งสีน้ำเงินเชื่อมโยงรายละเอียดของกำลังสูงสุดที่ค่าต่างๆของไข้แดด เหตุผลสำหรับวงจร MPPT คือการพยายามรักษาระดับการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ที่จุดพลังงานสูงสุดในสภาพแสงแดดหลาย ๆ ดังที่สังเกตจากรูปที่ 2 แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายพลังงานสูงสุดไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อมีแสงแดด วงจรที่สร้างด้วย bq2031 ใช้อักขระนี้เพื่อนำไปใช้ในการปฏิบัติ MPPT วงจรควบคุมกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมจะรวมอยู่ด้วยเพื่อลดกระแสประจุไฟฟ้าเมื่อแสงกลางวันลดลงรวมทั้งเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์รอบแรงดันไฟฟ้าสูงสุด รูปที่ 3 แสดงแผนผังของบอร์ด DV2031S2 พร้อมกับเพิ่มลูปควบคุมปัจจุบันที่เพิ่มเข้ามาเพื่อดำเนินการ MPPT โดยใช้แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้ TLC27L2 bq2031 รักษากระแสไฟโดยการรักษาแรงดันไฟฟ้า 250 mV ที่ความต้านทานความรู้สึก R 20 แรงดันอ้างอิง 1.565 V ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ 5 V จาก U2 แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าผิดพลาดที่สามารถใช้งานได้ที่ขา SNS ของ bq2031 เพื่อลดกระแสประจุ แรงดันไฟฟ้า (V mp) ที่สามารถรับพลังงานสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์ถูกกำหนดเงื่อนไขโดยใช้ตัวต้านทาน R26 และ R27 V mp = 1.565 (ร 26 + ร 27) / ร 27. ด้วย R 27 = 1 k Ωและ R 26 = 9.2 k Ωจะได้ V mp = 16 V TLC27L2 ได้รับการปรับภายในด้วยแบนด์วิดท์ 6 kHz ที่ V dd = 5 V. สาเหตุหลักมาจากแบนด์วิดท์ของ TLC27L2 ต่ำกว่าความถี่การสลับของ bq2031 อย่างมีนัยสำคัญลูปควบคุมปัจจุบันที่เพิ่มจะยังคงคงที่ bq2031 ในวงจรก่อนหน้านี้ (รูปที่ 3) เสนอกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมที่ 1 A ในกรณีที่แผงโซลาร์เซลล์สามารถให้พลังงานเพียงพอที่จะชาร์จแบตเตอรี่ที่ 1 A วงควบคุมด้านนอกจะไม่ดำเนินการใด ๆ อย่างไรก็ตามหากฉนวนลดลงและแผงพลังงานแสงอาทิตย์พยายามส่งพลังงานที่เพียงพอเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่ 1 A วงควบคุมด้านนอกจะลดกระแสประจุลงเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ V mp ผลลัพธ์ที่แสดงในตารางที่ 1 ยืนยันการทำงานของวงจร การอ่านแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวหนาแสดงถึงปัญหาเมื่อใดก็ตามที่ลูปควบคุมทุติยภูมิกำลังลดกระแสประจุให้น้อยที่สุดเพื่อรักษาอินพุตที่ V mp อ้างอิง: MPPT Synchronous Switch-Mode Battery Charge Controller Circuit การดำเนินการแปลง
การออกแบบ # 3: วงจรชาร์จ MPPT ที่รวดเร็ว
นามธรรม
บทนำ
ลักษณะ I-V ของแผงโซลาร์เซลล์
เครื่องชาร์จ MPPT ที่ใช้ bq2031
คู่ของ: สำรวจวงจรเซนเซอร์พร็อกซิมิตี้แบบ Capacitive อย่างง่าย 3 วงจร ถัดไป: 8 ฟังก์ชั่นวงจรไฟคริสต์มาส
