Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

Miejsce dobre do dyskusji nad własnymi projektami - pochwal się wszystkim co samodzielnie stworzyłeś.
ODPOWIEDZ
Awatar użytkownika
Ertew
Użytkownik
Posty: 1419
Rejestracja: 03 lip 2005, 10:36
Lokalizacja: Leszno
Kontakt:

Przeróbka prostej przetwornicy DC/DC na MPP (nie MPPT)

Post autor: Ertew » 20 lip 2016, 22:55

Klasyczne przetwornice DC/DC (BUCK i BOOST) działają na prostej zasadzie stabilizacji napięcia wyjściowego. Algorytm ten sprawdza się dopóki źródła zasilania posiada wystarczający zapas mocy. Problem pojawia się gdy źródło zasilania ma zbyt mało mocy. Po przekroczeniu punktu mocy maksymalnej napięcie źródła zaczyna szybko spadać. By utrzymać napięcie wyjściowe przetwornica zwiększa wypełnienie i pobiera większy prąd ze źródła, co prowadzi do dalszego spadku co kończy się spadkiem napięcia wejściowego poniżej dopuszczalnego i wyłączeniem przetwornicy. W efekcie całość przestaje działać.
Ponadto by obwód wrócił do normalnej pracy, zazwyczaj trzeba odłączyć obciążenie.

Po drugiej stronie barykady są przetwornice MPPT. Termin MPPT (maximum power point tracking = śledzenie punkt mocy maksymalnej) znany jest większości osób bawiących się panelami fotowoltaicznymi. Dzięki temu rozwiązaniu przetwornica impulsowa obniża swoją moc wyjściową (napięcie wyjściowe) tak by napięcie wejściowe nie spadło poniżej punktu mocy maksymalnej i tym samym pozwala maksymalnie wykorzystać moc dostarczaną przez źródło. Oczywiście napięcie punktu maksymalnej mocy źródła nie jest stałe, a przetwornica w jakiś sposób śledzi to napięcie i automatycznie dostosowuje się do jego zmian.
Niestety urządzenia typu MPPT są drogie i mało popularne.

Niedawno postawiłem sobie pytanie: Czy da się niskim kosztem zbudować prostą przetwornicę MPP? Najlepiej taką na konkretne napięcie wejściowe - nie potrzebuję modułu śledzącego i korygującego napięcie punktu maksymalnej mocy, wystarczy by przetwornica umiała wystartować pod obciążeniem.
Odpowiedź: da się :) , co widać poniżej.


Na warsztat wziąłem przetwornicę na układzie AOZ1016A wbudowaną w panel słoneczny GP SP2.5W5V. Niestety całość była zalana silikonem izolacyjnym i uszkodziłem ją podczas usuwania silikonu. Plan zapasowy to przetwornica na MP1584 dostępna w dość niskich cenach.

Obrazek Obrazek
Obrazek Obrazek

Powyżej widać przykładowy schemat oraz przyporządkowanie elementów do zakupionej przetwornicy.
Na płytce brakuje C6 za to są dodatkowe 2 kondensatory podłączone równolegle do C1 i C2. Ponadto w miejscu R1 zamontowany jest potencjometr.
Po rozgryzieniu schematu czas znaleźć sposób na wyłączenie przetwornicy. Możliwości są conajmniej dwie: podanie 0V na wejście EN lub modyfikacja dzielnika napięcia odniesienia R1/R2. Ponieważ rozwiązanie ma być uniwersalne dla większości przetwornic a obwód ENABLE jest realizowany na różne sposoby, wybrałem opcję 2 i dodałem zwykły tranzystor NPN BC846.

Obrazek Obrazek Obrazek

Zasada działania jest prosta. Otwarty tranzystor = dzielnik działa prawie jak oryginalny. Zatkany tranzystor = napięcie wyjściowe spada do wartości napięcia odniesienia, dla MP1584 jest to 0.8V. Czy to rozwiązanie działa w praktyce? Prawie...
Największy problem to upływność tranzystora N-MOS zaszytego wewnątrz przetwornicy. Ponieważ przetwornica nie ma obciążenia, napięcie wyjściowe powoli rośnie do poziomu napięcia wejściowego. U mnie to nie problem, ale w innych zastosowaniach wypada dodać obciążenie rzędu 10kΩ.

Obrazek Obrazek Obrazek

Kolejny krok to sterowanie tym dodatkowym tranzystorem. Czyli muszę jeszcze dodać źródło napięcia odniesienia, komparator i dzielnik napięcia? Nie. Sam tranzystor ma wystarczającą stabilność napięcia B-E zatem wystarczy dodać dwa rezystory, opcjonalnie jakiś potencjometr żeby idealnie dostroić napięcie odcięcia.

Po testach stwierdzam że układ działa poprawnie. Przetwornica stabilizuje zadane napięcie (5V) z prądem maksymalnym kilkaset mA. Przeciążenie wyjścia powoduje że napięcie wyjściowe spada jednak napięcie źródła pozostaje na zadanym poziomie (ok. 9V). W efekcie prąd wyjściowy ładnie rośnie.
Tak przerobioną przetwornicą mogę bez problemu ładować akumulatory litowe oraz niklowe, wystarczy precyzyjnie ustawić napięcie końcowe. Telefony również dobrze współpracują z tą przetwornicą.

Obrazek Obrazek Obrazek

Na koniec zasadnicze pytanie: czy stosowanie układów MPP ma sens? To zależy od skali.
Jak widać na powyższych dwóch obrazkach, współpraca z panelami fotowoltaicznymi jest możliwa. Niestety trzeci obrazek pokazuje zjawisko dużo rzadziej opisywane. W efekcie napięcie dla punktu mocy maksymalnej pływa zależnie od nasłonecznienia i temperatury ogniw (pory roku).
Ustalenie stałego napięcia odniesienia spowoduje pewną więc stratę mocy zależną od warunków klimatycznych. Moim zdaniem przy instalacjach solarnych poniżej 10W nie ma się czym przejmować i MPP jest rozsądnym wyborem. Przy instalacjach powyżej 100W lepiej zainwestować w MPPT.

Układ MPP powinien sprawdzić się również przy zasilaniu z akumulatora. W takim wypadku przetwornica powinna się wyłączać gdy akumulator jest rozładowany a jego napięcie wyraźnie siada pod obciążeniem. Przy precyzyjnym ustawieniu napięcia odcięcia uda się uzyskać efekt siadania napięcia wyjściowego, co w większości przypadków da użytkownikowi ostrzeżenie o konieczności naładowania akumulatora.

Awatar użytkownika
joon
Użytkownik
Posty: 2078
Rejestracja: 30 cze 2007, 22:56
Lokalizacja: Kraków, Przemyśl, Warszawa
Kontakt:

Post autor: joon » 23 lip 2016, 10:23

Kawał dobrego posta napisałeś ;)
Ja siedzę nad MPPT do dwóch paneli GS-50
GS SOLAR - GS-50 Charakterystyka modułu

STC Moc znamionowa 50W
PTC Moc znamionowa 47.35W
STC Moc na jednostkę powierzchni 5.9W/ft2 (63.2W/m2)
Szczytowa wydajność 6.32%
Napięcie znamionowe n/d
Imp 1.17A
Vmp 43V
Isc 1.42A
Voc 62V
NOCT 45°C
Współczynnik temperatury dla Isc 0.09%/K
Współczynnik temperatury dla Pmax -0.22%/K
Współczynnik temperatury dla Voc -0,205V/K
Bezpiecznik (Series Fuse Rating) 3A
Maksymalne napięcie systemu 1000V

Właściwości mechaniczne

Typ Amorficzny krzem
Typ złącza wyjściowego Multicontact Connector Type 4
Typ przewodu złącza PV Wire
Długość przewodu złącza 75 cm (750 mm)
Kolor ramki n/d
Długość 124,5 cm (1245 mm)
Wysokość 63,5 cm (635 mm)
Grubość szkła 0,7 cm (7 mm)
Waga 31,7lb (14,4 kg)
Sposób montażu rack-system

Będą połączone w szereg, przetwornica oprócz kontroli napięcia wyjściowego bedzie badała napięcie wejściowe aby nie spadło ono poniżej Ump, taki najprostszy sposób.

Awatar użytkownika
Ertew
Użytkownik
Posty: 1419
Rejestracja: 03 lip 2005, 10:36
Lokalizacja: Leszno
Kontakt:

Post autor: Ertew » 23 lip 2016, 22:21

joon pisze:Kawał dobrego posta napisałeś ;)
Dzięki. Robiłem pod siebie ale pomyślałem że komuś może się ten pomysł przydać.

joon pisze:Ja siedzę nad MPPT do dwóch paneli GS-50
[..]
Będą połączone w szereg, przetwornica oprócz kontroli napięcia wyjściowego bedzie badała napięcie wejściowe aby nie spadło ono poniżej Ump, taki najprostszy sposób.
Czyli też robisz coś na kształt MPP bez T.

Awatar użytkownika
joon
Użytkownik
Posty: 2078
Rejestracja: 30 cze 2007, 22:56
Lokalizacja: Kraków, Przemyśl, Warszawa
Kontakt:

Post autor: joon » 24 lip 2016, 12:08

Ertew pisze:Czyli też robisz coś na kształt MPP bez T.
i tak i nie, po prostu znając parametry solara można na sztywno ustalić parametry.
BTW równolegle siedzę nad układem do 450V z prawdziwym śledzeniem punktu mocy, tylko muszę kod polepszyć bo na razie to procek nie wyrabia :mrgreen:

ODPOWIEDZ