Un MPPT comme nous le savons tous fait référence au suivi du point de puissance maximum qui est généralement associé aux panneaux solaires pour optimiser leurs sorties avec une efficacité maximale. Dans cet article, nous apprenons les 3 meilleurs circuits de contrôleur MPPT pour exploiter efficacement l'énergie solaire et charger une batterie de la manière la plus efficace.
Où un MPPT est utilisé
La sortie optimisée des circuits MPPT est principalement utilisée pour charger les batteries avec une efficacité maximale grâce à l'ensoleillement disponible.
Les nouveaux amateurs trouvent normalement le concept difficile et se confondent avec les nombreux paramètres associés au MPPT, tels que la puissance maximale, 'genou' du graphe I / V etc.
En fait, il n'y a rien de si complexe dans ce concept, car un panneau solaire n'est rien d'autre qu'une forme d'alimentation électrique.
L'optimisation de cette alimentation devient nécessaire car généralement les panneaux solaires manquent de courant, mais possèdent une tension excessive, ces spécifications anormales d'un panneau solaire ont tendance à devenir incompatibles avec des charges standard telles que les batteries 6V, 12V qui portent une cote AH plus élevée et une tension nominale inférieure par rapport au les spécifications du panneau, et en outre l'ensoleillement toujours variable rend l'appareil extrêmement incompatible avec ses paramètres V et I.
Et c'est pourquoi nous avons besoin d'un appareil intermédiaire tel qu'un MPPT qui peut «comprendre» ces variations et produire la sortie la plus souhaitable d'un panneau solaire connecté.
Vous avez peut-être déjà étudié cela Circuit MPPT simple basé sur IC 555 qui est exclusivement recherché et conçu par moi et fournit un excellent exemple d'un circuit MPPT fonctionnel.
Pourquoi MPPT
L'idée de base derrière tous les MPPT est de réduire ou de réduire l'excès de tension du panneau en fonction des spécifications de charge en s'assurant que la quantité de tension déduite est convertie en une quantité équivalente de courant, équilibrant ainsi l'amplitude I x V à l'entrée et la sortie toujours à la hauteur ... nous ne pouvons rien attendre de plus de ce gadget utile, n'est-ce pas?
Le suivi automatique ci-dessus et la conversion appropriée des paramètres de manière efficace sont mis en œuvre à l'aide d'un PWM étape de suivi et un étape convertisseur buck , ou parfois un étage convertisseur buck-boost , bien qu'un convertisseur abaisseur solitaire donne de meilleurs résultats et soit plus simple à mettre en œuvre.
Conception n ° 1: MPPT utilisant PIC16F88 avec charge à 3 niveaux
Dans cet article, nous étudions un circuit MPPT qui est assez similaire à la conception IC 555, la seule différence étant l'utilisation d'un microcontrôleur PIC16F88 et d'un circuit de charge amélioré à 3 niveaux.
Détails de travail étape par étape
La fonction de base des différentes étapes peut être comprise à l'aide de la description suivante:
1) La sortie du panneau est suivie en extrayant quelques informations de celle-ci via les réseaux diviseurs potentiels associés.
2) Un amplificateur opérationnel d'IC2 est configuré en tant que suiveur de tension et il suit la sortie de tension instantanée du panneau via un diviseur de potentiel à sa broche 3, et transmet les informations à la broche de détection appropriée du PIC.
3) Le deuxième opamp de IC2 devient responsable du suivi et de la surveillance du courant variable du panneau et le transmet à une autre entrée de détection du PIC.
4) Ces deux entrées sont traitées en interne par le MCU pour développer un PWM adapté en conséquence pour l'étage de convertisseur abaisseur associé à sa broche # 9.
5) Le PWM sortant du PIC est tamponné par Q2, Q3 pour déclencher le P-mosfet de commutation en toute sécurité. La diode associée protège la grille mosfet des surtensions.
6) Le mosfet commute selon les PWM de commutation et module l'étage convertisseur abaisseur formé par l'inductance L1 et D2.
7) Les procédures ci-dessus produisent la sortie la plus appropriée du convertisseur abaisseur, dont la tension est inférieure à celle de la batterie, mais riche en courant.
8) La sortie du buck est constamment modifiée et ajustée de manière appropriée par l'IC en référence aux informations envoyées par les deux opamps associés au panneau solaire.
9) En plus de la réglementation MPPT ci-dessus, le PIC est également programmé pour surveiller la charge de la batterie à travers 3 niveaux discrets, qui sont normalement spécifiés comme mode bulk, mode absorption, et mode float.
10) Le MCU «garde un œil» sur la tension croissante de la batterie et ajuste le courant abaisseur en conséquence en maintenant les niveaux d'ampères corrects pendant les 3 niveaux de procédure de charge. Ceci est fait en conjonction avec le contrôle MPPT, c'est comme gérer deux situations à la fois pour obtenir les résultats les plus favorables pour la batterie.
11) Le PIC lui-même est fourni avec une tension régulée de précision à son brochage Vdd via l'IC TL499, tout autre régulateur de tension approprié pourrait être remplacé ici pour le rendre.
12) Une thermistance peut également être vue dans la conception, elle peut être facultative mais peut être configurée efficacement pour surveiller la température de la batterie et fournir les informations au PIC, qui traite sans effort cette troisième information pour personnaliser la sortie buck en s'assurant que la température de la batterie ne dépasse jamais les niveaux dangereux.
13) Les voyants LED associés au PIC indiquent les différents états de charge de la batterie, ce qui permet à l'utilisateur d'obtenir une information à jour concernant l'état de charge de la batterie tout au long de la journée.
14) Le circuit MPPT proposé utilisant PIC16F88 avec charge à 3 niveaux prend en charge la charge de la batterie 12V ainsi que la charge de la batterie 24V sans aucun changement dans le circuit, à l'exception des valeurs indiquées entre parenthèses et du paramètre VR3 qui doit être ajusté pour permettre à la sortie d'être 14,4V au début pour une batterie 12V et 29V pour une batterie 24V.
Le code de programmation peut être téléchargé ici
Conception n ° 2: contrôleur de batterie MPPT à découpage synchrone
La deuxième conception est basée sur le dispositif bq24650 qui comprend un contrôleur de charge de batterie à découpage synchrone MPPT intégré avancé. Il offre un niveau élevé de régulation de la tension d'entrée, ce qui empêche le courant de charge de la batterie chaque fois que la tension d'entrée chute en dessous d'une quantité spécifiée. Apprendre encore plus:
Chaque fois que l'entrée est reliée à un panneau solaire, la boucle de stabilisation de l'alimentation abaisse l'ampère de charge pour s'assurer que le panneau solaire est activé pour produire une puissance de sortie maximale.
Comment fonctionne l'IC BQ24650
Le bq24650 promet de fournir un contrôleur PWIVI synchrone à fréquence constante avec un niveau de précision optimal avec stabilisation du courant et de la tension, préconditionnement de charge, coupure de charge et contrôle du niveau de charge.
La puce charge la batterie en 3 niveaux discrets: pré-conditionnement, courant constant et tension constante.
La charge est coupée dès que le niveau de l'ampli s'approche du 1/10 du taux de charge rapide. La minuterie de pré-charge est réglée sur 30 minutes.
Le bq2465O sans intervention manuelle redémarre la procédure de charge au cas où la tension de la batterie reviendrait en dessous d'une limite définie en interne ou atteindrait un mode veille de l'ampère de repos minimum alors que la tension d'entrée passerait en dessous de la tension de la batterie.
L'appareil est conçu pour charger une batterie de 2,1 V à 26 V avec un VFB fixé en interne à un point de retour de 2,1 V. La spécification de l'amplificateur de charge est préréglée en interne en fixant une résistance de détection bien adaptée.
Le bq24650 peut être acheté avec une option QFN mince 16 broches, 3,5 x 3,5 mm ^ 2.
Schéma
RÉGULATION DE LA TENSION DE LA BATTERIE
Le bq24650 utilise un régulateur de tension extrêmement précis pour décider de la tension de charge. La tension de charge est préréglée au moyen d'un diviseur de résistance de la batterie à la terre, le point médian étant connecté à la broche VFB.
La tension sur la broche VFB est fixée à une référence de 2,1 V. Cette valeur de référence est utilisée dans la formule suivante pour déterminer le niveau souhaité de tension régulée:
V (batt) = 2,1 V x [1 + R2 / R1]
où R2 est lié de VFB à la batterie et R1 est connecté de VFB à GND. Les batteries Li-Ion, LiFePO4, ainsi que les batteries au plomb SMF sont des chimies de batterie idéalement prises en charge.
La majorité des cellules Li-ion sur étagère peuvent désormais être chargées efficacement jusqu'à 4,2 V / cellule. Une batterie LiFePO4 prend en charge le processus de cycles de charge et de décharge nettement plus élevés, mais l'inconvénient est que la densité d'énergie n'est pas trop bonne. La tension de cellule reconnue est de 3,6 V.
Le profil de charge des deux cellules Li-Ion et LiFePO4 est le préconditionnement, le courant constant et la tension constante. Pour une durée de vie de charge / décharge efficace, la limite de tension de fin de charge peut éventuellement être réduite à 4,1 V / cellule, mais sa densité d'énergie pourrait devenir beaucoup plus faible par rapport à la spécification chimique à base de Li, le plomb-acide continue de être une batterie préférée en raison de ses coûts de production réduits ainsi que de ses cycles de décharge rapides.
Le seuil de tension commun est de 2,3V à 2,45V. Une fois que la batterie est complètement rechargée, une charge flottante ou d'entretien devient obligatoire pour compenser l'auto-décharge. Le seuil de charge d'entretien est de 100 mV-200 mV en dessous du point de tension constante.
REGULATION DE LA TENSION D'ENTREE
Un panneau solaire peut avoir un niveau exclusif sur la courbe V-I ou V-P, populairement connu sous le nom de point de puissance maximale (MPP), dans lequel le système photovoltaïque (PV) complet repose sur une efficacité optimale et génère la puissance de sortie maximale requise.
L'algorithme de tension constante est l'option MPPT (Maximum Power Point Tracking) la plus simple disponible. Le bq2465O arrête automatiquement l'ampli de charge de sorte que le point de puissance maximum est activé pour produire une efficacité maximale.
Condition de mise en marche
La puce bq2465O intègre un comparateur 'SLEEP' pour identifier les moyens de tension d'alimentation sur la broche VCC, du fait que VCC peut être terminé à la fois par une batterie ou par un adaptateur externe AC / DC.
Si la tension VCC est plus significative que la tension SRN et que les critères supplémentaires sont remplis pour les procédures de charge, le bq2465O commence par la suite à essayer de charger une batterie connectée (veuillez consulter la section Activation et désactivation de la charge).
Si la tension SRN est plus élevée par rapport au VCC, symbolisant qu'une batterie est la source à partir de laquelle la puissance est acquise, le bq2465O est activé pour un courant de repos inférieur (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Si VCC est en dessous de la limite UVLO, l'IC est coupé, après quoi le VREF LDO est désactivé.
ACTIVER ET DÉSACTIVER LA CHARGE
Les aspects concernés suivants doivent être garantis avant que le processus de charge du circuit de contrôleur de charge de batterie à découpage synchrone MPPT proposé ne soit initialisé:
• Le processus de charge est activé (MPPSET> 175mV)
• L'unité n'est pas en fonction de verrouillage de sous-tension (UVLO) et VCC est au-dessus de la limite VCCLOWV
• L'IC n'est pas en fonction SLEEP (c'est-à-dire VCC> SRN)
• La tension VCC est inférieure à la limite de surtension CA (VCC • Le laps de temps de 30 ms est écoulé après la première mise sous tension • Les tensions REGN LDO et VREF LDO sont fixées aux jonctions spécifiées • La fermeture thermique (TSHUT) n'est pas initialisée - TS défectueux n'est pas identifié. L'un des problèmes techniques suivants peut empêcher la charge continue de la batterie: • La charge est désactivée (MPPSET<75mV) • L'entrée de l'adaptateur est déconnectée, provoquant l'entrée du CI dans une fonctionnalité VCCLOWV ou SLEEP • La tension d'entrée de l'adaptateur est inférieure à 100 mV au-dessus de la marque de batterie • L'adaptateur est évalué à une tension plus élevée • La tension REGN ou VREF LDO n'est pas conforme aux spécifications • La limite de chaleur TSHUT IC est identifiée • La tension TS se déplace hors de la plage spécifiée, ce qui peut indiquer que la température de la batterie est extrêmement chaude ou bien plus froide COURANT DE CHARGEUR SOFT-START intégré à déclenchement automatique Le chargeur démarre automatiquement le courant de régulation de puissance du chargeur chaque fois que le chargeur entre dans la charge rapide pour établir qu'il n'y a absolument pas de dépassement ou de conditions de stress sur les condensateurs connectés en externe ou sur le convertisseur de puissance. Le démarrage progressif permet d'intensifier l'ampli de stabilisation de chaging en huit étapes opérationnelles exécutées uniformément à côté du niveau de courant de charge préfixé. Toutes les étapes assignées se poursuivent pendant environ 1,6 ms, pendant une période Up spécifiée de 13 ms. Pas une seule pièce externe n'est nécessaire pour activer la fonction opérationnelle discutée. Le convertisseur PWM abaisseur synchrone emploie un mode de tension de fréquence prédéterminé avec une stratégie de commande à alimentation forcée. Une configuration de compensation de version III permet au système d'incorporer des condensateurs céramiques à l'étage de sortie du convertisseur. L'étage d'entrée de compensation est associé en interne entre la sortie de rétroaction (FBO) avec une entrée d'amplificateur d'erreur (EAI). L'étage de compensation de rétroaction est calé entre l'entrée de l'amplificateur d'erreur (EAI) et la sortie de l'amplificateur d'erreur (EAO). L'étage du filtre de sortie LC doit être déterminé pour permettre une fréquence de résonance d'environ 12 kHz à 17 kHz pour l'appareil, pour lequel la fréquence de résonance, fo, est formulée comme suit: fo = 1/2 √ oLoCo Une rampe en dents de scie intégrée est autorisée pour comparer l'entrée de contrôle d'erreur interne EAO pour modifier le cycle de service du convertisseur. L'amplitude de la rampe est de 7% de la tension de l'adaptateur d'entrée, ce qui lui permet d'être en permanence et complètement proportionnelle à l'alimentation d'entrée de la tension de l'adaptateur. Ceci annule toute sorte d'altérations de gain de boucle en raison d'une variation de la tension d'entrée et simplifie les procédures de compensation de boucle. La rampe est équilibrée de 300 mV de sorte qu'un cycle de service de zéro pour cent est atteint lorsque le signal EAO est en dessous de la rampe. Le signal EAO est également qualifié pour être plus nombreux que le signal de rampe en dent de scie dans le but d'atteindre une demande PWM de cycle de service de 100%. Construit en logique de commande de porte permet d'accomplir un cycle de service de 99,98% en même temps, confirmant que le dispositif supérieur à canal N porte toujours autant de tension nécessaire pour être toujours allumé à 100%. Dans le cas où la tension de la broche BTST à la broche PH descend en dessous de 4,2 V pendant plus de trois intervalles, dans ce cas, le MOSFET de puissance n-channeI côté haut est éteint tandis que le canal n-canal bas | Le MOSFET de puissance est déclenché pour abaisser le nœud PH et charger le condensateur BTST. Après cela, le pilote côté haut se normalise à une procédure de cycle de service de 100% jusqu'à ce que la tension (BTST-PH) diminue encore une fois, en raison du courant de sortie épuisant le condensateur BTST en dessous de 4,2 V, ainsi que l'impulsion de réinitialisation est réédité. L'oscillateur à fréquence prédéterminée maintient une commande rigide sur la fréquence de commutation dans la plupart des cas de tension d'entrée, de tension de batterie, de courant de charge et de température, simplifiant la disposition du filtre de sortie et le maintenant à l'écart de l'état de perturbations audibles. La troisième meilleure conception MPPT de notre liste explique un simple circuit de chargeur MPPT utilisant l'IC bq2031 de TEXAS INSTRUMENTS, qui convient le mieux pour charger rapidement et avec un taux relativement rapide des batteries au plomb-acide de haute Ah Cet article d'application pratique est destiné aux personnes susceptibles de développer un chargeur de batterie au plomb à base de MPPT à l'aide du chargeur de batterie bq2031. Cet article comprend un format structurel pour charger une batterie plomb-acide de 12 heures utilisant MPPT (suivi du point de puissance maximale) pour améliorer l'efficacité de charge pour les applications photovoltaïques. La procédure la plus simple pour charger une batterie à partir d'un système de panneaux solaires pourrait être de connecter la batterie directement au panneau solaire, mais ce n'est peut-être pas la technique la plus efficace. Supposons qu'un panneau solaire porte une puissance de 75 W et génère un courant de 4,65 A avec une tension de 16 V dans un environnement de test normal de 25 ° C de température et 1000 W / m2 d'ensoleillement. La batterie au plomb-acide est évaluée avec une tension de 12 V, brancher directement le panneau solaire à cette batterie réduirait la tension du panneau à 12 V et seulement 55,8 W (12 V et 4,65 A) pourraient être produits à partir du panneau pour la charge. Un convertisseur DC / DC peut être le plus approprié pour une charge économique ici. Ce document d'application pratique explique un modèle, utilisant le bq2031 pour une charge efficace. La figure 1 affiche les aspects standard d'un système de panneaux solaires. Isc est un courant de court-circuit qui traverse le panneau au cas où le panneau solaire serait court-circuité. Il se trouve que c'est le courant optimal qui peut être extrait du panneau solaire. Voc est la tension en circuit ouvert aux bornes du panneau solaire. Vmp et Imp sont les niveaux de tension et de courant où la puissance maximale peut être achetée à partir du panneau solaire. Alors que l'ensoleillement diminue le courant optimal (Isc) qui peut être atteint, le courant le plus élevé du panneau solaire supprime également. La figure 2 indique la variation des caractéristiques I-V avec la lumière du soleil. La courbe bleue relie les détails de la puissance maximale à différentes valeurs d'insolation La raison du circuit MPPT est d'essayer de maintenir le niveau de fonctionnement du panneau solaire au point de puissance maximale dans plusieurs conditions d'ensoleillement. Comme le montre la figure 2, la tension à laquelle la puissance maximale est délivrée ne change pas beaucoup avec l'ensoleillement. Le circuit construit avec le bq2031 utilise ce caractère pour mettre en pratique MPPT. Une boucle de contrôle de courant supplémentaire est incluse pour diminuer le courant de charge lorsque la lumière du jour diminue et pour maintenir la tension du panneau solaire autour de la tension maximale du point de puissance. La figure 3 montre le schéma d'une carte DV2031S2 avec une boucle de commande de courant ajoutée ajoutée pour exécuter le MPPT en utilisant l'amplificateur opérationnel TLC27L2. Le bq2031 maintient le courant de charge en conservant une tension de 250 mV à la résistance de détection R 20. Une tension de référence de 1,565 V est créée en utilisant 5 V de U2. La tension d'entrée est comparée à la tension de référence pour produire une tension d'erreur qui pourrait être mise en œuvre au niveau de la broche SNS de bq2031 pour diminuer le courant de charge. La tension (V mp) à laquelle la puissance maximale peut être acquise à partir du panneau solaire est conditionnée en utilisant des résistances R26 et R27. V mp = 1,565 (R 26 + R 27) / R 27. Avec R 27 = 1 k Ω et R 26 = 9,2 k Ω, V mp = 16 V est obtenu. Le TLC27L2 est ajusté en interne avec une bande passante de 6 kHz à V dd = 5 V. Principalement parce que la bande passante de TLC27L2 est nettement inférieure à la fréquence de commutation de bq2031, la boucle de contrôle de courant ajoutée reste constante. Le bq2031 dans le circuit précédent (figure 3) offre un courant optimal de 1 A. Dans le cas où le panneau solaire peut fournir une puissance suffisante pour charger la batterie à 1 A, la boucle de commande externe ne passe pas en action. Cependant, si l'isolation diminue et que le panneau solaire a du mal à fournir suffisamment d'énergie pour charger la batterie à 1 A, la boucle de commande externe diminue le courant de charge pour préserver la tension d'entrée à V mp. Les résultats démontrés dans le tableau 1 confirment le fonctionnement du circuit. Les lectures de tension en gras signifient le problème chaque fois que la boucle de commande secondaire minimise le courant de charge pour préserver l'entrée à V mp Les références: Circuit de contrôleur de charge de batterie à découpage synchrone MPPT FONCTIONNEMENT DU CONVERTISSEUR
Conception n ° 3: Circuit de chargeur MPPT rapide
Abstrait
introduction
Caractéristiques I-V du panneau solaire
Chargeur MPPT basé sur bq2031
Une paire de: 3 circuits de capteurs de proximité capacitifs faciles explorés Un article: Circuit lumineux de Noël à 8 fonctions
