MPPT seperti yang kita semua tahu mengacu pada pelacakan titik daya maksimum yang biasanya dikaitkan dengan panel surya untuk mengoptimalkan keluarannya dengan efisiensi maksimum. Dalam posting ini kita mempelajari 3 sirkuit pengontrol MPPT terbaik untuk memanfaatkan tenaga surya secara efisien dan mengisi baterai dengan cara yang paling efisien.
Dimana MPPT Digunakan
Output yang dioptimalkan dari sirkuit MPPT terutama digunakan untuk mengisi baterai dengan efisiensi maksimum dari sinar matahari yang tersedia.
Penghobi baru biasanya merasa konsepnya sulit dan bingung dengan banyak parameter yang terkait dengan MPPT, seperti titik daya maksimum, 'lutut' pada grafik I / V dll.
Sebenarnya tidak ada yang begitu rumit tentang konsep ini, karena panel surya tidak lain hanyalah bentuk catu daya.
Mengoptimalkan catu daya ini menjadi perlu karena biasanya panel surya kekurangan arus, tetapi memiliki tegangan berlebih, spesifikasi panel surya yang tidak normal ini cenderung tidak sesuai dengan beban standar seperti baterai 6V, 12V yang membawa peringkat AH lebih tinggi dan peringkat tegangan lebih rendah dibandingkan dengan spesifikasi panel, dan lebih jauh lagi, sinar matahari yang selalu berubah membuat perangkat sangat tidak konsisten dengan parameter V dan I.
Dan itulah mengapa kami membutuhkan perangkat perantara seperti MPPT yang dapat 'memahami' variasi ini dan menghasilkan keluaran yang paling diinginkan dari panel surya yang terhubung.
Anda mungkin sudah mempelajari ini rangkaian MPPT berbasis IC 555 sederhana yang secara eksklusif diteliti dan dirancang oleh saya dan memberikan contoh yang sangat baik dari sirkuit MPPT yang berfungsi.
Mengapa MPPT
Ide dasar di balik semua MPPT adalah untuk menurunkan atau memangkas tegangan berlebih dari panel sesuai dengan spesifikasi beban memastikan bahwa jumlah tegangan yang dikurangi diubah menjadi jumlah arus yang setara, sehingga menyeimbangkan besaran I x V di input dan hasilnya selalu sesuai standar ... kita tidak bisa mengharapkan yang lebih dari ini dari gadget yang berguna ini, bukan?
Pelacakan otomatis di atas dan pengubahan parameter secara tepat secara efisien diimplementasikan menggunakan PWM tahap pelacak dan a tahap konverter uang , atau terkadang a tahap konverter buck-boost , meskipun konverter uang tunggal memberikan hasil yang lebih baik dan lebih sederhana untuk diterapkan.
Desain # 1: MPPT menggunakan PIC16F88 dengan Pengisian 3-Level
Dalam posting ini kami mempelajari rangkaian MPPT yang sangat mirip dengan desain IC 555, satu-satunya perbedaan adalah penggunaan mikrokontroler PIC16F88 dan rangkaian pengisian 3-level yang disempurnakan.
Langkah Bijak Detail Kerja
Fungsi dasar dari berbagai tahapan dapat dipahami dengan bantuan uraian berikut:
1) Output panel dilacak dengan mengekstrak beberapa informasi darinya melalui jaringan pembagi potensial terkait.
2) Satu opamp dari IC2 dikonfigurasi sebagai pengikut tegangan dan melacak output tegangan sesaat dari panel melalui pembagi potensial di pin3, dan memasukkan info ke pin penginderaan yang relevan dari PIC.
3) Opamp kedua dari IC2 bertanggung jawab untuk melacak dan memantau arus yang bervariasi dari panel dan memberi makan yang sama ke input penginderaan lain dari PIC.
4) Kedua input ini diproses secara internal oleh MCU untuk mengembangkan PWM yang disesuaikan untuk tahap konverter buck yang terkait dengan pin # 9.
5) PWM yang keluar dari PIC disangga oleh Q2, Q3 untuk memicu switching P-mosfet dengan aman. Dioda terkait melindungi gerbang mosfet dari tegangan berlebih.
6) Sakelar mosfet sesuai dengan PWM switching dan memodulasi tahap konverter buck yang dibentuk oleh induktor L1 dan D2.
7) Prosedur di atas menghasilkan output yang paling sesuai dari konverter buck yang tegangannya lebih rendah sesuai baterai, tetapi kaya arus.
8) Output dari buck terus di-tweak dan disesuaikan secara tepat oleh IC dengan mengacu pada info yang dikirim dari dua opamp yang terkait dengan panel surya.
9) Selain regulasi MPPT di atas, PIC juga diprogram untuk memantau pengisian baterai melalui 3 level diskrit, yang biasanya ditentukan sebagai mode massal, mode penyerapan, dan mode float.
10) MCU 'mengawasi' kenaikan voltase baterai dan menyesuaikan arus buck sesuai dengan mempertahankan level Ampere yang benar selama 3 level prosedur pengisian. Ini dilakukan bersama dengan kontrol MPPT, seperti menangani dua situasi sekaligus untuk memberikan hasil yang paling menguntungkan untuk baterai.
11) PIC itu sendiri disuplai dengan tegangan yang diatur presisi pada pinout Vdd-nya melalui IC TL499, regulator tegangan lain yang sesuai dapat diganti di sini untuk membuat hal yang sama.
12) Sebuah termistor juga dapat dilihat dalam desain ini mungkin opsional tetapi dapat dikonfigurasi secara efektif untuk memantau suhu baterai dan memasukkan info ke PIC, yang dengan mudah memproses informasi ketiga ini untuk menyesuaikan keluaran uang memastikan bahwa suhu baterai tidak pernah naik di atas level yang tidak aman.
13) Indikator LED yang terkait dengan PIC menunjukkan berbagai status pengisian daya baterai yang memungkinkan pengguna mendapatkan informasi terkini mengenai kondisi pengisian baterai sepanjang hari.
14) Sirkuit MPPT yang diusulkan menggunakan PIC16F88 dengan Pengisian 3-Level mendukung pengisian baterai 12V serta pengisian baterai 24V tanpa perubahan apa pun di sirkuit, kecuali nilai yang ditunjukkan dalam tanda kurung dan pengaturan VR3 yang perlu disesuaikan untuk memungkinkan output menjadi 14,4V di awal untuk baterai 12V dan 29V untuk baterai 24V.
Kode Pemrograman dapat Diunduh sini
Desain # 2: Pengontrol Baterai MPPT Mode Sakelar Sinkron
Desain kedua didasarkan pada perangkat bq24650 yang mencakup Pengontrol Pengisian Daya Baterai MPPT Synchronous Switch-Mode built-in yang canggih. Ini menawarkan pengaturan tegangan input tingkat tinggi, yang mencegah arus pengisian ke baterai setiap kali tegangan input turun di bawah jumlah yang ditentukan. Belajarlah lagi:
Setiap kali input dipasang dengan panel surya, loop stabilisasi pasokan menarik amp pengisian untuk memastikan bahwa panel surya diaktifkan untuk menghasilkan output daya maksimum.
Bagaimana Fungsi IC BQ24650
Bq24650 berjanji untuk menyediakan pengontrol PWIVI sinkron frekuensi konstan dengan tingkat akurasi yang optimal dengan stabilisasi arus dan tegangan, prakondisi pengisian daya, pemutusan muatan, dan pemeriksaan level pengisian daya.
Chip tersebut mengisi baterai dalam 3 level terpisah: pra-pengkondisian, arus konstan, dan voltase konstan.
Pengisian daya dihentikan segera setelah level amp mendekati 1/10 dari laju pengisian cepat. Timer pra-pengisian diatur ke 30 menit.
Bq2465O tanpa intervensi manual memulai kembali prosedur pengisian jika tegangan baterai kembali di bawah batas yang ditetapkan secara internal atau mencapai mode tidur amp diam minimum sementara tegangan input turun di bawah tegangan baterai.
Perangkat ini dirancang untuk mengisi baterai dari 2.1V hingga 26V dengan VFB yang dipasang secara internal ke titik umpan balik 2.1V. Spesifikasi amp pengisian daya diatur secara internal dengan memasang resistor penginderaan yang cocok.
Bq24650 dapat diperoleh dengan opsi QFN tipis 16 pin, 3,5 x 3,5 mm ^ 2.
Diagram Sirkuit
PERATURAN TEGANGAN BATERAI
Bq24650 menggunakan pengatur tegangan yang sangat akurat untuk menentukan tegangan pengisian. Tegangan pengisian diatur sebelumnya melalui pembagi resistor dari baterai ke ground, dengan titik tengah dihubungkan ke pin VFB.
Tegangan pada pin VFB dijepit pada referensi 2,1 V. Nilai referensi ini digunakan dalam rumus berikut untuk menentukan tingkat tegangan yang diatur yang diinginkan:
V (baterai) = 2.1V x [1 + R2 / R1]
dimana R2 dihubungkan dari VFB ke baterai dan R1 dihubungkan dari VFB ke GND. Li-Ion, LiFePO4, serta baterai asam timbal SMF idealnya adalah bahan kimia baterai yang didukung.
Mayoritas sel Li-ion di atas rak sekarang dapat diisi secara efektif hingga 4.2V / sel. Baterai LiFePO4 mendukung proses siklus pengisian dan pengosongan yang jauh lebih tinggi, tetapi sisi negatifnya adalah kepadatan energinya tidak terlalu baik. Tegangan sel yang dikenali adalah 3.6V.
Profil muatan dua sel Li-Ion dan LiFePO4 adalah pengkondisian awal, arus konstan, dan tegangan konstan. Untuk masa pengisian / pengosongan yang efektif, batas tegangan akhir pengisian dapat dikurangi menjadi 4,1V / sel namun kepadatan energinya bisa menjadi jauh lebih rendah dibandingkan dengan spesifikasi kimia berbasis Li, asam timbal terus berlanjut. menjadi baterai yang lebih disukai karena biaya produksi yang berkurang serta siklus pengosongan yang cepat.
Ambang tegangan umum adalah dari 2.3V hingga 2.45V. Setelah baterai terlihat terisi penuh, float atau trickle charge menjadi wajib untuk menggantikan self-discharge. Ambang batas pengisian tetesan adalah 100mV-200mV di bawah titik tegangan konstan.
PERATURAN TEGANGAN INPUT
Panel surya mungkin memiliki level eksklusif pada kurva V-I atau V-P, yang dikenal sebagai Titik Daya Maksimum (MPP), di mana sistem fotovoltaik lengkap (PV) mengandalkan efisiensi optimal dan menghasilkan daya keluaran maksimum yang diperlukan.
Algoritme tegangan konstan adalah opsi Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) paling mudah yang tersedia. Bq2465O secara otomatis mematikan amp pengisian sedemikian rupa sehingga titik daya maksimum diaktifkan untuk menghasilkan efisiensi maksimum.
AKTIFKAN Kondisi
Chip bq2465O menggabungkan komparator 'SLEEP' untuk mengidentifikasi sarana tegangan suplai pada pin VCC, karena fakta bahwa VCC dapat diakhiri baik dari baterai atau unit adaptor AC / DC eksternal.
Jika tegangan VCC lebih signifikan dari tegangan SRN, dan kriteria tambahan terpenuhi untuk prosedur pengisian, bq2465O selanjutnya mulai mencoba mengisi daya baterai yang terhubung (lihat bagian Mengaktifkan dan Menonaktifkan Pengisian).
Jika tegangan SRN lebih tinggi sehubungan dengan VCC, melambangkan bahwa baterai adalah sumber dari mana daya diperoleh, bq2465O diaktifkan untuk arus diam yang lebih rendah (<15uA) SLEEP mode to prevent amperage leakage from the battery.
Jika VCC di bawah batas UVLO, IC akan mati, setelah itu LDO VREF dimatikan.
AKTIFKAN DAN NONAKTIFKAN PENGISIAN
Aspek terkait berikut ini perlu dipastikan sebelum proses pengisian MPPT yang diusulkan, Sirkuit Pengontrol Pengisian Daya Baterai Mode Sakelar Sinkronisasi, diinisialisasi:
• Proses pengisian daya diaktifkan (MPPSET> 175mV)
• Unit tidak dalam fungsi Under-Voltage-Lock-Out (UVLO) dan VCC di atas batas VCCLOWV
• IC tidak dalam fungsi SLEEP (yaitu VCC> SRN)
• Tegangan VCC di bawah batas tegangan berlebih AC (VCC • Selang waktu 30 md terpenuhi setelah penyalaan pertama • Tegangan REGN LDO dan VREF LDO ditetapkan pada sambungan yang ditentukan • Thermal Shut (TSHUT) tidak diinisialisasi - TS buruk tidak teridentifikasi. Salah satu masalah teknis berikut dapat menghambat proses pengisian baterai: • Pengisian daya dinonaktifkan (MPPSET<75mV) • Input adaptor terputus, memicu IC untuk mengakses fungsionalitas VCCLOWV atau SLEEP • Tegangan input adaptor di bawah 100mV di atas tanda baterai • Adaptor memiliki nilai tegangan yang lebih tinggi • Voltase REGN atau VREF LDO tidak sesuai dengan spesifikasi • Batas panas IC TSHUT teridentifikasi • Tegangan TS terjadi keluar dari kisaran yang ditentukan yang mungkin menunjukkan bahwa suhu baterai sangat panas atau sebaliknya jauh lebih dingin SAAT PENGISI DAYA MULAI LEMBUT Bawaan yang Dipicu Sendiri Pengisi daya dengan sendirinya memulai secara lunak pengaturan daya pengisi daya setiap kali pengisi daya beralih ke pengisian cepat untuk memastikan bahwa sama sekali tidak ada overshoot atau kondisi stres pada kapasitor yang terhubung secara eksternal atau konverter daya. Soft-start dilengkapi dengan peningkatan amp stabilisasi pengejaran menjadi delapan langkah operasional yang dijalankan secara seragam di samping level arus pengisian yang ditetapkan sebelumnya. Semua langkah yang ditetapkan berlanjut selama sekitar 1,6 md, untuk periode Naik tertentu 13 md. Tidak ada satu pun bagian eksternal yang dipanggil untuk memungkinkan fungsi operasional yang dibahas. Konverter PWM buck sinkron menggunakan mode tegangan frekuensi yang telah ditentukan dengan strategi kontrol feed-forvvard. Konfigurasi kompensasi versi III memungkinkan sistem untuk memasukkan kapasitor keramik pada tahap keluaran konverter. Tahap input kompensasi dikaitkan secara internal antara output umpan balik (FBO) bersama dengan input penguat kesalahan (EAI). Tahap kompensasi umpan balik dicurangi antara input penguat kesalahan (EAI) dan output penguat kesalahan (EAO). Tahap filter keluaran LC perlu ditentukan untuk mengaktifkan frekuensi resonansi sekitar 12 kHz - 17 kHz untuk perangkat, di mana frekuensi resonansi, fo, dirumuskan sebagai: fo = 1/2 √ oLoCo Kemiringan gigi gergaji terintegrasi diperbolehkan untuk membandingkan input kontrol kesalahan EAO internal untuk mengubah siklus kerja konverter. Amplitudo ramp adalah 7% dari voltase adaptor input yang memungkinkannya proporsional secara permanen dan lengkap dengan suplai input voltase adaptor. Ini membatalkan segala jenis perubahan gain loop karena variasi tegangan input dan menyederhanakan prosedur kompensasi loop. Tanjakan diimbangi oleh 300mV sehingga duty-cycIe nol persen dicapai ketika sinyal EAO berada di bawah tanjakan. Sinyal EAO juga memenuhi syarat untuk melebihi jumlah sinyal ramp gigi gergaji dengan tujuan untuk mencapai permintaan PWM siklus tugas 100%. Dibangun gerbang logika penggerak memungkinkan penyelesaian siklus kerja 99,98% pada saat yang sama memastikan perangkat atas saluran-N secara konsisten membawa tegangan sebanyak yang diperlukan agar selalu 100% aktif. Jika tegangan pin BTST ke pin PH berkurang di bawah 4.2V selama lebih dari tiga interval, dalam hal ini MOSFET daya n-channeI sisi tinggi dimatikan sementara n-channe sisi rendah | MOSFET daya dipicu untuk menarik node PH ke bawah dan mengisi daya kapasitor BTST. Setelah itu driver high-side normalisasi ke prosedur duty-cycle 100% sampai voltase (BTST-PH) terlihat turun lagi rendah, karena arus keluar yang menipis kapasitor BTST di bawah 4.2 V, serta pulsa reset adalah diterbitkan ulang. Osilator frekuensi yang telah ditentukan mempertahankan perintah yang kaku atas frekuensi switching dalam sebagian besar keadaan tegangan input, tegangan baterai, arus pengisian, dan suhu, menyederhanakan tata letak filter keluaran dan menjauhkannya dari status gangguan yang dapat didengar. Desain MPPT terbaik ketiga dalam daftar kami menjelaskan rangkaian pengisi daya MPPT sederhana menggunakan IC bq2031 dari INSTRUMEN TEXAS, yang paling cocok untuk mengisi baterai asam timbal Ah tinggi dengan cepat dan dengan laju yang relatif cepat Artikel aplikasi praktis ini ditujukan untuk individu yang mungkin mengembangkan pengisi daya baterai asam timbal berbasis MPPT dengan bantuan pengisi daya baterai bq2031. Artikel ini mencakup format struktural untuk pengisian baterai asam timbal 12-A-jam yang menggunakan MPPT (pelacakan titik daya maksimum) untuk meningkatkan efisiensi pengisian untuk aplikasi fotovoltaik. Prosedur termudah untuk mengisi baterai dari sistem panel surya adalah dengan menghubungkan baterai langsung ke panel surya, namun ini mungkin bukan teknik yang paling efektif. Anggaplah panel surya memiliki rating 75 W dan menghasilkan arus 4,65 A dengan tegangan 16 V pada lingkungan uji normal suhu 25 ° C dan insolasi 1000 W / m2. Baterai asam timbal dengan tegangan 12 V yang langsung menghubungkan panel surya ke baterai ini akan menurunkan tegangan panel menjadi 12 V dan hanya 55,8 W (12 V dan 4,65 A) yang dapat dihasilkan dari panel untuk pengisian. Konverter DC / DC mungkin paling sesuai untuk pengisian yang ekonomis di sini. Dokumen aplikasi praktis ini menjelaskan sebuah model, memanfaatkan bq2031 untuk pengisian daya yang efektif. Gambar 1 menampilkan aspek standar sistem panel surya. Isc adalah arus hubung singkat yang mengalir melalui panel jika panel surya mengalami korsleting. Itu kebetulan arus optimal yang dapat diambil dari panel surya. Voc adalah tegangan rangkaian terbuka di terminal panel surya. Vmp dan Imp adalah level tegangan dan arus di mana daya maksimum dapat dibeli dari panel surya. Sementara sinar matahari mengurangi arus optimal (Isc) yang mungkin dicapai, arus tertinggi dari panel surya juga ikut menekan. Gambar 2 menunjukkan variasi karakteristik I-V dengan cahaya matahari. Kurva biru menghubungkan detail daya maksimum pada berbagai nilai insolasi Alasan rangkaian MPPT adalah untuk mencoba mempertahankan tingkat kerja panel surya pada titik daya maksimum dalam beberapa kondisi sinar matahari. Seperti yang diamati dari Gambar 2, tegangan di mana daya maksimum dialirkan tidak banyak berubah dengan sinar matahari. Sirkuit yang dibangun dengan bq2031 memanfaatkan karakter ini untuk mempraktikkan MPPT. Loop kontrol arus tambahan disertakan dengan penurunan arus pengisian saat siang hari berkurang serta untuk mempertahankan tegangan panel surya di sekitar tegangan titik daya maksimum. Gambar 3 menampilkan skema papan DV2031S2 dengan loop kontrol arus tambahan yang ditambahkan untuk menjalankan MPPT yang menggunakan penguat operasional TLC27L2. Bq2031 menjaga arus pengisian dengan mempertahankan tegangan 250 mV pada resistansi rasa R 20. Tegangan referensi 1,565 V dibuat dengan menggunakan 5 V dari U2. Tegangan input dibandingkan dengan tegangan referensi untuk menghasilkan tegangan kesalahan yang dapat diterapkan pada pin SNS bq2031 untuk mengurangi arus pengisian. Tegangan (V mp) dimana daya maksimum dapat diperoleh dari panel surya dikondisikan menggunakan resistor R26 dan R27. V mp = 1.565 (R 26 + R 27) / R 27. Dengan R 27 = 1 k Ω dan R 26 = 9,2 k Ω, V mp = 16 V tercapai. TLC27L2 secara internal disesuaikan dengan bandwidth 6 kHz pada V dd = 5 V. Terutama karena bandwidth TLC27L2 secara signifikan di bawah frekuensi switching bq2031, loop kontrol arus yang ditambahkan terus konstan. Bq2031 di sirkuit sebelumnya (Gambar 3) menawarkan arus optimal 1 A. Jika panel tenaga surya dapat memberikan daya yang cukup untuk mengisi baterai pada 1 A, loop kontrol luar tidak akan berfungsi. Namun jika insulasi berkurang dan panel tenaga surya berjuang untuk memberikan energi yang cukup untuk mengisi baterai pada 1 A, loop kontrol luar mengurangi arus pengisian untuk menjaga tegangan input pada V mp. Hasil yang ditunjukkan pada Tabel 1 mengkonfirmasi fungsi sirkuit. Pembacaan tegangan dalam huruf tebal menandakan masalah setiap kali loop kontrol sekunder meminimalkan arus pengisian untuk mempertahankan input pada V mp Referensi: MPPT Synchronous Switch-Mode Battery Charge Controller Circuit PENGOPERASIAN KONVERTER
Desain # 3: Sirkuit Pengisi Daya MPPT Cepat
Abstrak
pengantar
Karakteristik I-V Panel Surya
Pengisi Daya MPPT Berbasis bq2031
Sepasang: 3 Rangkaian Sensor Jarak Kapasitif Mudah Dijelajahi Berikutnya: 8 Fungsi Sirkuit Lampu Natal
