Kontroler ładowania słonecznego MPPT wykorzystujący LT3562

Prawie każdy system oparty na energii słonecznej ma powiązaną baterię, która musi być ładowana z energii słonecznej, a następnie energia z baterii zostanie wykorzystana do napędzania obciążeń. Istnieje wiele opcji ładowania baterii litowej, wcześniej zbudowaliśmy również prosty obwód ładowania baterii litowej. Jednak do ładowania baterii za pomocą panelu słonecznego, najpopularniejszym wyborem jest topologia MPPT lub trackera punktu maksymalnej mocy, ponieważ zapewnia znacznie lepszą dokładność niż inne metody, takie jak ładowarki sterowane PWM.

MPPT to algorytm powszechnie stosowany w ładowarkach słonecznych. Kontroler ładowania mierzy napięcie wyjściowe paneli i napięcie akumulatora, a następnie uzyskując te dwa dane, porównuje je, aby zdecydować, jaka moc panel może zapewnić do ładowania akumulatora. Niezależnie od sytuacji, w dobrym lub słabym świetle słonecznym, kontroler ładowania MPPT wykorzystuje ten maksymalny współczynnik mocy wyjściowej i konwertuje go na najlepsze napięcie i prąd ładowania dla akumulatora. Za każdym razem, gdy spada moc wyjściowa z panelu słonecznego, zmniejsza się również prąd ładowania akumulatora.

W związku z tym w warunkach słabego nasłonecznienia akumulator ładuje się w sposób ciągły w zależności od mocy wyjściowej panelu słonecznego. Zwykle nie ma to miejsca w przypadku zwykłych ładowarek słonecznych. Ponieważ każdy panel słoneczny ma maksymalny prąd wyjściowy i prąd zwarciowy. Ilekroć panel słoneczny nie był w stanie zapewnić odpowiedniego prądu wyjściowego, napięcie znacznie spada, a prąd obciążenia nie zmienia się i przekracza znamionowy prąd zwarcia, powodując, że napięcie wyjściowe panelu słonecznego wynosi zero. W związku z tym ładowanie zostaje całkowicie zatrzymane w warunkach słabego nasłonecznienia. Ale MPPT umożliwia ładowanie akumulatora nawet w warunkach słabego nasłonecznienia poprzez kontrolowanie prądu ładowania akumulatora.

Efektywność konwersji MPPT wynosi około 90-95%. Jednak wydajność zależy również od temperatury sterownika słonecznego, temperatury akumulatora, jakości panelu słonecznego i wydajności konwersji. W tym projekcie zbudujemy ładowarkę Solar MPPT do akumulatorów litowych i sprawdzimy wydajność. Możesz również sprawdzić projekt monitorowania baterii słonecznej oparty na IoT, w którym monitorujemy niektóre krytyczne parametry baterii baterii litowej zainstalowanej w Układzie Słonecznym.

Kontroler ładowania MPPT - względy projektowe

MPPT kontroler ładowania obwodu że projektujemy w tym projekcie będzie posiadać następujące parametry mięsa.

Będzie ładować akumulator 2P2S (6,4-8,4 V)
Prąd ładowania wyniesie 600 mA
Będzie miał dodatkową opcję ładowania za pomocą adaptera.

Komponenty wymagane do budowy kontrolera MPPT

Sterownik LT3652
1N5819 - 3 szt
Pula 10k
Kondensatory 10uF - 2 szt
Zielona dioda LED
Pomarańczowa dioda LED
Rezystor 220k
Rezystor 330k
Rezystor 200k
Cewka 68uH
Kondensator 1uF
Kondensator 100uF - 2 szt
Akumulator - 7,4 V.
Rezystory 1k 2 szt
Gniazdo lufy

Schemat obwodu ładowarki słonecznej MPPT

Pełny obwód kontrolera ładowania słonecznego można znaleźć na poniższym obrazku. Możesz go kliknąć, aby wyświetlić całą stronę, aby uzyskać lepszą widoczność.

Obwód wykorzystuje LT3652, który jest kompletną monolityczną ładowarką akumulatorów obniżających napięcie, która działa w zakresie napięcia wejściowego od 4,95 V do 32 V. Zatem maksymalny zakres wejściowy wynosi od 4,95 V do 32 V zarówno dla baterii słonecznej, jak i adaptera. LT3652 zapewnia stałą charakterystykę ładowania prądu / stałego napięcia. Można go zaprogramować za pomocą rezystorów wykrywających prąd na maksymalnie 2A prądu ładowania.

W sekcji wyjściowej ładowarka wykorzystuje napięcie odniesienia dla napięcia zmiennego 3,3 V, więc dowolne napięcie podtrzymania akumulatora do 14,4 V można zaprogramować za pomocą dzielnika rezystorowego. LT3652 zawiera również programowalny timer bezpieczeństwa wykorzystujący prosty kondensator. Służy do zakończenia ładowania po osiągnięciu żądanego czasu. Jest to przydatne do wykrywania uszkodzeń baterii.

LT3652 wymaga konfiguracji MPPT, w której do ustawienia punktu MPPT można użyć potencjometru. Gdy LT3652 jest zasilany z panelu słonecznego, wejściowa pętla regulacyjna służy do utrzymywania panelu w szczytowej mocy wyjściowej. Od tego, gdzie utrzymywana jest regulacja, zależy od potencjometru konfiguracji MPPT.

Wszystkie te rzeczy są połączone ze schematem. VR1 służy do ustawiania punktu MPPT. R2, R3 i R4 służą do ustawienia napięcia ładowania akumulatora 2S (8,4 V). Wzór na ustawienie napięcia akumulatora można podać przez:

RFB1 = (VBAT (FLT) • 2,5 • 10 ⁵) /3.3 i RFB2 = (RFB1 • (2,5 • 10 ⁵)) / (RFB1 - (2,5 • 10 ⁵))

Kondensator C2 służy do ustawiania licznika czasu ładowania. Timer można ustawić za pomocą poniższego wzoru:

tEOC = CTIMER • 4,4 • 10 ⁶ (w godzinach)

D3 i C3 to dioda doładowania i kondensator doładowania. Steruje wewnętrznym przełącznikiem i ułatwia nasycenie tranzystora przełącznika. Pin doładowania działa od 0 V do 8,5 V.

R5 i R6 to rezystor wykrywający prąd połączony równolegle. Prąd ładowania można obliczyć za pomocą poniższego wzoru:

RSENSE = 0,1 / ICHG (MAX)

Obecny rezystor wykrywający na schemacie jest wybrany 0,5 oma i 0,22 oma, co równolegle tworzy 0,15 oma. Korzystając z powyższego wzoru, wytworzy prawie 0,66A prądu ładowania. C4, C5 i C6 to kondensatory filtru wyjściowego.

Wtyk beczkowy DC jest podłączony w taki sposób, że panel słoneczny zostanie odłączony, jeśli wtyczka adaptera zostanie włożona do gniazda adaptera. D1 chroni panel słoneczny lub adapter przed przepływem prądu wstecznego podczas braku ładowania.

Projekt PCB kontrolera ładowania słonecznego

Dla omówionego powyżej obwodu MMPT zaprojektowaliśmy płytkę drukowaną sterownika ładowarki MPPT, która jest pokazana poniżej.

Konstrukcja posiada niezbędną płaszczyznę miedzianą GND oraz odpowiednie przelotki łączące. Jednak LT3652 wymaga odpowiedniego radiatora PCB. Jest to tworzone za pomocą płaszczyzny miedzianej GND i umieszczania przelotek w tej płaszczyźnie lutowania.

Zamawianie PCB

Teraz rozumiemy, jak działają schematy, możemy przystąpić do tworzenia płytki drukowanej dla naszego projektu ładowarki słonecznej MPPT. Układ PCB dla powyższego obwodu jest również dostępny do pobrania jako Gerber z linku.

Pobierz GERBER dla ładowarki słonecznej MPPT

Teraz nasz projekt jest gotowy, nadszedł czas, aby wykonać je za pomocą pliku Gerber. Wykonanie PCB z PCBGOGO jest dość łatwe, po prostu wykonaj poniższe czynności:

Krok 1: Wejdź na www.pcbgogo.com, zarejestruj się, jeśli to Twój pierwszy raz. Następnie w zakładce Prototyp PCB wprowadź wymiary swojej płytki PCB, liczbę warstw i liczbę potrzebnych PCB. Zakładając, że PCB ma wymiary 80 cm × 80 cm, możesz ustawić wymiary tak, jak pokazano poniżej.

Krok 2: Kontynuuj, klikając przycisk Cytuj teraz . Zostaniesz przeniesiony na stronę, na której możesz ustawić kilka dodatkowych parametrów, jeśli to konieczne, takich jak zastosowany materiał, rozstaw ścieżek itp. Ale przede wszystkim wartości domyślne będą działać dobrze. Jedyne, co musimy tutaj wziąć pod uwagę, to cena i czas. Jak widać, czas budowy wynosi tylko 2-3 dni i kosztuje tylko 5 USD za naszą płytkę PCB. Następnie możesz wybrać preferowaną metodę wysyłki w oparciu o swoje wymagania.

Krok 3: Ostatnim krokiem jest załadowanie pliku Gerber i kontynuacja płatności. Aby upewnić się, że proces przebiega bezproblemowo, PCBGOGO sprawdza, czy plik Gerber jest ważny przed przystąpieniem do płatności. W ten sposób możesz mieć pewność, że Twoja płytka drukowana jest przyjazna dla produkcji i dotrze do Ciebie zgodnie z zobowiązaniem.

Montaż PCB

Po zamówieniu płytka dotarła do mnie po kilku dniach kurierem w ładnie opisanym, dobrze zapakowanym pudełku i jak zawsze jakość PCB była niesamowita. Otrzymaną przeze mnie płytkę PCB pokazano poniżej. Jak widać, zarówno górna, jak i dolna warstwa okazały się zgodne z oczekiwaniami.

Wszystkie przelotki i podkładki miały odpowiedni rozmiar. Montaż na płytce PCB zajął mi około 15 minut, aby uzyskać działający obwód. Zmontowaną płytkę pokazano poniżej.

Testowanie naszej ładowarki słonecznej MPPT

Do testowania obwodu używany jest panel słoneczny o napięciu 18V 0,56A. Poniższy obraz przedstawia szczegółową specyfikację panelu słonecznego.

Do ładowania używana jest bateria 2P2S (8,4 V 4000 mAH). Cały obwód jest testowany w umiarkowanym nasłonecznieniu–

Po podłączeniu wszystkiego MPPT jest ustawiany, gdy stan słońca jest właściwy, a potencjometr jest kontrolowany, aż dioda LED ładowania zacznie świecić. Obwód działał całkiem dobrze, a szczegółową pracę, konfigurację i wyjaśnienia można znaleźć w filmie, do którego link znajduje się poniżej.

Mam nadzieję, że projekt Ci się podobał i nauczyłeś się czegoś pożytecznego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej. Możesz również skorzystać z naszych forów, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.