So regulieren Sie einen TP4056 automatisch für eine maximale Solarstromgewinnung

Ich verwende ein Solarpanel (6 V - 600 mA bei Spitzenleistung), um einen Li-Ion-Akku (3,7 V) mit einem TP4065 aufzuladen. Das TP4065, das ich verwende, hat diese Konfiguration:

Schaltung TP4065

Wobei der Wert des Widerstands Rprog den Ladestrom bestimmt.

Widerstand gegen aktuelle Tabelle

Das Problem ist, dass der Strom, den das Solarpanel liefert, proportional zum empfangenen Licht ist und die einzige Möglichkeit, die maximale Leistung aus dem Solarpanel zu extrahieren, darin besteht, die Last so anzupassen, dass die Solarpanelspannung bei etwa 6 V bleibt, die in meinem Fall gesteuert wird durch Reduzierung des Ladestroms.

Was wäre die beste Schaltung, um den Rprog-Widerstand automatisch anzupassen, um die TP4056 Vcc auf einer konstanten Spannung von etwa 6 V zu halten?

Hier ist ein Beispiel einer IV-Kurve eines Solarpanels, die die Spannung zeigt, bei der die maximale Leistung entnommen wird.

Beispiel Solarpanel IV

Hier ist die Ladekennlinie des TP4065

TP4065 Ladediagramm

UPDATE 13.02.2015

Die Spannung am PROG-Pin variiert zwischen 1 V und 0,2 V

Mein Projekt wird einen Arduino-Mikrocontroller verwenden. Ich könnte den Arduino verwenden, um die Spannung des Solarpanels zu überwachen und den TP4056-Strom mit der folgenden Schaltung zu regulieren:

Andere Lösung

Rprog und Rarduino wären 600 Ohm und der 100-uF-Kondensator und Rarduino fungieren als Tiefpassfilter für den Arduino-Analogausgang, der ein 3,3-V-500-Hz-PWM-Signal ausgibt.

Wenn der digitale Ausgang 0 V beträgt, sieht der TP4056 einen 1,2-K-Widerstand und verhält sich normal. Wenn wir die analoge Ausgangsspannung erhöhen, sinkt die Spannung an Rprog, was den Strom im TP4056 PROG-Pin verringert und schließlich den Batterieladestrom reduziert.

Kann diese Lösung funktionieren?

Ihre Frage ist falsch. Das Modulieren des Ladestroms mit RPROG hilft Ihnen nicht dabei, Ihren Akku schneller aufzuladen. Stellen Sie RPROG einfach auf das Maximum an sonnigen Tagen ein (was auch immer das ist). Wenn Sie die maximale Leistung aus dem Solarpanel ziehen möchten, müssen Sie mindestens einen DC-DC-Wandler verwenden, und in diesem Fall wäre es wahrscheinlich nicht sinnvoll, ein lineares Ladegerät zu verwenden.
Die Batterie, das Solarpanel und das Ladegerät sind alle in Reihe geschaltet (mit Ausnahme des geringen Ruhestroms, der vom Ladegerät verbraucht wird). Die Maximierung der Leistung der Solarmodule ist also nicht das Ziel. Sie möchten die Stromabgabe maximieren. Hoffentlich verstehst du jetzt meinen Punkt.
Schauen Sie sich das an: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf Die Idee ist, dass Sie Ihren Vin auf den maximalen Leistungspunkt einstellen würden (beachten Sie, dass sich die Spannung am maximalen Leistungspunkt nicht viel mit der Lichtstärke ändert). . Es funktioniert möglicherweise nicht mit Ihrem 5-V-Solarpanel, aber wenn Sie in Betracht ziehen, ein Panel mit höherer Spannung zu kaufen, könnte es funktionieren.
@mkeith Es wird schneller aufgeladen, denn wenn das Solarpanel nur 100 mA liefern kann und das Ladegerät 1000 mA will, fällt die Spannung des Solarpanels auf eine Spannung ab, bei der der TP4056 nicht richtig funktionieren kann und überhaupt nicht auflädt.
@mkeith es wäre sinnvoll, den Strom vorrangig zu maximieren, aber wie Sie im Ladediagramm sehen können, ist der Strom nicht konstant auf einem hohen Wert, um den Akku aufzuladen. Die einzige verbleibende Lösung besteht darin, den Ladestrom so zu steuern, dass das Solarpanel nicht überlastet wird
Also was möchten Sie tun? Begrenzen Sie den Ladestrom, damit VCC über 5 V bleiben kann? Dadurch werden Sie noch schlimmer behindert. Ich würde vorschlagen, dass Sie ein anderes Ladegerät finden, das besser funktioniert. Es gibt einige, die sich automatisch zurückziehen, wenn die Eingangsschiene zusammenzubrechen beginnt. Ich weiß, dass TI welche hat. Ich habe nicht auf das Datenblatt für dieses Teil geschaut.
@mkeith Ich habe meiner Frage eine Lösung hinzugefügt, was denkst du?
Ja, ich denke, die Grundidee wird funktionieren. Sie müssen darauf achten, keinen Strom in den Knoten zu drücken. Nicht sagen, was passieren wird, wenn Sie das tun. Ich habe einmal etwas Ähnliches getan, um die Helligkeit eines Hintergrundbeleuchtungs-Boost-Konverters zu steuern. Wenn der PWM-Ausgang kontinuierlich niedrig ist (0 % Arbeitszyklus), ist der Strom maximal und ist so, als ob R = RPROG + RARDUINO. Ich würde vorschlagen, RPROG ziemlich klein und RARDUINO viel größer zu machen. Wenn Sie absolut sicher sein wollen, fügen Sie einen N-Kanal-Mosfet zwischen RARDUINO und GND hinzu. Steuern Sie das Tor mit Ihrem PWM-Signal.
Verwenden Sie einen 5-V-Supercap.

Antworten (7)

Die Antwort, die Sie vorgeschlagen haben, gefällt mir sehr gut. Ich denke, es ist eine gute Idee. Ich würde nur eine kleine Variation wie folgt vorschlagen:

überarbeitete PWM-Steuerung

Bitte arbeiten Sie auch die Eckfälle und ungewöhnlichen Umstände durch, z. B. wenn die Batterie leer ist und Arduino nicht eingeschaltet werden kann. Bleibt das Ladegerät in einem Null-Ladestrom-Modus hängen? Vielleicht ein strategischer Pullup oder Pulldown irgendwo oder ein großer Widerstand parallel zu RPROG und einer 100uF-Kappe, um einen kleinen Ladestrom sicherzustellen, selbst wenn PWM ausgeschaltet ist.

Gut gemacht!

McKenzie

Ich denke, ich werde den Arduino direkt auf dem Solarpanel mit Strom versorgen, damit ich nie in ein Sackgassenproblem stoße.
Auch der maximale Strom, den der PROG-Pin liefern kann, beträgt 1,2 mA. Der Arduino-Analogausgang kann 20 mA abgeben oder senken, daher denke ich nicht, dass der Mosfet erforderlich ist
Um die Strömung mache ich mir keine Sorgen. Das Problem ist, dass der PWM-Ausgang (vorausgesetzt, es handelt sich um einen Totempfahl) eine höhere Spannung als die PROG-Pin-Spannung hat. Wenn Sie versehentlich auf 100 % Einschaltdauer gehen, fließt Strom in den PROG-Pin. Ich bin mir nicht sicher, welche Auswirkungen dies haben würde. Der Chip könnte beschädigt werden. Wenn Sie andererseits den PWM-Ausgang als "Open Drain" oder "Open Collector" konfigurieren können, sollte dies in Ordnung sein.

Ich habe mich in letzter Zeit mit der gleichen Frage beschäftigt. Meine Lösung war etwas anders als deine:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Indem ich D10, D11, D12 entweder als OUTPUT/LOW oder INPUT (High-Z, kein Pullup) auswähle, kann ich Rprog von 16k (D10/11/12 alle High-Z) bis hinunter zu 1050 Ohm (D10/11/12 alle LOW) und über A0 den Ladestrom überwachen, um den MPP zu finden.

Das Lustige ist, dass ich bei all meinen Tests festgestellt habe, dass der TP4056 MPPT selbst zu tun scheint, dh selbst wenn Sie Rprog zu niedrig einstellen, scheint sich Vprog selbst zu regulieren, um den Strom bei MPP zu halten. Das würde also bedeuten, dass es ausreichen würde, Rprog auf den maximalen Strom einzustellen, den die Solarmodule liefern können.

Übrigens bestätigt dies meinen empirischen Befund, nachdem ich in den letzten 2 Jahren problemlos einfache TP4056-Module mit meinen faltbaren Solarmodulen verwendet habe. (Es ist jedoch ein bisschen enttäuschend, da ich mir die ganze Mühe gemacht habe, mein Arduino MPPT zu konstruieren, nur um herauszufinden, dass ich es nicht wirklich brauche ...)

automatische Ladestromanpassung

Ich würde einen anderen Chip verwenden. Wenn Sie jedoch diesen verwenden möchten, können Sie diese Schaltung ausprobieren. Bringen Sie einen Stromspiegel an, um den Programmstrom anzupassen. Ich gehe davon aus, dass intern der durch PROG fließende Strom gespiegelt wird (mit Verstärkung), um den externen Ladestrom einzustellen. Was Sie hier also haben, ist eine Stromquelle, die den Stromwert erhöht, wenn VCC zunimmt. Stellen Sie R200 ein, um den gewünschten Strom bei dem zu erhalten, was Sie als minimalen VCC betrachten. Wenn VCC steigt, steigt auch der Ladestrom.

Ich bin zu faul, um einen guten Ausgangspunkt für R200 herauszufinden. Aber wenn Sie herausfinden können, wie hoch die Spannung an PROG ist, dann können Sie aus der Tabelle den aktuellen Verstärkungsfaktor erraten und einen guten Ausgangspunkt für R200 finden. Ich denke, es wird wie 47k-ish sein.

Variationen davon könnten sogar noch besser funktionieren. Wenn Sie beispielsweise eine Spannungsreferenz und einen Komparator oder einige weitere Transistoren hinzufügen, können Sie den Ladestrom tatsächlich auf dem Maximum halten, bis VCC unter einen bestimmten Punkt fällt, und dann den Ladestrom zurücknehmen, um VCC auf diesem Niveau zu halten. Aber meiner Meinung nach sollten Sie, wenn Sie dieses Komplexitätsniveau erreichen, einfach einen IC verwenden, der alles für Sie erledigt, wie den bq24210.

Ich bin offen, dies weiter zu diskutieren. Markiere mich einfach, um meine Aufmerksamkeit zu bekommen.

Das sieht toll aus! Der BQ24210 ist ein ziemlich kleiner IC für ein Bastlerprojekt. Kennen Sie andere größere Chips, die eine ähnliche Funktion erfüllen?
Nein, aber ich habe gerade das hier gefunden: sparkfun.com/products/12885

Ich überlege, genau dies zu tun. Ich denke, der Kondensator an Vin hilft sehr, weil er beim Laden weniger Strom zieht und nicht mehr zu viel Strom aus der Fotozelle zieht, was der Punkt ist, an dem die Ausgangsleistung abfällt. Sobald der Kondensator unter 4 V fällt, wird sich der TPS4056 meiner Meinung nach selbst deaktivieren, bis die Kappe wieder hoch genug aufgeladen ist. Wenn es wieder auf 4 V aufgeladen wird, wirkt es wie ein Schwungrad.

Eine andere Idee, die ich ausprobieren möchte, ist die Verwendung eines Fotowiderstands für Rprog.

Nur zur Erinnerung ... dieser Lade-IC ist linear. Dies bedeutet, dass Sie bei einer Batterie von ~ 4 V und einem Solarpanel von ~ 6 V etwa 2 V * Strom als Wärme verschwenden. Selbst wenn Sie es schaffen, das Maximum aus dem Panel herauszuholen, ist der Energieverlust hoch. Erwägen Sie die Verwendung eines Schaltreglers oder stellen Sie Ihren eigenen (Buck) mit atmega her, es ist eine einfache Schaltung und kann in jedem Lastfall einen Wirkungsgrad von etwa 90% haben. Habe Spaß.

Bist du sicher, dass es linear ist? Wie könnte die gleiche Eingangsspannung durch Ändern eines Widerstands einen unterschiedlichen Ladestrom erzeugen?

ist die maximale Solarstromausbeute wichtiger oder die richtige Verwendung eines TP4056 wichtiger? Wenn die maximale Solarstromausbeute wichtiger ist, sind alle Ihre Schaltungen und alle bisherigen Antworten falsch. Ihr 6-V-Solarpanel gibt Ihnen 2-4 V bei schwächerem Licht, und Sie können nicht erwarten, dass es in dieser Situation eine 4,2-V-Batterie vollständig auflädt, sodass Ihr Ladegerät unabhängig von Ihrem Ladewert keine maximale Solarenergie-Extraktionseinheit ist verwenden.

Stattdessen benötigen Sie einen Vorstufen-Aufwärtswandler mit niedrigem Anlauf und einer Spannungsregelung von 5 V. fertig, Sie brauchen sich um nichts weiter zu kümmern. Verwenden Sie keinen Mikrocontroller für ein einfaches Ladegerät wie dieses, es verschwendet mehr Energie, als es bei schwächerem Licht erzeugt. Tatsächlich sollten Sie den TP4065 aus der Gleichung streichen, wenn maximale Solarstromausbeute das Wichtigste ist.

Offensichtlich ist mein oberstes Ziel, so viel Leistung wie möglich zu extrahieren. Aber ich habe auch zwei weitere Ziele, nämlich billig zu bauen und einfach zu bauen. Was wäre Ihre Empfehlung, um das TP4065 zu ersetzen?
Am billigsten ist die Verwendung einer Schottky-Diode und am besten die Verwendung eines DC-DC-Aufwärtswandlers. Ich empfehle den CE8301. Dieser kleine Kerl ist großartig, weil seine Startspannung 0,9 V beträgt. Sie können einen finden, indem Sie 5V USB Boost Converter in ebay eingeben. Die meisten dieser Aufwärtswandler verwenden diesen IC. Nachdem Sie es bekommen haben, hacken Sie es ein wenig, um den Ausgang auf 4,2 V zu bringen, nämlich durch Ändern des Rückkopplungswiderstands und fertig.
Würde das Laden mit flachen 4,2 V statt mit den vielen Stufen des TP4056 Probleme mit der Batterie verursachen? Viele sagen, dass die 4,2 V sehr präzise sein müssen, und es scheint, dass der CE8301 nur in 0,1-V-Schritten eingestellt werden kann.
Wenn Sie eine einfache 4,2-V-Spannung an eine Li-Ionen-Batterie anlegen, durchläuft sie diese vielen Phasen trotzdem. So funktioniert die chemische Batterie und hat nichts mit dem IC zu tun. Der IC erkennt diese Phasen und stoppt das Laden des Akkus, wenn er glaubt, dass der Akku vollständig geladen ist. Das Kitzelladen eines Li-Ionen-Akkus ist im Lehrbuch schlecht, aber im wirklichen Leben ist es völlig in Ordnung, insbesondere mit Ihrem Solareingang. Zu guter Letzt stellen einige Ladegeräte die Abschaltspannung auf 4,3 V ein. Es wird die Kapazität erhöhen und die Lebensdauer verringern, aber es ist nicht explosiv und sicher.
Wo würde die IV-Kurve des Solarpanels liegen, wenn es direkt an einen DC-DC-Aufwärtswandler angeschlossen wäre? Würde es die Leistung der Solarzelle maximieren? Ich kann mir nicht vorstellen, wie die Eingangsimpedanz des Wandlers aussehen würde.

Sie regulieren einen TP4056 nicht automatisch für maximale Solarenergiegewinnung. MPPT ist nur auf das Schalten von DC-DC-Wandlern (nicht linear) anwendbar. TP 4056 ist ein lineares Ladegerät und der Eingangsstrom ist ungefähr gleich dem Batterieladestrom, egal was Sie tun. Das einzige, was Sie tun können - Minimieren Sie die Verlustleistung eines TP4056-ICs selbst (= Minimieren Sie den Spannungsverlust darauf - Verwenden Sie einen 1,2-kOhm-Rprog-Widerstand - Lassen Sie auch Solarmodule etwas mehr Strom erzeugen)

So regulieren Sie einen TP4056 automatisch für eine maximale Solarstromgewinnung
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