Topologie des Solar-PWM-Ladegeräts

Meine ursprüngliche Antwort (unten) basierte auf meiner falschen Annahme, dass Arik vorschlug, die Verdrahtungsinduktivität in einem Controller zu verwenden, um die formal bereitgestellte Induktivität zu ersetzen. Tatsächlich sagt er, dass es in den interessierenden Controllern KEINE formale Induktivität gibt, und er wunderte sich wenn die Verdrahtungsinduktivität insgesamt eine nützliche Rolle spielte.

Einfaches PWM kann verwendet werden, um den Strom zu variieren, den ein PV-Panel liefern wird, und um die Batteriespannung zu steuern. Er kann als Strombegrenzer, Konstantstromregler oder Spannungsregler fungieren.

Ein PV-Modul, das ohne einen Energieumwandlungsregler verwendet wird, z. B. einen MPPT-Regler, verhält sich normalerweise ähnlich wie eine CC-Quelle (Konstantstromquelle). Dies liegt daran, dass Vmp (Voltage at max power) unter den meisten Sonnenbedingungen > Vbattery ist und das Panel mit einer geringeren effektiven Widerstandslast als optimal belastet wird. Ein MPPT-Regler erhöht den effektiven Lastwiderstand, damit die Versorgungsspannung auf den optimalen Wert ansteigen kann.

Wenn Sie ein PV-Panel an eine Batterie anschließen, wird der Stromfluss reduziert, wenn das PWM-Tastverhältnis reduziert wird. Es wird keine lineare Reduzierung sein, da vpanel ansteigt, wenn die Last reduziert wird, was dazu neigt, gegen die Stromreduzierung von der PWM zu wirken. In der Praxis können Sie den Strom jedoch auf jeden Wert einstellen, der gleich oder niedriger ist als der Wert, den Sie bei einer harten Verbindung erhalten würden.

Wenn Sie die Batteriespannung auf einen bestimmten Wert begrenzen möchten, dann funktioniert das einfache Reduzieren oder Stoppen des Stromflusses, wenn die Spannung hoch genug ist, als "Konstantspannungsquelle". Strom

Einfaches MPPT kann kaum mehr sein als der von mir skizzierte Abwärtswandler plus ein Controller. Indem Sie nicht mehr tun, als die Panel-Spannung bei etwa 80 % - 85 % von Voc_panel_full sun zu halten, kommen Sie der echten MPPT-Leistung sehr nahe.

Zweite Ergänzung

Wenn sich die Frage weiterentwickelt, kann sich auch die Antwort entwickeln :-).
Es besteht kein Zweifel, dass eine einfache Knall/Knall-Ein/Aus-Steuerung unerwünscht ist und unerwünschte Batteriestrom- und -spannungsschwankungen verursacht. Meine Kommentare darüber, dass der Controller die Spannung steuern kann, gelten über einen langen Zeitraum relativ zu einem PWM-Zyklus, aber alle möglichen interessanten Dinge können über einen einzigen Zyklus oder eine kleine Anzahl von Zyklen passieren.

Das Hinzufügen eines Induktors ermöglicht die Energiespeicherung und Glättung - ein vorhandener Controller kann möglicherweise "verbessert" werden, indem einfach ein Induktor und eine Rücklaufdiode und möglicherweise ein oder zwei Reservoirkappen hinzugefügt werden, je nachdem, was jetzt vorhanden ist, ABER die vorhandene Steuerschaltung kann passen ( oder nicht) aufgrund der geänderten Antwort. In vielen Fällen wäre es wahrscheinlich, die vorhandene Leistungspegelhardware mit L, C, D als Erfordernis plus entweder neue Software oder (möglicherweise einfacher) einen neuen Steuerkern zu verwenden. Ein MPPT-Controller muss kaum mehr kosten als das, was es jetzt gibt. Die Preisgestaltung wird oft durch „weil wir können“- und „weil sie nicht können“-Faktoren gesteuert.

Ein linearer oder resistiver Serienschalter (wahrscheinlich MOSFET) würde dazu beitragen, das Verhalten auf Kosten der Verlustleistung im Schalter zu verbessern. Die Größe des Kühlkörpers ist ungewiss, da nur das Ende zu sehen ist, aber es sieht beträchtlich aus. Wenn der Schalter als Widerstand betrieben wird, könnte er so eingerichtet werden, dass er eine feste Stromzufuhr zur Batterie betreibt. Falls gewünscht, könnte dies nur im Haltemodus erfolgen, wo der Strom niedrig ist. zB in Panle V_light)load ist sagen wir 17 V und Vbat hold ist sagen wir 12,6 V und Itrickle ist sagen wir 100 mA, dann ist die Verlustleistung in einem FET in diesem Modus P = V x I = (17 - 12,6) * 0,1 = 0,44 Watt = minimal. Wenn Sie beispielsweise 5 Watt sinken könnten und Strom von 18 V bis 12 V liefern müssten, könnten Sie I = W / V = ​​5 / (18-12) = ~ ~ 800 mA haben.

Die Verwendung von Ein / Aus-PWM ist nicht ideal und führt zu Wellenformen, die denen ähneln, die Arik in seiner zweiten Bearbeitung gezeigt hat. Die Größe der Spitzen hängt davon ab, wie viel Kapazität VOR dem Schalter vorhanden ist, in geringerem Maße wie viel Kapazität nach dem Schalter, Verdrahtungswiderstand (und in gewissem Maße Induktivität) und Batterieeigenschaften und Ladezustand und vor allem PWM-Frequenz . Arik hat die Signale als sprunghafte Änderungen an Schaltgrenzen gefolgt von linearen Rampen dargestellt. Ich würde erwarten, dass die schrittweisen Änderungen durch den Effekt von Kapazitäten und linearen Rampen modifiziert werden, um zu mehr oder weniger stabilen Abflachungen abzuflachen, wenn die PWM-Ein- oder Ausschaltzeit im Verhältnis zu Batterie und PV-Modul, die sich unter den gegebenen Bedingungen auf einen stabilen Zustand einstellen, lang wird .

Ich zeige in meinem Umrissschema unten keinen Kondensator auf dem PV-Panel, aber wenn es einen gibt, dreht sich das PV-Panel langsamer und kann näher an einer konstanten Spannung gehalten werden. Dies würde die unangenehmeren Spitzen und Ausschläge, die von Arik gezeigt werden, begrenzen.

Außerdem kann eine ideale Batterie, wie vorgeschlagen, Stufenänderungen und "sofortige stationäre" Bedingungen aufweisen, aber es ist wahrscheinlich, dass Sie im wirklichen Leben komplexere Antworten erhalten - ein Oszilloskop wäre hier Ihr Freund.

Ursprüngliche Antwort - nützlich, aber nicht das, wonach gefragt wurde.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass Ihr Schaltplan falsch ist und dass die einfachen PWM-Controller Buck-Konverter sind, wie unten gezeigt.

Die Verdrahtungsinduktivität könnte fiktiv verwendet werden, ist aber in der Praxis zu klein, um sie in vernünftig praktischen Wandlern zu verwenden. Die Resonanzfrequenz ist nicht der kritische Faktor. Bei Resonanz würde Vcap „weit“ schwingen. Was erforderlich ist, ist eine Induktivität, bei der Delta V während des Einschaltzyklus klein ist - vielleicht 1 V pp und idealerweise viel weniger. Die Verwendung einer Verdrahtungsinduktivität würde wahrscheinlich ein Umschalten im MHz-Bereich erfordern und würde wahrscheinlich schlecht definierte Situationen mit hoher RFI mit niedrigem Wirkungsgrad erzeugen.

Mit einem geeigneten Controller kann eine solche Schaltung einen konstanten Strom oder eine Strombegrenzung oder einen spannungsgesteuerten Ausgang liefern.

D1 ist normalerweise entweder eine Schottky-Diode oder ein synchron gesteuerter FET-Schalter.

Beachten Sie, dass MPPT-Regler teurer sind, da sie die IV-Kurve häufig aktiv scannen, um den sich von Moment zu Moment ändernden MPP zu bestimmen. Dazu benötigen sie einen Mikrocontroller usw., um die den Solarzellen angezeigte Impedanz während des Scans zu variieren, den MPP zu bestimmen und das System zwischen den Scans auf dem MPP zu halten. Sie enthalten auch einen hocheffizienten Schalt-PS, um aus dem MPP die erforderliche Ladespannung und den Ladestrom zu machen. Der Controller sollte ein dreistufiges Gerät sein, das Bulk-, Sättigungs- und Floatspannungen und -ströme erzeugt, eine weitere Aufgabe für die MCU. Dies ist viel ausgefeilter (oder zumindest komplizierter) als der übliche PWM-Controller. MPPT-Regler sind nicht wesentlich teurer als intelligente Laderegler. Zum Beispiel (von Amazon) kostet das Promariner 20 Amp, Mains Powered Smart Charger 158,58 $;

Der Linearregler lädt effizient, wenn die Batterie nicht vollständig aufgeladen ist. Wenn die Batterie die volle Ladung erreicht, nimmt der Strom mit zunehmender PV-Spannung linear ab, diesmal verringert der Linearregler seine Effizienz. Halten Sie sie einfach kühl und es funktioniert immer am besten, reibungsloses und lineares Laden ist das Beste.