Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Area dedicata ai convertitori lineari e di tipo switching (SMPS). Scambio di schemi, calcoli e progettazione
Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Quel circuito è un classico convertitore buck, fornisce in uscita una tensione pari a quella impostata (di riferimento).
Quando è in funzione e la tensione in uscita è più bassa, il controllore legge una tensione più bassa del riferimento e corregge il duty cycle aumentandone il valore fino al suo massimo ma quando la tensione in uscita è pari a quella di riferimento il duty cycle si stabilizza con un valore tale da mantenere quella tensione e non può scendere. Se ipotizzi un duty cycle basso e la tensione in uscita è quella di batteria carica significa che qualcosa matematicamente non sta funzionando.
Esempio:
Se in ingresso hai 30V e il controllore è impostato per avere 12V in uscita, il duty cycle (tralasciando le perdite dei mosfet, filtro LC ecc...) avrà un valore circa 12V/30V -> 0.4 (40% Q1 in saturazione e 60% Q2 spento).
Se in ingresso hai 16V il duty cycle sarà circa 16V/12V -> 0.75 (75% Q1 in saturazione e 15% Q2 spento).

Per poter sfruttare al meglio il pannello fotovoltaico occorre migliorare quel circuito mettendo uno shunt per leggere la corrente in ingresso e uno per monitorare la corrente di carica della batteria, il controllore deve intervenire nel duty cycle modificando la corrente di carica in base alla potenza disponibile al momento dal pannello. Se passa una nuvola non avremo la massima potenza e quindi la corrente di carica dovrà variare altrimenti la tensione fornita dal pannello crollerà. Immagina di andare in bici e con la dinamo alimenti prima una lampadina, la pedalata è tranquilla poi colleghi cento lampadine, lo sforzo che fai non è uguale a prima e con le cento non riesci a pedalare perché è un carico troppo grande.
Il controllore deve intervenire sulla corrente di carica per sfruttare possibilmente il punto di massima potenza del pannello tramite un algoritmo molto semplice: in un primo istante moltiplichi la tensione del pannello per la corrente che sta fornendo il pannello (corrente non di carica batteria) e memorizzi il risultato poi aumenti di poco il duty cycle che agisce sulla corrente di carica della batteria (aumenti il carico) e rifai le misurazioni con la moltiplicazione, se il nuovo risultato è maggiore del primo puoi aumentare il duty cycle altrimenti lo abbassi e ripeti il ciclo finche non si stabilizzerà nell'intorno del punto di massima potenza (con questo algoritmo il calcolo oscillerà leggermente e il duty cycle non starà fermo però ottieni quasi il massimo).

Attenzione ad usare i mosfet logic-level, la Vgs (th) quando è bassa è molto sensibile, meglio usare i mosfet normali e data l'alta frequenza di switching opterei per IPP80N06S02-09 oppure STP55NF06 o meglio ancora BSC097N06NS che hanno capacità gs più basse e tempi di accensione/spegnimento molto più bassi che si traduce in minore dissipazione termica.
Attenzione anche alla corrente che fornisce il driver per i gate dei mosfet, più è alta la frequenza e minore dev'essere il tempo per caricare/scaricare i gate quindi in base alla quantità di carica nel tempo -> gli amper.

Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Grazie mille!
mi hai tolto molti dubbi, cercherò di scegliere i componenti più adatti.
Si quello schema è il classico convertitore buck, per leggere la corrente pensavo di utilizzare degli ACS712. il dubbio che avevo era riferito alla mancanza di alimentazione, ma in quel caso spengo entrambi i transistor e non ci sono problemi :-)

Grazie ancora
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Ho tentato di simulare il circuito, nel modo più semplice possibili (con EasyEda) ma senza successo, ho fatto centinaia di prove ma la tensione dopo il MOSFET è sempre nulla... dove sbaglio?
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Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Il diodo BZX84C10 è uno zener da 10V, in quel circuito ti serve un diodo con tempo di recupero veloce come per esempio il MBRS360.

Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Sarà per quello? mi aiutate a trovare un diodo adatto che abbia anche i necessari parametri per la simulazione? non ne trovo nessuno :(
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Son io che son talmente arrugginito in elettronica che sbaglio o c'è qualcosa che non va?
Perché volProbe1 e volProbe2 restano entrambi sempre a 0V? EDIT: zoommando volProbe1 sale fino a 9mV poi resta costante fino al fronte di discesa del segnale d'ingresso
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Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Consiglio di usare LTSpice, hai quasi tutto disponibile e ciò che manca in libreria è facile inserirlo prendendo i files dai produttori.
Buck_sim01.png
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Nel tuo schema la R3 non va bene, ci vuole un diodo ultrafast.
Nell'oscillogramma qui sotto la tensione V(G,S) è riferita al source del mosfet.
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Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

A questo punto mi sa che il simulatore di EasyEda ha qualche problema, o forse è errata la definizione del componenti.
Avevo sostituito il diodo con una resistenza solo per verificare se le cose cambiassero dato che con qualsiasi diodo provassi ottenevo sempre la stessa situazione, sempre poco più di zero volt al gate :shock:

Meglio che lascio perdere e passo a LTSpice :D

Grazie sempre
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Salve, torno sull'argomento dato che purtroppo in questi mesi non ho avuto modo di andare avanti...
Leggendo qua e la nei pochi momenti liberi mi sono imbattuto in un uno schema che a mio avviso potrebbe essere adatto al mio scopo, avendo due pannelli fotovoltaici orientati diversamente verso il sole pensavo di utilizzare lo schema che allego per massimizzare l'energia ricavabile, magari in futuro potrei anche aggiungere un generatore differente al sistema (ad esempio eolico).
double-input buck-boost converter
double-input buck-boost converter
129254.fig.002.jpg (29.81 KiB) Visto 1742 volte
Pensavo di realizzare un convertitore buck-boost a più ingressi, ad ogni ingresso collegherei un generatore (all'inizio solo un pannello FV per ingresso), vorrei avere tre-quattro ingressi quindi lo schema va ampliato.
Ciò che per mia ignoranza non saprei fare è comandare opportunamente i MOSFET per avere in uscita la tensione corretta per caricare la batteria.

Aiutatemi a capire come funziona lo schema allegato... noto che solamente il MOSFET inferiore (SWpv) fa circolare corrente direttamente nell'induttanza, mentre il MOS superiore (SWwind) la fa circolare ma attraverso il condensatore/carico. Ammettiamo che sia notte e quindi il pannello FV non produce energia, la turbina eolica riesce comunque a caricare la batteria? oppure do giorno in pieno sole ma senza vento?
Come vanno pilotati i transistor per regolare la carica?
Vi sono schemi migliori? sicuramente tramite l'uso di trasformatori ma credo sia troppo complicato calcolare e realizzare il trasformatore stesso.

https://www.hindawi.com/journals/ijp/2013/129254/

Grazie in anticipo, so che non è un argomento semplice da spiegare quindi in caso indicatemi dove trovare le informazioni e cerco di studiare autonomamente in caso
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Salve :-)
Credo d'aver avuto un illuminazione la notte scorsa ed ora penso d'aver capito un po' meglio il funzionamento del circuito nello schema postato.
Sono due convertitori che hanno in comune l'induttanza, un convertitore buck collegato al generatore eolico (che si suppone abbia tensione più alta di Vo) ed un convertitore boost al pannello fotovoltaico (che avrà tensione inferiore a Vo), sicuramente attraverso l'induttanza passerà tutta la corrente; ora ammettiamo che Vwind sia 0 e Vpv > 0 ma < Vo, in questo caso ipv passerà per Dc1 e la tensione d'uscita sarà regolata dal duty-cycle del segnale applicato a SWpv; ammettendo invece che Vwind sia maggiore di Vo e che Vpv sia nulla, la corrente fluirà per Dc2 e Vo sarà regolata dal duty-cycle del segnale applicato a SWwind.
Aiutatemi a capire cosa accade quando sia Vpv che Vwind sono maggiori di zero; nei momenti in cui sia SWpv che SWwind sono chiusi tutta la corrente attraverserà sia Vpv che Vwind? in questo caso non si potrà superare la corrente massima sostenibile dai generatori pena la distruzione del generatore che supporta minore corrente?
È ammissibile, nello schema proposto, che in determinati istanti siano in conduzione entrambi i transistor?
Sarebbe possibile ampliare lo schema inserendo altri generatori ed altri interruttori?
Aiutatemi a capire dove circolerà la corrente :-)
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