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 »

E' sufficiente separare il pilotaggio del mosfet Q1 da Q5.
Un'idea potrebbe essere quella di utilizzare un piccolo trasformatore toroidale in ferrite di isolamento, pilotato da un'onda quadra di opportuna frequenza e dal secondario prelevi la tensione pulsante per pilotare il gate del mosfet Q1.
Quando l'onda quadra non è presente il Q1 non avrà la tensione di pilotaggio e rimarrà spento.
Trasformatore d'isolamento
Trasformatore d'isolamento
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Il toroide in ferrite lo puoi recuperare da una lampada al neon da pochi watt rotta, solitamente nel circuito viene usato un toroide di 10-12mm di diamentro e materiale N87 o simili, va benissimo per il tuo scopo.

Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Cavolo, mi hai dato una grandissima dritta, oggi pensavo ad un dc-dc converter da pilotare opportunamente, ma questa soluzione mi pare anche più semplice, ora simulo il tutto e valuto il da farsi, molto probabilmente basterà un pezzetto di mille fori e recupero anche il PCB già montato.

Grazie mille per gli innumerevoli aiuti
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Ho ipotizzato questo circuito, ovviamente le masse dell'oscillatore e della bobina L3 non saranno in comune :-) M3 serve ad accendere e spegnere il circuito, la bobina avrà tre avvolgimenti identici, ho sbilanciato R1 ed R4 per garantire l'accensione di M2 prima di M1 allo start.
Mi chiedevo però se vale la pena realizzare questo circuito (che mi sono divertito a simulare, ravvivando le nozioni scolastiche) od è sufficiente acquistare un DC/DC isolato, si trovano belli finiti e costano un paio di €...
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Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Un'altra idea potrebbe essere questa, sempre usando il piccolo toroide recuperato da una lampada neon rotta:
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SelfOscillator_plt.png
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La corrente di mantenimento è irrisoria, quella di avviamento non è molto alta.
Con R3 si da un carico minimo per non far salire troppo la tensione in uscita.
Il diodo D3 è il tuo diodo D103 e il condensatore C3 puoi non montarlo in quanto c'è la capacità G-S del mosfet (oppure metterne uno da 1nF).
Occorre anche perfezionarlo, gli spike di tensione sul collettore di Q1 sono un pò alti ...magari con uno snubber si risolve.

Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Oggi complice anche la giornata piovosa ho voluto studiare bene il circuito e sono arrivato a queste conclusioni:
- le masse sono tutte in comune
- il MOSFET Q1 deve accendersi solamente in presenza di una tensione al pannello solare maggiore di 12V (stimo la tensione minima utile sia 18V)
- il MOSFET Q1 deve condurre quando al driver dei transistor Q2 e Q3 è presente il PWM
- mi sono ricordato di un video postato da Pier Aisa in cui spiegava il funzionamento del moltiplicatore di Cockroft Walton, (https://www.youtube.com/watch?v=MUdc2QfvoBc)

Ho sviluppato il circuito in allegato, utilizzo un BJT collegato al pannello per creare la tensione alternata (ad onda quadra con frequenza e duty-cycle come all'ingresso dell'IR2104) limito la corrente con una resistenza al collettore, connetto delle celle per innalzare la tensione, livello con un condensatore la tensione e la limito con uno zener tra source e gate di Q1.
Credo che sia una soluzione economica, semplice e facile da implementare, forse via software si dovrà ritardare di una decina di millisecondi l'accensione del driver per permettere al moltiplicatore di tensione di accendere Q1, ma questo è estremamente semplice da fare, allo spegnimento la tensione sul gate verrà abbassata dalla resistenza in parallelo ed il MOSFET si spegnerà.

Ci sono controindicazioni?
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Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Io farei un monumento a chi ha inventato il simulatore, si riesce ad arrivare al risultato finale con una buona probabilità di successo evitando di bruciare tanti componenti elettronici.

Il duplicatore di tensione è semplice da implementare ma attenzione ad alimentarlo direttamente con il pannello, la tensione in uscita può avere grandi variazioni ed è giusto inserire uno zener.

Sinceramente avrei proseguito la strada con il trasformatore toroidale in ferrite, un bjt, un diodo e qualche altro componente perché mi da maggiore sicurezza per il gate di Q1, va bene anche quel trasformatore in ferrite di isolamento pilotato da un'onda quadra che puoi generare da Arduino (io uso i Pic e dsPic, generare un'onda quadra con le periferiche pwm è molto semplice).

Controindicazioni? ...occorre provare e fare qualche misura con la strumentazione.

Ross
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Salve, riscrivo velocemente ed in maniera più sintetica il post che avevo redatto ma che il forum non mi ha fatto postare... Credo che il timeout sia troppo breve e quando si rifà il login si perde tutto :evil:

Dopo molto tempo ho trovato il tempo per riprendere il progetto, per accendere e spegnere Q1 (riferito allo schema postato il 24/05/22) ho realizzato un elevatore di tensione che funziona correttamente, allego lo schema, essendo ormai tardi non descrivo il funzionamento ma se qualcuno ne è interessato lo riscriverò
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In questi giorni ho fatto delle prove ed i problemi non sono finiti, anzi... :lol:

Giorno 1) testato con alimentatore da banco con Vin 18V ed una batteria da auto ormai esausta ma che per piccoli carichi funge ancora.
Ho avviato tutto e non funzionava nulla... testato con l'oscilloscopio il PWM viene generato ma ai gate di Q2 e Q3 non arriva nulla...
Forse con l'uncino della sonda inavvertitamente ho toccato contemporaneamente il gate ed il drain di Q3, ma non so se possa essere questa la causa.
Risultato della giornata: Q3 morto (tutti i pin in cortocircuito) bruciato D8 (in corto) andato a fuoco (letteralmente a fuoco il PCB) un ACS712, dato per 20A ma che penso non regga 5, collegato per misurare la corrente verso la batteria; spento l'incendio si va a dormire.

Giorno 2) sostituiti i componenti danneggiati ed eliminato il controllo della corrente tramite ACS, decido di provare senza tensione in ingresso ma collegando solo la batteria e controllando la tensione tra il drain di Q2 e GND, avvio il PWM con duty-cycle del 50% e sento un ronzio, spengo immediatamente l'IR2104 tramite SD/ e verifico i componenti, nulla di anomalo, non scalda nulla, riabilito il driver e sento di nuovo il ronzio... mi viene un dubbio e controllo la frequenza del segnale generato, è a 5KHz, questo giustifica il rumore, leggo la tensione e vedo che invece di salire (era a 12V circa) scende a poco più di 10V, due secondi ed esplode C8 :lol: muoiono anche Q2 (tutti i pin in corto) D8 (in corto) e R15 bruciacchiata... probabilmente è morto un altro IR2104...

Giorno 3) (Oggi) ho riprodotto lo schema tramite LTspice e non ho trovato anomalie che possano giustificare l'esplosione del condensatore... l'unica cosa sono degli spike (110V) al drain di Q2 dovuti alla commutazione, cosa può esser successo? Ok la frequenza era troppo bassa per portare la tensione da 12 a 24 (con duty al 50%) ma perché è esploso C8? e sono morti il mosfet ed il diodo?
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Domani si cambiano i componenti e si verifica tutto...
Buonanotte :-)
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Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Oggi sono solo riuscito a verificare che i due IR2104 sono danneggiati :-( ma già lo immaginavo, ne ho ordinati 10 :lol: :lol:
Se qualcuno è curioso di sapere come ho fatto vi allego lo schema che ho realizzato su breadboard, uno ha il canale basso bruciato e l'altro quello alto, potrei collegarli in parallelo ed utilizzare le porte buone :lol:
Non ho però ancora idea del perché non funzioni il circuito e soprattutto perché il condensatore è esploso...
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I segnali in ingresso ai pin /SD e IN li ho collegati ad un arduino programmato per generare due onde quadre con duty-cycle del 50% e frequenza 0.25Hz al /SD e 31250Hz all'IN
Dino
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Dino »

Ieri sono riuscito a sostituire i componenti guasti e a fare degli altri test.
Per evitare nuove esplosioni :lol: ho optato per limitare la corrente in ingresso tramite l'alimentatore da banco (ho limitato all'inizio a 50mA poi a 250) ed in "uscita" tramite una lampadina da auto da 5W in serie.
Le prime prove sono andate bene, letture stabili e precise (tramite l'ESP32) sia in ingresso che in uscita.
Ho poi modificato il firmware per regolare il PWM in maniera che appena la tensione in ingresso è sufficiente (a spanne ho impostato 1.2V maggiore della tensione voluta in uscita, ma poi penso che si dovrà settare una tensione di circa 18V dipendente dal pannello solare) il controllo regoli il dutycycle in maniera da tenere stabile l'uscita, che ho settato a 12.5V dato che la batteria era a 12.3 così da limitare la corrente, ancora tutto bene, ho poi collegato in parallelo alla batteria un grosso (e vecchio) condensatore da 4200uF 250VDC, ora una volta che il micro-controllore regola il PWM correttamente posso staccare la batteria ed il tutto si sostiene con la sola tensione in ingresso, direi che funziona tutto!!!
Faccio ancora alcune prove, modifico il firmware per poter variare la tensione d'uscita e funziona ancora tutto bene, riesco a far circolare circa 300mA verso la batteria con 20V in ingresso (sempre limitati a 250mA).
Ero felicissimo anche se non avevo ancora capito il problema, accendo se spengo più volte e funziona tutto bene finché non noto l'anomalia...
Quando premo il reset dell'ESP32 sento l'alimentatore da banco che per un istante chiude il relè e passa in limitazione di corrente...
Riprovo e lo fa ancora... boh! devo scollegare tutto e verificare i livelli dei pin al reset, anche se non capisco cosa possa succedere...
Faccio ancora qualche prova e la lampadina si accende (purtroppo non nella mia testa ma quella a protezione del circuito :-( )
Continuo con qualche prova e noto che non funziona più nulla, o meglio il software gira, l'ESP32 genera i segnali correttamente ma il mosfet alto non si accende, quello basso continua a funzionare regolarmente, era tardi e sono andato a letto.
Fortunatamente la notte porta consiglio ed oggi ho verificato la mia ipotesi, il diodo D8 si è di nuovo bruciato :( ho testato l'IR2104 ed è buono.
La domanda è: secondo voi il problema è il tipo di diodo? ho utilizzato un 1N5819
Se il diodo è adatto potrebbe essere che siano fake? li ho presi su amazon, quelli di bojack
LTspice in effetti mi indica una bella corrente di spunto, 12A... potrei limitarla con una resistenza in serie al diodo? da quanto?
Schermata a 2023-03-31 22-36-08.png
Schermata a 2023-03-31 22-36-08.png (56.99 KiB) Visto 1265 volte
Grazie! non mollo finché ho componenti :lol: :lol:
Ross
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Re: Regolatore MPPT ricarica batteria al Pb

Messaggio da Ross »

Ciao,
verifica anche la tensione tra anodo e catodo del diodo, oltre alla corrente di picco.
Per limitare la corrente puoi inserire una resistenza di piccolo valore in serie al diodo e verificare il corretto funzionamento del bootstrap con l'oscilloscopio.
Per il diodo puoi usare un MBR1100, BYV26A oppure un BYG22B o comunque un diodo con Vf di almeno 100V, If adeguata e trr molto piccolo, non superiore a 100ns.

Ross
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