Solar panel için dc-dc buck converter mppt ile tasarımı hk

[emin.yuksel]

Öncelikle herkese sağlıklı günler dilerim.
Aklıma takılan ve kaç gündür işin içerisinden çıkamadığım konuyla alakalı sorularım var. Daha önce cevaplandıysa ve gözümden kaçtıysa kusura bakmayın ve linki paylaşabilirseniz çok sevinirim.

Solar panelden aldığım gerilimi 13V a düşürerek bir akü şarj etmeyi istiyorum ancak hazır devre vs kullanmayı düşünmüyorum ve bu noktada birden fazla sorun ile karşılaştım.

1) Giriş değeri 20-25V arasında çıkış değeri ise 13V olacak buck converterın. Pandemiden kaynaklı olarak laboratuvarları da kullanamadığım için testte edemedim ama 20kHz lik MOSFET i anahtarlamam için PWM i bir MOSFET devresi ile sürmem gerekiyor ancak PCB çiziminde yarım kalan noktam tam olarak bu çünkü test edemedim. Devrede yer alan MOSFET i TLP250 entegresi ile anahtarlamam bir sorun yaratır mı yada önereceğiniz bir mosfet devresi var mıdır ?

Çok basit bir tasarım yaptım ancak bir problem olmayacağını umuyorum.

2) Bir diğer sorum ise MPPT ile yapacağım için çıkış voltajını okumam gerekiyor ve STM32 ile MPPT algoritmamı aktif etmem gerekiyor sanırsam. Yanlışsam lütfen düzeltirseniz çok sevinirim.

3) Devremin input-output kondansetörleri, indüktör, diyot ve mosfetten olusması problem olur mu ? Daha fazla kondansetör eklemem gerekebilir mi ?

4) TLP250 tarzında entegre kullanmak mı daha uygun olur veya MCU dan gelen PWM sinyalini piyasada yer alan 5-10Tl lik MOSFET modülüne oradanda baskı devremdeki MOSFET e aktarmam mı daha doğru olur ?

Yardımcı olursanız çok sevinirim.
Geçmiş bayramınızı kutlarım.

 

[kesmez]

n kanalmı p kanal mosfetmi kullanacaksınız. tlp250 ile sürebilirsiniz fakat bu entegreyi nasıl besleyeceksiniz.
12v solar panellerin Pmax voltajı 18v civarı. bu voltaj buck ile çalışmak için yeterli değil. buck boost kullanmanız daha uygun olur.
Şema görebilirmiyiz.

 

[emin.yuksel]

Hocam, 30W rated power ı olan bir panel kullanmayı düşünüyorum ve açıkçası sadece buck converter kullanmayacağım. Kafamı karıştıran nokta MPPT ile kullanılması.

n-kanal mosfet düşünüyorum ama pwm i sürmek için bir entegre mi kullansam yada bjt-diode mu koysam karar veremedim. Nasıl daha sağlıklı olabilir ?
PCB çizimini de kendim yapacağım ama daha önce basit çizimler yapmıştım sadece.

MCU dan PWM ile MOSFETi anahtarlamayı sürücü devresi ile yapacağım ama beslemede MCU dan besleyemem değil mi ? bir tane ufak voltaj regulator koysam 5V lık MCU mu besleyen o şekilde entegreyi besleyemez miyim ?

Şemayı ekliyorum hemen, kullandığım program hata verdi açıldığı an görüntüsünü alıp yükleyeceğim. Açıkçası çok basit bir şema ama ilk kez böyle bir konuya girdiğim için biraz sıkıntı yaşıyorum.
Teşekkür ederim.

 

[ISMAILY]

MPPT sadece bir algoritma. Panel voltajı ile panelden çekilen akımın çarpımının yani gücün max olacağı akım ve gerilimi bulmak amaçlı.
Deneme yanılma, panel verilerini işleme vs. yöntemleri var.

Panelden çekilen akım fazla olunca panel voltajı radikal bir şekilde düşüyor. Akımı sınırlandırıp, voltajın aşırı düşmemesini sağlayacaksınız. Bunun içinde panelden çekilen akımı biraz düşürmek yeterli olur.

Buck topolojide mos high-side'da kullanıldığından, N-kanal sıradan bir mos kullanırsanız, Akü voltajı + 10V = 23-24V gibi bir floating gerilime ihtiyaç olur. Logic level mos içinde 13+5V = 18V gibi.

Vgs gerilim dayanımı 20V olan logic level bir mos low side sürücülerle limitte de olsa sürülebilir. TC4427-28, FAN32xx gibi. Ama sürücü chipleri 18V gibi bir voltajla beslemeniz gerekir.

Diğer yol IR21xx gibi boost sürücüler kullanmak. Ama STM32 çıkışları 3.3V olduğundan sağlıklı sürmek için bir logic level konverter gerekebilir.

Bir diğer yolda TLP250 gibi opto sürücü. Bunu kullanmak içinde 12-15V çıkışlı bir DC-DC konverter ile floating bir gerilim sağlamanız gerekir.

Veya en basiti p-kanal mos ile low side sürücü kullanacaksınız.

Mcu beslemesi için LM2596 gibi bir regülatör ile 7-8V'a düşüp LM1117 gibi bir chip ile 3.3V elde edebilirsiniz.

 

[kesmez]

p kanal mosfeti yukarıdaki gibi sürebilirsiniz . mc33063 içindeki internal npn transistörün emiteri Swe ucuna bağlı 470 ohm direnç yerine bir npn transistör ve emiterine bağlı 100 ohm dirençle 3v çıkış ta sürebilirsiniz.
Yani şu şekilde.

Rb direncine gerek yok. Vbb voltajı 3v ise Vre 2,4 volt olacaktır. Re=220 ohm olduğunda Rc üzerinden yaklaşık 11ma akım akacaktır.
Rc 1k seçildiğinde Vrc üzerinde 11 v oluşacaktır. Vcc ne kadar artarsa artsın Vrc voltajı hep 11v da kalacaktır.
Yani Rc yi 11 ma akım kaynağıyla sürmüş olacağız. gerisi yukarıdaki resimdeki gibi bir npn ve 1 pnp transistörle akım kuvevtlendirmesi yapılacarak p kanal mosfet rahatca sürülebilir.

 

[emin.yuksel]

@ISMAILY çok teşekkür ederim.
Besleme konusunda büyük bir problem yaşayacağım gibi duruyor
P&O algoritması üzerinde çalışıyorum şu an. Araştırmalarımdan da anladığım kadarıyla panelin çıkış kısmına akım sensörü bağlayıp, sarj etmeyi düşündüğüm akü tarafında ve panel kısmında bir voltage division yapsam, sanırsam MPPT algoritmamı devreye sokabilirim.
Asıl kafamı karıştıran nokta MPPT yi devreye nasıl gömebileceğimdi çünkü çıkış tarafında 13V almayı planlıyorum. Voltage division da kayıptan korkum vardı ama en mantıklı çözüm o gibi duruyor.

Peki sizce buck converter baskı devre çizimini yapıp entegre yerine mosfet anahtarlama kartı kullansam nasıl olur ?Ancak sanırsam çıkış akımı 15A oluyor o kartlarda da.

Sarj ettiğim akünün çıkışına küçük bir voltaj regulator bağlasam bundan TLP250 yi beslememin imkanı olur mu ?
MCU besleme fikri için cok tesekkür ederim.
@kesmez
Cevabınız için çok teşekkür ederim. Şimdi yeniden bir şematik hazırlıyorum ve yarına test etmeyi umuyorum. Çok yardımcı oldunuz, çok teşekkür ederim.
Saygılarımla.

 

[kesmez]

Bu yöntemi uzun zamandır kullanıyorum. basit bir şekilde sinyal seviye kaydırma amaçlı.

V3=3v kare dalga sinyali ile q1 transistörü sürülüyor. r1 üzerinden 10,5 ma geçiyor. bu akım seri olarak R3 =1k üzerinden geçtiğinde R3 üzerinde oluşan gerilim (10.5v) , mosfeti sürmek için ideal. bu gerilim q2 ve q3 transistörleri ile akımı kuvvetlendirilerek direk p kanal mosfetin gate ine uygulanıyor .
Ir1 akımı (10.5ma) V1 geriliminden bağımsız olduğu için yükselmesinden etkilenmiyor ve 1k üzerinde hep aynı 10.5v gerilim oluşturuyor.
aşağıda dalga şekilleri görülüyor.

 

[emin.yuksel]

@kesmez
Çok teşekkür ederim zamanınızı ayırdığınız için.
Sağlıklı günler dilerim.