在电源网上第一篇帖子《 一位发烧友的光伏历程(近2年总结)》得到了版主的推荐,并置顶。为了再接再厉,在自己光伏发烧3年之际,特地设计了一款礼物献给自己,仅实物在发烧友群中分享。献给自己的礼物,必须有人分享才能精彩,虽然在发烧友群里免费赠送了几片板子,但更多的分享放在电源网论坛里,包括部分设计资料(唯独不公开的就是软件部分的mppt跟踪算法,也请见谅!)
先介绍下这款礼物的参数情况:
输入电压:30~100V 输入电流:0~9A
输出电压:电池种类12、24、36、48V蓄电池或相应锂电池
输出电流:限制在20A以内(48V电池组工作时,建议不超过15A输出电流)
电能转换效率:12V电池(平均93%),24V电池(平均94%),36和48V电池(平均95%)测试功率约150W,损耗中包含单片机供电和液晶等控制系统供电,为实际转换效率。
结构极致精简:Buck电路(没有上交错并联,是因为电流不大;也没有上同步整流,因为输出电压30V以后,同步整流效率提升有限,但是带来结构上的复杂,反而是稳定性的隐患。)当然,这2中电路我都设计过,并在小范围使用着。
整体电路高效:电路结构不是最好的怎么保证高效?那就靠神器了,呵呵。首先是MOS管,IRFP4568(原装拆机管,247大芯片封装),然后是关键的续流二极管和PV侧防反接二极管40CPQ100(原装拆机管,247大芯片封装,当然也有63CPQ100),驱动使用IR2110驱动。
散热采用陶瓷散热片导热,2面都打上很薄的一层硅脂导热,并加上风扇。
软件部分:1、液晶显示系统基本参数;2、按键可以设置必备参数如输出电压上限和电池模式(蓄电池或锂电池)。
先简单描述下,再慢慢丰富内容和分享资料。
20140807更新礼物版原理图,今天先上图,有空把原理图里的几个要点稍微讲讲,帮助刚入门的和新手理解(坛里的大神可以飘过,呵呵)
主电路原理图
技术要点:
1、IR2110的高端驱动要点:首先VDD的电压要和PWM输入电压电位一致(此处均为5V,如果VDD是12V那么对不起,不能启动);其次2110在用作高端驱动时,是通过电容E1预充电后,拉高G极电压开通mos管,(DZ为稳压二极管,保护Vb和Vs间电压小于25V,超过25V烧2110切记);一旦PWM开关正常后,Buck电路续流时电容E1可以通过D2进行充电,保证下次mos的开通(缺点是PWM有最大占空比限制,一般定义在95%以内)。
2、DD2这个肖特基二极管作用就是防止夜间电池对PV放电,避免损坏PV,当然PV有防反接二极管的可以不用。
3、LM2576+7805组成了系统供电模块,将输出的电池侧电压变成12V和5V给系统供电。(缺点是电池必须有电才能启动,10V电池可能无法启动;高压上电时输出电容会有个上电冲击,因此接线禁止带电接线,应用直流空开合闸)
4、输出电压保护由单片机和LM358运放组成双保护(硬件过压保护目的是防止单片机响应不及时或者单片机死机,确保万无一失)
5、PA0和PA1是采样电流信号,由20mR附近电阻转换电压信号,非常微弱而且是负压差,所以必须用差分方式进行调理和采样。
6、由于是PWM主电路,干扰比较大,建议所有IC的 电源部分都安排一颗电容抗干扰用。
7、电路中还简化了很多东西,主要是由于管子比较结实余量大所以问题不大,也欢迎大家提意见和建议(比如:门极驱动一般都是小电阻+IN4148进行驱动;风扇和继电器类的驱动并联二极管续流;输出端没有保护,如果电池接反除了烧保险还有炸输出电容的危险;)
mppt使用范围,以开路电压20V板子和12V电池组成系统为例
抓紧上图:画PCB时,发现功率管安装方向画反了,导致散热器安装斜着先将就了,呵呵。
背板图,纯手工焊接。
器件安装集中一栏
封装画反了,影响了管子安装,但是清晰可见247大芯片和陶瓷散热片,另外还有2个按键。
调试线路
接下来就是自己测试情况图,呵呵。这也是大家最关心的了。大家会看到2组测试,一个是我自己测试的,一个是免费送板给群友测试的。(2个图内软件显示进行了调整,最终版本为群友版本液晶显示,系统数据:第一行为,PV电压、电流、功率;第二行为,电池电压,发电累积度数,传感器温度)。
群友测试图1 24V电池充电162W功率
群友测试图2 24V电池充电236W
自测试1 48V电池充电275W,输入电流误差0.2A
自测试2 48V电池充电,302W
自测试3 48V电池充电,344W,电流误差0.2A
自测试4 7节磷酸铁锂电池串联充电,152W
先写这么多,然后慢慢累积介绍,特别是改造过程和电路原理图。其实mppt就是能控制的DC变换器而已,现在做多了,理论上任何一款可控的DC变换器我都能改造成mppt功能出来。然后提醒一些发烧友并不是任何情况适用mppt就效果好,小功率和低压差的发烧友建议采用直充方式充电,花来买mppt控制器的钱不如直接买太阳能板板合适,当然一款普通的控制器保护电池充电不过压还是必须的。
发现了PCB错误后,进行了修订,现在的版本号是BuckV01B05,然后再上几张发烧友测试截图(福建泉州)
在48V下接近500W工作(旁边是个升压型mppt,16V升压48V)
清晰可见的版本号码BuckV01B05
600W一切正常,超出预期,已累计发电2度。(该版本输入电流放宽到10了,呵呵)
2014年8月1日,秦皇岛非晶板测试(开路电压约100V,稍微有点危险的样子,呵呵),工作电压72V,充12V电池,压差有点大也是个考验。
再来张发烧友改造后的大电流,温度不低,效率下降不少(压差大,输出电压低,电流大,所以效率不高)