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极致、精简、高效降压型mppt太阳能控制器(作为自己光伏发烧3年的礼物,资料陆续分享)

    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)

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zzss
LV.4
2
2014-07-25 22:44

这个礼物真好 顶滕老师

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paderboy
LV.2
3
2014-07-25 22:46
好控制器,多谢老师,开发这么强大的控制器,方便发烧友,玩爽,太阳能板,还可以鉴别,杂牌板子的性能。。 预祝老师生日快乐。。。,不多说了。。。支持到底!!!
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2014-07-25 22:51
@paderboy
[图片]好控制器,多谢老师,开发这么强大的控制器,方便发烧友,玩爽,太阳能板,还可以鉴别,杂牌板子的性能。。 预祝老师生日快乐。。。[图片],不多说了。。。支持到底!!!

没有过真生日只是光伏发烧生日,满3年了,呵呵。

自从上来光伏的贼船,才发现这个坑真是深啊,还好有一群发烧友帮助,我才挺过来了,呵呵

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asdk2030
LV.2
5
2014-07-25 23:09

发烧精品必属经典 顶腾老大  明天继续统计数据

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2AP9
LV.3
6
2014-07-25 23:58
@asdk2030
发烧精品必属经典顶腾老大 明天继续统计数据[图片]
这个必须顶,肾虚也要顶!
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p00684p
LV.3
7
2014-07-26 08:10
这是送给发烧友最好的礼物了,顶!
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caixzeng
LV.4
8
2014-07-26 16:55
@p00684p
这是送给发烧友最好的礼物了,顶!
新品一出,必火。必定,坐等新品
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tshdf
LV.5
9
2014-07-26 19:07
@2AP9
这个必须顶,肾虚也要顶!
顶,顶顶,那就顶到肾虚为止!!!!!
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2014-07-27 08:40
@zzss
这个礼物真好顶滕老师

    由于功率管封装画反了方向,造成散热器安装异常,调试完程序后总有一些不爽!因此要继续折腾才行。3个功率管,其中2颗是共阳极的肖特基二极管,所以不用改动可以直接翻转过来,但是MOS管反向就必须改线了。由群友开始改造和折腾工作,呵呵。

改MOS管线路,就得改线了,隔开上层的板。

下层得改动MOS的驱动部分

改造后的管子安装方式

改造完毕后效果图(风扇安装有点不合理,先将就下了)

功率管和散热器经过折腾终于达到预想的安装机构

群友改造后工作中运行图

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asdk2030
LV.2
11
2014-07-27 17:38
腾老师 控制器效率很高 运行平稳 无异常 温度在51度以下 腾老师精心制作的礼物很赞  废话不多说 上图为证

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邓真兵
LV.6
12
2014-07-28 09:16
@merryearnest
没有过真生日只是光伏发烧生日,满3年了,呵呵。自从上来光伏的贼船,才发现这个坑真是深啊,还好有一群发烧友帮助,我才挺过来了,呵呵
顶腾老师,现在能够专心发烧的烧友很少了,好多是市场经济驱动的了,纯发烧的很少,再次顶你一下。
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2014-07-28 09:19
@asdk2030
腾老师控制器效率很高运行平稳无异常温度在51度以下 腾老师精心制作的礼物很赞  废话不多说上图为证[图片][图片][图片][图片][图片]
给楼主点赞!再次首页推荐,并放在社区经典,加油!~
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2014-07-28 09:40
@电源网-娜娜姐
给楼主点赞!再次首页推荐,并放在社区经典,加油!~
测试和资料才刚开始哦!
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chen25104
LV.2
15
2014-07-28 10:05
@asdk2030
腾老师控制器效率很高运行平稳无异常温度在51度以下 腾老师精心制作的礼物很赞  废话不多说上图为证[图片][图片][图片][图片][图片]
终于注册账号成功,快快来顶顶贴。没想到自己居然成为礼物版的第一个使用者,太幸运了!!!太幸福了!!!太谢谢楼主了!!!太期待了,到手后我将跟踪汇报使用神器前后对比数据。
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2014-07-28 10:14
@chen25104
终于注册账号成功,快快来顶顶贴。没想到自己居然成为礼物版的第一个使用者,太幸运了!!!太幸福了!!!太谢谢楼主了!!!太期待了,到手后我将跟踪汇报使用神器前后对比数据。
应该是第二个,谁让你这么幸运在发烧群里呢,呵呵。
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870694706
LV.5
17
2014-07-28 10:34
@merryearnest
应该是第二个,谁让你这么幸运在发烧群里呢,呵呵。

请问楼主800W可以使用吗?

能的话可以发一个吗?

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870694706
LV.5
18
2014-07-28 10:35
@870694706
请问楼主800W可以使用吗?能的话可以发一个吗?
因为我的是4块200w并联但是使用普通控制器实际功率还不到300w,电压直接到了26V
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2014-07-28 11:16
灰常不错,直接推荐了昂~~
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chen25104
LV.2
20
2014-07-28 11:16
@870694706
因为我的是4块200w并联但是使用普通控制器实际功率还不到300w,电压直接到了26V
应该象咱们这种24V系统使用MPPT效果提升明显,我300W通常普通PWM才出最高160W左右,海南阳光还算好的了。不过,其实我也刚玩两个多月,是菜鸟一个。
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2014-07-28 11:50
@870694706
请问楼主800W可以使用吗?能的话可以发一个吗?

对不起,打样10片板,已经在发烧群内定完毕。暂不对外销售!

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2014-07-28 11:56
@电源网-天边
灰常不错,直接推荐了昂~~
谢谢,还将陆续更新测试情况和资料。
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朝露
LV.2
23
2014-07-28 12:17

有幸成为第二批特价体验者昨天晚上藤老师发货,期待啊

收到后会测试,等我后期测试报告吧

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weixiao7
LV.1
24
2014-07-28 12:25
@朝露
[图片][图片]有幸成为第二批特价体验者[图片]昨天晚上藤老师发货,期待啊收到后会测试,等我后期测试报告吧[图片]
腾老师又出神器支持一个
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870694706
LV.5
25
2014-07-28 12:30
@chen25104
应该象咱们这种24V系统使用MPPT效果提升明显,我300W通常普通PWM才出最高160W左右,海南阳光还算好的了。不过,其实我也刚玩两个多月,是菜鸟一个。
效率确实不高
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870694706
LV.5
26
2014-07-28 12:31
@merryearnest
对不起,打样10片板,已经在发烧群内定完毕。暂不对外销售!
楼主俺是真的很想期待啊
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870694706
LV.5
27
2014-07-28 12:32
@870694706
楼主俺是真的很想期待啊
什么时候还有啊!
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2014-07-28 12:42

不知道师傅这个控制器用的是什么控制芯片?是否方便透漏?

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2014-07-28 12:53
@熊猫酒仙
不知道师傅这个控制器用的是什么控制芯片?是否方便透漏?

普通的单片机ATmega16A

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jcyxt2011
LV.4
30
2014-07-28 13:25
@merryearnest
普通的单片机ATmega16A
这2天回家忙了,同太阳能玩家回来顶一个
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wangshujun
LV.8
31
2014-07-28 13:36
@asdk2030
腾老师控制器效率很高运行平稳无异常温度在51度以下 腾老师精心制作的礼物很赞  废话不多说上图为证[图片][图片][图片][图片][图片]
看测试数据似乎不太理想,对于同一块板子输入电压跟踪良好的时候电压几乎不变,除非是局部遮挡
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