MPPT Solarregler Eigenbau

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Millivolt
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MPPT Solarregler Eigenbau

#1 Beitrag von Millivolt »

Hallo zusammen,

Ich versuche nochmal mein Glück...
Mein letztes Projekt ist ja etwas ins Stocken geraten, wird aber später noch weiter geführt.
Ich habe seit letztem Sommer auf dem Balkon eine Solarzelle installiert, und möchte dieser natürlich etwas Energie entlocken :)
Darum nun das Projekt eines MPPT Solarladereglers, um nichts der Wertvollen Energie zu verschenken :)
Der Regler soll Komplett selber gebaut werden. Also Klar die Chips und Transistoren stelle ich nicht selber her aber ich möchte keine Fertigen Spannungswander Module aus China o.Ä. Verwenden.
Der Arduino oder das D/A-Wandler PCB zählen für mich aber nicht.
befestigt ohne eine Schraube im Haus zu versenken :) Mietswohnung :(
befestigt ohne eine Schraube im Haus zu versenken :) Mietswohnung :(
Also zunächst mal das Problem und die Gegebenheiten:
Der (M)aximum (P)ower (P)oint ist bei einer Solarzelle quasi konstant am wandern. Abhängig ist dieser von mehreren Faktoren: Temperatur, Einstrahlungsintensität und Laune der Solarzelle :D
Da ich nur eine Solarzelle (ca.50x 60cm / 50W / Monokristalin)habe vernachlässige ich die Möglichkeit der Teilbeschattung vorerst, da dabei mehrere Peaks in der Leistungskurve entstehen können und das zu tracken und den MPP zu finden bin ich zu doof zu. Zumindest vorerst.
Als Zwischenspeicher Akku wird vorerst ein 4s4p LiFePo4 Akku mit ca 150Wh geplant. Spannung ziemlich genau 12V. von diesem Werden dann alle weiteren Lasten gespeist.
Die Solarzelle ist eine Phaseun 50W Modul. https://www.reichelt.de/Module/PHAE-SP- ... stct=pol_8
Spoiler:
Uoc: 21,6V
Umpp: 17,6V
Impp: 2,84A
Isc: 3,07 A
Alle Werte bei 25C
Temperaturkoeff. P: -0,44%
Temperaturkoeff. U: -0,36%
Temperaturkoeff. I: -0,06%
Der Negative Temperaturkoeffizient macht das Tracking notwendig, um bei steigender Zellentemperatur in der Sonne noch immer die maximale Leistung erhalten zu können.

Mit den Daten ist das vorgehen recht klar. Ein Linearregler macht wenig Sinn.
Ich habe mich hier für einen Stepdown schaltwandler entschieden. Ich könnte auch einen SEPIC Wandler oder sonstige tolle Schaltungsarten nutzen aber da ich allgemein aber noch keinen Schaltwander von Null auf Aufgebaut und geregelt habe habe möchte ich erstmal „einfach“ anfangen.

Also als dann die Marschrichtung klar war konnte ich also sogleich angangen diese wieder über den haufen zu werfen :klatsch:
Ich habe keine passenden Controller ICs für einen schaltwandler gehabt. einen LM2596 wollte ich nicht zweckentfremden und ein Arduino PWM ausgang geht auch mit Timer Anpassungen nicht über ca. 65kHz hinaus. Also fange ich nochmal eine stufe weiter unten an. Ich habe mir als eine Stromsenke gebaut und zuerst versucht diese so aufzubauen um die Solarzelle auf einer konstanten Spannung zu halten. Das war für leider schon leichter gesagt als getan. E-Technik im Studium war irgendwie verdammt lange her und jede blöde OpAmp Schaltung musste ich mir über Google wieder ins Gedächtnis rufen. Nach der erneuerung so mancher grauer Gehinzelle war diese schaltung dann aber auch vollbracht :)
Schaltbild:
Spannungssenke.PNG
20180307_110810.jpg
Aufgebaut habe ich hier eine Spannungssenke. Der OpAmp ist als nichtinvertierender Verstärker aufgebaut. Feedback gibt es über die Eingangsspannung die erstmal ungefiltert auf den opAmp geleitet wird. Nicht schön aber es funktioniert und ist simpel gehalten. Da die Eingangsspannung sowieso reguliert wird und ein OpAmp eine verstärkung der eingangsspannung auf den ausgang von ca. -80dB hat habe ich mir hierrum erstmal keine gedanken gemacht. Das ergebnis bestätigt mich. Die schaltung schwingt schnell ein und ist dann stabil.
Die Eingangsspannung kann über den Poti eingestellt werden. Die Z-Diode vor dem Gate verhindert, das die Schaltung bei Unterspannung zuschaltet. Da der Lm358 eine Ausgangsspannung von maximal Vcc - 1,5V hat kann dieser bis ca. 10V den Mosfet nicht durchschalten. Diese Spannung genügt um die RefSpannung sauber herzustellen, und dem OpAmp eine ausreichende Versorgungsspannung zu geben. Der Widerstand am Gate stellt zudem sicher, das dieser bei einem Spannungsverlust immer ausgeschaltet bleibt, damit sich eine Eingangsspannung aufbauen kann und der Mosfet beim einschalten einen definierten ausgescahlteten Zustand hat.
Die Limitierenden Faktoren sind hier ganz klar die Maximale Spannung die der OpAmp verträgt, ca 32V.
Die Maximale Gatespannung liegt im bereich +-20V diese wird aber nie erreicht, da der Mosfet nie ganz durchschalten wird. Sie bewegt sich im betrieb eher im bereich von 4-6V. Daher habe ich hier keine z-Doide vorgesehen für diesen Prototypen. Im fertigen laderegler werden diese feinheiten wieder mit eingebaut.
Ein erster test zeigte mir das die schaltung soweit ganz gut funktioniert. Der Kühlkörper war auch für 50W dauerleistung ausreichend dimensioniert und hat nicht überhizt. Auch ohne Lüfter. Daher habe ich bei dieser Schaltung der einfachheit halber auf eine Temperaturüberwachung verzichtet.

Also kann nun die erste Erweiterung kommen.
Die eingangsspannung als Regelgröße mit dem µC ändern.
Das ist eingentlich eine recht einfache Sache. Ich habe mir auf eBay mal ein DAC Board gekauft. Und nun ist der optimale Zeitpunkt dieses mal zu testen. :)
Also anstatt der RefSpannung den Ausgang vom Dac per Widerstand auf den invertierenden Eingang des OpAmps und tadaaa :)
Regelung per µC möglich.
Je nach richtung pendelt sich die Eingangsspannung in unter 2ms ein. Für einen nicht optmieterten Prototypen finde ich das ganz ansehnlich :)
Ref_set_down_2.png
Ref_set_down_2.png (39.97 KiB) 4532 mal betrachtet
Ref_set_up_2.png
Ref_set_up_2.png (39.9 KiB) 4532 mal betrachtet
Rot ReferenzSpannung
Blau Eingangspannung

Also jetzt noch den µC seine Regelparameter zur verfügung stellen und ich kann mich schon an das Programmieren machen.
Für den anfang halte ich es alles wieder etwas einfacher.
Strom wird per OpAmp über einem 0,1Ohm Widerstand um den Fakt 10 Verstärkt gemessen. 1V = 1A.
Spannugn einfach per spannungsteiler 5V am µC = 25V Eingangsspannung. Somit sollte mir hier auch keine Überspannung dem µC zerstören da die Leerlaufspannung maximal 22V beträgt.
Genauigkeit ist erstmal nicht das Problem. Ich habe bisher ja noch nicht getestet ob ich dem µC das überhaupt beibringen kann den MPP zu finden. Rauschen ist ebenfalls unkritisch, da ich hier einfach über mehrere Messungen mitteln kann. Noch bin ich bei meiner Machbarkeitsstudie, da spielt Geschwindigkeit keine Rolle. Eher im Gegenteil. Meißt verlangsamt man den Ganzenvorgang ja eh wieder um fehler auszuschließen und Die Programmschritte zu kontrollieren.

Und nun zur Herausforderung das ganze zu Programmieren.
Ansätze gibt es 2 Stück, die meistens verwendet werden.
Perturb & Observe (P&O) Algorhitmus
Der P&O geht stets davon aus, das es immer einen Punkt größerer Leistung gibt und verschiebt stetig den Arbeitspunkt. Wenn die Leistung vor dem Verschieben größer war als anschließend wird die Richtung geändert. ansonsten wird in die gleiche Richtung wieder gegangen. Dieser Algorithmus ist sehr stabil und störungsunanfällig. Hat aber den Nachteil, das er immer um den MPP oszilliert und diesen nicht hält. man verschenkt also immer etwas an Potential. Das zweite Problem dieses Algorithmus ist, das die Sonne ihn austricksen kann. Da hier nur mit der Leistung gerechnet wird wird bei steigender intensität der Algorithmus immer seine Richtung bebehält wird er in solchen Fällen vom MPP wegdriften. Auch wenn er am ende, wenn die Intensität gleich bleibt wieder zum MPP findet hat man hier wieder Energie verschenkt. Diesen Algorithmus habe ich versucht und er führte mich nicht zum MPP. Vermutlich auch wegen dem noch beschriebenen Programmierfehlers. Er wird aber auch nicht weiter verfolgt, da ich eine bessere Lösung fand


Der zweite Ansatz den ich gefunden habe ist der Ansatz des Differentiellen Leitwertes.
Dafür gibt es ein schönes Ablaufbild in der Application Note von Microchip.
Das habe ich natürlich zuerst versucht umzusetzen, da es nur wenige If-Abfagen sind.
Das Ergebnis war leider sehr ernüchternd. Gefunden wurde irgendein Punkt. Der MPP War es aber definitiv nicht. Damit habe ich auch diese Idee verworfen, und mich nicht wieter damit beschäftigt warum der MPP nicht gefunden wurde und woran es lag.

Ich bin dann weiter gegangen und habe den Differentiellen und den reellen Leitwert normal bestimmt und damit weiter gerechnet.
Im Leistungsmaximum ist der Differentielle Leitwert gleich den negativen Realen Leitwert. Links vom Maximum ist der Differentielle kleiner, rechts ist er größer als der Reale Leitwert. Mit dieser Methode lässt sich das Leistungsmaximum bestimmen und es kann beispielsweise eine LED geschaltet werden,wenn der Algorithmus eingerastet ist.

Code: Alles auswählen

DeltaR = (Amps-altAmps) / (Volt-altVolt) + (Amps/Volt);
DeltaR=0: MPP Erreicht
DeltaR<0: Oberhalb vom MPP
DeltaR>0: Unterhalb vom MPP

Zuerst hat dieser Algorithmus auch nicht funktioniert hier war aber definitiv der Herr vor dem Bildschirm schuld.
Die Messwerte der Spannung und des Stroms habe ich mir als Int werte abgespeichert (in mV).
Das Ergebnis der Berechnung habe ich in Float abspeichern wollen, da es sicherlich auch kam kleiner 1 sein wird. Da die einzelnen Komponenten der Rechnung aber als Int vorhanden waren Wurde die Division auch mit Int berechnet und dann erst in float umgewandelt. Dabei gehen natürlich alle Nachkommastellen verloren. Dies hat den Algorithmus immer nach Oben abdriften lassen.
Nachdem ich den Fehler beseitigt habe und Spannung und Strom beim abspeichern schon in Float umgewandelt habe hat der Algorithmus super Funktioniert.
natürlich kommen einem dabei gleich Überlegungen ob man die Sprungweite nicht von der Abweichung der Leitwerte Extrapolieren kann. Dies geht meines Erachtens nicht, da die Abweichung links und rechts vom Maxima nicht symmetrisch ist. außerdem wird der Algorithmus in der meisten Zeit sehr nah am MPP sein und keine Großen Sprünge benötigen. beim Zuschalten kann dafür eine klein wenig längere Einschwingzeit verkraftet werden.
Hier hat der µC nach 3 Tagen Try and Error zuverlässig den MPP gefunden und gehalten.
Falls es von Interesse ist kann ich auch meine Irrwege noch beschreiben ansonsten würde ich einfach bei dem richtige Weg bleiben.[/color]

Zur Verdeutlichung mal ein paar Diagramme. am einfachsten ist es mit der Leistungskurve im oberen Linken Diagram zu verstehen.
Im MPP Ist die stegung der Leistung = 0 links davon positiv rechts davon negativ.
Die Matematik dazu kann in folgender Applikation Note von Microchip nachgelesen werden. ich habe mir nicht die mühe gemacht das Rad neu zu erfinden und einfach die erkenntnisse daraus angewendet.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/A ... 01521A.pdf
Ganz ganz tolle zeichnung von mir :)
Ganz ganz tolle zeichnung von mir :)
und hier mein Aufbau mit µC
Tadaa Die fertige MPPT Stromsenke :) :D
Tadaa Die fertige MPPT Stromsenke :) :D
Getestet habe ich den Algorhytmus mit meinem Labor NT mit Strombegrenzung. 18V 1A einstellen , 1Ohm widerstand in reihe und starten. wenn das Netzteil genau die eingestellten werte liefern muss ist der MPP erreicht.
wenn jetzt die Spannung hochgedreht wird muss der MPP entsprechend mitwandern und das Netzteil aus der Strombegrenzung herauskommen. das hat sehr gut funktioniert

Was mir bisher aufgefallen ist, bezüglich des Algorithmus.
Je höher die Leistung und je steiler das abfallen der P/U Kennlinie desto leichter lässt sich das Maximum bestimmen, da sich der Differentielle Leitwert um das Maximum stark ändert. Je geringer die Leistung desto geringer die Steigerungen und desto leichter lässt sich der Algorithmus durch Rauschen aus dem Takt bringen.
Bei meinem ersten Test an der richtigen Solarzelle bei bedecktem Wetter sind im Kurzschluss Fall gerade einmal 50mA (20mA benötigt der Arduino alleine schon) geflossen. Umso länger hat das findesn Des Maxima gedauert aber, trotzdem noch nichts Optimiert ist, hat die Schaltung das Maxima zuverlässig gefunden. Zumindest kamen nachvollziehbare Werte der Spannung heraus.

Mit dem Schaltwandler mache ich im nächsten Beitrag weiter.

Nun meine Frage mal ist es von interesse auch meine holzwege aufzuschreiben? oder interessieren nur die Erfolge? :D

Gruß Millivolt
Zuletzt geändert von Millivolt am Do 22. Mär 2018, 19:52, insgesamt 1-mal geändert.

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frickler
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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#2 Beitrag von frickler »

Wirklich schöne Dokumentation, sehr aufschlussreich und gut erklärt :awesome:
Bin mal gespannt wie es weitergeht, sieht aber schon nach einem tollen Projekt aus.
Und Fehlschläge sind definitiv auch nicht uninteressant, weil man als Zuschauer auch immer was dabei lernen kann.

MfG frickler
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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#3 Beitrag von Millivolt »

Freut mich das es doch auf ein wenig Interesse stößt dieses Thema. :)
Ich habe oben mal eine kleine Passage überarbeitet und noch etwas ausführlicher Beschrieben. Markiert in Grün

Den Schaltregler habe ich in der Zwischenzeit auch fertig aufgebaut.
Dieser Kollege wurde mit einem TL594 aufgebaut. Einfach weil ich den Chip hier schon öfter gehört habe, und alles was man braucht schon dabei ist.(PWM-Stufe, Fehlerverstärker, Taktgeber...) Beim ersten versuch habe ich nicht sonderlich viel berechnet. Aber vorsichtig ausgelegt. Regelschleife hat einen TP-Filter mit unter 1kHz Grenzfrequenz drin. Spule und Kondensatoren etwas größer als notwendig und vorsichtig angefangen.
Das hat auch soweit funktioniert, aber ich hatte eine sehr schwache Diode verbaut (1A rms) die für das Endprodukt (min. 5A) nicht reichte. Mit der dickeren Diode dann hat die Schaltung gezirpt und gepfiffen und rumgeklickert das ich dies erstmal genauer untersuchen musste. Das Problem konnte sehr leicht gelöst werden.
Das Oszi zeigte mir, das die Regelung ein paar Zyklen funktionierte, und dann einfach abgeschaltet hat. Huch das klingt doch nach einer Unterspannungsabschaltung. :gruebel:
Ich hatte keinen Bypass Cap am Tl594 Chip angebracht. Nachdem das erfolgt war lief die ganze schaltung sehr sauber. Mit eine Lastwiderstand aus 2 mal 1Ohm 50W widerständen habe ich dann erste Effizienz berechnungen gemacht und kam auf ansehnliche 91,4% bei 18V 3A Eingangsseitig und Knappen 10V/5A ausgangsseitig. Nachdem ich den Strommesswiderstand(0,1Ohm) hinter der Spule gebrückt hatte war der Größte verbraucher die Diode.
Spoiler:
ThermalCamera2018-03-20_11-33-48+0100.png
ThermalCamera2018-03-20_11-33-48+0100.png (265.16 KiB) 4454 mal betrachtet
Ganz unten zu sehen der Spannungsteiler zum messen der Eingangsspannung (Ich regele hier ja die Einggangsspannung Ausgang ist erstmal zweitrangig)
Der größere Chip dadrüber ist der TL594
Der kleine Hitzepunkt oben rechts davon ist der Emitter Widerstand am Ausgang des TL594 der mir mein Digitalsignal für den Mosfettreiber macht
Das Wärmste ist die 10A Shottky Diode im TO220 Gehäuse und dadrunter ist der Schalttransistor ein IRFZ44N
Hier nochmal in Farbe und Gedreht
Spoiler:
20180320_093918.jpg
Verzichten kann ich auf die Diode nicht, da ich nicht dauerhaft einen Mosfet an ihrer stelle haben möchte. Das Problem besteht dann nämlich im Lückenden betrieb.
Wenn der Strom durch L lückt und 0 wird. Dann sperrt die Diode und alles ist toll :) Wenn ich aber einen Mosfet dort einbaue kann durch den Mosfet der Strom auch Rückwärts fließen. Und das Versaut mir natürlich die Effizienz im Teillast betrieb. Deswegen brauche ich noch eine Idee wie ich das Signal für den Mosfet im unteren Lastbereich deaktivieren kann und im oberen Lastbereich wieder aktivieren kann. Und somit sicherlich noch weitere 2 bis 3% gewinnen kann :) Dann wird der Wandler denke ich auch bis über 10A ohne aktive Kühlung auskommen. Falls jemand eine Highside und Lowside Treiber Kombo kennt, die dafür passt immer her mit Vorschlägen. oder sollte ich die doch dediziert aufbauen? Beim IR2111 den ich aktuell verwende kann ich die Ausgänge leider nicht unabhängig ansteuern.

Problem 2 ich habe die Bauteile alle nach Bauchgefühl ausgesucht. bzw. zusammen gesammelt was alles vorhanden war. Ich weiß z.B. das die Resonanzfrequenz des Ausgangs LC Schwingkreises unter der Grenzfrequen meiner Fedbackschleife liegt. da ich den Ausgang aber noch nicht regele fällt das nicht weiter auf, kann aber später zu Problemen später führen.

Testen kann ich den Schaltwandler noch nicht an der Solarzelle, da die Max. Spannung des IR2111 20V beträgt und die Leerlaufspannung der Solarzelle über 22V liegen kann :( da muss ich mir noch etwas überlegen.

Ich versuche am Wochenende mal alles durchzurechnen und aufeinander abzustimmen, und einen Schaltplan zu erstellen. So ganz ohne erklärt es sich dann ja doch etwas schwer manchmal. Dies würde ich euch natürlich dann mitteilen :)

Dazu noch eine Frage an die Runde.
Woher bezieht ihr eure Ringkerne beispielsweise für die GDTs? und wie bestimmt ihr deren Sättigungsstrom? oder alles nur ausprobieren?

Und noch eine Frage zum Layout.
Soll ich die Bilder im Text belassen oder so wie jetzt wegspoilern?


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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#4 Beitrag von Millivolt »

Ich habe mich heute morgen mal hingesetzt und den Schaltplan für meinen Schaltwandler gezeichnet.
Ich habe in Eagle nur den TL494 gefunden. verwendet habe ich aber den TL594 nur mal so angemerkt.
Aber die Pins sind ja gleich nur halt verschieden angeordnet...
Und den C7 hatte ich vergessen zu verbauen als die Schaltung so geschwungen hat...
Schaltwandler.PNG
Viel Spaß beim Kritisieren.
Und Falls ihr ne Idee habt wie ich die Diode D3 durch einen Mosfet ersetzten kann mit den Kriterien aus dem Vorherigen Post immer her Damit :)
Ich hab mir schon was überlegt aber das ist schon etwas Umständlich...

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Heisath
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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#5 Beitrag von Heisath »

Was mir beim Schaltplan gerade so auffällt:

1. sieh vielleicht noch einen Stützkondensator zwischen VREF und GND vor.
2. wenn du den oberen ErrorAmp deaktivieren wolltest, müsstest du glaube ich die beiden Eingänge tauschen.
3. nochmal nachschauen welchen Spannungsbereich die ErrorAmps abkönnen und dann evtl den Spannungsteiler an -I2 nicht auf VCC sondern nur bis VREF hochziehen.

Ansonsten sieht das echt cool aus!
ehemals "Count-Doku".


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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#6 Beitrag von Millivolt »

zu1: Das stimmt da kann noch ein 100n Kondi dran
zu2: da hast du auch recht. Habs nur falschherum aufgezeichnet. In der schaltung ist der korrekt deaktiviert
zu3: Die ErrorAmps können bis Vcc+0,3V ab. Den -I2 muss ich auf an Vcc anschließen, da dies der Feedbackzweig ist. da bringt mir Vref nicht viel ;)
der eingang sieht aber nie mehr als Vref, da der ErrAmp ja genau dafür da ist, die Spannung an -I2 auf das selbe Nivea wie +I2 zu regeln.

Soweit aber schonmal danke für das Feedback :)

Ich habe auch eine Lösung für die Diode :)
Ich werde einen weiteren Mosfettreiber an den LO ausgang des IR2111 hängen. wenn die Delay Zeiten gering genug sind sollte das passen, da der einschaltdelay vom IR2111 650ns beträgt. ich habe da noch einen treiber mit symetrischen 40ns.
Und den kann ich über einen Enable eingang mit einem OpAmp deaktivieren, oder den eingang über einen Mosfet auf LOW ziehen, wenn der ausgangsstrom zu gering wird. ich denke das ist aktuell die einfachste Lösung. wird nur knapp das noch auf meinem stückchen Lochraster unterzubringen :D

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Thunderbolt
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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#7 Beitrag von Thunderbolt »

Wegen der Diode:

du kannst einfach 'ne normale halbbrücke aufbauen (D3 durch 'n FET ersetzen und die an den LO vor IR2111 hängen), die FETs werden dann sogar automatisch im wechsel anfesteuert und der untere FET fungiert als Aktive gleichrichtung.


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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#8 Beitrag von Millivolt »

Das ist richtig.
Aber im Teillastbetrieb, wenn der Strom durch L1 lücken würde, wäre nur die Diode verbaut. Fließt er dann durch Den Lowside Mosfet rückwärts. Und genau den Fall will ich noch mit abfangen. Versaut mir ja sonst noch mehr die Effizienz im Teillastbetrieb :(
Ich will quasi bis zu einem PWM Signal von ca. 10% den unteren Mosfet nicht ansteuern. Nur dadrüber...


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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#9 Beitrag von Millivolt »

Ich habe die Empfehlungen Von Count-Doku mal eingefügt, und den LowSide Mosfet eingefügt.
So könnt ihr vielleicht nachvollziehen wie ich das meinte.
IC4A und IC4B kann mal evtl. noch in einem OpAmp abbilden da hatte ich nur gerade keine idee wie ich das machen soll.
Sinn der Schaltung ist: Über den ersten OpAmp den Strom durch L1 darzustellen. Der zweite vergleicht den Strom mit einem Ref. Wert (z.B. 0,1V oder so) Sobald der Strom über diesen wert kommt Wird der Ausgang vom IC4A auf GND geschaltet und das LO Signal vom IR2111 wird an den MCP1407 weitergeleitet. Dadurch wird Q2 Geschaltet und D2 gebrückt. Wenn der Strom unter den Schwellwert sinkt wird Q2 wieder abgeschaltet um einen Rückfluss des Stroms zu verhindern.
Schaltwandler_2.PNG
EDIT: Zur verdeutlichung nochmal ein Zeit Ablaufdiagram. Zeitachse nicht linear :D
20180323_195122.jpg


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Re: MPPT Solarregler Eigenbau

#10 Beitrag von Millivolt »

Ich habe gestern nochmal die H-Brücke neu aufgebaut und etwas entzerrt.
Und dann einfach mal den LowSide Mosfet angeschlossen und geschaut.
Und siehe da, die effizienz ist durch die bank weg gestiegen. Das liegt aber auch zum teil dadran, das mit steigender leistung die ausgangspannung steigt. dadurch fällt bei diesen Tests der Lückende Betrieb weg...
Also eine Kleine Excel Liste gemacht und mal die Effizienz angesehen.
Zu beachten ist wie gesagt, das die Ausgangsspannung mit der Leistung steigt. also nicht der Realen Belastung später entspricht. dafür muss ich nochmal mit 12V am ausgang testen.
Was mir aber Wichtig war, ist das ich getestet habe, das die Spule bei 5A nicht in die sättigung geht. und das Hat sie nicht gemacht. :)

Eingangsspannung immer 18V Ausgangswiderstand 2Ohm 100W Leistungswiderstände
Eff_Kurve.PNG
Eff_Kurve.PNG (24.96 KiB) 4331 mal betrachtet
Keine Garantie das die Werte wirklich so stimmen, aber die Relativen unterschiede sollten so passen, da bei beiden malen gleich gemessen wurde.

Dann habe ich mal geschaut wie sich die Schaltfrequenz auf die Effizienz auswirkt, bzw wie sich die Verluste verschieben
getestet und ermittelt wurde die Folgenden Werte:

Code: Alles auswählen

Freq.      Uaus     Mosfet   Driver       L          C

52kHz    10,08V    49,2°C              54,0°C    51,0°C
86kHz    10,11V    50,0°C    48,3°C    47,0°C    42,0°C
98kHz    10,12V    48,0°C    45,7°C    43,3°C    38,6°C
122kHz   10,12V    51,3°C    51,6°C    42,4°C    37,0°C
Spoiler:
ThermalCamera2018-03-24_21-40-52+0100.png
ThermalCamera2018-03-24_21-40-52+0100.png (260.12 KiB) 4331 mal betrachtet
ThermalCamera2018-03-24_22-05-41+0100.png
ThermalCamera2018-03-24_22-05-41+0100.png (281.98 KiB) 4331 mal betrachtet
ThermalCamera2018-03-24_22-36-17+0100.png
ThermalCamera2018-03-24_22-36-17+0100.png (287.03 KiB) 4331 mal betrachtet
ThermalCamera2018-03-24_23-05-59+0100.png
ThermalCamera2018-03-24_23-05-59+0100.png (273.31 KiB) 4331 mal betrachtet
Was ich erwartet habe:
Mit steigender Frequenz:
  • sollte der Mosfet wegen der Schaltverluste wärmer werden
    sollte der Mosfet Driver wärmer werden wegen der häufigeren Schaltvorgänge
    sollte der Kondensator kälter werden, wegen des geringeren Ripple Stroms aus L
Wo ich keine Vorstellung hatte war die Spule.
eigentlich müsste die mit steigender Frequenz wärmer werden wegen der höhreren Hystereseverluste oder nicht?
Welche Verluste habe ich hier nicht bedacht?
Aus der Ausgangsspannung schließe ich aber das aktuell um die 100kHz die größte Effizienz liegt. vielleicht muss ich auch noch höher was die Frequenz angeht testen.

Außerdem wird wie man sieht der Highside Mosfet wärmer als der Lowside Mosfet.
So wie das für mich aussieht schatet der Highside Mosfet noch nicht sauber ein und aus. Im Gatesignal sind noch recht hochfrequente schwingungen.
Da der LowSide Mosfet nicht war wird gehe ich nicht davon aus, das es ein falscher Mosfet ist und es auch nicht das Eingangssignal vom Gate treiber sein kann.
Das Problem muss also auf dem Lochraster Board liegen oder?
Oder können die geringeren Verluste am Lowside Mosfet auf die zusätzliche Shottky Diode zurückgeführt werden, die die Schaltverluste verringert/aufnimmt, weil sie schneller schaltet und der Mosfet dann keine sonderlichen Schaltverluste mehr hat, weil die Spannung über den Mosfet nie über 0,7V steigt?
Im Spoiler sind nochmal bilder vom aktuellen aufbau
Spoiler:
20180325_120637.jpg
20180325_120626.jpg

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