MPPT-zonnelaadcontroller met behulp van LT3562

Bijna elk op zonne-energie gebaseerd systeem heeft een bijbehorende batterij die moet worden opgeladen met zonne-energie en vervolgens wordt de energie van de batterij gebruikt om de belastingen aan te drijven. Er zijn meerdere keuzes beschikbaar voor het opladen van een lithiumbatterij, we hebben eerder ook een eenvoudig oplaadcircuit voor lithiumbatterijen gebouwd. Maar om een batterij op te laden met een zonnepaneel, is de meest populaire keuze de MPPT- of maximale powerpoint-tracker- topologie, omdat deze een veel betere nauwkeurigheid biedt dan andere methoden, zoals PWM-gestuurde laders.

MPPT is een algoritme dat veel wordt gebruikt in zonneladers. De laadregelaar meet de uitgangsspanning van de panelen en de accuspanning, en door deze twee gegevens op te halen, vergelijkt het ze om te beslissen welk vermogen het paneel het beste kan leveren om de batterij op te laden. In welke situatie dan ook, of het nu in goed of slecht zonlicht is, de MPPT-laadregelaar gebruikt deze maximale vermogensoutputfactor en zet dit om in de beste laadspanning en -stroom voor de accu. Telkens wanneer het vermogen van het zonnepaneel daalt, neemt ook de laadstroom van de batterij af.

Bij slecht zonlicht wordt de batterij dus continu opgeladen op basis van de output van het zonnepaneel. Dit is meestal niet het geval bij normale zonneladers. Omdat elk zonnepaneel wordt geleverd met een maximale uitgangsstroom en een kortsluitstroom. Telkens wanneer het zonnepaneel niet de juiste stroomafgifte kon leveren, daalt de spanning aanzienlijk en verandert de belastingsstroom niet en overschrijdt deze de kortsluitstroom, waardoor de uitgangsspanning van het zonnepaneel nul is. Daarom wordt het opladen volledig gestopt bij slechte zonlichtomstandigheden. Maar MPPT zorgt ervoor dat de batterij zelfs bij weinig zonlicht kan worden opgeladen door de laadstroom van de batterij te regelen.

MPPT's zijn ongeveer 90-95% efficiënt in de conversie. De efficiëntie is echter ook afhankelijk van de temperatuur van de zonnedriver, de batterijtemperatuur, de kwaliteit van het zonnepaneel en de conversie-efficiëntie. In dit project bouwen we een Solar MPPT-oplader voor lithiumbatterijen en controleren we de output. Je kunt ook het IoT Based Solar-batterijmonitoringsproject bekijken, waarin we enkele kritieke batterijparameters van een lithiumbatterij die in een zonnestelsel is geïnstalleerd, monitoren.

MPPT-laadregelaar - Overwegingen bij het ontwerp

Het MPPT Charge controller-circuit dat we in dit project ontwerpen, heeft de volgende specificaties voor vlees.

Het laadt een 2P2S-batterij op (6,4-8,4 V)
De laadstroom is 600mA
Het heeft een extra oplaadmogelijkheid met behulp van een adapter.

Componenten vereist voor het bouwen van een MPPT-controller

LT3652-stuurprogramma
1N5819 - 3 stuks
10k pot
10uF condensatoren - 2 st
Groene led
Oranje LED
220k weerstand
330k weerstand
200k weerstand
68uH Inductor
1uF condensator
100uF condensator - 2 stuks
Batterij - 7,4 V.
1k weerstanden 2 st
Loopbus

MPPT zonnelader schakelschema

Het complete Solar Charge Controller Circuit is te vinden in de onderstaande afbeelding. U kunt erop klikken voor een volledige paginaweergave voor een betere zichtbaarheid.

Het circuit maakt gebruik van LT3652, een complete monolithische step-down batterijlader die werkt met een ingangsspanningsbereik van 4,95V tot 32V. Het maximale ingangsbereik is dus 4,95V tot 32V voor zowel zonne-energie als adapter. De LT3652 biedt een constante stroom / constante spanning laadkarakteristieken. Het kan worden geprogrammeerd via current sense-weerstanden voor een maximale laadstroom van 2A.

Op het uitgangsgedeelte maakt de lader gebruik van 3,3V float-voltage-feedbackreferentie, dus elke gewenste batterij-float-spanning tot 14,4V kan worden geprogrammeerd met een weerstandsdeler. De LT3652 bevat ook een programmeerbare veiligheidstimer met behulp van een eenvoudige condensator. Het wordt gebruikt om het opladen te beëindigen nadat de gewenste tijd is bereikt. Het is handig om batterijstoringen op te sporen.

De LT3652 vereist een MPPT-instelling waarbij een potentiometer kan worden gebruikt om het MPPT-punt in te stellen. Wanneer de LT3652 wordt gevoed met een zonnepaneel, wordt de ingangsregellus gebruikt om het paneel op het hoogste uitgangsvermogen te houden. Van waar de regeling wordt gehandhaafd, hangt af van de MPPT-instelpotentiometer.

Al deze dingen zijn verbonden met het schema. De VR1 wordt gebruikt om het MPPT-punt in te stellen. R2, R3 en R4 worden gebruikt om de 2S-acculaadspanning (8,4 V) in te stellen. De formule om de accuspanning in te stellen kan worden gegeven door:

RFB1 = (VBAT (FLT) • 2,5 • 10 ⁵) /3,3 en RFB2 = (RFB1 • (2,5 • 10 ⁵)) / (RFB1 - (2,5 • 10 ⁵))

De condensator C2 wordt gebruikt om de laadtimer in te stellen. De timer kan worden ingesteld met behulp van de onderstaande formule-

tEOC = CTIMER • 4,4 • 10 ⁶ (in uren)

De D3 en C3 zijn de boost-diode en boost-condensator. Het stuurt de interne schakelaar aan en vergemakkelijkt de verzadiging van de schakeltransistor. De boost-pin werkt van 0V tot 8,5V.

R5 en R6 zijn een stroomdetectieweerstand die parallel is geschakeld. De laadstroom kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule-

RSENSE = 0,1 / ICHG (MAX)

De current sense-weerstand in het schema is geselecteerd op 0,5 Ohm en 0,22 Ohm, die parallel is en 0,15 Ohm creëert. Met behulp van de bovenstaande formule zal het bijna 0,66 A laadstroom produceren. De C4, C5 en C6 zijn de uitgangsfiltercondensatoren.

De DC barrel-jack is zo aangesloten dat het zonnepaneel wordt losgekoppeld als er een adapter-jack in de adapter-aansluiting wordt gestoken. De D1 zal het zonnepaneel of de adapter beschermen tegen tegenstroom tijdens het niet opladen.

Solar Laadregelaar PCB-ontwerp

Voor het hierboven besproken MMPT-circuit hebben we de printplaat van de MPPT- ladercontroller ontworpen die hieronder wordt weergegeven.

Het ontwerp heeft het benodigde GND-koperen vlak en de juiste verbindingsvias. De LT3652 vereist echter een voldoende PCB-koellichaam. Dit wordt gemaakt met behulp van het GND-kopervlak en het plaatsen van via's in dat soldeervlak.

Bestellen van de print

Nu we begrijpen hoe de schema's werken, kunnen we doorgaan met het bouwen van de PCB voor ons MPPT Solar Charger Project. De PCB-layout voor het bovenstaande circuit is ook beschikbaar om te downloaden als Gerber via de link.

Download GERBER voor MPPT Solar Charger

Nu ons ontwerp klaar is, is het tijd om ze te laten fabriceren met behulp van het Gerber-bestand. Om de PCB van PCBGOGO af te krijgen is vrij eenvoudig, volg gewoon de onderstaande stappen-

Stap 1: Ga naar www.pcbgogo.com, meld u aan als dit de eerste keer is. Voer vervolgens op het tabblad PCB-prototype de afmetingen van uw PCB, het aantal lagen en het aantal PCB's dat u nodig heeft in. Ervan uitgaande dat de printplaat 80 cm × 80 cm is, kunt u de afmetingen instellen zoals hieronder weergegeven.

Stap 2: Ga verder door op de knop Nu citeren te klikken. U wordt naar een pagina geleid waar u indien nodig een paar aanvullende parameters kunt instellen, zoals het gebruikte materiaal voor de spoorafstand, enz. Maar meestal werken de standaardwaarden prima. Het enige waar we hier rekening mee moeten houden, is de prijs en tijd. Zoals je kunt zien is de bouwtijd slechts 2-3 dagen en kost het slechts $ 5 voor onze printplaat. U kunt vervolgens een gewenste verzendmethode selecteren op basis van uw vereisten.

Stap 3: De laatste stap is om het Gerber-bestand te uploaden en door te gaan met de betaling. Om ervoor te zorgen dat het proces soepel verloopt, controleert PCBGOGO of uw Gerber-bestand geldig is voordat u doorgaat met de betaling. Zo weet u zeker dat uw printplaat fabricagevriendelijk is en u als toegewijd zult bereiken.

De printplaat in elkaar zetten

Nadat het bord was besteld, bereikte het me na enkele dagen via een koerier in een keurig gelabelde, goed verpakte doos, en zoals altijd was de kwaliteit van de PCB geweldig. Hieronder zie je de print die ik heb ontvangen. Zoals je ziet, is zowel de bovenste als de onderste laag uitgekomen zoals verwacht.

De via's en pads hadden allemaal de juiste maat. Het kostte me ongeveer 15 minuten om op de printplaat te monteren om een werkend circuit te krijgen. Het samengestelde bord wordt hieronder weergegeven.

Het testen van onze MPPT Solar Charger

Om het circuit te testen, wordt een zonnepaneel gebruikt met een vermogen van 18V.56A. De onderstaande afbeelding is de gedetailleerde specificatie van het zonnepaneel.

Voor het opladen wordt een 2P2S-batterij (8,4V 4000mAH) gebruikt. Het volledige circuit is getest bij matige zon-

Nadat alles is aangesloten, wordt de MPPT ingesteld wanneer de zonconditie correct is en wordt de potentiometer bediend totdat de oplaad-LED begint te gloeien. Het circuit werkte redelijk goed en de gedetailleerde werking, configuratie en uitleg zijn te vinden in de onderstaande video.

Ik hoop dat je genoten hebt van het project en iets nuttigs hebt geleerd. Als u vragen heeft, laat deze dan achter in het commentaargedeelte hieronder. U kunt ook onze forums gebruiken om uw andere technische vragen te beantwoorden.