Jak dokonać automatycznej regulacji TP4056 w celu maksymalnego poboru energii słonecznej

10

Używam panelu słonecznego (6 V - 600 mA przy szczytowej mocy), aby naładować akumulator litowo-jonowy (3,7 V) za pomocą TP4065. Używany przeze mnie TP4065 ma następującą konfigurację:

Obwód TP4065

Gdzie wartość rezystora Rprog określa prąd ładowania.

Rezystor do bieżącej tabeli

Problem polega na tym, że prąd dostarczany przez panel słoneczny jest proporcjonalny do otrzymywanego światła, a jedynym sposobem na uzyskanie maksymalnej mocy z panelu słonecznego jest dostosowanie obciążenia, aby utrzymać napięcie na panelu słonecznym około 6 V, które w moim przypadku jest kontrolowane poprzez zmniejszenie prądu ładowania.

Jaki byłby najlepszy obwód do automatycznej regulacji rezystora Rprog w celu utrzymania stałego napięcia TP4056 około 6V?

Oto przykład krzywej IV paneli słonecznych pokazującej napięcie, z którego pobierana jest maksymalna moc.

Przykład panelu słonecznego IV

Oto charakterystyka ładowania TP4065

Wykres ładowania TP4065

AKTUALIZACJA 13-02-2015

Napięcie i pin PROG wahają się między 1 V a 0,2 V.

Mój projekt użyje mikrokontrolera Arduino. Mógłbym użyć Arduino do monitorowania napięcia paneli słonecznych i regulacji prądu TP4056 za pomocą następującego obwodu:

Inne rozwiązanie

Rprog i Rarduino będą miały 600 omów, a kondensator 100uF i Rarduino będą działać jako filtr dolnoprzepustowy dla wyjścia analogowego Arduino, który wysyła sygnał PWM 3,3 V 500 Hz.

Gdy wyjście cyfrowe wynosi 0V, TP4056 zobaczy rezystor 1,2K i będzie działał normalnie. Wraz ze wzrostem analogowego napięcia wyjściowego napięcie na Rprog będzie się zmniejszać, co zmniejszy prąd na styku PROG TP4056 i ostatecznie zmniejszy prąd ładowania akumulatora.

Czy to rozwiązanie może działać?

battery-charging solar-cell charger charging Poklepać
źródło
1
Twoje pytanie jest błędne. Modulowanie prądu ładowania za pomocą RPROG wcale nie pomoże ci szybciej naładować akumulatora. Wystarczy ustawić RPROG na maksimum w słoneczny dzień (cokolwiek to jest). Jeśli chcesz uzyskać maksymalną moc z panelu słonecznego, musisz użyć co najmniej jednego przetwornika DC-DC, a w takim przypadku prawdopodobnie nie ma sensu stosowanie ładowarki liniowej.
mkeith,
1
Akumulator, panel słoneczny i ładowarka są połączone szeregowo (z wyjątkiem małego prądu spoczynkowego pobieranego przez ładowarkę). Zatem maksymalizacja mocy wyjściowej paneli słonecznych nie jest celem. Chcesz zmaksymalizować prąd wyjściowy. Mam nadzieję, że teraz rozumiesz mój punkt widzenia.
mkeith,
Spójrz na to: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf Chodzi o to, aby dopasować Vin do maksymalnego punktu mocy (zauważ, że maksymalne napięcie punktu mocy nie zmienia się zbytnio wraz z poziomem światła) . Może nie działać z panelem słonecznym 5 V, ale jeśli możesz rozważyć zakup panelu o wyższym napięciu, może on działać.
mkeith,
1
@mkeith Będzie ładował się szybciej, ponieważ gdy panel słoneczny może dostarczyć tylko 100 mA, a ładowarka chce 1000 mA, napięcie panelu słonecznego spadnie do napięcia, które TP4056 nie może działać poprawnie i nie ładuje się wcale.
Pat
@mkeith warto zmaksymalizować prąd jako priorytet, ale jak widać na obrazie wykresu ładowania, prąd nie jest stały do ​​wysokiej wartości, aby naładować akumulator. Tak więc jedynym rozwiązaniem pozostaje kontrola prądu ładowania, aby nie przeciążać panelu słonecznego
Pat

Odpowiedzi:

0

Podoba mi się odpowiedź, którą bardzo zasugerowałeś. Myślę, że to dobry pomysł. Sugerowałbym tylko niewielką zmianę w następujący sposób:

zmieniona kontrola PWM

Prosimy również o zapoznanie się z narożnymi obudowami i nietypowymi okolicznościami, takimi jak wyczerpanie baterii i brak możliwości włączenia arduino. Czy ładowarka utknie w trybie zerowego prądu ładowania? Może gdzieś strategiczne pullup lub pulldown albo duży rezystor równolegle z RPROG i pokrywką 100uF, aby zapewnić mały prąd ładowania, nawet gdy PWM jest wyłączony.

Dobra robota!

McKenzie

mkeith
źródło
1
Myślę, że zasilę Arduino bezpośrednio na panelu słonecznym, aby nigdy nie napotkać problemu ślepej uliczki.
Pat
Również maksymalny prąd, jaki może dać pin PROG, wynosi 1,2 mA. Wyjście analogowe arduino może dać lub zatopić 20mA, więc nie sądzę, że mosfet jest wymagany
Pat
Nie martwię się o prąd. Problem polega na tym, że wyjście PWM (zakładając, że jest to biegun totemu) ma wyższe napięcie niż napięcie na pinie PROG. Jeśli przypadkowo przejdziesz do cyklu pracy 100%, spowoduje to przepływ prądu do kołka PROG. Nie jestem pewien, jaki efekt by to miało. Może to uszkodzić układ. Z drugiej strony, jeśli możesz skonfigurować wyjście PWM na „otwarty odpływ” lub „otwarty kolektor”, to powinno być w porządku.
mkeith,
4

Ostatnio patrzyłem na to samo pytanie. Moje rozwiązanie było trochę inne niż twoje:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Wybierając D10, D11, D12 jako WYJŚCIE / NISKIE lub WEJŚCIE (High-Z, brak podciągania), mogę zmieniać Rprog od 16k (D10 / 11/12 wszystkie High-Z) do 1050 Ohm (D10 / 11/12 wszystkie LOW) i poprzez A0 monitorować prąd ładowania, aby znaleźć MPP.

Zabawne jest to, że po wszystkich moich testach stwierdziłem, że TP4056 wydaje się sam robić MPPT, tj. Nawet jeśli ustawisz zbyt niski poziom Rprog, Vprog wydaje się samoregulować, aby utrzymać prąd w MPP. Oznaczałoby to, że wystarczy ustawić Rprog na maksymalny prąd, jaki mogą zapewnić panele słoneczne, to wszystko, czego potrzeba.

BTW potwierdza to moje odkrycie empiryczne, ponieważ przez ostatnie 2 lata bezproblemowo korzystałem z prostych modułów TP4056 z moimi składanymi panelami słonecznymi . (Jest to jednak trochę rozczarowujące, ponieważ wziąłem cały trud przy konstruowaniu mojego Arduino MPPT, aby dowiedzieć się, że tak naprawdę go nie potrzebuję ...)

enif
źródło
2

automatyczna regulacja prądu ładowania

Użyłbym innego układu. Jeśli jednak chcesz użyć tego, możesz wypróbować ten obwód. Umieść bieżące lustro na swoim miejscu, aby wyregulować prąd programu. Zakładam, że wewnętrznie prąd płynący przez PROG jest dublowany (ze wzmocnieniem) w celu ustawienia zewnętrznego prądu ładowania. Więc masz tutaj źródło prądu, które zwiększa wartość prądu wraz ze wzrostem VCC. Dostosuj R200, aby uzyskać pożądany prąd na poziomie, który uważasz za minimalny VCC. Gdy VCC rośnie, prąd ładowania również rośnie.

Jestem zbyt leniwy, aby wymyślić dobry punkt wyjścia dla R200. Ale jeśli możesz dowiedzieć się, jakie jest napięcie w PROG, to z tabeli możesz przypuszczać aktualny współczynnik wzmocnienia i wymyślić dobry punkt początkowy dla R200. Myślę, że będzie to jak 47 tys.

Wariacje na ten temat mogą działać jeszcze lepiej. Na przykład, jeśli dodasz napięcie odniesienia i komparator lub kilka tranzystorów, możesz faktycznie utrzymać prąd ładowania ustalony na maksimum, aż VCC spadnie poniżej pewnego punktu, a następnie cofnie prąd ładowania, aby utrzymać VCC na tym poziomie. Ale moim zdaniem, kiedy dojdziesz do tego poziomu złożoności, powinieneś po prostu użyć układu scalonego, który robi to wszystko za Ciebie, jak bq24210.

Jestem otwarty na dalsze dyskusje na ten temat. Po prostu oznacz mnie, aby zwrócić moją uwagę.

mkeith
źródło
To wygląda świetnie! BQ24210 to dość mały układ scalony do projektu hobbystycznego. Czy znasz jakiś inny większy układ, który pełni podobną funkcję?
Pat
1
Nie, ale właśnie to znalazłem: sparkfun.com/products/12885
mkeith
0

Właśnie zamierzam to zrobić. Myślę, że kondensator na Vin bardzo pomaga, ponieważ podczas ładowania pobiera mniej prądu i przestaje pobierać zbyt duży prąd z fotokomórki, co jest punktem, w którym moc wyjściowa spada. Kiedy kondensator spadnie poniżej 4 V, uważam, że TPS4056 wyłączy się, dopóki korek nie zostanie wystarczająco naładowany. Kiedy ładuje się z powrotem do 4v, działa jak koło zamachowe.

Jeszcze jednym pomysłem, o którym myślę, jest użycie fotorezystora dla Rprog.

Matt Williamson
źródło
0

Pamiętaj tylko ... ten układ scalony ładowarki jest liniowy. Oznacza to, że jeśli bateria ma ~ 4 V, a panel słoneczny ~ 6 V, marnujesz prąd około 2 V * na ciepło. Nawet jeśli uda ci się wydobyć maksimum z panelu, straty energii są wysokie. Rozważ użycie regulatora przełączającego lub stwórz własny (buck) z atmega, jest to prosty obwód i może mieć wydajność około 90% w każdym przypadku obciążenia. Baw się dobrze.

mpz
źródło
Czy jesteś pewien, że jest liniowy? Jak to samo napięcie wejściowe może wytwarzać inny prąd ładowania, zmieniając rezystor?
Pat
0

czy ważniejsze jest maksymalne pozyskiwanie energii słonecznej lub jak ważniejsze jest prawidłowe użycie TP4056? jeśli ważniejsze jest maksymalne pozyskiwanie energii słonecznej, wszystkie obwody i wszystkie dotychczasowe odpowiedzi są niepoprawne. Twój panel słoneczny o napięciu 6 V da Ci 2-4 V przy przyciemnionym świetle, i nie możesz oczekiwać, że całkowicie naładuje akumulator 4,2 V w tej sytuacji, więc Twoja ładowarka nie będzie maksymalną jednostką pobierającą energię słoneczną, niezależnie od tego, jaką wartość ładujesz posługiwać się.

Zamiast tego potrzebujesz niskonapięciowego przetwornika wstępnego rozruchu z regulacją napięcia na 5 V. gotowe, nie musisz się martwić o nic innego. nie używaj mikrokontrolera do takiej prostej ładowarki, ponieważ marnuje więcej energii niż wytwarza w przyciemnionym świetle. w rzeczywistości powinieneś usunąć TP4065 z równania, jeśli najważniejsze jest maksymalne pozyskiwanie energii słonecznej.

Atmega 328
źródło
Oczywiście moim ostatecznym celem jest wydobycie jak największej mocy. Ale mam jeszcze dwa cele: być tanim w budowie i prostym w budowie. Jakie byłoby twoje zalecenie zastąpienia TP4065?
Pat
najtańsze będzie po prostu użycie diody Schottky'ego, a najlepsze będzie użycie przetwornika podwyższającego napięcie DC-DC. Polecam CE8301. Ten malutki facet jest niesamowity, ponieważ jego napięcie początkowe wynosi 0,9 V. Możesz go znaleźć, pisząc w serwisie eBay konwerter 5-bitowy USB. większość tego rodzaju konwerterów boost wykorzystuje ten układ scalony. Po zdobyciu go zhakuj go trochę, aby uzyskać moc wyjściową do 4,2 V, mianowicie zmieniając rezystor sprzężenia zwrotnego i gotowe.
Atmega 328
Czy ładowanie płaskim 4,2 V zamiast wielu etapów TP4056 spowodowałoby problemy z akumulatorem? Wielu twierdzi, że 4,2 V musi być bardzo precyzyjne i wydaje się, że CE8301 można regulować tylko w krokach co 0,1 V.
Pat
Jeśli zastosujesz prostą baterię 4.2v do akumulatora litowo-jonowego, przejdzie ona przez wiele etapów niezależnie od tego. Tak działa bateria chemiczna i nie ma to nic wspólnego z układem scalonym. IC jest w stanie wykryć te etapy i zatrzymać ładowanie akumulatora, gdy wydaje mu się, że akumulator jest w pełni naładowany. Łaskotanie ładowania baterii litowo-jonowej jest kiepskie w podręczniku, ale w rzeczywistości jest całkowicie w porządku, szczególnie w przypadku energii słonecznej. na koniec, co najmniej, niektóre ładowarki ustawią napięcie odcięcia na 4,3 V. Zwiększy pojemność i skróci żywotność, ale nie jest wybuchowy i jest bezpieczny.
Atmega 328
Gdzie siedziałaby krzywa IV panelu słonecznego, gdy jest podłączona bezpośrednio do przetwornika podwyższającego napięcie DC-DC? Czy zmaksymalizuje moc z ogniwa słonecznego? Nie mogę sobie wyobrazić, jak wyglądałaby impedancja wejściowa konwertera.
Pat