태양 광 패널 최적화 회로를 만드는 방법

제안 된 태양 광 최적화 회로는 다양한 태양 광 조건에 대응하여 태양 광 패널의 전류 및 전압 측면에서 가능한 최대 출력을 얻는 데 사용할 수 있습니다.

이 게시물에서는 간단하면서도 효과적인 태양 광 패널 최적화 충전기 회로 몇 가지에 대해 설명합니다. 첫 번째는 몇 개의 555 IC와 몇 가지 다른 선형 구성 요소를 사용하여 구축 할 수 있으며 두 번째 optin은 훨씬 더 간단하며 LM338 및 연산 증폭기 IC 741과 같은 매우 일반적인 IC를 사용합니다. 절차를 알아 보겠습니다.

회로 목표

우리 모두 알다시피, 절차가 전원 공급 장치 전압을 분류하지 않는 경우 모든 형태의 전원 공급 장치에서 최고 효율을 얻는 것이 가능해집니다. 즉, 필요한 특정 낮은 전압 수준과 부하에 대한 최대 전류를 얻고 자 함을 의미합니다. 소스 전압 레벨을 방해하지 않고 열을 발생시키지 않고 작동합니다.

간단히 말해, 관련 태양 광 옵티마이 저는 최대 요구 전류, 더 낮은 수준의 요구 전압으로 출력을 허용하면서 패널 전체의 전압 수준이 영향을받지 않도록해야합니다.

여기서 논의되는 한 가지 방법은 현재까지 최적의 방법 중 하나로 간주 될 수있는 PWM 기술을 포함합니다.

모든 어려운 개념을 쉽게 보이게하는 IC 555라고하는이 작은 천재에 감사해야합니다.

PWM 변환에 IC 555 사용

이 개념에서도 우리는 필요한 구현을 위해 두 개의 IC 555를 통합하고 크게 의존합니다.

주어진 회로도를 보면 전체 설계가 기본적으로 두 단계로 나뉘어져 있음을 알 수 있습니다.

상부 전압 조정기 단계 및 하부 PWM 생성기 단계.

상단 단계는 스위치로 배치되고 게이트에서 적용된 PWM 정보에 응답하는 p 채널 MOSFET으로 구성됩니다.

하단 단계는 PWM 생성기 단계입니다. 제안 된 작업에 대해 몇 개의 555 IC가 구성됩니다.

회로 기능

IC1은 T1 및 관련 구성 요소를 포함하는 정전류 삼각파 생성기에 의해 처리되는 필요한 구형파를 생성합니다.

이 삼각파는 필요한 PWM 처리를 위해 IC2에 적용됩니다.

그러나 IC2의 PWM 간격은 핀 # 5의 전압 레벨에 따라 달라지며, 이는 1K 저항과 10K 사전 설정을 통해 패널 전체의 저항성 네트워크에서 파생됩니다.

이 네트워크 간의 전압은 다양한 패널 전압에 정비례합니다.

피크 전압 동안 PWM은 더 넓어지고 그 반대도 마찬가지입니다.

위의 PWM은 연결된 배터리에 필요한 전압을 전도하고 제공하는 MOSFET 게이트에 적용됩니다.

앞서 논의한 바와 같이, 태양이 최고조에 달하는 동안 패널은 더 높은 수준의 전압을 생성하고 더 높은 전압은 IC2가 더 넓은 PWM을 생성하는 것을 의미하며, 이는 차례로 mosfe가 더 긴 기간 동안 꺼 지거나 상대적으로 짧은 기간 동안 켜진 상태를 유지하여 평균 전압 값에 해당합니다. 배터리 단자에서 약 14.4V입니다.

태양 빛이 나빠지면 PWM이 비례 적으로 좁게 배치되어 MOSFET이 더 많이 전도하여 배터리의 평균 전류와 전압이 최적의 값을 유지하는 경향이 있습니다.

10K 사전 설정은 밝은 햇빛 아래에서 출력 단자를 통해 약 14.4V가되도록 조정해야합니다.

결과는 다양한 태양 광 조건에서 모니터링 될 수 있습니다.

제안 된 태양 광 패널 최적화 회로는 패널 전압에 영향을주지 않고 배터리의 안정적인 충전을 보장하여 열 발생을 감소시킵니다.

참고 : 연결된 급상승 패널은 최대 햇빛에서 연결된 배터리보다 50 % 더 많은 전압을 생성 할 수 있어야합니다. 전류는 배터리 AH 등급의 1/5이어야합니다.

회로 설정 방법

1. 다음과 같은 방식으로 수행 할 수 있습니다.
2. 처음에는 S1 스위치를 OFF로 유지하십시오.
3. 패널을 최대 햇빛에 노출시키고 MOSFET 드레인 다이오드 출력 및 접지에 필요한 최적의 충전 전압을 얻도록 사전 설정을 조정합니다.
4. 이제 회로가 모두 설정되었습니다.
5. 이 작업이 완료되면 S1을 켜면 배터리가 최상의 최적화 모드로 충전되기 시작합니다.

현재 제어 기능 추가

위의 회로를주의 깊게 조사한 결과 MOSFET이 떨어지는 패널 전압 레벨을 보상하려고 할 때 배터리가 패널에서 더 많은 전류를 끌어 올 수있게하여 패널 전압이 더 떨어지게하여 폭주 상황을 유발합니다. 최적화 프로세스를 심각하게 방해 할 수 있습니다.

다음 다이어그램에 표시된 전류 제어 기능은이 문제를 해결하고 배터리가 지정된 한계를 초과하는 과도한 전류를 끌어들이는 것을 방지합니다. 그러면 패널 전압이 영향을받지 않게 유지하는 데 도움이됩니다.

전류 제한 저항 인 RX는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

RX = 0.6 / I, 여기서 I는 연결된 배터리에 지정된 최소 충전 전류입니다.

IC555의 pin2 및 pin6 임계 값 감지를 사용하여 Dhyaksa 씨가 제안한대로 위에서 설명한 디자인의 조잡하지만 더 간단한 버전을 만들 수 있습니다. 전체 다이어그램은 아래에서 확인할 수 있습니다.

벅 컨버터없이 최적화 없음

위에서 설명한 설계는 태양 강도의 변화에 ​​따라 555 기반 회로의 PWM을 자동으로 조정하는 기본 PWM 개념을 사용하여 작동합니다.

이 회로의 출력은 출력에서 ​​일정한 평균 전압을 유지하기 위해 자체 조정 응답을 생성하지만 피크 전압은 절대 조정되지 않아 리튬 이온 또는 Lipo 유형 배터리를 충전하는 데 상당히 위험합니다.

또한 위의 회로는 패널의 초과 전압을 연결된 저전압 정격 부하에 대한 비례 전류량으로 변환하도록 장착되어 있지 않습니다.

벅 컨버터 추가

위의 설계에 벅 컨버터 단계를 추가하여이 조건을 수정하려고 시도했으며 MPPT 회로와 매우 유사한 최적화를 생성 할 수있었습니다.

그러나이 개선 된 회로를 사용하더라도 회로가 다양한 태양 강도 레벨에 응답하여 감소 된 피크 레벨과 부스트 전류로 정전압을 생성 할 수 있는지 여부에 대해 완전히 확신 할 수 없었습니다.

개념에 대해 완전히 확신하고 모든 혼동을 없애기 위해 벅 컨버터와 입력 / 출력 전압, 전류 및 PWM 비율 (듀티 사이클) 간의 관련 관계에 관한 철저한 연구를 거쳐야했습니다. 다음 관련 기사를 작성합니다.

벅 컨버터의 작동 원리

벅 인덕터의 전압, 전류 계산

위의 두 기사에서 얻은 결론 공식은 모든 의구심을 명확히하는 데 도움이되었으며 마지막으로 벅 컨버터 회로를 사용하여 이전에 제안한 태양 광 최적화 회로에 대해 완벽하게 확신 할 수있었습니다.

설계를위한 PWM 듀티 사이클 조건 분석

상황을 명확하게 한 기본 공식은 다음과 같습니다.

Vout = DVin

여기서 V (in)은 패널에서 나오는 입력 전압이고 Vout은 벅 컨버터에서 원하는 출력 전압이고 D는 듀티 사이클입니다.

방정식에서 Vout은 벅 컨버터 또는 Vin의 듀티 사이클을 '둘 중 하나'를 제어하여 간단히 조정할 수 있습니다. 즉, Vin과 듀티 사이클 매개 변수가 직접 비례하여 서로 영향을줍니다. 값을 선형으로.

사실이 용어는 매우 선형 적이므로 벅 컨버터 회로를 사용하여 태양 광 최적화 회로의 치수를 훨씬 쉽게 지정할 수 있습니다.

이는 Vin이 부하 사양보다 훨씬 높을 때 (@ peak sunshine) IC 555 프로세서가 PWM을 비례 적으로 더 좁게 (또는 P- 디바이스의 경우 더 넓게) 만들고 Vout이 원하는 수준으로 유지되도록 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다. 태양이 줄어들면 프로세서는 PWM을 다시 넓혀 (또는 P- 장치의 경우 좁혀) 출력 전압이 지정된 일정 수준으로 유지되도록 할 수 있습니다.

실용적인 예제를 통해 PWM 구현 평가

주어진 공식을 풀면 위를 증명할 수 있습니다.

패널 피크 전압 V (in)을 24V라고 가정 해 보겠습니다.

PWM은 0.5 초 ON 시간과 0.5 초 OFF 시간으로 구성됩니다.

듀티 사이클 = 트랜지스터 켜짐 시간 / 펄스 켜짐 + 꺼짐 시간 = T (on) / 0.5 + 0.5 초

듀티 사이클 = T (on) / 1

따라서 아래 주어진 공식에서 위를 대체하면,

V (출력) = V (입력) x T (설정)

14 = 24 x T (켜기)

여기서 14는 가정 된 필수 출력 전압입니다.

따라서,

T (on) = 14/24 = 0.58 초

이것은 출력에서 ​​필요한 14V를 생성하기 위해 최고조 일 동안 회로에 설정해야하는 트랜지스터 ON 시간을 제공합니다.

작동 원리

위의 값이 설정되면 나머지는 IC 555가 햇빛이 감소함에 따라 예상되는 자체 조정 T (on) 기간 동안 처리하도록 남겨 둘 수 있습니다.

이제 햇빛이 감소함에 따라 위의 ON 시간은 일정한 14V를 보장하기 위해 선형 방식으로 회로에 의해 비례 적으로 증가 (또는 P- 장치의 경우 감소)됩니다. 절차를 종료하십시오.

전류 (amp) 매개 변수는 자체 조정으로 가정 할 수도 있습니다. 즉, 최적화 프로세스 전체에서 항상 (VxI) 제품 상수를 달성하려고합니다. 벅 컨버터는 항상 고전압 입력을 출력에서 ​​비례 적으로 증가 된 전류 레벨로 변환해야하기 때문입니다.

그래도 결과에 대해 완전히 확인하려면 관련 공식에 대해 다음 문서를 참조 할 수 있습니다.

벅 인덕터의 전압, 전류 계산

이제 다음 정보에서 내가 설계 한 최종 회로가 어떻게 생겼는지 살펴 보겠습니다.

위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이 기본 다이어그램은 전압 팔로워로 구성되고 BC547 이미 터 팔로워 단계 대신 교체되는 IC4를 포함하는 것을 제외하고는 이전의 자체 최적화 태양열 충전기 회로와 동일합니다. 이는 패널에서 IC2 핀 # 5 제어 핀아웃에 대해 더 나은 응답을 제공하기 위해 수행됩니다.

Solar Optimizer의 기본 기능 요약

기능은 다음과 같이 수정 될 수 있습니다. IC1은 C1의 값을 변경하여 20kHz로 증가시킬 수있는 약 10kHz에서 구형파 주파수를 생성합니다.

이 주파수는 T1 / C3의 도움으로 핀 # 7에서 빠른 스위칭 삼각파를 제조하기 위해 IC2의 핀 2에 공급됩니다.

패널 전압은 P2에 의해 적절하게 조정되고 IC2의 핀 # 5에 공급하기 위해 IC4 전압 팔로워 스테이지에 공급됩니다.

패널에서 IC2의 5 번 핀에서이 전위는 IC2의 3 번 핀에서 해당 치수가 지정된 PWM 데이터를 생성하기 위해 7 번 핀의 빠른 삼각파와 비교됩니다.

피크 태양 광에서 P2는 IC2가 가능한 가장 넓은 PWM을 생성하고 태양 광이 감소하기 시작하면 PWM이 비례 적으로 좁아 지도록 적절하게 조정됩니다.

위의 효과는 연결된 벅 컨버터 단계에서 응답을 반전시키기 위해 PNP BJT의베이스에 공급됩니다.

일조량이 많을 때 PWM이 넓어지면 PNP 장치가 {T (on) 시간주기 감소}를 거의 수행하지 않고 더 좁은 파형이 벅 인덕터에 도달하게되지만 패널 전압이 높기 때문에 입력 전압 수준이 높아집니다. 벅 인덕터에 도달하는 {V (in)}는 패널 전압 레벨과 같습니다.

따라서이 상황에서 올바르게 계산 된 T (on) 및 V (in)의 도움을받는 벅 컨버터는 부하에 필요한 올바른 출력 전압을 생성 할 수 있습니다. 이는 패널 전압보다 훨씬 낮을 수 있지만 비례 적으로 증폭 된 전류 (amp) 레벨.

이제 태양이 비추면 PWM도 더 좁아 져 PNP T (on)가 비례 적으로 증가 할 수 있습니다. 그러면 벅 인덕터가 출력 전압을 비례 적으로 높여서 감소하는 햇빛을 보상하는 데 도움이됩니다 ... 전류 (amp ) 인자는 이제 동작 과정에서 비례 적으로 감소하여 벅 컨버터에 의해 출력 일관성이 완벽하게 유지되도록합니다.

T2는 관련 구성 요소와 함께 전류 제한 단계 또는 오류 증폭기 단계를 형성합니다. 출력 부하가 설계의 정격 사양 이상을 소비하지 않도록하여 시스템이 흔들리지 않고 태양 전지판 성능이 고효율 영역에서 벗어나지 않도록합니다.

C5는 100uF 커패시터로 표시되지만 값이 높을수록 리플 전류 제어가 향상되고 부하에 대해 더 부드러운 전압이 보장되므로 결과를 개선하려면 2200uF 값으로 늘릴 수 있습니다.

P1은 opamp 출력의 오프셋 전압을 조정 / 보정하기위한 것이므로 핀 # 5는 태양 전지판 전압이 없거나 태양 전지판 전압이 부하 전압 사양보다 낮을 때 완벽한 제로 볼트를받을 수 있습니다.

L1 사양은 다음 문서에 제공된 정보를 통해 대략적으로 결정될 수 있습니다.

SMPS 회로에서 인덕터를 계산하는 방법

연산 증폭기를 사용하는 태양 광 최적화 기

LM338 IC와 몇 개의 opamp를 사용하여 매우 간단하면서도 효과적인 또 다른 태양 광 최적화 회로를 만들 수 있습니다.

다음 사항을 통해 제안 된 회로 (태양 광 최적화 기)를 이해해 보겠습니다.이 그림은 IC의 조정 및 접지 핀에 연결된 트랜지스터 BC547의 형태로 전류 제어 기능이있는 LM338 전압 조정기 회로를 보여줍니다.

비교기로 사용되는 Opamp

두 opamp는 비교기로 구성됩니다. 실제로 이러한 많은 단계가 효과를 향상시키기 위해 통합 될 수 있습니다.

현재 디자인에서 A1의 pin # 3 프리셋은 패널 위의 태양 광 강도가 피크 값보다 약 20 % 낮을 때 A1의 출력이 높아지도록 조정됩니다.

마찬가지로 A2 스테이지는 햇빛이 최고치보다 약 50 % 적을 때 출력이 높아지도록 조정됩니다.

A1 출력이 높으면 RL # 1은 R2를 회로와 일렬로 연결하여 R1을 분리합니다.

처음에는 태양 광이 최고조 일 때 R1 값이 훨씬 낮게 선택되어 최대 전류가 배터리에 도달 할 수 있습니다.

회로도

햇빛이 떨어지면 패널의 전압도 떨어지고 이제 우리는 패널에서 무거운 전류를 끌어 올 여유가 없습니다. 그러면 전압이 12V 미만으로 낮아져 충전 프로세스가 완전히 중단 될 수 있기 때문입니다.

전류 최적화를위한 릴레이 전환

따라서 위에서 설명한대로 A1이 작동하여 R1을 분리하고 R2를 연결합니다. R2는 더 높은 값으로 선택되며 태양 전압이 LM338의 입력에 반드시 필요한 수준 인 15Vot 미만으로 충돌하지 않도록 배터리에 제한된 양의 전류 만 허용합니다.

햇빛이 두 번째 설정 임계 값 아래로 떨어지면 A2는 RL # 2를 활성화하여 R3을 전환하여 배터리 전류를 더 낮게 만들어 LM338의 입력 전압이 15V 이하로 떨어지지 않지만 충전 속도는 배터리는 항상 가장 가까운 최적 수준으로 유지됩니다.

더 많은 수의 릴레이와 후속 전류 제어 동작으로 opamp 단계가 증가하면 장치를 더 나은 효율성으로 최적화 할 수 있습니다.

위의 절차는 태양이 최고조 일 때 고전류로 배터리를 빠르게 충전하고 패널 위의 태양 강도가 떨어지면 전류를 낮추며, 그에 따라 배터리가 하루가 끝날 때 완전히 충전되도록 올바른 정격 전류를 배터리에 공급합니다.

방전되지 않은 배터리는 어떻게됩니까?

다음날 아침 위의 과정을 거치기 위해 배터리가 최적으로 방전되지 않은 경우, 초기 고전류가 아직 지정된 시간까지 방전되지 않았기 때문에 배터리에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 상황이 배터리에 치명적일 수 있습니다. 등급.

위의 문제를 확인하기 위해 배터리의 전압 레벨을 모니터링하고 A1, A2에서 수행 한 것과 동일한 작업을 시작하는 몇 가지 opamp가 추가되었습니다. A3, A4는 배터리에 대한 전류가 다음에 대해 최적화되도록합니다. 해당 기간 동안 배터리에 존재하는 전압 또는 충전 수준.