Step-up для солнечной батареи, «прямообратноход» с ШИМ на MC34063 Опции

[Jumbo]

Уважаемые профи! Прошу критики.

Задача: сделать преобразователь для зарядки 12В х 12 АЧ свинцового аккумулятора
от СБ с напряжением ХХ 6.5В, макс. током 3.5А (12 элементов 0.55Вх3.5А). Кпд, ессно, желателен повыше.
Делаю для себя любимого, для водно-моторных выходов на несколько дней/недель. Габариты, вес, размер не критичны (не на себе таскать).

Давно не возился с электроникой, а импульсники и вообще никогда не делал. Начал с простейших автоколебательных двухтактников на одном трансе. Выжимал 60, от силы 70% кпд. И с мощностью плоховато было. Что-то маловато показалось.
Пришлось основательно учить матчасть .
В итоге родилось нечто, чего я пока не встретил на просторах инета. Хотя, наверное, велосипед.
Очень интересно мнение профи и критика.

Отличительные особенности схемы:

1) Основа - прямоход на МС34063 с автотрансформатором (гальваническая развязка не нужна).
Преимущество – меньше провода и, соответственно, потерь. По сути, добавляем к входному напряжению недостающие 7-8В, а не прокачиваем всю мощность (12 вт) через транс. Частота - около 30 кгц.

2) Питание управления – с выхода. В результате ключ открывается полностью.
Недостаток питания с выхода - при отключенной СБ управление продолжает питаться от аккумулятора, генерить и потреблять 12 мА.
Можно, конечно, еще одну шоттку на выход влупить, но 2% кпд отдавать - жаба душит после всех экспериментов .
А можно и наплевать или тумблер поставить или какой-нибудь ключ на слаботочном мосфете добавить.
Пока так решил оставить.

3) Выброс на стоке мосфета при выключении – в дело! 1 диод шоттки и все дела. То есть, схема – немного обратноход

4) Штатное токоограничение - в сад. СБ сама ограничит. А ногу 7 использовать для ШИМ - стабилизации ВХОДНОГО напряжения на уровне около 5.5В, что даст более полное использование мощности СБ при разной освещенности.
Штатная релейная регулировка оставлена для ограничения напряжения при малой нагрузке до 13.5В (когда аккумулятор заряжен).

Собрал макет ( с соплями, длинными проводами) – все работает «на ура» - заводится и поддерживает входное напряжение при любом ограничений источника питания и нагрузке.
Кпд получился 82 – 86%, вых.мощность - до 12 вт. ИМХО, очень даже достойно для низковольтного бустера. При этом и земля и питание были сильно грязными. Спаял все начисто – один фиг – в точности так же работает и точно такой же кпд получается. Видимо, на низкой частоте не так все критично.

Играл с трансом и дросселем. В итоге оставил транс на СБ 26х16 (w1 – 12 витков 1мм, w2 – 50 витков 0.7 мм) и дроссель на 35 мм желто-белом кольце из компьютерного БП. Обмотка – около 90 витков проводом 0.7 - 1мм. Собственно, я его и не мотал – взял этот транс с 4-мя обмотками и спаял концы обмоток. Наверное, немного лучше было бы перемотать, но в лом было. Думаю, и транс и дроссель избыточны, но зато потерь меньше.
При малой нагрузке дроссель работает в режиме прерывистых токов, на стоке ключа появляется медленно затухающая синусоида, но это никак не сказывается на работе схемы и на потреблении. К тому же, в этой задаче малая нагрузка означает, что все уже заряжено и СБ можно снимать.

Испытывал пока только от автомобильного аккумулятора – сбрасывал напругу до 5 – 6.5В линейным регулируемым стабилизатором, ставил различные балластные резисторы на выход. В качестве нагрузки пробовал и резисторы и заряжал тот же аккумулятор (сам себя за волосы тянул ).
Максимальный выходной ток получил 1.03А при напряжении 11.8, входном напряжении 5.6В и токе 2.45А. Больше выжимать пока не пробовал – думаю, батарея все равно не даст.
При максимальной нагрузке без радиаторов сдвоенный диод VD4-VD4 слегка греется, ключ VT2 греется чуть больше. Остаточное напряжение на нем не более 0.2В. В общем, не знаю, что еще можно тут выжать.
На очереди – полноценные испытания с СБ (которую, правда, еще собрать надо ).

Резистор R1, который регулирует входное напряжение путем изменения скважности, вытащу наружу, чтобы его можно было крутить до получения максимального тока заряда аккумулятора в зависимости от освещенности. Собственно говоря, кпд преобразователя сам по себе в этой задаче не волнует – нужно максимизировать выходной ток, вытянуть из СБ все, что она может дать. Но в моих тестах кпд автоматически получался максимальным при максимальном выходном токе. Любопытно... Получается своего рода MMPPT (“manual” mppt). Без микропроцессора ничего другого легко реализуемого не пришло в голову.

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 22 2012, 11:51

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Microwatt]

Автотрансформатор в этой схеме излишен, можно обойтись просто дросселем. Будет работать с заполнением чуть более 0.5. Автотрансформатор ставят при повышении более 3-4 раз.
Топология эта, строго говоря, обратноходовая. Имеем такт накопления энергии в дросселе при открытом ключе и отдачу ее в батарею при закрытом ключе. просто "выходная" обмотка оказывается подключенной последовательно с СБ. Если намотать отдельную вторичную обмотку - классический обратноходовик с гальванической развязкой. Никакой прямой передачи энергии нет, кроме момента пуска и заряда выходных конденсаторов до входного напряжения.

Насчет потактового ограничения тока. В данном случае не нужно упускать из виду, что источник (СБ) - сам по себе генератор тока. Ничего страшного при ШИМ в принципе не произойдет, если дроссель имеет достаточную индуктивность. Хотя я сам "терпеть ненавижу" схем без датчика тока, но в данном случае, кажется, без него вполне можно обойтись. При малых входных напряжениях это ценно.

Еще, тут прозвучало о достаточной емкости на выходе в 0.1мкФ. Наверное, предполагается, что уж аккумулятор-то сам по себе большая емкость. Это не так. на таких частотах нужен хороший ВЧ фильтр, как в любом источнике. да и на входе - тоже

[Jumbo]

Топология эта, строго говоря, обратноходовая. Имеем такт накопления энергии в дросселе при открытом ключе и отдачу ее в батарею при закрытом ключе.

Ну Вы на точки-то посмотрите! Я ведь их не от балды поставил. При открытом ключе в точку W1 втекает, из точки W2 вытекает. В диод WD2, дроссель и в нагрузку. Какой там обратный ход? А на обратном ходе дроссель через WD4 - как стандартно в прямоходовиках работает. A WD3 - как добавок. Выброс скидывает. Так что, все же "прямообратоходный"

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 23 2012, 17:58

[Microwatt]

Ну Вы на точки-то посмотрите! Я ведь их не от балды поставил. При открытом ключе в точку W1 втекает, из точки W2 вытекает. В диод WD2, дроссель и в нагрузку. Какой там обратный ход? А на обратном ходе дроссель через WD4 - как стандартно в прямоходовиках работает. A WD3 - как добавок. Выброс скидывает. Так что, все же "прямообратоходный"

На точки я смотрел. Лишнее это все, как рыбе зонтик. W1 одной вполне достаточно для решения Вашей задачи. Два диода и дополнительный дроссель плюс еще обмотка - неоправданное усложнение схемы. Похоже, кроме ухудшения КПД тут ничего не достичь.
Есть, конечно, топологии вроде этой, все новое - хорошо забытое старое . Но там коэффициент повышения мал. Хотя, пульсации на выходе резко уменьшаются. Это применяют в "повышалках" на соттни ватт - единицы киловатт. там это оправдано, потому что токовый стресс фильтра уже такой, что конденсаторы разумной емкости- размера не держут.
Извините, небольшие недоразумения возникают потому, что я как-то перескакиваю от обсуждаемой схемы к той, которая кажется мне оптимальной без предупреждения.

Гир...Рамик. L79 лучше таки в сток, чем в исток ставить. Не так ли?
Иначе, иголочка затвор-исток , конечно, маленькая, но неприятная.
Далась Вам эта переменная частота. Прием, несомненно, оригинальный, но вроде ничего существенного не дает. Слишком широко частота гуляет от нагрузки.