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

[Прохожий]

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"

Там трансформатор не нужен. Ни авто-, ни вообще...
Посмотрите, если не затруднит, описание работы повышающего стабилизатора.

Есть такой старый, пмсм, незаслуженно забытый материал альсифер. Стоит копейки. Правда, по-моему его можно найти только в неликвидах. Недавно попробовал его в качестве дросселя выходного фильтра в полумосте (50 кГц). Результат порадовал: дроссель холодный как покойник, даже при к.з. на выходе (иип держит заданный ток). Материал ТЧ55.

А еще - карбонильное железо.
Эквивалентная проницаемость низкая, зато частоты впечатляют сильно.

[Jumbo]

Посмотрите, если не затруднит, описание работы повышающего стабилизатора.

Открою маленький секрет - я его смотрел! И не одно! И не один день! И даже пробовал! И дроссель рассчитывал и разные пробовал. И получал кпд не более 0.8. А как только сделал этот "прямообратноход" на том же контроллере и всем остальном - сразу получил 0.85. А только что намотал другой транс на EI сердечнике из другого горелого БП от компа - добавил пяток виточков в эту самую "ненужную" вторичную обмотку и получил 0.88-0.89. На этой самой "говенной" 34063. И все там достаточно быстро переключается. Ключ греться практически перестал. Так что, думаю, сейчас еще разок транс перемотаю, добавлю, если получится, 1-2% - до 90% догоню для ровного счета и угомонюсь на этом. А эксперименты с другими контроллерами отложу до нового девайса.

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.

По-сути, это почти классический прямоход, но с автотрансформатором. Пока курил инет, читал, что прямоходы посложнее, но имеют немного выше кпд. И у меня именно это и получалось - пробовал я только W1 в разных вариантах оставлять. Получал до 0.8.

Готовое решение можно посмотреть здесь:
http://radiokot.ru/circuit/power/converter/27/

Классная там окончательная схема сдвоенного преобразователя! Спасибо за ссылку! Я ее, вроде даже видел, но проскочил. Буду к ноуту преобразователь делать - вспомню про нее. Насчет разряда АКБ - все это так и понятно, конечно. Просто на всякий случай хотелось иметь рабочую схему и вовсе без АКБ. Правда, не уверен, нужно ли?

Спасибо всем за советы! Я почерпнул много ценного! Пригодится. Но не сейчас. Лучшее - враг хорошего.

Я просто слабо знаком с СБ.
Но могу предположить, что проще всего собрать источник тока, питающийся от источника напряжения.
Поэтому и решил, что входной конденсатор девайса должен быть достаточно внушительным.
Поэтому поцикловое ограничение тока должно иметь место.

Вот здесь есть ВАХ СБ при разной освещенности: http://www.solarhome.ru/ru/basics/pv/techsolarpanels.htm.
Из нее видно, что ограничивать средний ток потребления надо для того, чтобы вывести ее в точку макс. мощности. В первом приближении - держать на ее выходе около 0.45В на каждый элемент. Но немного лучше было бы подстраивать эту точку в зависимости от освещенности и выдаваемого ей тока.
Вот здесь получше ВАХ будет.

Входной конденсатор, думаю, действительно должен быть внушительным, т.к. СБ будет подключаться проводами в пару метров. Да и ее собственное внутреннее сопротивление большое - практически источник тока. Про поцикловое ограничение - пока не знаю, надо подумать. Вроде, за счет ШИМа (или "недоШИМа" - уменьшения времени открытого состояния) ток уже ограничивается. Надо подключить и посмотреть. Пора уже СБ собирать. Пока что при отладке с автомобильным аккумулятором, линейным стабилизатором (сброс до 5-6В) и резистором на входе мне не удалось ничего спалить - легко держит любую нагрузку вплоть до КЗ на выходе. Вх. напряжение падает, ПОС по вх. напряжению давит ШИМ и все стухает. Мосфет конечно, такой, что его таким источником даже и с конденсатором выжечь трудно - IRFZ44. Если на "логические" переходить, тогда -да, необходимо. Сколько раз то питание забуду снять, то выход от аккума отцепить и паяльником лезу. Искры сыпятся, а все цело

З.Ы. Ну вот! хотел трансик перемотать, а тут и спать пора настала, пока клаву топтал

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 23 2012, 21:15