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

 

[Herz]

Человек тут пришёл похвастаться оригинальностью своего черепахоежа "обратнопрямохода", а его уговаривают безобразий не нарушать и придерживаться идеологически выдержанных топологий...

[stells]

Человек тут пришёл похвастаться...

не совсем понятно, почему КПД вырос? количество компонентов (в том числе активных, переключающих) возросло, так что статические и динамические потери должны вырасти

из плюсов - видимо пульсации в нагрузке заметно меньшие по сравнению с бустом

[pwn]

не совсем понятно, почему КПД вырос?

Потому что топикстартер скорее всего неправильно намотал дроссель и он у него ловил насыщение. Отсюда и более низкий кпд. Опять же, вы на него зря накинулись. То что он сделал - избыточно безусловно. Но для "чайника" самое оно и накосячить в этом труднее чем в бустере, ибо дросселя считать начинающие поголовно не умеют и для чего в них зазоры делаются не знают . А когда дело доходит до более высоких мощностей, то такой повышальник будет более эффективен чем просто бустер. Я сам такое когда-то лепил (только не парился со сливом выбросов в нагрузку при обратоном ходе, если транс намотан не криво они мизерные и либо RC цепью душатся на ура либо аваланс самого полевика вполне их кушает): давно было подмечено, что изделия русского автопрома при севшем акке со стартера не завести, а вот с пихача аж бегом (если конечно все остальное в порядке), только чуть толкни. Из сего наблюдения был сделан когда-то простой вывод, что вся проблема в том что не хватает напруги системе зажигания и искра слабая либо ее вааще нет. И почти по такой схеме, только на 3845 контроллере был собран повышальник который при входном от 12 вольт отрубается и гонит все напрямую, а при просадке до 5-6 вольт обеспечивает свои 12 вольт 5 ампер на выходе. Кратковременно, многое от него не требовалось. И вот такое чудо будучи имплантировано в авто позволяло завести его даже если стартер едва маслает. Я в свое время на нем прилично бабла поднял колхозя и вкрячивая подобные примочки. Моточные мизерные, деталюшек тоже чуть совсем (ключ на том же IRFZ44 ) А вот классический бустер и дроссель уже зело толще и гимору больше.

Гир...Рамик. L79 лучше таки в сток, чем в исток ставить. Не так ли?
Иначе, иголочка затвор-исток , конечно, маленькая, но неприятная.

Нафиг тут не вбился ТТ и геморрой с ним связанный. Тут резистора в 0.1-0.2 ома вполне достаточно. И брать ОС по току с него.

Индуктивность рассеивания... тут много копий поломано. Я по-прежнему убежден что не существует никакой индуктивности рассеивания там, где одна обмотка

Если с точки зрения сердечника - она есть всегда - не весь поток замкнут через него, что-то едет мимо. Но так как в дросселе при этом "воздушный" и "железный" включены последовательно, вы видите один дроссель и Ls вам не осложняет жизнь. Поэтому можно сделать вид, что ее как бы нет и забыть о ней. Но там, где две и более обмоток Ls уже вылазит и проявляет во всей красе свою подлю сущность Которую приходится учитывать если не получается применить с пользой для дела

[Jumbo]

Потому что топикстартер скорее всего неправильно намотал дроссель и он у него ловил насыщение. Отсюда и более низкий кпд. ...

Покупной 33uH, 3.9A - для данного случая неправильный выбор? Вот этот. Хотя, кажется сам сообразил - наверное, я его "неправильно готовил" - частота была не 100, а 40-60 кгц.

только не парился со сливом выбросов в нагрузку при обратоном ходе, если транс намотан не криво они мизерные и либо RC цепью душатся на ура либо аваланс самого полевика вполне их кушает):

А подскажите пожалуйста, как транс намотать "прямо"? Или пальцем ткните, где почитать. У меня до сих пор небольшой звон на стоке есть при закрывании. RC-цепь душит, но не полностью. Без слива на выход через шоттку - вааще оглохнешь . Не пойму, почему. Нужно ли заземленный экран между W1 и W2 делать?

И еще - как лучше расчитывать? Я пользовался программами Владимира Денисенко отсюда. (ссылка сейчас молчит, но недавно работала. Надеюсь, оживет). Выбирал подходящий сердечник или вводил свой (желто-белые кольца с распределенным зазором, мю~75 + размеры штангелем), вставлял свои данные и считал. Потом - метод научного тыка. Отмотал - домотал - впаял - посмотрел... и по-новой. Результат очень прилично менялся - от 0.75 до 0.89.

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 24 2012, 10:15

[pwn]

Хотя, кажется сам сообразил - наверное, я его "неправильно готовил" - частота была не 100, а 40-60 кгц.

Во во Как выяснить точно? Берете последоватльно соединяете 2, 3...N таких. И смотрите что там выйдет. Но лучше всего взять Ш от транса компового БП (он там здоровый, насытить от СБ явно не сможете) и на одной из половинок намотать обмотку. Либо на половине от серечника строчного транса от телика. Задача стоит не в том чтобы воткнуть потом это в девайс, а в том чтобы понять в чем причина. Можете взять проволоку с запасом по длинне и прямо на работающем девайсе доматывать/сматывать витки. Когда поймете что к чему, потом уже думаю и в меньшем габарите сделать сможете.

А подскажите пожалуйста, как транс намотать "прямо"?

Так, чтобы была минимальная Ls И кроме того, в вашей городушке нужно обеспечить такое соотношение витков первичной/вторичной обмоток (Ктр называется), чтобы на обратном ходе в нагрузку сливался только выброс от Ls. Прямоход не должен работать на нагрузку во время обратного хода. ИНаче сердечник не будет успевать размагничиваться и в итоге начнете ловить насыщение. В сетевом ИБП такое положение дел привет к баху, а в вашем случае (так как СБ слишком дохлая сеть чтобы порвать ключ) будет иметь место снижение КПД.

Или пальцем ткните, где почитать.

Гугль знает все

У меня до сих пор небольшой звон на стоке есть при закрывании. RC-цепь душит, но не полностью. Без слива на выход через шоттку - вааще оглохнешь . Не пойму, почему.

Резонанс Ls и паразитных емкостей ключа и транса.

Нужно ли заземленный экран между W1 и W2 делать?

Нет. Достаточно понизить частоту этого звона обычной RC цепью и все. Экран вам ничего не даст

[Jumbo]

Во во Как выяснить точно? Берете последоватльно соединяете 2, 3...N таких. И смотрите что там выйдет. Но лучше всего взять Ш от транса компового БП (он там здоровый, насытить от СБ явно не сможете) и на одной из половинок намотать обмотку. Либо на половине от серечника строчного транса от телика. Задача стоит не в том чтобы воткнуть потом это в девайс, а в том чтобы понять в чем причина.

Да, вроде, насыщение хорошо видно осциллографом по нелинейному нарастанию напряжения на стоке открытого ключа. Я его видел иногда при сильном увеличении времени ON и не допускал в рабочем варианте. С большим запасом. (Это все только к бустеру, разумеется, относится). Это не верно?

Прямоход не должен работать на нагрузку во время обратного хода. ИНаче сердечник не будет успевать размагничиваться и в итоге начнете ловить насыщение.

А вот с этого места можно по-подробнее? Еще раз перечитал 1 и 2 часть Гончарова. А то давно не открывал. Отметил, что у меня все работает "как в книжке", за исключением того, что значительная часть "пупка" (резонансного куска синуса на стоке при закрытом ключе) сливается на выход (обрезается). Но почему это приведет к намагничиванию - не понял... Да и насыщения не отмечал (по напряжению на открытом ключе). Может, потому, что сердечник здоровый (СБ26х16)? Или степень насыщения маленькая получалась? Пробовал когда-то уменьшать Ктр, но лучше не становилось. Попробую еще разок. Как раз снова трансом занялся.

Гугль знает все

Да уж слишком он умный. Пока нароешь, что нужно, окосеть можно . Потому и надеешься, что кто-нить тебе на блюдечке, разжеванное

[pwn]

Это все только к бустеру, разумеется, относится

Это к чему угодно относится. первое на что налетают новички в бустере - насыщение дросселя. И еще не факт, что его не было, оно не по напряжению на стоке мерится а по току через ключ. Достаточно словить мягкое насыщение и это уже приведет к снижению КПД. Второе, на что нарываются начинающие - дроссель входит в режим непрерывных токов (при слишком большой индуктивности), а бустерный диод тупой. Тогда при открывании полевика имеет место сквозняк через еще открытый диод и это также понижает кпд. Правда, у вас шоткин диод, а они все шустрые и, как правило, много лучше просто кремния, но все же. Поэтому я и предложил вам на лету покрутить витки в дросселе бустера, чтобы вы золотую серединку нашли. Ну и третьи грабли - тупой драйвер либо тупой ключ, как итог - лишние динамические потери, которые также срезают КПД.

А вот с этого места можно по-подробнее?

Лучше кратко Напряжение на стоке полевика должно быть (без учета выброса от Ls) меньше, чем у вас на выходе, чтобы только сам выброс сливался и ничего более. Если же обратный ход у вас будет упираться в нагрузку, это эквивалентно тому, что вы сокращаете количество вольтсекунд на размагничивание транса. Что можно скомпенсировать только за счет ограничения рабочего заполнения импульсов, иначе в сердечнике накопится индукция, он полезет в насыщение и для вашего случая будет снижение КПД. А в сетевом ИБП, который работает от источника напряжения, а не тока, будет бах. Вам бы вообще убрать бы свой диод со стока ключа, либо воткнуть его хотя бы последовательно с резистором ом на 50. Для того чтобы подрезать выброс этого хватит, полевик у вас достаточно высоковольный, зато трансу разманитится будет легче. Либо, поиграв соотношением витков первички и вторички, найти наилучшее Но проще все же понять, рассчитать, и намотать потом, не гадая. Если уж зацепило - разбирайтесь

Потому и надеешься, что кто-нить тебе на блюдечке, разжеванное

Чужим умом не проживешь. А обучение нынче стоит очень дорого

[ramic]

Тогда нужно как-то учесть СБ - она весьма далека от источника напряжения.

Повышающий преобразователь потребляет от источника заданный ток и вид его ВАХ не столь существенен для процесса преобразования эл. энергии. Возможны лишь проблемы с устойчивостью упомянутого процесса, но для её повышения и использован режим с пост. паузой. Кстати, это и ответ на вопрос уважаемого Микроваттта-"а зачам....?", который по-прежнему стесняется аргументировать свои высказывания результатом симуляции.
Работа заряжалки симулировалась в микрокапе восьмой версии. Для начинающих, пмсм, всё же лучше подходит бесплатнодоступнонародный симулятор от LT, вопросы освоения которого подробно изложены на сайте Володина в соотв ветке. Посмотрите работу своего творения в симуляторе и вы убедитесь, что скрещивание ужа и ежа (изложенное в книжке Сергеенко, если не ошибаюсь) не даёт заметного выигрыша по сравнению с простым повышальником.

Сообщение отредактировал Herz - Apr 25 2012, 08:46

[Microwatt]

ответ на вопрос уважаемого Микроваттта-"а зачам....?", который по-прежнему стесняется аргументировать свои высказывания результатом симуляции.

Ага, я становлюсь все стеснительнее. Вы же отлично это знаете.
Тем не менее, пройти мимо спокойно у Вас не получается....

Но в данном случае это должен быть максимальный ток (точнее, мощность), которую может дать СБ при заданной (меняющейся) освещенности. Только это позволит повысить эффективность всей системы. А здесь уже семейство ВАХ источника важно.

Да. при работе с СБ это один из основных моментов. каким бы ни был сам стабилизатор, ему еще оптимальную точку мощности нащупывать нужно. Кажется, ПОС по входному напряжению - лучший выход.

[Jumbo]

Да. при работе с СБ это один из основных моментов. каким бы ни был сам стабилизатор, ему еще оптимальную точку мощности нащупывать нужно. Кажется, ПОС по входному напряжению - лучший выход.

Еще лучше - прицепить микропроцессор с программой, которая будет качать режим туда-сюда и искать максимум отдачи всей системы. Потому что оптимальная точка ощутимо зависит от освещенности. Так делают в дорогих системах mppt (maximum power point tracking), предназначенных для больших СБ. Для такой мелкой, как моя, конечно, овчинка выделки не стоит. Хватит и "manual mppt".

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 25 2012, 11:21

[Microwatt]

Еще лучше - прицепить микропроцессор с программой, которая будет качать режим туда-сюда и искать максимум отдачи всей системы.

Идеально - три программиста и манагер с бугхалтером при них. Ну и четырехъядерный процессор, разумеется с шестью жесткими дисками.
Нам идеального достигать часто что-то не позволяет. Приходится одним ОУ или двумя биполярниками решать.

[314]

Идеально - три программиста и манагер с бугхалтером при них. Ну и четырехъядерный процессор, разумеется с шестью жесткими дисками.
Нам идеального достигать часто что-то не позволяет. Приходится одним ОУ или двумя биполярниками решать.

Как-то сгущаете Вы краски. Контроллер стоит 0.8-1.2$, толковый ОУ - 1-3$, так зачем напрягаться лишний раз? И, кстати, ссылку на проект с МРРТ на AVR я выкладывал пару месяцев назад.

Что до самой схемы, которую выложил ТС, то структурное решение, как по мне, можно даже назвать красивым.
1. Самое главное достоинство по сравнению с обычным бустером - меньший пиковый ток через ключ, соответственно легче ключ и меньше динамические потери на нем. Это будет заметно при отношении Uвых/Uвх >3. И чем больше разница между напряжениями вх-вых, тем больше будет выигрыш. Это при условии, что выходное напряжение трансформатора выбирать на 20-30% больше напряжения нагрузки.
2. То, что ТС называет обратным ходом, на самом деле просто размагничивание сердечника трансформатора. Поэтому преышать коэффициент заполнения ШИМ, определяемый как 1-Uвх/Uвых, пожалуй, не стоит.

Что до конкретной схемной реализации... Ну, лишь бы автора устраивало, хотя выглядит как-то нестабильно...

Вопрос к ТС из любопытства - где и почем пластины брали?

[Jumbo]

Что до самой схемы, которую выложил ТС, то структурное решение, как по мне, можно даже назвать красивым.
1. Самое главное достоинство по сравнению с обычным бустером - меньший пиковый ток через ключ

А я только вчера сдался и вернулся к классическому бустеру . Танцы с бубном вокруг трансформатора и управления ни к чему не привели - цифра кпд 87-89% стояла, как заговоренная! То есть, меньше - пожалуйста, а хотя бы на 1% выше - никак! Пересчитывал, перематывал, доматывал-отматывал транс, пробовал ставить непосредственно на мосфет двухтактный эмиттерный повторитель с конденсатором - эффекта ноль. Видимо, уже уперся в потери в шоттке, статику в ключе и в феррите. Шоттка и мосфет без радиаторов чуть теплые. Кстати, слив выброса + обратного хода (или размагничивания) на выход все же повышал кпд на 1-2-3%. Любопытно, что при этом площадь горба напряжения на стоке закрытого ключа примерно сохранялась - горб обрезается, но становится шире. Никакого намагничивания и насыщения при этом не происходит.

Про пиковый ток - не понял, почему он будет меньше?

В общем, я сдался и вернулся к "идеологически выверенному решению" . Сразу получил те же самые 87-89% кпд - ни больше ни меньше! Во всех рабочих режимах. В итоге схема несколько упростилась и вес уменьшился раза в 2. Только покупной дроссель при этом был теплый при максимальной нагрузке в 0.95А, частота было около 80кгц, к-т заполнения (на глаз, по памяти) - 0.6-0.7. Чего ему надо? Или это норма для компактных дросселей? Поставил дроссель из БП на желто-белом кольце - кпд стоит, как заговоренный, дроссель, естественно, холодный. Снизил частоту до 60кгц.

Еще отцепил питание от выходного аккумулятора (добавил VD2+C8), чтобы не отъедал 12мА из аккумулятора без СБ и можно было не отключать схему. При этом стал хуже старт - стартует только при Uвх>4.7В (IRFZ44 не открывается из-за падения на VD1, VD2 и ключе микросхемы). Хотя, 4.7В уже не рабочее входное напряжение на ХХ, но на всякий случай поставлю кнопку S1 для старта. До 3В входного напряжения работоспособность сохраняется. Ниже не пробовал, думаю, будет работать и от 2В, но это уже не требуется.

Цепи ОС - те же, что были. Работают стабильно. Входное напряжение стабилизируется не жестко, но пока не ясно, как его нужно держать. Глубина ПОС по Uвх легко меняется R6.

Что до конкретной схемной реализации... Ну, лишь бы автора устраивало, хотя выглядит как-то нестабильно...

А что выглядит нестабильно?

Вопрос к ТС из любопытства - где и почем пластины брали?

Покупал здесь. 40 элементов, 3400+250 пересылка + за наложенный платеж = 3900р. На ebay можно дешевле купить, но я не стал заморачиваться. Да и доставка там дорогая. Из этих хочу сделать 3 комплекта по 12 элементов. Для компактности делать модули 2х2 (будут как лист А4), три модуля складывать книжкой. Сейчас муки выбора конструктива. Склоняюсь к самому тупому варианту - бутерброд: текстолит-элемент-стекло (или оргстекло) с прокладками в середине, с герметизацией торцов. Вообще-то, уже пожалел, что не купил готовую батарею - очень уж хрупкие эти пластины.
Вы не встречали конструктива самодельной портативной батареи? Обычно все большие, стационарные делают, а с компактными - хуже. Нормальные люди готовые покупают. Только "рукоблудники" фигней такой страдают

Сообщение отредактировал Jumbo - Apr 27 2012, 19:05

Эскизы прикрепленных изображений