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]

Добавить ток через вывод СОМ на выход усилителя ошибки, конечно, кажется простым способом зажать амплитуду опорного на токовом компараторе. Но вот не повлияет ли это на точность сравнения напряжений по входу FB?
А сами осциллограммы в таком коротком прогоне ничего не показывают. Нужно пологий сигнал изменения входного, более реальная модель СБ, как генератора этого входного и достаточное время для наблюдения установившегося режима. Смотреть в модели также интересно ТОК заряда батареи, а не выходное напряжение. Для этого нагрузка не должна быть просто резистором, должна быть моделью батареи.
В принципе, задача, конечно решается. Все регулируется отлично без всяких сложных аппаратно-программных поисков точки наибольшей мощности. Достаточно в какой-то форме ПОС мощности по входному напряжению, дальше стабилизатор сам эту точку нащупывает.

[ramic]

Смотреть в модели также интересно ТОК заряда батареи, а не выходное напряжение.

Красный график на картинке и есть ТОК заряда "батареи"-конденсатора. Что касаемо моделирования более аккумуляторного аккумулятора и более батарейной солнечной батареи, так желающие сами вправе внести соотв. изменения в модельку и посмотреть более длительный период времени. Результат можно без стеснения показывать коллегам, чтобы не разговаоривать "на пальцах".
Однако, пмсм, "чтобы узнать вкус борща не обязательно съесть всю кастрюлю."(С)

Достаточно в какой-то форме ПОС мощности по входному напряжению

Верю вам на слово, но хотелось бы, чтобы вы таки изобразили свой вариант "правильной заряжалки" в симуляторе и показали его работоспособность.
А то, уж извините, при чтении ваших постов на ум невольно приходит фраза из мультика Тайна третьей планеты "— Птица Говорун стоит целого зоопарка." (С)


Сообщение отредактировал ramic - Apr 30 2012, 06:49

[ramic]

"— Птица Говорун стоит целого зоопарка." (С)

Чтобы самому не превратится в Говоруна, показываю вариант работы заряжалки от "самопальной" СБ

[Прохожий]

Чтобы самому не превратится в Говоруна, показываю вариант работы заряжалки от "самопальной" СБ

Вышло хорошо.
Осталось избавить модель СБ от ступенчатости и все будет ОК.
Или Вы специально для просмотра реакции на переход?

Сообщение отредактировал Прохожий - Apr 30 2012, 12:46

[ramic]

Осталось избавить модель СБ от ступенчатости

Малость закруглил ступеньки.

[Andron55]

Малость закруглил ступеньки.

Мое скромное мнение будет такое: ПОС ослабляет жесткость и точность источника напряжения (в нашем случае), склоняет систему к неустойчивости, тут я поддерживаю мнение Микроватта, потому как это классика.
Мало того, я не согласен с идеей Микроватта и Гиратора, что именно некая ПОС адекватно решит вопросы ограничения по отбираемой мощности от СБ и жесткой стабилизации выходного напряжения при штатных режимах работы СБ.
Показывать пальцем не буду, хлопотно и лень.
Пока склоняюсь к идее жесткого источника напряжения и управляемого токоограничения, зависящего от эдс СБ.
По сему поводу наковырял модельку из первых попавшихся мыслей, особо не утруждаясь в выборе элементной базы и возможной перспективе развития схемотехники для серийного фантазирования.
Это только пояснение тривиальной идеи, больше альтернатива засвеченным схемным решениям, увеселения и разнообразия ради.
Показана пропитанная нафталином идея «токового коридора», который по моему скромному мнению из всех карентовых моденов самый моденый.


С Первомаем Вас!
Товарищи трудящиеся!


Сообщение отредактировал Andron55 - May 1 2012, 10:01

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 ________________555.rar ( 2.02 килобайт ) Кол-во скачиваний: 14

 

[ramic]

Мое скромное мнение будет такое: ПОС ослабляет жесткость и точность источника напряжения (в нашем случае), склоняет систему к неустойчивости

Позволю себе не согласится с вашим скромным мнением.

Тем более, что СБ в вашей модельке-голимый источник напряжения да и входная емкостишка зело поболее будет. Опять же, про отсутствие двухзвенного CLC фильтра на выходе скромно умолчу.

Мало того, я не согласен с идеей Микроватта и Гиратора, что именно некая ПОС адекватно решит вопросы ограничения по отбираемой мощности от СБ и жесткой стабилизации выходного напряжения при штатных режимах работы СБ.

Идея была Микроватта, и мне чужих идеев не надо. Просто я попытался, так сказать, реализовать хотя бы в виртуале идею \\\\\Однако,
С Первомаем Вас!
Трудящийся товарищ!

Сообщение отредактировал Microwatt - May 2 2012, 23:52

Причина редактирования: флуд

[Andron55]

Тем более, что СБ в вашей модельке-голимый источник напряжения да и входная емкостишка зело поболее будет. Опять же, про отсутствие двухзвенного CLC фильтра на выходе скромно умолчу.

Для этой модели параметры СБ (внутреннее сопротивление) на общую работу авторегулятора особой роли не играет, лишь бы она находилась в штатном режиме по паспорту (было достаточно солнца для её работы).
Например, эдс=4,5 – разрешен максимальный ток 2А, эдс=6,5 – разрешен максимальный ток 3А.

А зачем двухзвенный CLC, ведь мы собираем простую заряжалку?

Моделька есть, если захочешь, прикрути к ней свою СБ и крайне необходимый LC, проверь.

С Первомаем Вас!
Трудящийся товарищ!

Пасиба!

[Прохожий]

А зачем двухзвенный CLC, ведь мы собираем простую заряжалку?

А потому что в случае отсутствия дросселя непосредственно на выходе, ток выхода будет прерывистый.
Это следует из принципа действия.
При открытом транзисторе - диод закрыт.
Со всеми вытекающими.
Всех с Первомаем!
Наличие праздника не должно отменять перманентность мыслительного процесса...

Малость закруглил ступеньки.

Ну вот - теперь жизненно...

[Andron55]

А потому что в случае отсутствия дросселя непосредственно на выходе, ток выхода будет прерывистый.
Это следует из принципа действия.
При открытом транзисторе - диод закрыт.
Со всеми вытекающими.

Ну и что?
Какие такие опасные вытекающие?
Ладно, чем опасен импульсный заполняющий ток для батареи?

В моей модельке управление «токовый коридор».
Забили батарейку под завязку – курим.

Немного напруга упала, вновь качнули туда, опять курим.

А насчёт ухудшения стильбизации по напряжению, при наличии токововходнонапряжательной примочки, ты таки "гонишь".

Может быть, неохота глубоко ковырять.
Знаю на верное, что ПОС завсегда старается «подложить свинью».

Дядьки конкретно потрындели, варианты выложили и на этом, пмсм, можно завершить трындёж.

Добавлю вдогонку – наибольшую симпатию отношу к схеме топозачинателя.
И собственно не к схеме, а к тому, как он увлечённо, с устремленностью первооткрывателя подошел к решению вопроса.

Сообщение отредактировал Andron55 - May 1 2012, 18:37

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Прохожий]

Ну и что?
Какие такие опасные вытекающие?
Ладно, чем опасен импульсный заполняющий ток для батареи?

Я не силен в химических источниках тока, но мне всегда казалось, что электрический ток вызывает механическое воздействие на проводники, по которым он протекает.
Собственно оно то и опасно.
Из этого посыла вытекает, что чем меньше амплитуда и частота такого воздействия, тем меньше хлопот с заряжаемым объектом.

В моей модельке управление «токовый коридор».
Забили батарейку под завязку – курим.

Токовый коридор и поцикловое ограничение тока - практически одно и то же.

Добавлю вдогонку – наибольшую симпатию отношу к схеме топозачинателя.
И собственно не к схеме, а к тому, как он увлечённо, с устремленностью первооткрывателя подошел к решению вопроса.

А кто-то с устремленностью первооткрывателя установил автоматику на СШГЭС, которая прогнала гидроагрегат через критические старт-стопные режимы порядка 10 раз.
Чем это кончилось - Вы знаете...

Может быть, неохота глубоко ковырять.
Знаю на верное, что ПОС завсегда старается «подложить свинью».

На самом деле она в данном случае не нужна.
Чтобы не быть голословным, привожу иллюстрации.

Это - все та же схема, но с питанием от СБ.
А вот диаграммы работы.

Здесь красное - ток СБ.
Желтое - ток заряда аккумулятора.
Синее - напряжение на аккумуляторе.
Зеленое - напряжение на СБ.
Как видно из рисунка, ток заряда в точности повторяет по форме ток СБ без всяких дополнительных компонентов по отношению к первоначальной схеме.
Объяснять ничего не буду, поскольку это очевидно.
Если кому надо - ниже текст модели СБ.

CODE

.SUBCKT SUNBAT OUT COM
E1 COM R VALUE={IF (V(OUT,COM)<7,0.5*(2.5 + 1.5*COS(2*PI*200*TIME)), 0)}
R2 R R1 10k
C1 R1 COM 10n IC=0
G1 COM OUT VALUE={-V(R1,COM)}
.ENDS

[Andron55]

Я не силен в химических источниках тока, но мне всегда казалось, что электрический ток вызывает механическое воздействие на проводники, по которым он протекает.
Собственно оно то и опасно.
Из этого посыла вытекает, что чем меньше амплитуда и частота такого воздействия, тем меньше хлопот с заряжаемым объектом.

Признаюсь, я тоже «крупный специалист» в области аккумуляторных батарей, но знаю, что батареи частенько (или, как правило) заряжают импульсным током значительной амплитуды, но так, чтобы среднеквадратическое значение тока не превышало его штатного зарядного.
Например, в одной из публикаций на эту тему увидел амплитудное значение тока 5000А, которым заряжали обыкновенный автомобильный кислотный аккумулятор.
Авторы утверждали, что такой игольчатоударный режим для батарейки просто манна небесная.

Токовый коридор и поцикловое ограничение тока - практически одно и то же.

Если бы «практически одно и то же», тогда поцикловке цены не было.
Всё же коридор имеет ряд преимуществ перед поцикловкой, которые (преимущества) в свою очередь накладывают ограничения на области применения токового коридора.
Коридор отлично зарекомендовал себя при работе на LR нагрузки, например, управление вентильными машинами (BLDC), баки, бусты. В трансформаторных топологиях применение коридора весьма усекновенно из-за его пристрастия к изменению частоты коммутации.
Поцикловка в этом смысле более универсальная балалайка.
Коридор видит максимум и минимум тока (поцикловка видит только максимум), он сам определяет момент включения и выключения, сам определяет частоту коммутации, которая зависит от внешних параметров цепи L/R, где протекает измеряемый ток.
Поцикловка нуждается в тактировании (генераторе, перезапуске).
Коридор не боится откровенных КЗ нагрузки, в такой ситуации он снизит частоту коммутации, но обязательно удержит ток в пределах задания (поцикловка «не любит» откровенных замыканий нагрузки).
Так же ему не присущ такой недостаток, как «дрожание» коэффициента заполнения, что для поцикловки есть любимейшая прерогатива, «подрожать» коэффициентом заполнения – это её основное занятие.
Поэтому народ и занимается тем, что практикует для поцикловки подмешивать в усилитель ошибки пилу или, как это делает Гиратор, вводить «фиксированную паузу».
Кстати, «фиксированная пауза» есть нечто приближающее недостающие качества поцикловки к коридору.
Коридор и поцикловка равны между собой, как способы управления током.
Нагрузки, как звенья второго порядка, видятся ими как звенья первого порядка, что даёт возможность применять простые цепи коррекции в авторегуляторе.

[pwn]

Авторы утверждали, что такой игольчатоударный режим для батарейки просто манна небесная.

Манна или нет это еще вопрос, ибо КПД такого заряда очень мал и что там с активной массой происходит - загадка, но глубокую сульфатацию сбить можно именно таким путем. У мну такое получилось разок http://shyza.ru/forum/viewtopic.php?p=7637#p7637 хотя и 5ка токов там явно не было Правда пожил подопытный не долго - одна банка все таки рассыпалась, но остальные 5 целы до сих пор и плотность на них в норме. Если битую банку перепаять то вполне возможно пожил бы еще, но возиться с этим совсем не хочется.

[Microwatt]

Манна или нет это еще вопрос, ибо КПД такого заряда очень мал и что там с активной массой происходит - загадка, но глубокую сульфатацию сбить можно именно таким путем.

Хм, об этом так много копий поломано...
Попался как-то очет крупной конторы. Долго они этот импульсный режим исследовали, а вывод что-то вроде "большого вреда не приносит".

[pwn]

а вывод что-то вроде "большого вреда не приносит".

Кажный раз так заряжать я бы не стал. Ибо как минимум долго (простыми средствами 5ка не вдуть и средний ток слишком мал выходит). Как максимум врят ли полезно, как и любое кипячение даже и вялое - активную массу оно по любому отрывает от пластин. Но если акк посадили в ноль и он засульфатировался, это похоже единственный путь его поднять, при условии что пластиныы еще не корродировали. Другие методы борьбы с сульфатацией эффекту обычно не дают. Т.е. это восстановительный режим а никак не штатный зарядный.