一直以来,我们在需求一种更加高效的太阳能充电的方式,经过前几代的更新,MPPT的软件算法已经非常稳定和高效,因为是采用DSP控制,那么更加高效的多相并联交错的TOP成为了现实。
MPPT控制器硬件难点,一般集成在以下几个方面:
一:MPPT控制器需要做好高效的DC-DC变换,尽最大限度的提高DC-DC的效率。
二,由于输出低压直流大电流,最好需要多个模块并联工作,这样可靠性将会大大提高,就算坏掉一个,其他的还会在工作。
三:要解决夜间放反灌的问题,防止蓄电池在晚上倒灌到电池板子,引起其他问题。这个防止倒灌又要在白天输入的时候,尽可能的高效率,不能发热。
四: MPPT控制器软件,这是MPPT的灵魂了,它的精度,速度,直接影响了控制器的输出功率大小,最终反应了太阳能电池板的有效利用率了。
为了解决MPPT控制器面临的第一、二个问题,采用多相位并联交错实现,分为4路同步整流BUCK电路来提高效率和可靠性。
这个MPPT控制器的设计范围的输入电压是18-200V,也就是太阳能板子的输入电压,这个电压是多片太阳能电池板串联组合下得到的给MPPT控制器的电压。MPPT控制器可以自动识别12V/24V/36V/48V的电池,并且给这些电池安全高效的充电,一般我们普通的DC-DC的电源转换器,要在这么高的降压比下工作,那电容,电感上的纹波将会非常大,造成输入和输出的滤波电容温度非常高,这是一个不好的方式。
为了在硬件上获得相对简单、稳定的控制,之前的做的都是采用三相并联交错的方式实现,它的高效率的表现已经获得了实际的验证。
现在第四代在之前的基础上改进了非常多的地方,基本硬件TOP已经改成了4相并联交错,并且使用同步整流的方式,这样在大电流下,大大降低了采用通常的二极管续流的损耗。
另外多相PWM交错控制的好处是,可以大大降低输入和输出的纹波电流,因为纹波电流会在电容上流动,造成电容发热严重,提早失效,特别是对于太阳能PV电压很高,电池电压比较低的情况下,多相并联交错是解决电容,电感等元件发热的有效手段。
最终的功率变换的DC-DC级的硬件TOP如下图,由于有4相并联交错,下图是4相交错的其中一路。4路这样的方式组合一起,最终并联在一起输出,关于多相位控制的具体细节,可以参考我之前发的一个帖子:http://www.dianyuan.com/bbs/1432500.html-由CPU供电电流联想到的MPPT电路架构
有经验的人一看到下面的电路,马上会想起,这不就是一个半桥嘛,实际上,这就是一个半桥,看到2个MOSFET组合成一个半桥,这样驱动就好做了,可以使用大家经常玩的IR公司的IR2110驱动芯片,驱动上下桥臂,因为下管将BUCK的电流换成了MOSFET,这样下管导通的时候,上管的驱动电荷泵被刷新,保证在任何情况下,都能得到可靠的驱动。
我们都知道,BUCK是一种非常高效的DC-DC电路,但是有个非常严重的缺点,就是如果输出负载是一个电池类的东西,那么用通常的同步整流芯片控制,电路极有可能变成BOOST,上图就是这种典型的电池负载的应用。
从上图可知,这个电路实际上可以双向功率流的。
问题来了:如果Q1占空比非常小,按照普通同步整流控制芯片,对应的下管PWM占空比是为上管的反相,也就是说如果上管为20%,下管为80%,电感又不是在CCM模式下工作了,此时电路就变成了BOOST了,输入电容要是耐压不够,极容易炸掉了,对控制器的MOSFET也是一大隐患。
幸好我们采用了TI的高性能的DSP来实现PWM的脉冲的自动平衡控制,在电感电流在接近0的时候,Q2会提前关闭,保证电感在BUCK下的伏秒平衡的正确性,当上管占空比非常小的时候,或者太阳能电池板电压很高,蓄电池电压被充电到足够高的时候,此时尤其要注意上下管子的占空比的问题。因为这时候极易造成隐患,烧MOSFET。
第三个问题的解决方式:
目前这个放倒灌的电路在普通的PWM控制器上非常成熟,他并且担任这PWM充电的工作,在MPPT控制器中,由于同步整流BUCK电流上管的体内二极管是朝太阳能电池板,所以就算关闭上管,由于体内二极管的存在,蓄电池还是会经过体内二极管回流到太阳能电池板。
所以我们需要做一个防止回流的电流,最简单的方式就是加入一个二极管在太阳能电池板输入到控制器上。这个二极管在太阳能电池板电压低于蓄电池的时候,自然截止,电池电流是无法回流到控制器。
这样做的话,这个二极管将会相当热,这个二极管耐压至少超过蓄电池的最高电压,目前的二极管60V以上的肖特基,导通的电压都在0.7V以上,如果太阳能板电流为10A,那么这个二极管的损耗是0.7V*10A=7W,7W的功率在二极管上损耗,将会造成热量的迅速的累积,温升变得很高。机器内部这个热量,只能靠风扇排走,为了能降低这个损耗,我采用了MOSFET的放反灌的电路,如下:
使用2个MOSFET串联后,再串联在太阳能电池板,到后级电路中,MOSFET在电源的负极上,这样非常容易驱动,从而解决了二极管带来的损失,这个电路在普通的PWM控制器上非常常见。
如果太阳能电池板的输入电流为10A,一个IRFP4368的MOSFET是75V,1.46毫欧,2个串联才3毫欧左右,10A*10A*0.003=0.3W,区区0.3W的功耗对于一个TO-247的管子来说,完全起不到任何热的感觉。就算是20A输入才1.2W,完全不用担心输入的部分发热造成问题,因为它根本就不会热了。
最后还有第四个问题,这是一个核心问题,难点,目前网上没有公布什么成熟的算法,目前的第四代的MPPT算法是非常先进的,后续能慢慢道来;
老规矩放图;第四代的MPPT实物如下,目前的样机工艺还没有到位,到时候会尽快修正各部分的细节,辛苦了给它带来完善的所有兄弟,让我们在太阳能行业里面烧的更加彻底吧。。。。。
最新的消息:今天已经完成了免费试用版的最后一次软件的更新升级,免费试用版还是老规矩:
暂时定下获取名额的条件如下:
1, 是之前买过老版本第二代,第三代MPPT机器的朋友。
2, 由于增加了太阳能电池板,原来老版本的不能满足大电流充电的需求,需要大电流充电的。
3, 能第一时间放上实测图片与数据的朋友,这个可能需要至少有个钳形电流表和万用表相关的东西。好与不好,有图有真相,可以让大家都能够看得到,有了问题,我才有改进的地方。
4, 免费试用时间原则不超过一个月,因为这个活动会继续保持下去,试用完成之后,会移交到下一次的试用接力,这样可以让更多曾经支持我的朋友,能够享用这个东西的带来的效果与产生的实际意义,所以请拿到手的朋友,尽力爱惜好机器,以留给下一位试用者。
5, 不排斥在试用中更新机器固件的可能,由于我们的工作的关系,可能有些时间会空闲,有了时间会进一步更新固件,增加更多的功能项目,新固件的工作就能持续下去。
目前机器的特性如下:
1,可以自由设置电池浮充电压,均充电压,和输出负载的定时控制,并且所有参数均是可以在确认后保存在CPU里面。这和原来的几代有明显区别。为了保证在使用的时候,乱设置搞不好的情况下,最高电池充电电压锁定在单体2V电压是在2.4V,如果是24V,那么这个电压2.4*12节=28.8V。
2,输入最高电压不应该超过200V,为了能保险起见,请将电压控制在150V内,为安全。
3,电池电压12V/24V/36V/48V全自动识别,最高效率点和输入电压有关系,第一个最高效率点的位置是:电池电压的2倍输入的位置,也就是说,如果你的电池电压是24V的,那么太阳能板子输入电压在48-72V之间好,满足2个太阳能电池板串联的输入特性。
4,LCD参数显示太阳能电池电压,太阳能电池电流,蓄电池电压,蓄电池充电电流,工作模式,当前发电功率,机器版本号,和温度,每2个参数为一屏显示,通过按键可以切换每一屏的参数,这个和之前的二代和三代有区别,不是轮流的显示。
5,输入端子,最大压接8平方的电缆,太阳能板输入因为是高压,只有一组接口,蓄电池是电压,分开2组输出,请注意正负极。
其他的没有完善的地方可以在帖内或者Q群238468012内讨论;