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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DC-DC Wandler für MPPT


Autor: MPPT (Gast)
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Ich hab hier noch 2 Solarzellen mit je 1,3W rumliegen und wollte mir 
eine Ladeschaltung aufbauen. Ich möchte das ganze mit Li-Ionen Akkus 
machen. Da Li-Ionen Akkus nicht gut auf Über- und Unterspannung 
reagieren, habe ich einen Lade IC. Um nun die maximale Leistung aus den 
Solarmodule zu holen, möchte ich diese im Maximum Power Point betreiben. 
Das heißt, ich messe Strom/Spannung und regulieren je nach Leistung die 
Spannung eines steuerbaren DC-DC Wandlers mittels µC.

Kann mir jemand einen geeigneten DC-DC Wandler empfehlen. So richtig bin 
ich da nicht fündig geworden. Bitte keine komplett ICs empfehlen (wie 
die von TI). Ich möchte das schon selber machen.

Die Solarzellen haben wie gesagt eine Leistung von 1,3W und eine 
Nennspannung von 16,3V. Es müsste also schon ein step down Wandler sein.

Danke

Autor: Kay I. (imperator)
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Vielleicht kann man die Sache so angehen:

Solar-Quelle--+-Schaltregler----Zwischenkreis----Laderegler----Akku
              |      |                               |
              +-----uC-------------------------------+

Die Leistungsentnahme aus der Solar-Quelle könntest über die Spannung 
des Zwischenkreises regeln. Wie hoch die Spannung im Zwischenkreis ist, 
stellst durch zuschaltbare Spannungsteile direkt am Schaltregler ein. 
Der Laderegler bestimmt, wie stark der Zwischenkreis belastet werden 
soll und kann bei hoher Zwischekreisspannung auch mehr Energie 
entnehmen.

Musst ja auch (besonders bei Akkus) immer im Blick haben, dass auch die 
Energie-Senke je nach Ladezustand anders behandelt werden will und dass 
der Akku vor Lade-Fehlern geschützt werden muss.

Bei diesem Konzept geht jeder beliebige Schaltregler mit Einschränkung 
von Strom / Spannung.

Autor: Tom Ekman (tkon)
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> Die Solarzellen haben wie gesagt eine Leistung von 1,3W und eine
> Nennspannung von 16,3V. Es müsste also schon ein step down Wandler sein.

In dieser Leistungsklasse bringt dir MPPT nicht wirklich viel, zumal 
eine entsprechende Steuerung wohl mehr Energie selbst verbrauchen wird 
als sie effektiv mehr bringt.

Versuchs lieber mit einem Stepdown mit hohem Wirkungsgrad (>90%).

Interessant ist MPPT dennoch, wenn es Fortschritte gibt berichte bitte, 
ich lass mich gern eines Besseren belehren.

Autor: MPPT (Gast)
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Kay Imperator schrieb:
> Wie hoch die Spannung im Zwischenkreis ist,
> stellst durch zuschaltbare Spannungsteile direkt am Schaltregler ein.

Das ist mir alles schon klar. Das Problem ist einfach nur, dass ich 
keinen geeigneten step down finde, den ich ansteuern könnte, z.B. mit 
PWM oder so.

Autor: murphy1885 (Gast)
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Willst du denn mit deinem µC auch den Regler selber realisieren?
Wenn du das vor hast, dann reicht dir doch ein Treiber IC.
Wozu brauchst du dann noch einen Stepdown?

Autor: MPPT (Gast)
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murphy1885 schrieb:
> Willst du denn mit deinem µC auch den Regler selber realisieren?

Wie bereits geschrieben, messe ich P=U*I und steuere dementsprechenden 
step down an. Wie meinst du das mit dem Treiber IC. Meinst du ich soll 
per PWM einen MOSFET ansteuern und mir den step down über Spule etc. 
selber bauen? Das hatte ich eigentlich nicht vor. Ich bin der Meinung, 
dass die IC Hersteller die step downs besser hin bekommen als ich 
(zumindest vom Wirkungsgrad).

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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ich wuerd auch murphy1885 unterstuetzen. Mit einem Controller ist der 
PWM geschenkt, die Regelung wird ja eh mit dem Controller gemacht. Die 
Frage ist in der Tat, wieviele mA zieht ein Controller mehr, wenn er den 
PWM machen muss, im Vergleich zu ohne. Dann kommt aber noch der stepdown 
contoller dazu. Allenfalls kann man das Beeinflussungssignl des 
Stepdowns mit einem PWM erzeugen. der muss dann nicht so schnell sein.

Autor: MPPT (Gast)
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Langer Tag schrieb:
> Mit einem Controller ist der
> PWM geschenkt, die Regelung wird ja eh mit dem Controller gemacht. Die
> Frage ist in der Tat, wieviele mA zieht ein Controller mehr, wenn er den
> PWM machen muss, im Vergleich zu ohne.

Die Frage ist eher die Effektivität. Wenn ich jetzt anfange eine step 
down selber zu bauen ist der doch niemals so gut wie diejenigen die es 
zu kaufen gibt. das der µC und der step down jeweils Strom verbrauchen 
ist mir schon klar. Darum gehts mir aber nicht. Wie Tom Ekman schon 
gesagt hat ist MPPT in der Leistungsklasse eh sinnlos, da zu viel 
Leistung für die Regelung drauf geht. Mir geht es aber um das selber 
bauen des MPPT und nicht darum ob es nun sinnvoll ist oder nicht. 
Deswegen suche ich einen step down, den ich steuern kann. Ob das nun mit 
PWM, Spannung oder irgendeinem Bus geschieht ist dabei erst einmal egal.

Autor: murphy1885 (Gast)
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Du musst dir eigentlich nur einen Stepdown suchen bei dem du extern per 
Spannungsteiler dein Feedbacksignal einstellst. In Abhängigkeit deiner 
Last wird sich ja auch die Spannung deiner Solarzelle verändern.
Ist die Last nun zu groß, dann bricht die Spannung der Zelle zusammen, 
d.h.
du musst deine Last verringern indem du die Ausgangsspannung des 
Stepdown runterfährst.
Dies kannst du über den Spannungsteiler für das Feedbacksignal machen, 
indem
du zu dem unteren Widerstand des Teilers ein parallel schaltest der über 
PWM
steuerbar ist.
(z.B. PWM auf RC-Glied --> auf OPAMP --> der steurt FET an und schaltet 
Parallelwiderstand zum Teiler --> Spannung vom Parallelwiderstand zurück 
auf OPAMP)..oder so ähnlich.

Autor: MPPT (Gast)
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murphy1885 schrieb:
> (z.B. PWM auf RC-Glied --> auf OPAMP --> der steurt FET an und schaltet
> Parallelwiderstand zum Teiler --> Spannung vom Parallelwiderstand zurück
> auf OPAMP)..oder so ähnlich.

Wozu der OAMP?
Kann man da nicht einfach ein digitales Poti für nehmen?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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MPPT schrieb:
> Wozu der OAMP?

Einen OpAmp gibts für weniger als 10 Cent. Jetzt schau mal die Preise 
für Digital-Potis dagegen an.

Ich weiß, die Teile sind (grad für Anfänger) sehr verlockend, aber das 
hier ist nicht wirklich ihr typischer Anwendungsfall.

Autor: murphy1885 (Gast)
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Du kannst natürlich auch ein digitales Poti nehmen, du kannst das auch 
noch anders lösen. Du musst halt eine Möglichkeit finden dein FB zu 
beeinflussen.
Es gibt wie immer mehrere Wege...

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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MPPT schrieb:
> Ich bin der Meinung,
> dass die IC Hersteller die step downs besser hin bekommen als ich
> (zumindest vom Wirkungsgrad).

Der Wirkungsgrad wird hauptsächlich bestimmt vom Schalter (FET), der 
Diode, der Spule und den Kondensatoren.
All das kriegst du auch selbstgebaut hin.
der Hauptvorteil der fertigen Stepdown-ICs liegt in der besseren 
Regelung (Reaktion auf Lastschwankungen).

Nachdem sich aber weder deine Last (Akku) noch die Sonneneinstrahlung 
sehr schnell ändern, tuts auch ein "langsamer" AVR genauso.

Vorteil: Statt Step-Down, Digi-Poti, Ladecontroller, AVR brauchst du nur 
ein einziges IC, den AVR.

Autor: Peter S. (Gast)
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murphy1885 schrieb:
> (z.B. PWM auf RC-Glied --> auf OPAMP --> der steurt FET an und schaltet
> Parallelwiderstand zum Teiler --> Spannung vom Parallelwiderstand zurück
> auf OPAMP)..oder so ähnlich.

Das hat aber auch den Nachteil, dass du lediglich eine weitere 
Schaltstufe hinzu bekommst. Also entweder normalen Spannungsteiler oder 
eben der Veränderte mit dem Parallelwiderstand. Da gibt es bestimmt 
bessere Möglichkeiten das FB zu steuern ohne extra ein digital Poti zu 
nehmen.

Autor: murphy1885 (Gast)
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Angehängte Dateien:
  • preview image for FB.PNG
    FB.PNG
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Peter S. schrieb:
> Das hat aber auch den Nachteil, dass du lediglich eine weitere
> Schaltstufe hinzu bekommst.

Stimmt nicht.

Wie stark du den Spannungsteiler belastet hängt von der PWM ab.
Man hat nicht nur 2 zustände.

Autor: Peter S. (Gast)
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murphy1885 schrieb:
> Wie stark du den Spannungsteiler belastet hängt von der PWM ab.
> Man hat nicht nur 2 zustände.

Dann kann man aber auch den OPV weglassen und nur den MOSFET ansteuern. 
Der fungiert dann als steuerbarer Widerstand. Man bräuchte nur einen, 
der ein hohes Uth hat, damit er schön im ohmschen Bereich betrieben 
werden kann und nicht  schon in den Sättigungsbereich kommt.

Autor: markus (Gast)
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murphy1885 schrieb:
> Wie stark du den Spannungsteiler belastet hängt von der PWM ab.
> Man hat nicht nur 2 zustände.

Seh ich das richtig, dass das ein n-Kanal Mosfet (Verarmungstyp) ist. 
Demnach ist der erst einmal gesperrt. Das heißt bei pos Spannung am + 
des OPV schaltet dieser durch. Damit schaltet nun auch der Mosfet durch 
und der Widerstand liegt parallel zum Spannungsteiler. Dadurch sieht FB 
erst einmal weniger Spannung und regelt nach. Gleichzeitig sieht der - 
Anschluss des OPV aber auch diese Spannung. Der OPV schaltet aber erst 
durch wenn am +Pol eine höhere Spannung anliegt, als am -Pol. Das heißt, 
bei blöd eingestellter PWM wird ständig durchgeschaltet und wieder 
abgeschaltet (irgendwie ja auch PWM am FB) oder es ist dauernd 
durchgeschaltet.

Was bringt das nun?

Gruß Markus

@MPPT: gib mal bitte über Fortschritte Bescheid. Interessiert mich auch 
das Thema.

Autor: murphy1885 (Gast)
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Mosfet ist ein N-Kanal.
Dieser schaltet aber nicht voll durch, nur soviel
bis durch den Parallelstrom über den Parallelwiderstand die gleiche 
Spannung
abfällt wie am +Pol des OPs.
Erst wenn man mit der PWM die gleiche Spannung wie die des Feedbacks an 
den
+Pol des OP legt, schaltet der Mosfet komplett durch.
Der OP versucht immer die Spannungsdifferenz an seinen Eingängen zu null 
zu machen.

Autor: Kay I. (imperator)
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Eine PWM am Feedback - habt Ihr das schonmal gemacht oder ist das eher 
so eine Idee?

Wenn die PWM nicht schnell genug ist, sieht es für den Schaltregler 
nämlich wie eine schnelle Lastaenderung aus, die er dann ausregeln will. 
Bei einem 2MHz-Schaltregler (für sehr hohen Wirkungsgrad und kleine 
Bauteile) kommt so ein Fall durchaus in Betracht.

Meine Anregung vom Anfang, den Schaltregler per uC zu steuern, meinte 
ich so:

            SR-Out->-----+------------------> Last
                         R1
            SR-FB-<------+-----------+---------------+
                         R2          R3             R4
                         |             s1            s2
                        GND          GND            GND

SR-Out = Ausgangsspannung des Reglers
SR-FB  = Feedback-Input des Reglers

R1,R2  = Spannungsteiler
R3,R4  = zuschaltbare Widerstaende

s1,s2  = Schalter, z.B. FETs, die vom uC gesteuert werden

Wenn dann R3 = R2 und R4 = R3/3,
dann kann SR-Out in 4 Stufen binär heraufgesetzt werden.
Je kleiner R2 bzw. dessen Ersatzwiderstand wird, desto größer wird 
natürlich SR-Out.

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