Hallo,
ich habe vor eine SEPIC-Wandler zwecks MPP-Tracking an einem Solarmodul
zu bauen. Das Solarmodul liefert eine Spannung von um die 9 Volt, der
Akku, der geladen werden soll, ist ein Racingpack mit Nennspannung 7,2
Volt. Der Wandler ist nach dem Schaltplan aus Wikipedia
(http://de.wikipedia.org/wiki/SEPIC) aufgebaut. Solange der Mosfet
ausgeschaltet ist, lädt sich der Eingangskondensator mit der Spannung
auf, die er durch das Solarpanel bekommt. Wenn aber der Mosfet durch PWM
geschaltet wird, sinkt die Spannung zwischen den Eingangsklemmen auf ca.
0,4 Volt, es fließt aber kaum bis kein Strom. Was kann hier
schieflaufen? Wenn das Solarpanel z.B. direkt an die Diode am Ausgang
angeschlossen wird, wird der Akku mit 60mAh geladen.
Verwendete Bauteile:
2 Spulen mit 47 µH
Schottky-Diode Vishay 12TQ035
10 µF HF-Elko für Eingang und Kupplung (an Kupplung doppelt):
http://www.conrad.de/ce/de/product/446459/
Ausgangskondensator: 100 µF HF-Elko
Mosfet: IRLU024N
Gate-Treiber: IXYS IXDD604PI
PWM wird über ein Linux-Board (FoxBoard G20, ARM: at91sam9g20) per
Hardware-PWM mit ca. 16kHz erzeugt. Der Gate-Treiber verlangt zwar einen
High-Level von mindestens 3 Volt, vom Board kommen 3.3 Volt als High -
Messungen mit dem Messgerät ergeben aber, dass am Treiberausgang eine
mittlere Spannung anliegt, die recht gut mit dem eingestellten
Duty-Cycle korrespondiert. Wie schon beschrieben, stellt sich für mich
die Frage, wieso das Solarpanel auf ca. 0-0,4 Volt "heruntergezogen"
wird und kaum Strom fließt, d.h. der Regler faktisch nicht wandelt. Wo
sind hier mögliche Fehlerquellen? Sind die Spulen zu groß? Die
Kondensatoren? Oder ist der Mosfet ungeeignet? Bzw habe ich wichtige
Aspekte gänzlich übersehen?
Vielen Dank für Hilfe!
Maxi
Hallo Maxi
Für den Koppelkondensator wäre ein Folienkondensator sinnvoller, da
diese meist ein besseres Impulsverhalten besitzen als ELKOs.
Hast Du deine Schaltung mal mit einem Labornetzteil als Eingangsquelle
betrieben?
Mit welchem Duty-Cycle steuerst Du den MOSFET an?
Zum Tiefsetzen ist der Duty-Cycle kleiner 50%, zum Hochsetzen größer
50%.
Ein Schaltplan Deiner Schaltung wäre übrigens auch ganz nett.
Hallo Kioskman,
für die Kopplung setze ich zwei HF-Elkos von Conrad ein, da diese einen
halbwegs vertretbaren Preis haben, und es Folienkondensatoren dort gar
nicht in der benötigten Größe gibt (denke ich zumindest).
Duty-Cycle hatte ich testweise auf 50%, aber auch "herumspielen" daran
hat wenig gebracht.
Schaltplan ist ganz einfach von Wikipedia übernommen, halt noch mit
einem Eingangskondensator:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SEPIC_Schaltung.svg
Last an Ua ist ein Racingpack.
Die Induktivitäten sind beide gleich groß, 47 µH.
Ein Labornetzteil habe ich leider nicht, aber ein Trafo dürfte zumindest
für die Fehlersuche ebenso taugen: Anstatt des Solarpanels habe ich
einen Trafo angeschlossen, eingestellt auf Leerlaufspannung 18 Volt.
Duty-Cycle bei ca. 36%, laut Wikipedia würde dies eine Ausgangsspannung
von ca. 56% der Eingangsspannung bedeuten -> knapp 10 Volt.
Beobachtungen:
*Spannung am Trafo bricht auf knapp über 1 Volt ein
*Es fließt auf jeden Fall ein Strom, wenn auch ein geringer - ca. 0,2
mAh
*L1 erwärmt sich leicht
*C1 (doppelt ausgeführt) wird gut warm
*L2 wird gut warm
*zusätzlich ist jetzt noch ein deutliches Pfeifen wahrzunehmen
Demzufolge tut auf jeden Fall schon was, das Pfeifen kommt von L2 als
hoher Ton - 16 kHz sind durchaus denkbar. Auch wird, erkennbar an der
Erwärmung, Energie umgesetzt. Alles zusammen spricht eigentlich dafür,
dass die PWM-Ansteuerung funktioniert. Jedoch scheint über die Diode
immer noch kein Strom zu fließen, wenn aber eine Stromquelle direkt dort
angeschlossen ist, fließt Strom. Auch eine Veränderung des Duty-Cycles
bringt höchstens größere Spannungseinbrüche am Trafo.
Was mich am meisten wundert, ist, wieso die Eingangsspannung so stark
einbricht. Sind meine Induktivitäten zu groß?
Maxi
Könnte es sein, dass Deine Induktivitäten sättigen?
Induktivitäten selbstgekauft? Wenn ja, welche?
Induktivitäten selbstgebaut? Wie sind die ausgelegt?
Die Induktivitäten sind vom Conrad gekauft:
http://www.conrad.de/ce/de/product/447214
In dem Datenblatt steht leider nichts wegen Sättigung...
Wie kann ich das am Besten herausfinden / Messen?
Maxi
Ohne es nachrechnen zu können würde ich sagen für die 16kHz sind die
Induktivitäten zu klein.
Hast Du die Induktivitäten einfach so ausgewählt oder hast du die Werte
richtig ausgerechnet? Gleiches gilt für den Koppelkondensator.
Das wird von vorn bis hinten nichts, da der Sepic selbst schon ein
Problem hat. Selbst wenn der mal laufen sollte, klappt das mit dem MPP
noch lange nicht. Eine hochohmige Quelle wie eine Solarzelle verlangt
ganz untypische Regelkreise, die auch Wiki nicht bereit hält...
Übrigens brauchst Du bei ner 9V-Zelle und nem 7,2V Racingpack gar keine
Elektronik. Allenfalls ne Überspannungsregelung bei Li-Akkus, oder ne
Thermoabschaltung bei NiXX-Akkus. Ein selbstgestrickter MPP-Sepic bringt
unter Garantie nie die Leistung, die die Zelle direkt am Akku bringen
würde. Versprochen!
Bei 9V, 16 kHz und 50% duty hast Du theoretisch 31.25e-6s 9V 1/47uH
= 6A. Deine Drossel kann nur 1.5A, also ist sie gesättigt.
Außerdem werden beim SEPIC normalerweise die Induktivitäten magnetisch
gekoppelt, um den Ripple im Reihen-C zu senken und auch den Wirkungsgrad
zu steigern.
Maxi, vielleicht solltest Du deine Dimensionierung nochmal ganz genau
nachrechnen bzw. überhaupt eine Dimensionierung vornehmen.
Jetzt zerreisst mich bitte nicht gleich in der Luft für diesen
Kommentar.
Hallo,
ursprünglich hatte ich schon dimensioniert, und zwar für 1 MHz, nach:
http://www.ti.com/lit/an/snva168e/snva168e.pdf
Annahmen:
*Eingangsspannung von minimal ca. 5 Volt (bei der ich den MPP noch
messen will)
*Ripple von 0,2 A = 40% von 0,5 A geschätztem maximalen Strom
Ich bin dabei auf ca. 15 µH Induktivität gekommen - sind 47 µH zuviel?
Für den Koppelkondensator habe ich eine Strombelastung von 0,33 A
berechnet, deshalb zwei Stück.
Damals hatte ich alles auf 1MHz großzügig dimensioniert - hoffe ich.
Jetzt habe ich die PWM-Frequenz auch auf die eigentlich berechneten 1MHz
eingestellt...
Die Spannung wird darauf nur mehr auf knapp über 2 Volt heruntergezogen,
es fließt ein Strom von 2 Ampere. Leider immer noch kein
zufriedenstellendes Ergebnis. Bei verändertem Duty-Cycle fließt
höchstens noch mehr Strom, Spule & Koppelkondensatoren werden heiß.
Ich habe die Frequenz von 16 kHz anfangs nur gewählt, weil ich mir da
keine so großen Gedanken darüber gemacht habe :(
Über Sinn und Unsinn: Es geht mir nicht darum, aus den Solarzellen das
maximale in den Akku zu pumpen - Hauptaufgabe ist es, den MPP zu messen,
wenn dabei noch Strom in den Versorgungsakku fließt, stellt das einen
schönen Nebeneffekt da;)
Sollte eine SEPIC-Regelung nicht über Messung von Strom und Spannung,
und darauf eine Anpassung des Duty-Cycle funktionieren?
Mit dem Strom habe ich mich vorhin leider dumm vertan, es waren nicht
0,2mAh, sondern ganze 2A, was auch die Hitze erklärt...
Maxi
Du hast so etwas noch nie gemacht, offenbar kein Scope zur Hand und
gehst dann direkt auf 1 MHz?
Das ist ungefähr so, wie wenn ein Metzgerlehrling mit seinem stumpfen
Messer eine Herztransplantation durchführen wollte.
Wie wäre denn mit einfachen Mitteln eine durchführbare Möglichkeit, so
einen SEPIC-Wandler zum Laufen zu bringen? Wo liegen typische
Fehlerquellen?
Es ist halt immer noch das Problem, dass die Spannung am Trafo ziemlich
stark einbricht & hohe Ströme fließen. Diese Energie wird aber -
zumindest gefühlsmäßig - nur in Wärme umgewandelt.
