Hey, auf Basis diese Instructable: http://www.instructables.com/id/ARDUINO-SOLAR-CHARGE-CONTROLLER-Version-30/?ALLSTEPS versuch ich gerade diese MPPT-Schaltung nachzuvollziehen: http://www.instructables.com/files/orig/FKG/HU5O/IAY1ES13/FKGHU5OIAY1ES13.pdf Ich habe auch fast alles verstanden, bis auf ein paar Kleinigkeiten, und zwar wofür D1, R5, C1 und D3 gebraucht werden. Mir ist klar, dass Q1 dann durchschaltet, wenn Q2 durchschaltet. Das Instructable erklärt dies mit "Q1 turns on when Q2 is on from voltage through D1" was sich für mich nicht ganz ergibt. Wofür brauch man hier extra noch eine Diode? R1 wird erklärt mit "R1 drains the voltage off the gate of Q1 so it turns off when Q2 turns off.". Aber Q1 würde doch auch ohne den Widerstand zusammen mit Q2 ausgehen, sobald der IR2104 wieder zum Low-Side Mosfet Q3 switcht. Also wozu der Widerstand? Jetzt der Kondensator C1. "The buck converter is made up of the synchronous MOSFET switches Q2 and Q3 and the energy storage devices inductor L1 and capacitors C1 and C2". Es wird zwar im Bereich über den Abwärtswandler der Kondensator C2 erklärt und berechnet, aber C1 wird sonst nirgends aufgenommen. Welche Funktion er erfüllt, ist mir völlig unklar. Zu guter letzt noch die Highspeed-Diode D3. Sie ist angeblich dazu da, die Effizienz der Schaltung zu erhöhen. Aber der Sinn ist doch eigentlich, Q3 an- und ausschalten zu können, um die Diode in dem ursprünglichen Buck Converter zu ersetzen. Nun wird doch wieder eine Diode verwendet (Zusammenhang: siehe Step 3 im Instructable) Vielen Dank im Voraus schonmal für eure Hilfe! MfG Maxi
Q1 ist eine "optimale Diode" die ein Rückfliessen des Stromes in das Solarpanel verhindern soll, wenn der Buch Regler nicht aktiv ist. Beim ersten Impuls des Schaltwandlers wird Q1 (zusammen mit Q2) eingeschaltet (bleibt wegen D1 auch ein), bleiben Impulse aus entlädt sich dessen Gate langsam aber definiert über R5 und der MOSFET sperrt. C1 muss den Strom glätten, das machen die indirekt über eine gepufferte Spannung, der Schaltregler nimmt ihn impulsartig auf, der ACS will lieber Gleichstrom messen. D3 ist die übliche Freilaufdiode, eigentlich in Q3 integriert aber doppelt hält wohl besser. Der Schaltung fehlt noch der steuernde uC. Die Schaltung ist gigantisch aufwändig. Da die Akkuspannung nicht beliebig ist, sondern zu einer Zeit konstant, muss man weder sie noch die Solarpanelspannung messen noch den Solarpanelstrom. Es reicht den Akkuladestrom zu messen und auf Maximum zu optimieren.
Michael B. schrieb: > Beim ersten Impuls des Schaltwandlers wird Q1 (zusammen mit Q2) > eingeschaltet (bleibt wegen D1 auch ein), bleiben Impulse aus entlädt > sich dessen Gate langsam aber definiert über R5 und der MOSFET sperrt. Ein MOSFET leitet ja, wenn eine Spannungsdifferenz von min. ca 10V zwischen Gate und Source besteht. "bleibt wegen D1 auch ein" verstehe ich nicht. Würde der MOSFET Q1 nicht auch ohne diese Diode leiten, da an seinem Gate dieselbe Spannung anliegt wie am Gate von Q2? Q2 benötigt ja auch keine Diode. Oder funktionieren MOSFETs nicht über eine Spannungsdifferenz, sondern eine Art "Aufladung" mit Elektronen, die aufgrund der Diode nicht zurückfließen können und so Q1 permanent leiten lassen (scheint mir hier gerade logischer zu sein)? Michael B. schrieb: > D3 ist die übliche Freilaufdiode, eigentlich in Q3 integriert aber > doppelt hält wohl besser. Aber der Sinn von Q3 ist es doch, die (Ersatz-)Diode über den IC ansteuerbar zu machen. Wenn ich nun doch wieder eine übliche Diode einsetze, verliere ich doch diese Möglichkeit wieder, was ja überhaupt der Grund war, einen MOSFET statt einer normalen Diode (wie in einem üblichen Buck Down) einzusetzen. Michael B. schrieb: > C1 muss den Strom glätten, das machen die indirekt über eine gepufferte > Spannung, der Schaltregler nimmt ihn impulsartig auf, der ACS will > lieber Gleichstrom messen. Sorry, könntest du das ggf. nochmal für Doofe formulieren? Durch den ACS fließt Gleichstrom, das ist mir bewusst. C1 glättet also die Spannung des Solarmoduls, oder wie? Für den Fall, das die Solarspannung stark schwankt? "der Schaltregler nimmt ihn impulsartig auf" wer ist ihn und warum sollte der IR2104 "ihn" aufnehmen? Michael B. schrieb: > Der Schaltung fehlt noch der steuernde uC. Die Arduino-Verbindungen sind ja eigentlich eingetragen (z.B. A0 am Solar Voltage Sense) Michael B. schrieb: > Die Schaltung ist gigantisch aufwändig. Ich versuche nämlich gerade, diese Schaltung zu verstehen, um sie auf meine Bedürfnisse (kein Akku, direkt an Load angeschlossen, Versorgung des IR2104 über eine normale 12V-Gleichspannungsquelle) anzupassen :)
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Maximilian B. schrieb: > Ein MOSFET leitet ja, wenn eine Spannungsdifferenz von min. ca 10V > zwischen Gate und Source besteht. "bleibt wegen D1 auch ein" verstehe > ich nicht. Würde der MOSFET Q1 nicht auch ohne diese Diode leiten, da an > seinem Gate dieselbe Spannung anliegt wie am Gate von Q2? Q2 wird aber nur kurzzeitig eingeschaltet, Q1 bleibt lange ein, so lange, wie Q2 Impulse bekommt. > Q2 benötigt ja auch keine Diode. Der ist ja auch andersrum gepolt eingebaut und soll abgeschaltet werden können. Die interne Diode von Q1 soll nur überbrückt werden, für kleineren Spannungsabfall und daher bessere Leistung. > Oder funktionieren MOSFETs nicht über eine Spannungsdifferenz, sondern > eine Art "Aufladung" mit Elektronen, die aufgrund der Diode nicht > zurückfließen können und so Q1 permanent leiten lassen (scheint mir hier > gerade logischer zu sein)? Natürich wurde über D1 das Gate von Q1 wie ein Kondensator aufgeladen und bleibt auch geladen bis R5 ihn entlädt. > Aber der Sinn von Q3 ist es doch, die (Ersatz-)Diode über den IC > ansteuerbar zu machen. Nein. Auch Q3 ist bloss eine verbesserte Diode, d.h. eine Diode mit fast 0V statt 0.7V Spannungsabfall. Q3 wird eingeschaltet wenn die Spannung an seinen DRAIN unter 0V liegt, die eingebaute Body-Diode also leitet und überbrückt dann die eingebaute Diode nur damit der Spannungsabfall kleiner wird und die Verluste geringer. Q3 ist (hoffentlich) nie eingeschaltet wenn Drain positiv ist, wenn also D3 sperrt. > Wenn ich nun doch wieder eine übliche Diode > einsetze, verliere ich doch diese Möglichkeit wieder, was ja überhaupt > der Grund war, einen MOSFET statt einer normalen Diode (wie in einem > üblichen Buck Down) einzusetzen. Nein, der Grund war eine Optimierung der Flussspannung, nicht die Möglichkeit zur Abschaltung. > Sorry, könntest du das ggf. nochmal für Doofe formulieren? Durch den ACS > fließt Gleichstrom, das ist mir bewusst. C1 glättet also die Spannung > des Solarmoduls, oder wie? Während der Strom durch Q2 in Impulsen fliesst, holt er diesen Strom aus C1 (und nicht aus der Solarzelle, deren Spannung zwischen "zieht Strom" und "kein Strom" massiv schwanken würde), der ändert seine Spannung nur wenig, daher ist der Strom aus der Solarzelle in C1 mit seiner nahezu konstanten Spannung auch nahezu konstant und kann mit dem ACS gemessen werden. > Ich versuche nämlich gerade, diese Schaltung zu verstehen, um sie auf > meine Bedürfnisse (kein Akku, direkt an Load angeschlossen, Versorgung > des IR2104 über eine normale 12V-Gleichspannungsquelle) anzupassen :) Eine MPP Schaltung direkt an einer "Load" ist hanebüchener Unsinn. Eine Last will nicht "maximale Leistung" reingestopft bekommen, sondern genau so viel Leistung wie sie benötigt (ohmsches Gesetz oder wem auch immer die Last folgt). Ein MPP direkt an einer Last ist BLÖDSINN (es sei denn es ist ein Heizwiderstand).
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Das ist ein Buck-Schaltregler, der nimmt nur impulsförmig Strom auf weil Q2 ja zwischenzeitlich auch mal sperrt. Der IR2104 ist KEIN Buck Regler sondern ein MOSFET Gate Drive IC. Der nimmt nur seinen Versorgungsstrom auf. "Ihn": Den Strom. Ergo muss, damit durch den Stromsensor ein Gleichstrom fließt UND das Solarmodul seine Leistung irgendwo unterbringen kann, ein Kondensator als Energiespeicher vor den Buck Regler. Das Gate von Q1 lädt sich ab dem ersten Puls auf Q2 auf und leitet dann dauerhaft solange der Buck aktiv ist. Wird der Buck abgeschaltet (Q2 war eine geraume Zeit schon nicht mehr angesteuert) verliert das Gate von Q1 irgendwann seine Ladung über den sehr hochohmigen R5. D1, R5 und die Gatekapazität von Q1 bilden einen Hüllkurvendemodulator. D3 könnte bei einem idealen Mosfet weg, ja. Aber der braucht Zeit zum Einschalten, und bis er eingeschaltet ist leitet nur die Body-Diode. Body-Dioden sind meistens scheisse, daher schaltet man da noch ne richtige Schottky parallel dazu. Weniger Flussspannung als die Body-Diode und daher weniger Verlustleistung. Der Effizienzgewinn hält sich bei richtiger Ansteuerung allerdings in Grenzen, daher kann man die theoretisch auch weglassen.
Ok, super, danke, fast alles verstanden. Nur noch ein paar Kleinigkeiten. Sorry. Michael B. schrieb: > Während der Strom durch Q2 in Impulsen fliesst, holt er diesen Strom aus > C1 (und nicht aus der Solarzelle, deren Spannung zwischen "zieht Strom" > und "kein Strom" massiv schwanken würde), der ändert seine Spannung nur > wenig, daher ist der Strom aus der Solarzelle in C1 mit seiner nahezu > konstanten Spannung auch nahezu konstant und kann mit dem ACS gemessen > werden. Den Grund habe ich jetzt verstanden, nur wie sorgt man ganz salopp gesagt dafür, dass der Strom aus C1 kommt und nicht von der Solarzelle? Die Solarzelle steht ja während des Impulses, wo Q2 leitet, ebenfalls als Quelle zur Verfügung und ist nach meinem Verständnis parallel zu C1 geschaltet. Wieso kommt der Strom also aus dem Kondensator und nicht aus der Solarzelle? Michael B. schrieb: > in MPP direkt an einer Last ist BLÖDSINN (es sei denn es ist ein > Heizwiderstand). Ist es in dem Fall, auch wenn das rein praktisch Schwachsinn ist, nur leider muss ich es erstmal so umsetzen. Zur Wahl der Bauteile: Angenommen ich suche jetzt z.B. einen Kondensator für C1 und C2. Welchen Ripple Current müssen diese mindestens angegeben haben? Ist der Ripple Current die maximale Stromstärke, die der Kondensator aushält? Habe zwar schon versucht, mich da zu informieren, nur finde ich leider nirgends die Info, was die Ripple Current Angabe im Datenblatt bedeutet. Würde z.B. dieser Kondensator: https://www.reichelt.de/Elkos-radial-105-C-1000-5000h/RAD-FC-100-63-5/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=84622&GROUPID=4000&artnr=RAD+FC+100%2F63-5 als 100 uF Kondensator funktionieren mit der Angabe: Ripple Current 535 mA oder muss Ripple Current > Imax des Solarmoduls?
>Die Schaltung ist gigantisch aufwändig. Da die Akkuspannung nicht
beliebig ist, sondern zu einer Zeit konstant, muss man weder sie noch
die Solarpanelspannung messen noch den Solarpanelstrom. Es reicht den
Akkuladestrom zu messen und auf Maximum zu optimieren.
Nicht ganz. Die Akkuspannung kann man weglassen wenn die Batterie
unendlich gross waere. Da sie das nicht ist, muss man sie messen, denn
sie ist irgendwann moeglicherweise voll. Wenn man diesen Zeitpunkt
verpasst geht sie kaputt.
Die Panelspannung kann man auch messen um zu sehen wann nichts mehr
kommt. Dann kann man den Konverter in den Standby schieben.
Sobald Q2 einschaltet kommt der Strom erstmal hauptsächlich aus dem Kondensator, weil der einfach einen viel kleineren Innenwiderstand als Solarmodul nebst Stromsensor, Sicherung und Anschlussleitungen hat. Je mehr sich der Kondensator dann innerhalb des Schaltvorgangs entlädt, desto weniger Strom liefert er und desto mehr Strom liefert dafür das Solarmodul. Sobald Q2 abschaltet, fließt der Strom vom Solarmodul dann wieder in den Kondensator, der lädt sich wieder usw. Und das ganze mit diversen 10 kHz damit der Strom der vom Modul kommt, möglichst gleichförmig fließt (Siehe: RC Tiefpass, Frequenzgang). Ripple Current ist imho die maximale Wechselstrombelastbarkeit des Kondensators und ist hauptsächlich schlecht für die Lebensdauer des Elektrolytkondensators. Die haben nen relativ hohen ohmschen Widerstand (ESR) und erwärmen sich daher wenn Strom durchfließt. Die Erwärmung wiederum mögen die nicht und altern dann schneller. Siehe: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1273335 Daher geht man bei Schaltreglern meistens hin und schaltet parallel zu den Elkos noch Folienkondensatoren (die dann deutlich kleiner sein dürfen), die dann den allerschlimmsten ripple vom Elko weghalten. 2 kleine Elkos parallel schalten statt einem großen kann auch was nützen, da die ESR dann parallel geschaltet sind und sich dann nach den Rechenregeln für Parallelschaltungen halbieren.
Oder D. schrieb: > Nicht ganz. Die Akkuspannung kann man weglassen wenn die Batterie > unendlich gross waere. Da sie das nicht ist Die Batterie(spannung) ist während der MPP Optimierung (quasi von Takt zu Takt des Schaltreglers, 1/100 Sekunde ist schon viel zu viel) konstant, egal wie klein die Batterie(kapazität) ist. Allerdings hat er keine Batterie :-(
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Wie würdet ihr den Lastwiderstand für ein Solarmodul berechnen? Mit Hilfe der Herstellerangaben zum MPP, also Rlast = Umpp/Impp oder mit Open Circuit Voltage und Short Circuit Current, also Rlast = Uoc/Isc?
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Sorry für den Doppelpost. Ich habe jetzt die oben verlinkte Schaltung für mich angepasst und es wäre super, wenn ihr meinen Schaltplan einmal kontrollieren könntet. Was ich verändert habe: 1. Spannungsteiler an der Last hinzugefügt 2. Werte für Buck Converter an mein Solarmodul nach Formel aus dem Instructable angepasst 3. Solarmodul-Spannungsteiler angepasst 4. Das Wichtigste: Die Battery entfernt und direkt alles an den Load gehangen. Kann das so funktionieren? Wäre echt super, wenn ihr mir da helfen könntet. Dankeschön!
Die Vergangebheitsform von hängen heißt gehängt.
Knut B. schrieb: > Die Vergangebheitsform von hängen heißt gehängt. Vergangenheitsform schreibt man mit "n" statt "b" ;) (nicht ernst nehmen, danke, man lernt nie aus :D) Spaß beiseite, bedeutet keine Antwort alles ist ok mit der Schaltung oder hat sie bisher nur niemand angeguckt? Dankeschön :) MfG Maxi
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Habe die Schaltung aufgebaut und es funktioniert alles. Jedoch gibt es ein Problem: mit Hilfe eines Oszilloskops habe ich festgestellt, dass alle 20 Mikrosekunden unter Last ein Spannungspeak von über 2V für ca. 20ns entsteht. Jetzt frage ich mich: a) Ist dieser Peak gefährlich, wenn er nur 20ns dauert? b) Kann ich diesen Peak irgendwie verhindern? Vielen Dank! MfG Maxbit
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