Bajar el voltaje de entrada para un convertidor elevador

Tengo una fuente de alimentación de panel solar de 21 V CC, que alimenta un convertidor elevador de CC-CC. Configuré el voltaje de salida del convertidor elevador a 19,5 V para cargar mi computadora portátil, pero dado que el voltaje de entrada es más alto, el voltaje de salida también es de 21 V. No puedo usar un convertidor reductor, porque cuando extraigo corriente del convertidor elevador, el voltaje de entrada cae por debajo de 19,5 V, por lo que debe ser reforzado para permanecer en 19,5 V. ¿Cómo puedo evitar que el voltaje inicial (cuando se enchufa por primera vez) sea inferior a 19,5 V?

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En la red eléctrica, la computadora portátil consume alrededor de 1,5 A de corriente a 19,5 V, y eso es alrededor de 30 W. Mi panel solar es de 50 W bajo la luz solar directa.

El Voc del panel fotovoltaico es 21,46 V, Isc es 3,21 A,
Vmp es 17,46 V, Imp es 2,98 A.
No tiene número de pieza.

Necesitas un convertidor buck-boost.
Pensé que tal vez una resistencia simple o un diodo zener conectado en paralelo con la entrada servirían, ¿estoy en lo correcto? Solo necesito bajar el voltaje de entrada unos 4-5 voltios para que funcione de manera segura.
Tal vez. No sabemos cuánta corriente máxima está consumiendo, por lo que la pérdida de potencia en una resistencia o zener podría ser grande. Una resistencia le daría una caída de voltaje variable con la carga, por lo que el voltaje podría aparecer y posiblemente dañar su máquina cuando duerme, por ejemplo. Un zener (o más probablemente 2 diodos en serie) podría proporcionar una caída constante, pero luego su voltaje de salida se cortará mucho antes por el bajo voltaje de entrada. De los dos, los dos diodos (no Schottky) en serie tendrían la mejor oportunidad de funcionar.
¿Qué quiere decir con "pero entonces su voltaje de salida se cortará por el bajo voltaje de entrada mucho antes"?
Dependiendo de cómo funcione su convertidor elevador, el voltaje de salida en algún momento cuando el panel no está completamente expuesto a la luz del sol podría comenzar a caer o el convertidor podría apagarse debido a un bajo voltaje de entrada. Dado que está desperdiciando algo de energía en sus diodos para reducir el voltaje en la salida, eso sucederá antes de lo que sucedería de otra manera.
Importante: Q1 Dices 21V. ¿Es ese circuito abierto medido a pleno sol o placa de especificaciones o? P2: ¿Tiene especificaciones, número de pieza? ¿enlace web? P3: ¿Cuál es la salida de potencia nominal del panel? P4: ¿Cuál es la especificación de potencia de la fuente de alimentación de la computadora portátil (V, I, Watts)? || || Como Tony señala en su respuesta, un panel fotovoltaico con Voc de 21 V generalmente tendrá un voltaje de potencia total de 80% -85% de eso = aquí alrededor de 17 a 18 V. Es decir, su panel SI 21 Voc tiene un voltaje de salida demasiado bajo para operar a 19V+.
... Necesita un convertidor elevador con Vmax establecido en 19.5V. Incluso eso no funcionará si el panel no puede suministrar suficiente corriente/energía para la fuente de alimentación a 19,5 V; algunos (muchos) suministros) cargarán la fuente hasta que alcancen un nivel de potencia mínimo.
No tienes que ser tan estricto con las especificaciones si solo quieres cargar tu computadora portátil. Todos los portátiles cargan bien entre 16 y 20 voltios. Solo porque hay un convertidor reductor en el interior que convierte ese voltaje en voltaje de la batería de todos modos (unos 12V). Y ese convertidor reductor, por supuesto, puede tomar una amplia gama de voltajes como entrada, y si se desvía de 19.5 a 18, o simplemente usa Tipo-C 20V, estará 100% igualmente bien. Tómelo en cuenta al resolver su problema y no persiga una limitación superestricta, no hay ningún punto práctico en ello. Tal vez la salida de 18 V sea fácil de mantener, ¡adelante entonces!
@Ilya Lamentablemente, lo que dices es correcto en el domo pero no en todos los casos. Algunas computadoras portátiles tienen circuitos internos de refuerzo y pueden aceptar una variedad de voltajes. Otros, y he visto varios de estos, no aceptarán menos de un voltaje bastante cercano a la especificación formal. Por ejemplo, con una batería de iones de litio 4S, Vmax en la batería = 4,2 V x 4 = 16,8 V. El cargador necesita algo de espacio libre, por lo que tal vez 18 V en algunos casos y tal vez algo más en otros. Si el sistema NO PUEDE aumentar la entrada, entonces no funcionará si Vin es demasiado bajo. ...
... Por otro lado, he visto una computadora portátil HP que tenía paquetes de baterías 3S y 4S disponibles y felizmente se cargaría con un adaptador de 19 V: HP es un maestro en la administración de energía, a diferencia de algunos. || Además, si un cargador se carga por debajo de su voltaje relacionado, es posible que intente suministrar una corriente superior a la nominal; esto puede provocar el apagado y daños según el diseño. Si, por ejemplo, un adaptador tiene una potencia nominal de 19 V 3 A y está cargado para consumir 5 A, puede caer a 16 V. La computadora portátil PUEDE rechazar el voltaje, la fuente de alimentación puede apagarse, puede fallar o todo puede funcionar.
... En el caso de un panel fotovoltaico, si funciona a un voltaje más bajo, es probable que no se produzcan daños PERO, por lo general, no obtendrá más de un 5 a 10% adicional bajo una carga pesada por debajo del voltaje especificado.
Me arriesgué y conecté directamente la salida del panel solar a la entrada de energía de la computadora portátil. Afortunadamente, no sucedió nada malo, pero la computadora portátil cambia continuamente entre el estado enchufado y el estado de la batería. ¿Eso indica un caso actual insuficiente? El panel solar es de 50 Watts, viendo la luz del sol directamente, no detrás de una ventana o vidrio, y ahora hay luz solar plena, sin nubes. En la red eléctrica, la computadora portátil consume alrededor de 1,5 A de corriente a 19,5 V, y eso es alrededor de 30 W. Mi panel solar es de 50 W bajo la luz solar directa. No entiendo el problema ahora.
Tal vez debería conectar una resistencia de 30 W con una resistencia de 13 ohmios para extraer 1,5 A del panel solar y ver si puede suministrar tanta corriente con un multímetro.
@EmreTapcı Como se indicó anteriormente, si respondió mi Q1 Q2, nos ayudaría a ayudarlo. No sé si su panel de 21 V es realmente un poco menos, pero SI eso es 21 V O / C, entonces puede esperar alrededor de 17-18 V, por lo que el panel puede cargarse debajo de donde funciona la computadora portátil, dejar de cargarse, volver a estar sin carga y reciclando continuamente. Lo que ayudo arriba se aplica.
Su Voc es 21,46 V, Isc es 3,21 A, Vpm es 17,46 V, Ipm es 2,98 A. No tiene número de pieza.
@EmreTapcı Gracias. PUEDE hacer que esto funcione agregando un condensador grande a través de la salida del panel, pero es más probable que funcione un convertidor elevador con Vout ~ = 19V out . || Esas cifras coinciden razonablemente bien con lo que Tony y yo sugerimos. Vmp/Voc = 81% e Isc/Imp= 8% más corriente. || El panel tiene suficiente capacidad de corriente y potencia, pero probablemente no tiene suficiente capacidad de voltaje. | SI tiene una fuente de alimentación variable adecuada disponible, puede encontrar dónde está el punto de corte de la computadora portátil: suministre 19 V a suficientes amperios y luego reduzca Vpsu hasta que la computadora portátil deje de cargarse.
@RussellMcMahon No tengo una fuente de alimentación variable. Pedí un controlador de carga y una batería para usar con el panel solar. La batería actuará como un amortiguador, como el condensador que sugirió.
@EmreTapcı El controlador de carga puede evitar que el voltaje aumente demasiado, pero a menos que contenga un convertidor elevador (posiblemente en forma de controlador MPPT), es poco probable que lo ayude. || ¿Tiene especificaciones del controlador y la batería y/o enlaces web? | La especificación de la batería es crucial a menos que el controlador esté diseñado específicamente para manejarla. Es probable que al agregar una batería se desperdicie. Más información nos ayudará a ayudarte. || Un condensador grande PUEDE ser más útil que una batería (excepto con MPPT, ya que la tapa permitirá el funcionamiento al voltaje más alto posible bajo una carga determinada.

Respuestas (2)

No, esto nunca funcionará bien.

Un panel solar es una fuente de corriente alimentada ópticamente que comienza con una alta impedancia sin energía. Tiene un voltaje de circuito abierto, Voc y una corriente de cortocircuito, Isc. Para capturar la potencia máxima, existe una ley que establece que las impedancias de fuente y carga deben coincidir. Hay muchos algoritmos para maximizar esta transferencia de energía o MPPT , por ejemplo, cazar y establecer el voltaje aproximado en función de un sensor de entrada solar, etc.

al máx. entrada solar, la Vmax es ~ 82% para Pmax out. Esto también define la impedancia MPPT R = V/I característica de la fuente activa a la carga.

Sin embargo, un cargador de batería inteligente móvil espera un voltaje constante y consume corriente de acuerdo con su estado de carga (SoC). por ejemplo, 19,5 V +/-10 %. Por lo general, comienza con corriente constante, CC, luego CV y ​​luego se corta en 10 a 5% de CC.

Por lo tanto, debe regular la impedancia MPT para obtener la máxima potencia y suministrar un voltaje fijo dentro de un rango razonable de 19,5 V. Este cargador inteligente DCDC tendrá su propio cargador de batería y reguladores reductores para voltajes lógicos y analógicos simultáneamente, por lo que no tiene que ser exacto, pero para obtener la potencia máxima del panel, necesita ser más preciso.

Puede elegir un regulador dual MPPT para su batería y la química del panel solar o algo que coincida con la característica V/I de su panel solar y las condiciones y el rango de voltaje del cargador de, digamos, 10 %.

El panel debe tener Voc = 24 V para hacer un regulador simple y eficiente y tener suficiente energía para iniciar el cargador móvil, por lo que debe tener un tamaño mayor que la potencia nominal máxima del cargador para comenzar.

Tan pronto como conecte su computadora portátil y comience a cargarse, el voltaje bajará a 19,5 V y todo estará bien. También existe una posibilidad decente de que 21 V esté dentro de la tolerancia para su computadora portátil de todos modos y no se dañará. Pero, solo para eliminar el riesgo, debe asegurarse de que nunca supere los 19,5 V. Me parece bien.

No querrá bajar el voltaje de entrada cuando esté por debajo de 19,5 V, porque entonces está desperdiciando energía innecesariamente.

Con eso en mente, sugiero que pueda conectar un regulador de derivación a la entrada. Un regulador de derivación es un dispositivo que, cuando el voltaje es demasiado alto, extrae corriente para bajar el voltaje. Cuando el voltaje es lo suficientemente bajo, no hace nada.

El tipo más simple de regulador de derivación es un diodo Zener, pero recuerde que tiene que absorber parte de la energía del panel solar cuando la computadora portátil no está enchufada, y no creo que fabriquen diodos Zener de 50 vatios.

El diseño básico es poner un transistor en paralelo con la entrada, y luego ajustar la corriente base del transistor (o voltaje de puerta) hasta que esté disipando suficiente potencia para bajar el voltaje a donde lo desea, algo que puede hacer con un op- amperio. Poner una resistencia adicional en serie cambiará parte de la disipación de energía a la resistencia, que podría ser más tolerante a las altas temperaturas. Aquí hay un borrador :

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

OA1 ajusta la corriente a través de R1 y M1 (por alguna razón no pude cambiarle el nombre a Q1) hasta que el voltaje de entrada + (1/3 del voltaje de suministro) coincida con el voltaje Zener (1/3 de 19.5V). Tanto R1 como M1 necesitarán disipadores de calor.

Lamentablemente, parece que, si bien el Voc del panel fotovoltaico está por encima de las especificaciones, el Vmp probablemente esté POR DEBAJO del voltaje de carga de la computadora portátil y el sistema tiende a entrar y salir de la carga.
Bajar el voltaje de entrada para un convertidor elevador
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