Cómo autorregular un TP4056 para obtener la máxima extracción de energía solar

Estoy usando un panel solar (6 V - 600 mA en la potencia máxima) para cargar una batería de iones de litio (3,7 V) con un TP4065. El TP4065 que estoy usando tiene esta configuración:

circuito TP4065

Donde el valor de la resistencia Rprog determina la corriente de carga.

Resistencia a la tabla actual

El problema es que la corriente que proporciona el panel solar es proporcional a la luz que recibe y la única forma de seguir extrayendo la máxima potencia del panel solar es ajustar la carga para mantener el voltaje del panel solar alrededor de 6V que en mi caso es controlado reduciendo la corriente de carga.

¿Cuál sería el mejor circuito para ajustar automáticamente la resistencia Rprog para mantener el TP4056 Vcc a un voltaje constante de alrededor de 6V?


Aquí hay un ejemplo de una curva de panel solar IV que muestra el voltaje donde se extrae la máxima potencia.

Ejemplo de panel solar IV

Aquí está la característica de carga del TP4065

Gráfico de carga TP4065


ACTUALIZACIÓN 13-02-2015

El voltaje en el pin PROG varía entre 1V y 0.2V

Mi proyecto utilizará un microcontrolador Arduino. Podría usar Arduino para monitorear el voltaje del panel solar y regular la corriente TP4056 con el siguiente circuito:

Otra solución

Rprog y Rarduino serían de 600 ohmios y el capacitor de 100uF y Rarduino actuarán como un filtro de paso bajo para la salida analógica Arduino que emite una señal PWM de 3.3V 500Hz.

Cuando la salida digital es 0V, el TP4056 verá una resistencia de 1.2K y se comportará normalmente. A medida que aumentamos el voltaje de salida analógica, el voltaje en Rprog disminuirá, lo que disminuirá la corriente en el pin TP4056 PROG y finalmente reducirá la corriente de carga de la batería.

¿Esta solución puede funcionar?

Tu pregunta es un error. Modulando la corriente de carga usando RPROG no te ayudará a cargar tu batería más rápido en absoluto. Simplemente configure RPROG para el día soleado máximo (sea lo que sea). Si desea extraer la máxima potencia del panel solar, debe usar al menos un convertidor CC-CC y, en ese caso, probablemente no tenga sentido usar un cargador lineal.
La batería, el panel solar y el cargador están todos en serie (excepto por la pequeña corriente de reposo consumida por el cargador). Por lo tanto, maximizar la producción de energía del panel solar no es el objetivo. Desea maximizar la salida actual. Espero que veas mi punto ahora.
Eche un vistazo a esto: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf La idea es que ajustaría su Vin al punto de máxima potencia (tenga en cuenta que el voltaje del punto de máxima potencia no cambia mucho con el nivel de luz) . Es posible que no funcione con su panel solar de 5 V, pero si pudiera considerar obtener un panel de mayor voltaje, podría funcionar.
@mkeith Se cargará más rápido porque cuando el panel solar solo puede entregar 100 mA y el cargador quiere 1000 mA, el voltaje del panel solar cae a un voltaje que el TP4056 no puede funcionar correctamente y no se carga en absoluto.
@mkeith, tendría sentido maximizar la corriente como una prioridad, pero como puede ver en la imagen del gráfico de carga, la corriente no es constante en un valor alto para cargar la batería. Entonces, la única solución que queda es controlar la corriente de carga para no sobrecargar el panel solar.
¿Entonces qué quieres hacer? limitar la corriente de carga para que VCC pueda permanecer por encima de 5V? Esto te perjudicará aún más. Le sugiero que busque otro cargador que funcione mejor. Hay algunos que retroceden automáticamente cuando el riel de entrada comienza a colapsar. Sé que TI tiene algunos. No miré la hoja de datos para esta parte.
@mkeith Agregué una solución a mi pregunta, ¿qué piensas?
Sí, creo que la idea básica funcionará. Debe tener cuidado de no empujar la corriente hacia el nodo. No se sabe qué pasará si haces eso. Una vez hice algo similar para controlar el brillo en un convertidor de retroiluminación. Cuando la salida PWM es continuamente baja (0% ciclo de trabajo), la corriente será máxima y será como si R = RPROG+RARDUINO. Sugeriría hacer que RPROG sea bastante pequeño y que RARDUINO sea mucho más grande. Si quieres estar totalmente seguro, agrega un mosfet de canal N entre RARDUINO y GND. Controle la puerta con su señal PWM.
Utilice un supercondensador de 5V.

Respuestas (7)

Me gusta mucho la respuesta que sugieres. Creo que es una buena idea. Sugeriría solo una ligera variación de la siguiente manera:

control PWM revisado

Además, trabaje en los casos de las esquinas y en circunstancias inusuales, como cuando la batería está agotada y Arduino no puede encenderse. ¿Se atascará el cargador en un modo de corriente de carga cero? Tal vez un pullup o pulldown estratégico en algún lugar, o una resistencia grande en paralelo con RPROG y un límite de 100uF para asegurar una corriente de carga pequeña incluso cuando PWM está apagado.

¡Gran trabajo!

McKenzie

Creo que alimentaré el Arduino directamente en el panel solar para que nunca me encuentre con un problema sin salida.
Además, la corriente máxima que puede dar el pin PROG es de 1,2 mA. La salida analógica de arduino puede dar o hundir 20 mA, por lo que no creo que se requiera el mosfet
No estoy preocupado por la corriente. El problema es que la salida PWM (suponiendo que sea un tótem) tiene un voltaje más alto que el voltaje del pin PROG. Si accidentalmente pasa al 100% del ciclo de trabajo, hará que la corriente fluya hacia el pin PROG. No estoy seguro de qué efecto tendría esto. Podría dañar el chip. Por otro lado, si puede configurar la salida PWM para que sea "drenaje abierto" o "colector abierto", entonces debería estar bien.

He estado mirando la misma pregunta últimamente. Mi solución fue un poco diferente a la tuya:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Al seleccionar D10, D11, D12 para que sean SALIDA/BAJA o ENTRADA (Z alto, sin pullup) puedo variar Rprog desde 16k (D10/11/12 todo Z alto) hasta 1050 Ohm (D10/11/12 todo BAJO) y a través de A0 monitoree la corriente de carga para encontrar el MPP.

Lo curioso es que, de todas mis pruebas, descubrí que el TP4056 parece hacer MPPT por sí mismo, es decir, incluso si configura Rprog demasiado bajo, Vprog parece autorregularse para mantener la corriente en MPP. Entonces, eso significaría que simplemente configurar Rprog a la corriente máxima que los paneles solares pueden proporcionar sería todo lo que se necesita.

Por cierto, esto confirma mi hallazgo empírico, después de haber usado módulos TP4056 simples con mis paneles solares plegables sin ningún problema durante los últimos 2 años. (Sin embargo, es un poco decepcionante, ya que me tomé la molestia de construir mi Arduino MPPT solo para descubrir que realmente no lo necesito...)

ajuste de corriente de carga automática

Yo usaría otro chip. Sin embargo, si quieres usar este, puedes probar este circuito. Coloque un espejo de corriente para ajustar la corriente del programa. Supongo que internamente, la corriente que fluye a través de PROG se refleja (con ganancia) para establecer la corriente de carga externa. Entonces, lo que tiene aquí es una fuente de corriente que aumenta el valor actual a medida que aumenta VCC. Ajuste R200 para obtener la corriente deseada en lo que considere que es el VCC mínimo. A medida que aumenta VCC, la corriente de carga también aumentará.

Soy demasiado perezoso para encontrar un buen punto de partida para R200. Pero si puede averiguar cuál es el voltaje en PROG, entonces, a partir de la tabla, puede suponer el factor de amplificación actual y llegar a un buen punto de partida para R200. Estoy pensando que será como 47k-ish.

Las variaciones de esto podrían funcionar incluso mejor. Por ejemplo, si agrega una referencia de voltaje y un comparador o algunos transistores más, en realidad podría mantener la corriente de carga fijada al máximo hasta que VCC caiga por debajo de cierto punto, luego retrocedería la corriente de carga para mantener VCC en ese nivel. Pero en mi opinión, cuando llegue a ese nivel de complejidad, debería usar un IC que lo haga todo por usted, como el bq24210.

Estoy abierto a discutir esto más a fondo. Sólo etiquétame para llamar mi atención.

¡Eso se ve genial! El BQ24210 es un IC bastante pequeño para un proyecto de aficionado. ¿Conoces algún otro chip más grande que realice una función similar?
No, pero acabo de encontrar esto: sparkfun.com/products/12885

Estoy buscando hacer exactamente esto. Creo que el condensador en Vin ayuda mucho porque cuando se está cargando, consume menos corriente y deja de extraer demasiada corriente de la fotocélula, que es el punto en el que la potencia de salida cae en picado. Una vez que el condensador cae por debajo de 4v, creo que el TPS4056 se desactivará hasta que la tapa se vuelva a cargar lo suficiente. Cuando vuelve a cargar hasta 4v, actúa como un volante.

Otra idea que estoy pensando en probar es usar una fotorresistencia para Rprog.

Solo para recordar... este cargador IC es lineal. Significa que si su batería es de ~4V y su panel solar es de ~6V, está desperdiciando alrededor de 2V* de corriente en forma de calor. Incluso si logras extraer el máximo del panel, la pérdida de energía es alta. Considere usar un regulador de conmutación, o haga su propio (buck) con atmega, es un circuito simple y puede tener una eficiencia de alrededor del 90% en cualquier caso de carga. Que te diviertas.

¿Estás seguro de que es lineal? ¿Cómo podría el mismo voltaje de entrada producir una corriente de carga diferente al cambiar una resistencia?

¿Es más importante la extracción máxima de energía solar o más importante cómo usar correctamente un TP4056? si la máxima extracción de energía solar es más importante, entonces todos sus circuitos y todas las respuestas hasta ahora son incorrectas. Su panel solar de 6v le dará 2-4v en una situación de luz tenue, y no puede esperar que cargue una batería de 4.2v por completo en esta situación, por lo que su cargador no será una unidad de extracción de energía solar máxima independientemente del valor de carga que tenga. utilizar.

En su lugar, necesita un convertidor elevador de etapa previa de arranque bajo con regulación de voltaje a 5v. hecho, no tienes que preocuparte por nada más. no use un microcontrolador para un cargador simple como ese, desperdicia más energía de la que produce con poca luz. de hecho, debe eliminar el TP4065 de la ecuación si lo más importante es la máxima extracción de energía solar.

Obviamente, mi objetivo final es extraer la mayor cantidad de energía posible. Pero también tengo dos objetivos más, ser barato de construir y simple de construir. ¿Cuál sería su recomendación para reemplazar el TP4065?
lo más barato será simplemente usar un diodo schottky, y lo mejor será usar un convertidor elevador dc-dc. Recomiendo el CE8301. Este tipo diminuto es asombroso porque su voltaje de arranque es de 0.9v. Puede encontrar uno escribiendo 5v usb boost converter en ebay. la mayoría de este tipo de convertidor de impulso utiliza este IC. Después de obtenerlo, piratee un poco para obtener la salida a 4.2v, es decir, cambiando la resistencia de retroalimentación y listo.
¿La carga con un 4.2V plano en lugar de con las muchas etapas de TP4056 causaría problemas a la batería? Muchos dicen que los 4,2 V deben ser muy precisos y parece que el CE8301 solo se puede ajustar con incrementos de 0,1 V.
Si aplica un simple 4.2v a una batería de iones de litio, pasará por esas muchas etapas independientemente. Así es como funciona la batería química, y no tiene nada que ver con el IC. El IC está ahí para detectar estas etapas y dejar de cargar la batería cuando cree que la batería está completamente cargada. La carga de cosquillas de una batería de iones de litio es mala en los libros de texto, pero está totalmente bien en la vida real, especialmente con la energía solar. por último, pero lo menos importante, algunos cargadores establecerán el voltaje de corte en 4.3v. Aumentará la capacidad y reducirá la vida útil, pero no es explosivo y es seguro.
¿Dónde se ubicaría la curva del panel solar IV cuando se conecta directamente a un convertidor elevador de CC-CC? ¿Maximizaría la energía de la celda solar? No puedo imaginar cómo sería la impedancia de entrada del convertidor.

No autorregula un TP4056 para obtener la máxima extracción de energía solar. MPPT solo es aplicable a la conmutación de convertidores DC-DC (no lineal). El TP 4056 es un cargador lineal y la corriente de entrada es aproximadamente igual a la corriente de carga de la batería, sin importar lo que haga. Lo único que puede hacer: minimizar la disipación de energía de un IC TP4056 en sí (= minimizar la pérdida de voltaje en él; usar una resistencia Rprog de 1.2 kOhms; también hacer que los paneles solares produzcan un poco más de corriente)