Topología del cargador solar PWM

Mi respuesta original (a continuación) se basó en mi suposición incorrecta de que Arik estaba sugiriendo usar la inductancia de cableado en un controlador para reemplazar la inductancia proporcionada formalmente. De hecho, dice que en los controladores de interés NO hay inductancia formal, y se preguntaba si la inductancia del cableado cumplió un papel útil en general.

El PWM simple se puede usar para variar la corriente que entregará un panel fotovoltaico y para controlar el voltaje de la batería. Puede actuar como limitador de corriente, controlador de corriente constante o controlador de voltaje.

Un panel fotovoltaico utilizado sin un controlador de conversión de energía, como un controlador MPPT, generalmente actúa como una fuente CC (corriente constante). Esto se debe a que Vmp (voltaje a máxima potencia) es > Vbatería en la mayoría de las condiciones de sol y el panel está cargado con una carga de resistencia efectiva inferior a la óptima. Un controlador MPPT aumenta la resistencia de carga efectiva para que la tensión de alimentación pueda aumentar hasta el valor óptimo.

Si conecta un panel fotovoltaico a una batería, el flujo de corriente se reducirá a medida que se reduzca el ciclo de trabajo de PWM. No será una reducción lineal ya que vpanel aumentará a medida que se reduzca la carga, tendiendo a actuar en contra de la reducción actual del PWM. Sin embargo, en la práctica, puede establecer la corriente en cualquier valor igual o inferior al que obtendría con una conexión dura.

Si desea limitar el voltaje de la batería a un cierto valor, simplemente reducir o detener el flujo de corriente cuando el voltaje sea lo suficientemente alto funcionará como una fuente de "voltaje constante".

El MPPT simple puede ser poco más que el convertidor reductor que describí más un controlador. Si no hace más que mantener el voltaje del panel entre el 80 % y el 85 % de Voc_panel_full sun, se acercará mucho al verdadero rendimiento MPPT.

Segunda adición

A medida que evoluciona la pregunta, también puede evolucionar la respuesta :-).
No hay duda de que el simple control de encendido/apagado bang/bang es indeseable y provoca variaciones indeseables de corriente y voltaje de la batería. Mis comentarios acerca de que el controlador puede controlar el voltaje son ciertos durante un largo período de tiempo en relación con un ciclo PWM, pero pueden ocurrir todo tipo de cosas interesantes durante un solo ciclo o una pequeña cantidad de ciclos.

Agregar un inductor permite el almacenamiento y el suavizado de energía: un controlador existente PUEDE "mejorarse" simplemente agregando un inductor y un diodo de retorno y tal vez una o 2 tapas de depósito dependiendo de lo que haya ahora, PERO el circuito de control existente puede tener un ajuste ( o no) debido a la respuesta modificada. Probablemente, en muchos casos, se usaría el hardware de nivel de potencia existente con L, C, D como requisito más un nuevo software o (posiblemente más fácilmente) un nuevo núcleo de control. Un controlador MPPT necesita costar un poco más de lo que hay ahora. La fijación de precios a menudo está controlada por los factores "porque podemos" y "porque ellos no pueden".

Tener el interruptor en serie (probablemente MOSFET) en lineal o resistivo ayudaría a mejorar el comportamiento a expensas de la disipación de energía en el interruptor. El tamaño del disipador de calor es incierto, ya que solo se puede ver desde el final, pero parece sustancial. Si el interruptor se ejecuta como una resistencia, entonces PODRÍA configurarse para operar una alimentación de corriente constante a la batería. Si lo desea, esto solo se puede hacer en el modo de espera donde la corriente es baja. por ejemplo, en Panle V_light) la carga es de 17 V y la retención de Vbat es de 12,6 V e Itrickle es de 100 mA, entonces la disipación en un FET en este modo es P = V x I = (17 - 12,6) * 0,1 = 0,44 vatios = mínimo. Si pudiera hundir, digamos, 5 vatios y necesitara proporcionar corriente de 18 V a 12 V, podría tener I = W/V = 5/(18-12) =~~ 800 mA.

El uso de PWM de encendido/apagado no es ideal y conducirá a formas de onda similares a las mostradas por Arik en su segunda edición. La magnitud de los picos dependerá de la cantidad de capacitancia presente ANTES del interruptor, en menor medida de la capacitancia después del interruptor, la resistencia del cableado (y hasta cierto punto la inductancia) y las características de la batería y el estado de carga y, lo que es más importante, la frecuencia PWM. . Arik ha mostrado las señales como cambios escalonados en los límites de conmutación seguidos de rampas lineales. Esperaría que los cambios de paso se modificaran por el efecto de las capacitancias y las rampas lineales para reducirse a puntos planos de estado más o menos estable a medida que el tiempo de encendido o apagado de PWM se hizo largo en relación con la batería y el panel fotovoltaico estableciéndose en estado estable bajo las condiciones dadas .

No muestro un condensador en el panel fotovoltaico en mi esquema de esquema a continuación, pero si hay uno, entonces el panel fotovoltaico girará más lentamente y se puede mantener cerca de un voltaje constante más de cerca. Esto limitaría los picos y excursiones más objetables que muestra Arik.

Además, una batería ideal puede mostrar condiciones de cambio de paso y "estado estacionario instantáneo" como se sugiere, pero es probable que en la vida real obtenga respuestas más complejas: un osciloscopio sería su amigo aquí.

Respuesta original : útil pero no lo que se solicitó.

Es muy probable que el diagrama de su circuito sea incorrecto y que los controladores PWM simples sean convertidores Buck, como se muestra a continuación.

En teoría, la inductancia del cableado podría usarse, pero en la práctica es demasiado pequeña para usarla en convertidores prácticos. La frecuencia de resonancia no es el factor crítico. En resonancia, Vcap oscilaría 'ampliamente'. Lo que se requiere es un inductor tal que delta V sea pequeño durante el ciclo de encendido, quizás 1V pp e idealmente mucho menos. El uso de inductancia de cableado probablemente requeriría una conmutación de rango de MHz y probablemente produciría situaciones de RFI de baja eficiencia mal definidas.

Con un controlador adecuado, dicho circuito puede proporcionar corriente constante o limitación de corriente o salida controlada por voltaje.

D1 suele ser un diodo Schottky o un interruptor FET controlado sincrónicamente.

Tenga en cuenta que los controladores MPPT son más caros porque escanean activamente la curva IV con frecuencia para determinar el MPP a medida que cambia de un momento a otro. Para esto, necesitan un microcontrolador, etc., para variar la impedancia mostrada a las celdas solares mientras realiza el escaneo, para determinar el MPP y mantener el sistema en el MPP entre escaneos. También contienen un PS de conmutación de alta eficiencia para generar el voltaje y la corriente de carga requeridos desde el MPP. El controlador debe ser un dispositivo de tres etapas que produzca voltajes y corrientes a granel, de saturación y de flotación, otra tarea para la MCU. Esto es mucho más sofisticado (o al menos más complicado) que el controlador PWM habitual. Los controladores MPPT no son significativamente más caros que los controladores de carga inteligentes. Por ejemplo (de Amazon), el cargador inteligente Promariner de 20 amperios con alimentación de red cuesta $158,58;

El regulador lineal se carga de manera eficiente cuando la batería no está completamente cargada. A medida que la batería alcanza la carga completa, la corriente disminuye linealmente a medida que aumenta el voltaje fotovoltaico, esta vez el regulador lineal reduce su eficiencia. solo manténgalos frescos y siempre funcionará mejor, la carga suave y lineal es lo mejor.