¿Usar un diodo o un MOSFET con una batería de respaldo?

Estoy utilizando electricidad doméstica de 12 V fuera de la red, con paneles solares y baterías de ocio. El controlador de carga se encuentra entre las baterías y la carga y, ocasionalmente, corta brevemente el circuito de carga debido a un sobrevoltaje (creo que cuando el refrigerador se apaga y el circuito del controlador no responde lo suficientemente rápido).

Estoy a punto de comenzar a ejecutar mi Raspberry Pi y claramente no quiero que experimente ninguna pérdida de energía en estas situaciones. Estoy pensando que puedo usar una pequeña batería SLA para proporcionar energía a través de cualquiera de estas caídas momentáneas, y usar un diodo para evitar que esto alimente otros circuitos al mismo tiempo, según el circuito superior en la imagen a continuación. ¿Es esto razonable?

Me gustaría minimizar cualquier pérdida en la que se pueda incurrir, y aunque los 0,5 W (2 A @ 5 V ~ 1 A @ 12 V con una caída de ~ 0,5 V) perdidos por el diodo no son enormes, si fuera posible reducir esto, entonces yo ¡Sé muy feliz! Al leer, parece que un MOSFET puede ofrecer una solución más eficiente. No sé casi nada sobre los MOSFET, por lo que esperaba que alguien pudiera decirme si sería posible algo similar al circuito inferior y, de ser así, más detalles sobre cómo debería implementarse, por ejemplo, qué tipo de MOSFET, etc.

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Para ser claros, la batería 'Solar' es en realidad las conexiones de salida de carga del controlador de carga MPPT (y por lo tanto también tiene todos los demás circuitos de carga conectados), la batería de respaldo sería un SLA de 1-2 Ah (solo lo necesito para cubrir la energía durante medio minuto más o menos), el regulador sería uno de conmutación para pasar de 12 V a 5 V, y los interruptores serían un interruptor DPST.

Todo lo que realmente pregunto es si hay una forma más eficiente de hacer esto que usar el diodo como se muestra. No tengo idea si un MOSFET realmente se puede usar de la manera que sugerí.

Gracias

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Realmente no me importa si ambos suministros están encendidos simultáneamente, o si la copia de seguridad solo se conecta si se corta el suministro principal, pero en esa situación me preocuparía si fue lo suficientemente rápido como para evitar que Pi sufriera. Además, si ambos están encendidos, ¿preveo que el suministro principal mantendrá cargada la batería de respaldo? (dado que tanto el principal como el de respaldo son ácido de plomo, ¿creo que esto debería estar bien?)

La demanda de Raspberry Pi no excederá los 15 W (que incluirán periféricos, etc.), aunque si tuviera capacidad, también tendría la energía de respaldo del monitor (<20 W) para poder apagar el Pi si es necesario. El recorte parece ser de hasta 10 segundos más o menos. 15 W por 10 s (más el excedente) parece mucho pedirle a un capacitor.

El controlador de carga corta la alimentación a 15 V, aunque su objetivo no es suministrar más de 14 V; como dije, creo que el pico se produce cuando el refrigerador se apaga, momento en el que de repente entran 40 W en el sistema sin ningún lugar a donde ir. creo que eso es lo que tendría que ser absorbido para evitar el corte. Eso parece mucho pedirle a los condensadores, particularmente porque necesitaría ser absorbido durante un par de segundos sin un aumento en el voltaje de más de 1V (ya que el equilibrio ya podría ser de 14V).

A decir verdad, no me sorprende que un MOSFET en la configuración que he mostrado no funcione. ¡Esa fue una suposición muy simplista de una idea!

Un problema que veo con el diodo es que cuando la energía solar no proporciona energía, entonces el suministro principal está a 12,8 V (desde entonces, el suministro 'solar' no se está cargando y solo se está conectando a las baterías de ocio), y así mi batería de respaldo... excepto que el suministro principal tiene esa pérdida de 0,5 V en el diodo, por lo que mi batería de respaldo hará todo el trabajo; ¿quizás la necesito para cambiar entre los dos suministros en lugar de tener el respaldo conectado permanentemente?

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No soy un experto en baterías de plomo ácido (ni MPPT), pero tenía un poco de sentido (después de haberlo pensado). No es que la batería en sí tenga 15 V, sino que se requieren 15 V para que acepte 4 A (dado que ya está en ~ 14 V). Estoy de acuerdo en que todavía parece un poco sorprendente. Sin embargo, se correlaciona un poco con lo que sucede en el otro extremo: cuando el panel solar solo es capaz de entregar, digamos, 1 A, entonces el voltaje del sistema se puede mantener en ~ 13,7 V, pero tan pronto como se enciende el refrigerador, consume 4 A, el voltaje del sistema cae a <13V instantáneamente (es decir, las baterías están "a" 13V). Debido a la latencia del MPPT, esto a veces sucede incluso cuando la energía solar puede producir más: el MPPT tarda un par de segundos en eliminar los 4A adicionales necesarios.

La indicación del problema es que el estéreo se apaga (y pierde mis preajustes... doh). En una ocasión llegué a tiempo al MPPT y en la pantalla se leía OV.

El MPPT es un EPSolar iTracer 45 (capaz de gestionar 600W/45A) acoplado a 2 paneles solares de 235W. Tengo 375Ah de baterías (nuevas). El sistema está cableado comoingrese la descripción de la imagen aquí

Su circuito MOSFET no funcionará. El MOSFET nunca se encenderá porque la puerta y la fuente están unidas. Para el tipo de MOSFET de potencia que usaría en esta aplicación, debe haber un voltaje distinto de cero entre la compuerta y la fuente para que se encienda. Para PMOS, la puerta debe estar más baja que la fuente para encender el MOSFET.
Entonces, ¿quiere un circuito selector de ruta de alimentación o una alternativa a una alimentación simple O usar diodos? ¿Están ambos suministros 'encendidos' al mismo tiempo y desea que ambos funcionen simultáneamente? ¿O desea que la batería solo se encienda cuando el voltaje de entrada solar caiga por debajo de cierto punto y la unidad de batería se encienda o se le permita alimentar el sistema?
Otra pregunta es el tipo de sobretensión que se produce: ¿Cuánta energía hay en ese pico? Si solo es pequeño, puede resolver este problema fácilmente con un montón de condensadores.
OK, borré mi respuesta. Entonces, según tengo entendido, el problema es que el controlador de carga desconecta la carga de la batería durante 10 segundos cuando el motor del refrigerador se apaga. Te sugiero que investigues eso más detenidamente. Usted dice que se debe a una sobretensión, pero eso no tiene exactamente sentido. Tienes que descargar mucha corriente en una batería para que llegue a más de 15V. Realmente no suena ni parece un comportamiento correcto. Creo que debe proporcionar tantos detalles sobre su sistema como sea posible. Todos los números de pieza, diagrama preciso, etc. Especialmente MPPT y batería.

Respuestas (1)

Al leer mi confiable Art of Electronics 3rd Edition, encontré una respuesta digna para ti.

Usando un IC como el Intersil ICL7673 con dos MOSFET de canal P externos (en lugar de los BJT PNP que se muestran en el diagrama de circuito para "respaldo de batería de alta corriente", página 6), puede dejar que el controlador produzca las señales correctas para controlar los PFET y haga la selección de la ruta de alimentación por usted.

la entrada P es el suministro primario, la entrada S es la entrada del suministro secundario.

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Mmm. Habrá que investigar esto. Supongo que hay un pequeño error en el sentido de que el 'suministro de respaldo de 3 V' se refiere a la batería que se muestra y que el riel de entrada donde está el texto es en realidad el -ve del suministro principal. ¿Funcionaría este circuito con el suministro de respaldo y el suministro principal siendo ambos de 12V? ¿Y creo que este circuito me deja a mí asegurarme de que la copia de seguridad permanezca cargada?
@Joseph Estoy de acuerdo en que el diagrama es un poco extraño, pero sí, el terminal de entrada "suministro de respaldo de 3 V" es el terminal -ve del suministro principal, y el símbolo de la batería que se muestra es la batería de respaldo real, entrando en la entrada "Vs" del CI. Las entradas Vp y Vs son entradas de "sentido" en este caso, y la lógica en el IC es simplemente si P> S, use P, de lo contrario use S. Por 'usar' quiero decir que emite una señal en P- y S- pines para controlar los BJT/MOSFET del canal P como se muestra. Depende de usted asegurarse de que la batería esté cargada.
Gracias, definitivamente investigaré esto. Se sentirá un poco más satisfactorio que la solución de diodo simple.