Buck za malu fotonaponsku elektranu...

Nije baš tako jednostavno...
Realni kalem ima još nekoliko parazitnih osobina. To su na primer:
- termogena otpornost žice, koja je jedina parazitna veličina kod toka "čiste" DC struje kroz kalem, i tada jezgro vše nije od značaja, kao ni induktivitet. Termogena otpornost ima pad napona na krajevima, koji zavisi od struje. Termogena otpornost zavisi i od temperature. Na termogenoj otpornosti gubici (toplotni) kvadratno rastu sa porastom struje.
- parazitne kapacitivnosti u samom namotaju, koje se mogu izraziti prividnim paralelnim kondenzatorom. Taj kondenzator će pri nekim visokim frekvencijama stupiti u rezonansu sa samim kalemom... Do nekih frekvencija će se kalem ponašati kao induktivnost, u centru rezonanse kao termogena otpornost, a iznad te frekvencije pretežno kao kondenzator.
- parazitne kapacitivnosti prema okolini i (ili) prema jezgru. Kroz te kapacitivnosti se ka okolini šire smetnje koje rastu sa frekvencijom. Kod pravougaonoh talasnih oblika postoji čitav niz viših harmoničnih frekvencija koje se šire ka okolini upravo kroz te kapacitete.
- rasipni induktivitet. Deo magnetskih silnica ne obuvata ni kalem koji ih je proizveo, pa se jedan deo reaktivne energije ne vrati u njega samog. Sprega kalema sa samim sobom je manja od jedan.
- kod kalema sa jezgrom permeabilnost koja zavisi od: temperature, amplitude i frekvencije polja. Onda saturacija jezgra, koercitivna sile, histerezisni gubici, nelinearnost magnećenja i td... Tj. tvoj kalem će imati različitu induktivnost pri različitim: strujama, temperaturama, frekvencijama... Kod frekvencija reda 50-tak KHz ti je pretežno bitna amplitudbna permeabilnost storage jezgra i nivo saturacije (maksimalni broj ampernavoja). Naravno, btna ti je i što manja Rac i Rdc, to jest motanje što većim efektivnim presekom žice.

U principu si u pravu za određen bandwith u kom je neki kalem zadovoljavajuće dobar...



Sa aspekta samog drajver trafoa, elektronika ispred, koja ga snabdeva strujom bude njegov drajver. Ona treba da ima ciljanu unutrašnju otpornost, posmatrana kao naponski generator ispred trafoa.



Mnogo je pitanja, ali nigde nisam ni rekao da ne možeš direktno pobudti gejt bez trafoa. Samo sam ti ponudio zgodno rešenje koje te lišava "ground loops" jer je upravljanje galvanski rastavljeno i primenljivo na mnogim mestima i u ogromnom rasponu napajanja sa solidnom uštedom energije. Ujedno ti nudi merenje bez "shunt" otpornika koji puno discipira, već jedno neuobičajeno rešenje sa strujnim transformatorom.

Ako želiš upravljati direktno P mosfetom, a pri tom kvalitetno, onda se to radi na način koji ćeš videti u prilogu.
To je samo jedan od mnogobrojnih načina. Ovim načinom je zadovoljena fleksibilnost za veliki raspon napajanja, a pri tom "čvrsto" upravljanje gejtom. Može se upotrebiti i neki od IC koji su high-side mosfet driver, ali tada je vrlo poželjno da ti buck radi u CCM modu.

Pozz

Izvini drugar,

U brzini sam slučajno prevrnuo diodu D2. Evo ispravke u prilogu.

hehe

temeljnost i volja. mom malom sinu pričam da su to važnije čovekove osobine.

hvala na odgovorima još jednom.

evo talasnog oblika na izlazu tvog drajver trafoa. unapred da upozorim ostale da ne primam primedbe na izvedbu :)

Baš si fino to napravio i upravo vidiš loš primer trafoa sa premalim permeabilitetom jezgra.

Zaravan impulsa ti je veoma zakošena i imaš malo nekih zmijica po talasnom obliku.
To je sve posledica niskog Al jezgra, tj. premale induktivnosti namotaja. Reaktivna energija je prevelika u odnosu na aktivnu.
Taj drajver trafo iz ATX nema neki Bog zna kakav permeabilitet jer je od materijala nalik N27.
Toroid R16 ili R20 od materijala: N30, T38, K10000 i slično, ima skoro tri puta veći Al. Toroidi su zatvorene strukture bez procepa (osim ovih za storage, koji imaju distribuiran procep, kao ono čuveno žuto-belo).

Pitao si pre nekog vremna gde da nađeš toroid za te svrhe, a iz nekog polovnog uređaja.
U nekim od tih ATX napajanja je na ulazu za 220V bio takav toroid, kao common mode filter, namotan sa duplom obučenom žicom.
Taj može drastično bolje da radi nego taj EI16 ili šta već. Taj toroid iz ATX (ako ga ima) je od materijala koji je veoma nalik materijalu T38.

Probaj na nekom toroidu iz mrežnog EMI filtera, ako iščeprkaš takav.
Zaravan treba da je jedva primetno zakošena, nikako toliko.

Pozz



<sub>[Ovu poruku je menjao macolakg dana 15.11.2016. u 18:24 GMT+1]

[Ovu poruku je menjao macolakg dana 15.11.2016. u 18:30 GMT+1]</sub>

Što se tiče primedbe na izvedbu, da sam drugačije pravio prototipove do sada ne bih napravio ni četvrtinu onog što jesam.

Mora se tako ako se misli brzo razvijati nešto.

Pogledaj fotku radionice maestra Jim Williams-a. On je bio tata nad tatama.

Ko ti da zamerku samo mu pokaži ovu fotku :-)

_{[Ovu poruku je menjao macolakg dana 15.11.2016. u 18:22 GMT+1]}

vidi se odmah da je u pitanju dobar čovek :)

http://m.eet.com/media/1180897/birdl.jpg

da li mu radi ovaj elektronski barometar ? dizajn je više nego cool :)





inače, sastavio sam buck i radi čini mi se mnogo "tečnije" odnosno ima mnogo bolji odziv od nekih mojih ranijih koncepcija bucka.
nisam imao vremena da ga ozbiljnije opteretim, ali probao sam ulazni napon 100VDC , a izlaz 24VDC sa vučom 0,6A i posle 10 min samo je mlaka zavojnica. fetovi i diode ladne ko zmija. sutra probamo ozbiljno opterećenje...

primedba za AI jezgra stoji, ali ovo je bilo samo za probu. sutra stiže original torus, a mislim da imam taj materija koji navodiš - protiv EMI smetnji iz napajanja.... taj što je namotan 1:1 sa obučenom žicom... imam u furdi 150ak napajanja... mora imati to negde.... misim da sam video na nekim brand name računarskim napajanjima.

Kaže se: "hladan kao taština duša" :-)

Malo off u sećanje na jednog od najvećih analognih gurua na ovoj planeti - Jim Williams-a.

https://en.wikipedia.org/wiki/Jim_Williams_(analog_designer)

Bilo čega da se dohvatiš od literature koju je on napisao, nećeš pogrešiti i nešto korisno ćeš naučiti.

Evo ovde se može pročitati mnogo njegovih radova:
http://www.linear.com/designtools/app_notes.php

I ovde:
http://web.mit.edu/klund/www/jw/jw-nsc.html
https://archive.org/stream/Nat...Handbook1994#page/n23/mode/1up


Nesumnjivo predobar čovek je bio i vrhunski analogni dizajner.

Prethodno je radio u National-u dok ga nije "pokupio" LT. U obe firme je ostavio mnogo vrhunskih rešenja.
Pristup problemu mu je bio poseban i pun nadahnuća, a uz to i veoma duhovit.

Veliki lik je bio.

@macolakg


da li može to da bude ovaj torus sa ulaza?

13mm je prečnik i sa napajanja od laptopa je.

Moze i taj zeleni torus, to je isto visokopermanetno jezgro, u tom ispravljacu je bio u ulozi CM filtera.
Posto imas RLC metar, mozes da uporedis razlicita jezgra, namotas 10 navoja pa vidis koliko induktivnosti dobijas, veca induktivnost = veca permabilnost jezgra.

---

Miki, na nekom plavom jezgu prčnika 25 mm sa 11 navoja sam dobijo 1mH. Šta je to?

---

@branko tod
Lici da je to takodje jezgro sa visokim permabilitetom, onako orijentaciono sa tih 11 navoja na zuto-belom torusu bi dobio oko 50uH sto je daleko manje od 1mH koje si izmerio.
Koji je tacno materijal ne mogu da kazem, moras uporediti sa poznatim materijalima i jezgrima slicnih gabarita.

---

Baš je visoka vrednost, i prlično sam se začudio. Ja sam očekivao max 100uH.

---

Ja sam sa 15-ak na torusu dobijao pa jedno 4mH, samo sto je bilo VAC Vitroperm jezgro u pitanju :) Njemu jedan navoj kroz torus ima 100uH, provuces pipalice od RLC metra i on pokaze toliko, mozes misliti koje induktivnosti ili struje tu moze da kuva, strasno :)
Zato je dobro da se poznaju ti materijali, a VAC ima najbolje trenutno, svemisrki brod!

---

Branko,

Najverovatnije je ili T38(Epcos) ili K10000(Kaschke).
Pri tako maloj pobudi, kakva je iz RLC metra, inicijalna permeabilnost (Al) je nešto niža od one koja je data u DS.
Ujedno na sobnoj temperaturi je to tih realnih 8.2exp-6.

Inače, izraz za inicijalnu permeabilnost je Al[H]=L[H]/N^2

Merenja koja se daju u DS su obično izvedena pri 0.25T i na 10KHz, u opsegu temperatura od -60*C do Kiri tačke.

Evo DS u prilogu od T38 na primer.

Pozdrav

skockao sam macolin buck na metalnu kocku hadnjak 8x8x8. slike sutra.
baš je prava kockica. opteretih ga sa 3A sa strane 28V , ulaz 60V i posle 10ak minuta - merim fetovi 40C , zavojnica 70C.

reko ja sam nešto zahe8o 100%, pa pregledah stvar i primetim da sam umesto irfp250 stavio irfp4xx. razlika u Rds(on) 10x veći u odnosu na one koje je macola naveo.
... pa sam krenuo da se bištem šta imam od tih N fetova sa malim otporom i bar 100Vgs i nađem neke irlb4030. otpor im je mali ali su TTL fetovi.
ima li potrebe da premotam drajver trafo u sekundaru, tako da umesto 22 namottaja (12V) skratim na 9 namotaja (5V) da ne bi oštetio ove fetove ?

pozdrav svima.

<sub>[Ovu poruku je menjao cukovanny dana 16.11.2016. u 23:32 GMT+1]

[Ovu poruku je menjao cukovanny dana 16.11.2016. u 23:33 GMT+1]</sub>

Nema potrebe. IRLB4030 toleriše +-16V na gejtu.

Pozdrav Kolegama.

Par pitanja, redom:

- Da li je potrebna dioda na spoju fotopanela i BUCKA (polarisana od panela ka buck-u) na Macolinoj prvoj šemi?
- Da li je potrebna dioda od buck-a ka akumulatorima?
- Da li je potrebno zaštitno kolo (limiter 12V), u kolu gejt-sors, na Macolinoj šemi sa P-ch mosfetom?
- Ako pretpostavimo da nema napona aku (podnaponska zaštita isključila aku), kako bi startovao buck-o?
- Može li se, paralelno zamajnim diodama dodati mosfet (u cilju poboljšanja efikasnosti)? Kako bi se napajao njegov gejt u vreme kad ne vode prekidači?

Milan.
PS: Zahvaljujem Macoli na lepim elektronskim rešenjima i strpljivom objašnjavanju principa rada istih.

biću slobodan da na osnovu iskustva , a manje na naučnoj bazi odgovorim na pitanja:





obično je stavljaju u klamping kontrolerima, jer gledano sa strane razlike potencijala, predveče i po noći kad napon ćelija padne ispod napona baterija - postoji mogućnost da poteče struja od baterija ka ćelijama. u slučaju našeg bucka mislim da nema potrebe. inače, nikad u praksi nisam izmerio tu "noćnu" struju, a imam dosta prakse sa fn.





mislim da ne. nema svrhe. ako fetovi probiju, svejedno će akumulatori da "duvaju". tu treba ozbiljnija zaštita. ja sebi stavljam "crowbar" zaštitu , ali sa strane ulaza (fotonapona), pa ako napon na izlazu pređe, recimo 15V (za sistem 12V), zenerka 15V provede i aktivira tiristor koji izgori osigurač na ulazu fn-a u buck.





na svim živim smpsovima koje sam popravljao, a nije odvojeno galvanski okidanje (kao na ovoj šemi) - izmeu gatea i sourcea ide 12-15V zener i u paraleli 1k/4k7/10k.





ovaj buck treba biti podskup integrisanog sistema sa MCU koji će da kontroliše takve stvari, a ne bi bio loše naći neko jednostavno rešenje napajanja sg3525 i sa fn ćelija paralelno uz napajanje sa baterija. postoje jednostavni za izvedbu svičeri koji idu do 100V ulaza, a daju male struje na izlazu - do 1A. ima ih raznih : TOPxxxYAI, LTxxx .... mislim da je linear jako dobar i sa jako malo spoljašnjih komponenata. www.linear.com
PS ovaj buck u mirnom stanju bez ulaznog napona vuče oko ~200mA, a u radu ispod ~60mA. govorim o potrošnji samog kontrolerskog kola zajedno sa drajverom.





može. u tom slučaju diode lete napolje, a rad tog feta morao bi se sinhronizovati sa radom glavnih fetova.
mislim da bi to rešenje još malo povećalo kkd ovog bucka jer nebi bilo pada napopna na diodi (oko 0.2V).


pozz

<sub>[Ovu poruku je menjao cukovanny dana 17.11.2016. u 09:33 GMT+1]

[Ovu poruku je menjao cukovanny dana 17.11.2016. u 09:52 GMT+1]</sub>

osim ovog gorenjeg, ukazala mi se prilika da pametujem :)

želim da pomenem jednu pojavu koju sam primetio međ vaskolikim amaterskim i polu profi izvođenjima fotonaponskih elektrana : gomila tehničara, ali i poneki inženjer ne razlikuju clamping mode od pretvaračkog moda rada tzv solarnih regulatora! ovo drugo, može imati i mppt - glomazno ime za smps sa kontrolom vuče struje sa ćelija.

aj ispočetka: clamping solarni regulatori, samo im ime kaže (a to su oni koji na aliexpresu koštaju ispod 80$) nezavisno od snage i izvedbe jednostavno prespajaju fn panele na bateriju , mereći napon baterija/e i vodeći računa da on ne pređe max dozvoljeni. u slučaju baterija 12V, zavisno od tipa baterija to je od 13.8V do 14.7V. da, da , nisam pogrešio 14.7V. u slučaju sistema 24V, to je do 29V ... itd...

eh sad, klapingom smanjujete snagu svog sistema na proizvod napona vaših baterija x struja pojedinačnog panela. šta to znači ?
ako imate ćeliju 42V/4.6A , znači ~200W, a zakačite je na klamping regulator na bateriju 12V. to znači da ste od svog panela napravili panel od ~56W.
otuda čuđenje mnogih vikendaša koji imaju panel 200W , a "... radi im lošije od onog komšije što ima malu ćeliju..."
... eee to je zato što je komšija potrošio više para na regulator nego na ćeliju (čitaj : ima smps regulator).

iz čitavog teksta sledi preporuka: uvek gledajte ako ste laik da li u regulatoru koji vam nude ima debela špulna bakarne žice! ako nema, zaobiđite situaciju...

eto. ako me se za dan bezbednosti sete ... sete , ako ne , to je bila moja dužnost da kažem.

Vidim da se tema lepo razvija i naravno (Miki) da su mi poznata rešenja sa veoma visokim KKD.
Međutim, cukovanny je početnik i njemu je vaćnije da uspešno proradi i ne greje. A mislim da je nešto pogrešio u ciframa oko potrošnje drajvera. To ne sme ni u kom slučaju konzumirati više od 60-70mA, koji se naravno uzimaju iz 28V aku.

Evo nekog teksta za cukovanny:

@cukovanny,

Nešto ti tu nije u redu sa pomenutim ciframa.

Taj buck kog sam edukativno priložio ne bi smeo na "leru" da troši 200mA!? Tu nešto ne valja ili si pogrešno merio.
Mada mi se pre čini da si nešto pogrešno izmerio.

Diskretna verzija koju si pravio ima interesantnu osobinu vremenskog ograničenja trajanja impulsa, nezavisno od toga da li je MCU zabagovao i da mu je jedan od izlaza ostao na stanju 1. To rešava vrednost RC članova ka gejtovima gornjih mosfeta u drajverskom sklopu pre drajver trafoa. Veličinom tog RC se može namestiti neka vrsta hardverskog WDT koji će u slučaju zaglavljivanja MCU na pri stanju 1 na jednom od pwm izlaza, jednostavno posle nekog vremena isključiti postojeći impuls.
Ujedno je posliužila tome da nešto korisno naučiš analizirajući to što praviš.

Sada, kada si već probao diskretnu verziju, i naučio mnogo toga za kratko vreme, evo ti pojednostavljene i efikasnije verzije kad nabaviš drajverske čipove.
Rešenje je krajnje jednostavno i imaš ga u prilogu (TC427 možeš koristiti umesto tog diskretnog sklopa ispred trafoa, direktno sa onim vrednostima sa šeme, doduše ima samo dva otpornika i decoupling kondove na napajanju).

Pažnja!!!
Radi se o edukacionom obliku kompletne šeme, odakle možeš koristiti principe, i da razumeš o čemu treba voditi računa, a konkretne vrednosti moraš izračunati.
Ujedno sam dao odgovore i Milanu iz Obrenovca.

Objašnjenje detalja sklopa:

- Kontrola na panelu ima bleeder sklop koji služi tome da ograniči maksimalni napon panela kada su aku puni a sunce je veoma jako. Tada buck ne troši ka aku, a ta situacija se može dogoditi. Najjednostavnije je tako sa darlingtorn BJT i običnom zenericom koja ima neki prag maksimalnog napona. Power BJT s smešta na hladnjak a R8 preuzima veći deo discipacije. Kontra dioda na R8 je ako je on induktivnog karaktera (žičani R).

- NMOS M3 služi da se pomoću MCU može isključiti panel sa linije ukoliko je njegov napon manji od Vbatt. Jednostavna preventivna mera ako se želi odvajanje panela u tim situacijama.

- Opcioni strujni transformator, kog je uvek moguće izvesti u dvofaznim buck aplikacijama, kojima su simetrični impulsi i pomereni za 180* (PP upravljanje), služi merenju DC struje na jevtin i nediscipativan način. Kod jednofaznog buck se mora koristiti DCCT ili Shunt. Prvi je skup i zahteva napajanje elektronike u njemu. a drugi discipira.

- Opcioni sinhroni ispravljač koji može zameniti zamajne diode i uvećati efikasnost buck. Kod ovoga treba biti oprezan jer kada je pwm zadatak manji od potrebnog, onda sinhroni buck odmah radi kao sinhroni boost i pumpa napon na Cbulk. Ujedno pri pwm=0 oba sinhrona ispravljača postaju kratak spoj za aku, kroz storage zavojnice. Zato se uvodi ograničenja trajanja impulsa diferencijatorskim RC članovima ispred invertujućeg drajvera TC426. Onda u slučaju pwm=0 oba donja mosfeta se isključuju za kratko vreme definisano sa WDT RC članom. Drugi RC član je neophodni deadtime protiv uzdužnog provođenja polumostova. Kada su samo zamajne diode upotrebljene onda nema tih problema, ali ima neke discipacije na njima. Pad napona zamajnih brzih dioda je tipično 0.9V. Pri 15A izlazne struje, pojedinačna dioda može discipirati oko 7W, ne više, a to i nije neki poseban gubitak pri 400+W koje očekuješ na izlazu.
Bez sinhronog ispravljanja je daleko jednostavnije i ima manje problema.
Sinhrona ispravljanja se retko kad koriste iznad 10-15V jer naglo rastu gubici u inače prirodno jako lošim body diodama bilo kog mosfeta. Čak i najnoviji i veoma napredni imaju dosta lošiju body diodu od sasvim prosečne ultrafast Si diode.

- Tri izlazne konfiguracije: interleaved dvofazni buck, o kom treba da počitaš i zaključiš prednosti-mane.
Klasičan dvofazni buck, sa dve storage zavojnice, opet da pročitaš o tome, i ZCT (zero current transition) dvofazni buck, po rešenju Dragana Maksimovića i Milana Ilića, rešenje povoljno za velike snage i rad sa sporijim IGBT.
Biće literature u prilogu.
Treba malo da proučiš sva tri oblika dvofaznih buck, a veruj mi bićeš zadovoljan naučenim.

- N mosfeti imaju generalno bolje performanse od P mosfeta. Imaju manji umnožak Qg x Rds_on. Jednostavno su efikasniji za SMPS aplikacije. Korišćenje Pmos je kompromis ekonomskog tipa kada se želi uštedeti na drajverima a po cenu manje efikasnosti.

Inače, rešenja je bezbroj i za vrlo optimizovanu PV kaakteristiku fotonaponskih panela koriste se boost-buck topologije, ma kog tipa, od rezonantnih pa do Ćuk pretvarača. Hiljade ljudi su napisali masu radova o tome i takmiče se u postizanju što veće efikasnosti. To je u poslednje vreme izašlo na red veličina KKD od okvirnih 98+%.

Evo u prilogu literature od Ilića i Maksimovića, i bez obzira što se radi o sasvim drugačijoj napravi, ZCT princip je isti i ta je ideja odlična i radi takođe odlično.

Pozdrav