Moin zusammen, ich entwickle gerade einen Open Source MPPT Solar-Laderegler (Buck converter). Um den Rückstrom in die Batterie bei wenig Licht bzw. in der Nacht zu verhindern, ist ein zusäzlicher MOSFET vor dem HS-FET anders herum verbaut, der auch über den Halb-Brücken-Treiber geschaltet wird. Nun kam mir die Idee, dass man den ohnehin vorhandenen gedreht verbauten MOSFET auf der Eingangs-Seite auch als Verpolschutz für das Solar-Panel nutzen könnte. Die Schaltung ist angehängt. Würde mich freuen, dazu eure Meinung zu hören. Der zusätzliche PMOS Q7 soll verhindern, dass die negative Spannung bei verpoltem Modul am HS FET bzw. am MOSFET-Treiber anliegt. D1 sorgt dafür, dass Q3 nicht bei jedem Schaltvorgang wieder ausgeschaltet wird. D2 verhindert, dass Vgs von Q7 >20V sieht (z.B. beim Anklemmen der Batterie oder der Solarzelle). Folgende mögliche Probleme sehe ich: 1. Bleibt Q3 dauerhaft an, damit die Eingangs-Kondensatoren nachgeladen werden, während Q1 aus ist? Deshalb hatte ich C13 hinzugefügt, dessen Wert ich ggf. nochmal überdenken muss. 2. Startverhalten: Könnte Q3 ggf. zu lange im Linearbetrieb bleiben? Wie kann man ein sinnvolles Startverhalten realisieren? 3. Verpolschutz wird bei voll geladener 24V-Batterie nur bis ca. 45V am Solar-Panel funktionieren, da die IRFR3607 maximal 75V können. Das könnte im Winter knapp werden bei einem großen 72-zelligen Modul. Spricht sonst irgendetwas prinzipiell gegen die Schaltung, oder sollte ich es mal auf einen Versuch ankommen lassen und die Platine fertigstellen? Noch ein paar mehr Infos: - Schaltfrequenz: 100 kHz - Qg der IRFR3607 ist 84 nC - Max. Ausgangsstrom: 12 A Falls etwas gegen die Schaltung spricht: Was würdet ihr alternativ als Verpolschutz am Eingang vorschlagen? Habe mal Lösungen mit einer Diode gesehen, die das Solar-Panel dann einfach kurzsschließt. Aber Dioden, die 10A aushalten, sind leider relativ groß. Außerdem ist der MOSFET ohnehin vorhanden. Und wo wir gerade beim Thema Verpolschutz sind. Auf der Ausgangsseite hatte ich ursprünglich noch eine Schottky-Diode vorgesehen, um die Sicherung möglichst schnell auszulösen. Die habe ich jetzt weg gelassen, in der Hoffnung, dass der Strom-Anstieg auch durch die Body-Diode und die Drossel schnell genug ist. Spricht hier etwas dagegen? Die Drossel geht bei 18A in Sättigung, was bei 12V nach 33µs erreicht sein müsste. Besten Dank schonmal und viele Grüße Martin
Angehängte Dateien:
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Solar_Buck_Converter.PNG
11 KB
Der Verpolschutz ist doch schon durch die Halbbrücke im step-down-Wandler gegeben. Die beiden Body-Dioden würden eine falsch angeschlossene Solarzelle kurzschließen. Eine Solarzelle kurzschließen ist auch kein Problem, die ganzen einfachen Laderegler machen das zum Abschalten der Ladung.
Ben B. schrieb: > Der Verpolschutz ist doch schon durch die Halbbrücke im > step-down-Wandler gegeben. Die beiden Body-Dioden würden eine falsch > angeschlossene Solarzelle kurzschließen. Ja, so WÄRE es, wenn er nicht den zusätzlichen Mosfet bräuchte, um ein Entladen des Akkus in die Zelle zu verhindern... Er hat als erstes das Problem des Entladens des Akkus, und bei dessen Lösung fehlt nun der Verpolschutz der Zelle...
Der Verpolschutz durch die Halbbrücke würde funktionieren, solange noch keine Batterie angeschlossen ist. Mit angeschlossener Batterie führt selbst ein Kurzschluss an der Eingangsseite zum Kurzschluss der Batterie (ohne Q3). Allerdings haben wir am Eingang Elektrolyt-Kondensatoren, die auch nicht verpolt werden dürfen. Habe aber gerade selbst festgestellt, dass zumindest das Startverhalten kein Problem sein sollte. Der FET Q3 ist ja so geschaltet, dass im Normalfall die Body-Diode trotzdem leitet, auch wenn der FET noch nicht eingeschaltet ist. Ein Linarbetrieb findet also nicht statt. Allerdings dürfte C13 ein Problem für den Verpolschutz darstellen, da er das Gate kurzzeitig auf hohem Potential hält, während das Source-Potential ins Negative geht. Damit würde Q3 (kurzzeitig) durchschalten. Wäre es sinnvoll, statt C13 einen Kondensator parallel zu R7 zu schalten, der dann das Gate mit runterzieht im Falle der Verpolung?
Den Verpolschutz kann man auch einfach durch eine fette Diode am Eingang realisieren, die bei Bedarf (Falschpolung) leitend wird. Dabei wird die Solarzelle folgenlos kurzgeschlossen, egal was hinter Q3 noch alles passiert.
Oder direkt an die Solarklemmen dieser Schaltung noch folgende Schaltung einfügen: http://www.elv.de/elektronikwissen/verpolungsschutz-mit-mosfet.html Die Leerlaufspannung sollte der PMOS natürlich abkönnen.
Fette Diode quer ist besser als Transistor in Reihe, hat man keinen Wirkungsgradverlust im Betrieb. Man kann sich ja aus nem Transistor und ner Diode ne Leistungsdiode bauen.
@Ben B: Die fette Diode hatte ich auch schon angedacht. Nimmt aber sehr viel Platz ein. Als SMD habe ich gar keine gefunden, die 10A abkann. Außerdem habe ich dann an den Kondensatoren trotzdem die negative Vorwärtsspannung der Diode anliegen. @Basti: Den zusätzlichen Leistungs-PMOS möchte ich gern vermeiden. Deshalb die Idee, den ohnehin vorhandenen NMOS zu nehmen. @Sascha: Gute Idee, statt der quer einebauten Diode einen Transistor zu nehmen. Die können ja auch als SMD-Bauteile locker genug Strom aushalten. Aber trotzdem hoffe ich, dass ich mit der obigen Schaltung (wenn sie zuverlässig funktioniert) noch preiswerter und mit weniger Platzbedarf dabei bin...
@ Martin in kleinen Leistungen habe ich ähnliches schon gebaut: https://sebastianfoerster86.wordpress.com/2016/01/02/attiny13-solar-cell-charger-hardware/ Ich hatte nur nicht die selben Ansprüche wie du. Das durch Q3 die Batterie kurzgeschlossen werden kann, wird sicher etwas kniffelig aber nicht unlösbar. Ich finde die Anordnung deiner Messshunts nicht ganz nachvollziehbar... Wieso R8 nicht in die Halbbrücke bringen? Und R9 kann dann Lade- und Entladestrom der Batterie messen. Für MPPT solltest du IMO die Parameter der Solarzelle so unverfälscht wie möglich messen. Bei R8 ist der Wirkungsgrad des Schaltreglers wieder mit im Spiel... oder ist das Absicht? VG Basti
Basti, danke für den Link. Da ich auch einen ATtiny nehmen werde (allerdings 861A), werde ich mir auch deine Software mal anschauen. R8 ist doch quasi in der Halbbrücke, nur hinter den Ausgangs-Kondensatoren. Dachte mir, dass ich damit direkt einen etwas besser geglätteten Stromverlauf bekomme. Falls ich den Shunt zwischen Source am LS-FET und Ausgangs-Kondensator setze, messe ich ja den vollen Strom-Ripple. Oder wäre es aus deiner Sicht besser, die Mess-Spannung vor dem ADC entsprechend zu filtern, statt den Shunt hinter den Kondensator zu setzen? Oder sollte man die Strom-Messung mit dem PWM-Signal synchronisieren und zu einem bestimmten Zeitpunkt messen? Für die MPPT-Regelung müsste es meiner Meinung nach egal sein, wo man misst. Es soll ja nur Spannung * Strom maximiert werden. Nur der Last-Strom (durch R9) darf nicht überlagert werden. Aber der wird deshalb auch direkt am Batterie-Anschluss hinter dem Shunt am Ausgang des DCDC gemessen. Oder verstehe ich deinen Einwand nicht ganz?
Warnung: Ich habe mich nicht wissenschaftlich mit der Materie auseinander gesetzt. Es ist also als Bastelei zu betrachten! Du hast den Strom nicht nur bei R8 geglättet sondern auch schon "gewandelt". Sonst hättest du ja keine Batterieladespannung an C4. Was ja Sinn der Schaltung ist. Das heißt, es ist eine zusätzliche Nichtlinearität in der Regelung des MPPTs. Gut? IMO eher nicht... Daher habe ich den Timer der FETs mit dem ADC synchronisiert und messe direkt in dem Brückenzweig. Sieh einfach so viel wie möglich Kombinationsmöglichkeiten in der Schaltung vor, um ein paare weitere Dinge auszuprobieren! Es wird sicher nicht gleich perfekt laufen... Wäre schön, wenn du dich mal auf meinem Blog mit den gesammelten Erfahrungen zurückmelden würdest. Ich wollte die gezeigte Schaltung auch noch weiter optimieren, auch wenn die Leistungsklassen bei uns stark auseinander driften. VG Basti
Bei meinem Selbstbau-Wechselrichter wird auf maximale Solarleistung geregelt, weil die einfacher zu messen war als die AC-Leistung. Der Unterschied zwischen maximaler Solar- und maximaler Ausgangsleistung wird wenn überhaupt auch nur wenige Watt betragen und war mir egal. Eine dicke Schottky-Diode legt im Verpolschutz-Fall evtl. 0,3V negativ an die Elkos. Das können die ab und man sollte evtl. auch nicht erst nach Stunden merken, daß kein Strom rauskommt wie gewünscht. Daß die Diode etwas dicker sein muß ist normal, 0,3V bei 10A ergeben immerhin 3W Wärme.
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