Солнечный контроллер с поиском точки максимальной мощности (MPPT) на ATtiny13

Автор: Андрей СШ
Опубликовано 20.05.2015
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаемая схема представляет из себя неизолированный понижающий преобразователь с ограничением выходного напряжения. Выходной ток непрерывно измеряетсяя при помощи интегрального датчика Холла (ACS712). Выходное напряжение контролируется цепочкой из стабилитрона, светодиода ("красный") и оптопары. Поскольку выходное напряжение зафиксированно аккумуляторной батареей - изменение коэффициента трансформации (заполнения ШИМ) приводит к изменению входного напряжения.

Поиск точки максимальной мощности осуществляется с периодом 20 секунд путём сканирования окрестностей предыдущей точки максимальной мощности по направлению от Uхх к Uбат. По окончании устанавливается коэффициент заполнения при котором выходной ток был максимальным. В случае достижения предельного тока или напряжения поиск прекращается досрочно. При падении выходного тока ниже 300-т мА схема переходит в сумеречный режим - ШИМ деактивируется, транзистор полностью открывается, а микроконтроллер впадает в спячку. При малой входной мощности потери на импульсное преобразование превышают пользу от работы в точке максимальной мощности.

На рисунке можно увидеть измеренный выходной ток в процессе поиска. Для сравнения синяя линия показывает ток при прямом подключении СБ к аккумулятору. 

Замечания по выбору компонентов:

"Красный" светодиод служит в основном для подстройки выходного напряжения и сигнализирует о достижении предельного напряжения заряда (светится тускло).

Затвор подключен напрямую к выходу микроконтроллера, что упрощает схему, но требует транзистор с логическим уровнем управления и минимальным зарядом Qgd (10 нКл и менее). Этот факт ограничивает максимально-возможную мощность.

Средний ток через диод составляет около 1-го ампера, но этот ток имеет вид импульсов 1/4 с амплитудой 4 - 5 А. Приемлим диод Шоттки на 40 В и 3 А.

Стабилизатор напряжения требуется с минимальным собственным потреблением. 5 мА составляют значительные потери при круглосуточной работе.

Датчик тока ACS712 непрерывно потребляет 10 мА, что является наибольшей составляющей потерь в данной схеме и делает её неработоспособной при мощности солнечной панели менее 10 Вт.

Предохранитель желательно устанавливать с номиналом в 2 раза выше среднего ожидаемого тока. При меньшем значении наблюдается значительный нагрев. 

Входной конденсатор не должен иметь ёмкость сверх необходимой. Это увеличивает длительность переходных процессов и соответственно замедляет поиск.

Технические характеристики испытанного образца:

•    Мощность - 50 Вт.
•    Входное напряжение - до 25 В.
•    КПД на полной мощности - 94%.
•    КПД на половинной мощности - 95%.
•    Расчётная эффективность - 113%.
•    Ограничение выходного напряжения - 14,5 В.
•    Ограничение выходного тока - 4  А.
•    Вес (без корпуса) - 100 г.

Файлы:
Прошивка и исходный код

Все вопросы в Форум.