Comment autoréguler un TP4056 pour une extraction maximale de l'énergie solaire

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J'utilise un panneau solaire (6V - 600mA à puissance maximale) pour charger une batterie Li-Ion (3,7V) à l'aide d'un TP4065. Le TP4065 que j'utilise a cette configuration:

Circuit TP4065

Où la valeur de la résistance Rprog détermine le courant de charge.

Résistance au tableau actuel

Le problème est que le courant fourni par le panneau solaire est proportionnel à la lumière qu'il a reçue et la seule façon de continuer à extraire la puissance maximale du panneau solaire est d'ajuster la charge pour maintenir la tension du panneau solaire autour de 6 V qui, dans mon cas, est contrôlée en réduisant le courant de charge.

Quel serait le meilleur circuit pour ajuster automatiquement la résistance Rprog pour maintenir le TP4056 Vcc à une tension constante d'environ 6 V?


Voici un exemple de courbe IV d'un panneau solaire montrant la tension à laquelle la puissance maximale est extraite.

Exemple de panneau solaire IV

Voici la caractéristique de charge du TP4065

Graphique de charge TP4065


MISE À JOUR 13-02-2015

La tension de la broche PROG varie entre 1V et 0,2V

Mon projet utilisera un micro contrôleur Arduino. Je pourrais utiliser l'Arduino pour surveiller la tension du panneau solaire et réguler le courant TP4056 avec le circuit suivant:

Autre solution

Rprog et Rarduino seraient de 600 ohms et le condensateur 100uF et Rarduino agiront comme un filtre passe-bas pour la sortie analogique Arduino qui émet un signal PWM 3,3 V 500 Hz.

Lorsque la sortie numérique est à 0 V, le TP4056 voit une résistance de 1,2 K et se comporte normalement. À mesure que nous augmentons la tension de sortie analogique, la tension à Rprog diminuera, ce qui diminuera le courant dans la broche TP4056 PROG et réduira finalement le courant de charge de la batterie.

Cette solution peut-elle fonctionner?

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Votre question est erronée. La modulation du courant de charge à l'aide de RPROG ne vous aidera pas du tout à charger votre batterie plus rapidement. Réglez simplement RPROG pour la journée ensoleillée maximum (quelle qu'elle soit). Si vous souhaitez extraire la puissance maximale du panneau solaire, vous devez utiliser au moins un convertisseur DC-DC, et dans ce cas, il ne serait probablement pas judicieux d'utiliser un chargeur linéaire.
mkeith
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La batterie, le panneau solaire et le chargeur sont tous en série (à l'exception du petit courant de repos consommé par le chargeur). Donc, maximiser la puissance de sortie des panneaux solaires n'est pas l'objectif. Vous souhaitez maximiser la sortie actuelle. J'espère que vous voyez mon point maintenant.
mkeith
Jetez un oeil à ceci: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf L'idée est que vous ajusteriez votre Vin au point de puissance maximale (notez que la tension de point de puissance maximale ne change pas beaucoup avec le niveau de lumière) . Cela peut ne pas fonctionner avec votre panneau solaire 5V, mais si vous pouviez envisager d'obtenir un panneau à tension plus élevée, cela pourrait fonctionner.
mkeith
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@mkeith Il se chargera plus rapidement car lorsque le panneau solaire ne peut fournir que 100 mA et que le chargeur veut 1000 mA, la tension du panneau solaire chute à une tension que le TP4056 ne peut pas fonctionner correctement et ne charge pas du tout.
Pat
@mkeith, il serait logique de maximiser le courant en priorité, mais comme vous pouvez le voir sur l'image du graphique de charge, le courant n'est pas constant à une valeur élevée pour charger la batterie. Donc, la seule solution qui reste est de contrôler le courant de charge pour ne pas surcharger le panneau solaire
Pat

Réponses:

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J'aime beaucoup la réponse que vous avez suggérée. Je pense que c'est une bonne idée. Je suggérerais juste une légère variation comme suit:

contrôle PWM révisé

En outre, veuillez travailler dans les boîtiers d'angle et dans des circonstances inhabituelles telles que lorsque la batterie est morte et Arduino ne peut pas s'allumer. Le chargeur sera-t-il bloqué dans un mode de courant de charge nul? Peut-être un pullup ou un pulldown stratégique quelque part, ou une grande résistance en parallèle avec RPROG et un cap de 100uF pour assurer un petit courant de charge même lorsque PWM est éteint.

Bon travail!

McKenzie

mkeith
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Je pense que je vais alimenter l'Arduino directement sur le panneau solaire afin de ne jamais rencontrer de problème sans issue.
Pat
Le courant maximum que la broche PROG peut fournir est également de 1,2 mA. La sortie analogique arduino peut donner ou descendre 20mA, donc je ne pense pas que le mosfet soit nécessaire
Pat
Je ne m'inquiète pas du courant. Le problème est que la sortie PWM (en supposant qu'il s'agit d'un totem) est une tension plus élevée que la tension de la broche PROG. Si vous passez accidentellement à 100%, le courant circulera dans la broche PROG. Je ne sais pas quel effet cela aurait. Cela pourrait endommager la puce. D'un autre côté, si vous pouvez configurer la sortie PWM sur "open drain" ou "open collector", cela devrait aller.
mkeith
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J'ai regardé la même question récemment. Ma solution était un peu différente de la vôtre:

entrez la description de l'image ici

En sélectionnant D10, D11, D12 pour être OUTPUT / LOW ou INPUT (High-Z, pas de pullup), je peux varier Rprog de 16k (D10 / 11/12 tout High-Z) à 1050 Ohm (D10 / 11/12 tout FAIBLE) et via A0 surveiller le courant de charge pour trouver le MPP.

Le plus drôle, c'est que d'après tous mes tests, j'ai trouvé que le TP4056 semble faire MPPT lui-même, c'est-à-dire que même si vous réglez Rprog trop bas, Vprog semble s'autoréguler pour garder le courant à MPP. Cela signifierait donc qu'il suffit de régler Rprog au courant maximal que les panneaux solaires peuvent fournir.

BTW cela confirme ma conclusion empirique, ayant utilisé des modules TP4056 simples avec mes panneaux solaires pliables sans aucun problème depuis 2 ans. (C'est un peu décevant cependant, puisque j'ai pris tout le soin de construire mon Arduino MPPT juste pour découvrir que je n'en ai pas vraiment besoin ...)

enif
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réglage du courant de charge automatique

J'utiliserais une autre puce. Cependant, si vous souhaitez utiliser celui-ci, vous pouvez essayer ce circuit. Mettez un miroir actuel en place pour ajuster le programme actuel. Je suppose qu'en interne, le courant sortant via PROG est mis en miroir (avec gain) pour définir le courant de charge externe. Donc, ce que vous avez ici est une source de courant qui augmente la valeur actuelle à mesure que VCC augmente. Ajustez R200 pour obtenir le courant souhaité à tout ce que vous considérez comme le VCC minimum. Lorsque le VCC augmente, le courant de charge augmente également.

Je suis trop paresseux pour trouver un bon point de départ pour R200. Mais si vous pouvez découvrir quelle est la tension à PROG, alors, à partir du tableau, vous pouvez supposer le facteur d'amplification actuel et trouver un bon point de départ pour R200. Je pense que ce sera comme 47k-ish.

Des variations à ce sujet pourraient fonctionner encore mieux. Par exemple, si vous ajoutez une référence de tension et un comparateur ou d'autres transistors, vous pouvez réellement maintenir le courant de charge fixé au maximum jusqu'à ce que VCC tombe en dessous d'un certain point, puis il réduira le courant de charge pour maintenir VCC à ce niveau. Mais à mon avis, lorsque vous atteignez ce niveau de complexité, vous devez simplement utiliser un circuit intégré qui fait tout pour vous comme le bq24210.

Je suis prêt à en discuter davantage. Marquez-moi simplement pour attirer mon attention.

mkeith
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Ça a l'air super! Le BQ24210 est un joli petit CI pour un projet amateur. Connaissez-vous une autre puce plus grosse qui remplit une fonction similaire?
Pat
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Non, mais je viens de trouver ceci: sparkfun.com/products/12885
mkeith
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Je cherche à faire exactement cela. Je pense que le condensateur de Vin aide beaucoup car lorsqu'il se charge, il consomme moins de courant et arrête de tirer trop de courant de la photocellule, ce qui est le moment où la puissance de sortie chute. Une fois que le condensateur tombe en dessous de 4v, je pense que le TPS4056 se désactivera jusqu'à ce que le capuchon soit rechargé suffisamment haut. Lorsqu'il revient à 4 V, il agit comme un volant.

Une autre idée que je pense essayer est d'utiliser une photorésistance pour Rprog.

Matt Williamson
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Pour rappel ... ce chargeur IC est linéaire. Cela signifie que si votre batterie est ~ 4 V et votre panneau solaire est ~ 6 V, vous perdez environ 2 V * de courant sous forme de chaleur. Même si vous parvenez à extraire le maximum du panneau, la perte d'énergie est élevée. Pensez à utiliser un régulateur à découpage, ou faites le vôtre (buck) avec atmega, c'est un circuit simple et peut avoir une efficacité d'environ 90% dans tous les cas de charge. S'amuser.

mpz
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Êtes-vous sûr qu'il est linéaire? Comment la même tension d'entrée peut-elle produire un courant de charge différent en changeant une résistance?
Pat
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l'extraction d'énergie solaire maximale est-elle plus importante ou Comment utiliser correctement un TP4056 est-il plus important? si l'extraction d'énergie solaire maximale est plus importante, alors tous vos circuits et toutes les réponses jusqu'à présent sont incorrects. Votre panneau solaire 6v vous donnera 2-4v dans une situation d'éclairage plus faible, et vous ne pouvez pas vous attendre à ce qu'il charge complètement une batterie de 4,2v dans cette situation, donc votre chargeur ne sera pas une unité d'extraction d'énergie solaire maximale quelle que soit la valeur de charge que vous utilisation.

Au lieu de cela, vous avez besoin d'un convertisseur boost pré-étage à faible démarrage avec régulation de tension à 5v. fait, vous n'avez pas à vous soucier d'autre chose. n'utilisez pas de microcontrôleur pour un simple chargeur comme celui-ci, il gaspille plus d'énergie qu'il n'en produit avec une lumière plus faible. en fait, vous devez retirer le TP4065 de l'équation si l'extraction d'énergie solaire maximale est la chose la plus importante.

Atmega 328
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Évidemment, mon objectif ultime est d'extraire autant de puissance que possible. Mais j'ai également deux autres objectifs, être bon marché à construire et simple à construire. Quelle serait votre recommandation pour remplacer le TP4065?
Pat
le moins cher utilisera simplement une diode schottky, et le meilleur utilisera un convertisseur boost cc-cc. Je recommande le CE8301. Ce petit gars est génial car sa tension de démarrage est de 0,9 V. Vous pouvez en trouver un en tapant 5v usb boost converter dans ebay. la plupart de ces types de convertisseurs boost utilisent ce CI. Après l'avoir obtenu, piratez-le un peu pour obtenir la sortie à 4,2 V, à savoir en changeant la résistance de rétroaction et c'est fait.
Atmega 328
Est-ce que charger avec un 4.2V plat plutôt qu'avec les nombreuses étapes du TP4056 causerait des problèmes à la batterie? Beaucoup disent que le 4.2V doit être très précis et il semble que le CE8301 ne peut être ajusté qu'avec des incréments de 0,1V.
Pat
Si vous appliquez un simple 4.2v à une batterie li-ion, elle passera malgré tout par ces nombreuses étapes. C'est ainsi que fonctionne la batterie chimique et n'a rien à voir avec le circuit intégré. Le CI est là pour détecter ces étapes et arrêter de charger la batterie lorsqu'il pense que la batterie est complètement chargée. Tickle charger une batterie li-ion est mauvais dans les manuels, mais c'est très bien dans la vraie vie, en particulier avec votre apport solaire. Enfin, le chargeur fixera la tension de coupure à 4,3 V. Cela augmentera la capacité et réduira la durée de vie, mais ce n'est pas explosif et c'est sûr.
Atmega 328
Où se situerait la courbe du panneau solaire IV lorsqu'elle serait connectée directement à un convertisseur élévateur cc-cc? Cela maximiserait-il la puissance de la cellule solaire? Je ne peux pas imaginer à quoi ressemblerait l'impédance d'entrée du convertisseur.
Pat