LM317 o DC a DC Buck convertidor para cargador solar

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para mis estudios tengo que completar y analizar un proyecto eléctrico; Estoy haciendo un cargador de panel solar, el panel solar se conectará a un paquete de alimentación USB para almacenar la electricidad generada para los teléfonos, etc. a ser cargados.

Soy consciente de que necesito un regulador, pero mi investigación me tiene estancado por cuál es el más apropiado. El panel solar será de 80w 12V y se convertirá a 5v. ¿Quiero usar un LM317 lineal o el convertidor de CC es una mejor opción? estará en el interior de una carpa, por lo que el calor del circuito debe ser mínimo y necesita la mayor eficiencia como paneles solares No producen buena eficiencia como es.

Soy un completo novato en todo esto, ¡y estoy completamente atascado! Así que agradecería cualquier ayuda !! Gracias de antemano :)

EDITAR: El paquete de alimentación USB que deseo usar es de 13,000 mAH con las especificaciones:

2x 10W (5V, 2A) salidas USB Entrada micro-USB de 1x 10W (5V, 2A) (cable micro-USB blanco plano incluido) encendido automático sistema de estado de cuatro LED sin pasaje de carga

Voy a comprar un regulador de voltaje preconstruido ya que estoy funcionando muy poco tiempo, solo necesito saber qué tipo de uno y qué tamaño necesito.

    
pregunta Walker746

3 respuestas

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Un regulador lineal funciona desperdiciando exactamente tanta potencia de entrada que la salida está en el voltaje correcto. Si pasa de 12V a 5V, significa que perderá más de la mitad de su poder, ¡siempre! Además del hecho de que es muy ineficiente, existe otro problema: si realmente obtiene el 80W de su panel solar, significa que tendrá que disipar más de 40W en su LM317. Esto está a la par con las computadoras de escritorio, y hay una razón por la que tienen grandes disipadores con ventiladores. Incluso si creó un sistema de refrigeración muy elegante para deshacerse de este calor, la mayoría de los LM317 en un paquete TO220 tienen una capacidad nominal de 1.5A. 80W a 12V es aproximadamente 6.5A de corriente, por lo que su LM317 se dañaría en cualquier caso. De hecho, no conozco ningún convertidor lineal que pueda manejar tanta corriente (sin embargo, hay controladores reguladores lineales y otros que pueden hacerlo, pero necesitan grandes transistores externos para hacerlo).

Sin embargo, un regulador de conmutación se mueve alrededor de la carga o la corriente, y al hacerlo, será más eficiente. Los reguladores de conmutación pueden obtener una eficiencia superior al 95% (dado que es un buen regulador, que funciona en su punto óptimo, ...).

Si el presupuesto no es un gran problema, sugeriría mirar módulos de convertidor DC / DC pre-construidos. No son demasiado caros y son mucho más fáciles de usar: construir un convertidor de conmutación es un poco más complicado, ya que a menudo requieren componentes externos (elementos de conmutación, condensadores, inductores). Además de eso, cosas como la colocación de componentes, las imperfecciones en los componentes y sus efectos se vuelven muy importantes.

Muchos de los módulos precompilados también están protegidos contra sobrecargas y cortocircuitos.

También me gustaría señalar que es probable que haya convertidores CC / CC diseñados para paneles solares. Estos pueden garantizar que sus paneles solares funcionen siempre en su punto de trabajo óptimo.

    
respondido por el Joren Vaes
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Un LM317 no es adecuado, sea cual sea el enfoque que tome, ya que tiene una caída de voltaje diferencial mínima grande en comparación con Vout, por lo que la pérdida de eficiencia en el regulador es alta.

Las otras opciones son un Vpanel > > Vbattery y un convertidor descendente O un panel cuyo voltaje cargado se adapte razonablemente bien al voltaje de la batería.

Si utiliza la entrada de alimentación de 2A x 5V existente, su demanda de potencia máxima es de 10W, por lo que la potencia máxima del panel necesaria para un panel que se adapte razonablemente bien para la conexión directa o el uso de un convertidor de Buck es de 15-20W.

Si puede cargar la batería directamente, es probable que se acepten corrientes de 6,5 A máx. y 13A, según la batería utilizada.

  

Estaba pensando en una batería de 13,000 mAh, un banco de energía de 13000 mAh.
  Las especificaciones son:
  Salidas USB 2x 10W (5V, 2A)
  Entrada micro-USB de 1x 10W (5V, 2A) (cable micro-USB blanco plano suministrado)
  sistema de estado de cuatro LED de encendido automático
  sin pasaje de carga

La entrada de 2A x 5V es de 10W.
Esto podría ser 2A a la batería o si usan un convertidor, digamos promedio de
5V / 3.6V x 2A x 90% dicen = 2.5A a la batería.
3.6V es el valor medio de LiPo V - a su mínimo, 3V
entonces Ibat = 5V / 3V x 2A x 90% = 3A.

Para una celda de 13000 mAh = 13Ah La batería puede llevar PROBABLEMENTE hasta 6,5 A a 13 A (C / 2 o C) según el modelo de la batería. Por lo tanto, el uso de USB a 2A es una carga muy lenta en comparación con la capacidad de la batería. Si está preparado para omitir el cargador interno, puede obtener un cargo mucho más rápido al costo de la necesidad de controlar el cargo usted mismo.

Un cargador que está limitado a 6.5A máx. y 3.8V a 4.0V máx (cualquiera de los límites primero) sería "lo suficientemente simple" y debería estar bien.
NO NUNCA "cargue flotando" LiIon o LiPo a 4.2 V: mueren rápidamente.

4V x 6.5A = 26 vatios.
Un panel fotovoltaico clasificado de 5 V a 6 V cargado a máxima potencia y sujeto a 4 V máx. Después de que funcionara el diodo de salida. La potencia del panel para la demanda máxima debe ser
Wmp > VMP_panel / 4V x 26 vatios o más de 30 vatios para un panel de 5V Vmp. Si REALMENTE desea un rendimiento máximo de abs, entonces se necesita un panel que brinde más sol y un panel de 40W a 50W PUEDE ser útil.

Si utiliza un panel con una potencia nominal de 12-18 V Vmp y un convertidor reductor, las clasificaciones de vataje del panel son similares. Tenga en cuenta que los paneles de más de 15W solo son necesarios si carga la batería directamente en lugar de utilizar la entrada de alimentación USB.

    
respondido por el Russell McMahon
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editar: déjame ser perfectamente claro

EL USO DE UN REGULADOR DE POTENCIA LINEAL SIGNIFICA TODO EL VOLTAJE DE GOTA * LA CORRIENTE ES POTENCIA DE RESIDUOS. Entonces 12 a 5V LDO es una idea MALA.

Debe ser un convertidor Buck que coincida con la impedancia y el voltaje, las pérdidas lineales reducirían la salida al 25%.

EL USO DE UN REGULADOR ESTÁNDAR DE BUCK DIBUJA LA CORRIENTE EXCESIVA DE PV Y LO BAJA EL VOLTAJE DE UNA FORMA NO REGULADA, QUE OPTIMA V * I EN EL 80% DEL CIRCUITO ABIERTO, EL VOLUMEN DE PV NO TIENE RESULTADOS DE EFECTO PÚBLICO A FAVOR DE UN PV. FUENTES PARA LAS QUE ESTÁN DISEÑADOS LOS REGULADORES DE BUCK STD.

  

Una fuente de voltaje ideal se define con una impedancia de fuente cero (0). Una fuente de corriente ideal está definida por una impedancia de fuente infinita. Un PV es una fuente de corriente no ideal con algún Voltaje límite similar a Zener llamado V circuito abierto (Voc).

Conclusión

  

Por lo tanto, solo un Regulador Buck diseñado para FV es eficiente, ya que rastrea la corriente de entrada Y el voltaje de carga de salida Y la corriente de salida para LiPo o SLA para evitar la sobrecarga. Muchos son de diseño con lo que se llama algoritmo de transferencia de potencia máxima.

- So look for a MPT Solar charger, which cost a bit more but if you want most of your 80W why setting for 10~20%?

Otros detalles técnicos pegajosos

Como PV es una fuente de corriente no ideal, el Zsource equivalente varía con la intensidad solar, Z es una fuente de energía compleja

.eg. 100% es P = V² / Rs o Rs ~ V² / Pd, luego, con un 25% de solaridad, Rs es 4x.

Para obtener el 80% de Voc (cct abierto), se puede calcular la impedancia de carga por relaciones de impedancia, ¿no?

Mientras que la impedancia de la serie Buck L a PV es ZL = 2πfL / ciclo de trabajo aproximadamente si es sinusoidal pero ligeramente diferente cuando se conmuta al 50% en una corriente triangular en modo continuo.

Una batería de 5V es como una tapa infinita o > > 1000Farads con ESR conocido.

Mi concepto para usted, ... es tal que el regulador Buck siempre carga el PV al 80% de Voc + / 5% + de potencia total, por lo que si está clasificado para 80W 12V, lo asumo como sin carga o Voc = 1/80% * 12V o 15V aprox. que se eleva a pleno sol y disminuye cuando el 10% de la potencia solar es de + 5 / -10%.

Debe ser un convertidor Buck que coincida con la impedancia y el voltaje. Las pérdidas lineales reducirían la salida al 25%.

Dado que Zsource varía con la intensidad solar, Z es complejo .eg. 100% es P = V² / Rs o Rs ~ V² / Pd, luego, a 25% de Rs solar es 4x, mientras que la impedancia de la serie L a PV es ZL (f) = 2πfL /d.c. (ciclo de trabajo) ... modelo simple y tosco para corriente de triángulo

Por lo tanto, 80W, @ 12V @ 100% de entrada solar Rs = 1.8Ω para obtener un 80% de Voc hasta 12V para la transferencia de potencia máxima P = V * I, (también conocido como MPT)

Ahora considere la impedancia combinada para el teorema de transferencia de potencia máxima.

BUCK down converter debe ser 1.8Ω a 100% de entrada solar (Ps), luego tenemos 3 ecuaciones;

  • Rs ~ V² / Pd
  • Vmp = 80% Voc + 5 / -10% (su millaje puede variar con la química, calidad, polvo, etc. de PV)
  • ZL = 2πfL / ciclo de trabajo para el modo de corriente continua (CCM) Choke
  • para reducir aún más las PV Zs con armónicos fundamentales, debemos agregar un límite donde Zc = 1 / (2πfC) para desviar la impedancia PV y proteger la inversión de la batería.

¿Puede resolver ahora que el convertidor CCM Buck obtenga un 90% de eficiencia?

A continuación, necesitamos retroalimentación del regulador de voltaje para la batería de 5V para ajustar el ciclo de trabajo de PWM para evitar la sobrecarga y la impedancia del MOSFET y el choke no debe ser inferior a Zs del panel bajo ninguna condición.

Para evitar una mayor complejidad, he evitado ESR de PV, DCR de L y ESR de Caps y batería también RdsON de FET. Pero estos también son relevantes para las mejoras de eficiencia, así como también la máxima clasificación I para choke para evitar la saturación, donde una ESR más baja es mejor.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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