bat zimą

Część 4
Zmiana wartości napięcia stałego
Stabilizatory liniowe
Przetwornice transformatorowe
Bloki wyjściowe systemów
fotowoltaicznych
●
Systemy nie wymagające
znaczącego podwyższania napięcia


●
wyjście DC
▶ niestabilizowane (zmienne)
▶ stabilizatory liniowe –
obniżenie napięcia, η silnie
zależna od napięć
▶ przetwornice impulsowe –
obniżenie lub podwyższenie,
wysoka i stała η
wyjście AC
▶ stabilizacja w falowniku
Jednak większość systemów
o wyjściu AC tego wymaga


funkcja zawarta w bloku falownika
realizowana z wykorzystaniem
różnych topologii
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
2
Układy rozładowania dla odbiorników
stałonapięciowych, niskonapięciowych
●
Przetwornice impulsowe


●
konieczne gdy wymagane
napięcie zasilania > Ubat
●
Dostępne są układy dedykowane
do współpracy z akumulatorami
korzystne gdy ≪ (straty mocy)
Liniowe stabilizatory napięcia

o niskim spadku napięcia (LDO =
Low Drop-Out) aby umożliwić
jak najgłębsze rozładowanie –
wykorzystanie pojemności
Uo = Ui − ∆U
Ui(min) = Uo + ∆U(Imax)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
3
Stabilizator 5 V z akumulatora 6 V
na układzie LP2953
●
Stabilizacja napięcia


●
przytykanie wbudowanego
tranzystora PNP przez EA gdy
VFB > VREF = 1,23 V
VFB = VTAP = VOUT × dzielnik
wewnętrzny
* – do mikrokontrolera


●
LB – rozładowanie akumulatora:
VBAT × 100/474 < VREF (~5,8 V)
OOR – VBAT tak małe, że EA nie
może utrzymać VOUT = 5 V
SD – włączanie/wyłączanie
z mikrokontrolera
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
4
Stabilizator na LP2953 z akumulatorem zapasowym
●
VBAT < 5,6 V ⇒ przełączenie na akumulator zapasowy



COMP OUT = H→L ⇒ wyłączenie VP12A czyli możliwości ładowania NiCd;
możliwe tylko rozładowanie do wyjścia przez diodę podłożową VP12A
komparator SD wyłącza tranzystor IN-OUT i sprowadza VOUT do zera
powrót przy ok. 6 V dzięki przerzutnikom Schmitta
zasilanie
zasadnicze
zasilanie
krytycznych
bloków
(np. pamięci)
układ
ładowania
wymuszenie SD i COMP
INPUT = VBAT po załączeniu
PWR ON (pomijany jest
dzielnik 383k:100k;
τ = 1µ × 100k∥510k);
po wyłączeniu C rozładowuje
się do 0 V przez 383k, 100k,
510k∥1N914
akumulator
podstawowy
Pb-acid
podciąganie COMP OUT gdy
brak napięcia na VOUT
sygnalizacja
stanu
akumulator
zapasowy
NiCd
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
5
Scalony liniowy sterownik ładowania
i rozładowania akumulatorów Li-ion BQ24210
●
3 tryby ładowania

Q1

Q2

●
●
●
●
wstępne (pre-charge)
stałoprądowy (CC fast
charge) max. 800 mA, ±10%
stałonapięciowy (CV taper)
±1%
Zabezpieczenie czasowe –
max. 30 min. PC, 10 h FC
Dedykowany do ładowania
niewielkich urządzeń z ogniw PV
Zabezpieczenie temperaturowe –
ogranicza prąd ładowania
Odbiornik (System) może być
podłączony jednocześnie ze źródłem
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
6
Stany pracy
●
ładowania (charge)


●


z akumulatora zasilany
odbiornik przyłączony
do VBUS
ograniczenie prądowe

jeżeli napięcie wejściowe spadnie
wskutek wzrostu obciążenia
źródła, prąd zostanie ograniczony
tak, by napięcie powróciło
poprawna współpraca ze
źródłami o charakterystykach z
ograniczeniem prądowym (PV)
uśpienia (sleep)


●
●
Dwukierunkowy przepływ mocy
Dynamiczne zarządzanie mocą
obciążenia (load)

●
3 tryby
do BAT może być równolegle
dołączone obciążenie
●
Q2 wyłączony
zredukowany pobór mocy
Q1
Q2
wstrzymania (suspend)


Q1 i Q2 wyłączone
brak możliwości
przepływu prądu
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
7
Maszyna stanowa
Deglitch – ponowny pomiar po określonym czasie w celu
zmniejszenia prawdopodobieństwa błędnej detekcji
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
8
Uwzględnienie temperatury, tryb ograniczonej mocy,
detekcja akumulatora
Wymuszenie stanu
wysokiego aktywuje
tryb ładowania przy
ograniczonej mocy
dostępnej (np. do
modułów PV) –
wyłączone są
czasomierze oprócz
2 h na tryb DPM przy
jednoczesnym zbyt
wysokim napięciu
⇒ maksymalizacja
przekazanej energii
kosztem mniej
korzystnego przebiegu
ładowania
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
9
Lokalizacja transformatora w systemach
ze znaczącym podwyższaniem napięcia
●
Brak

●
Blok niskiej częstotliwości



●
podwyższanie napięcia –
przetwornica dławikowa
transformator sieciowy (50 Hz)
do przeniesienia przebiegu n.cz.
wymagane duże indukcyjności
duży ciężar i wymiary (rdzeń
żelazny + uzwojenia)
Blok wysokiej częstotliwości



transformator impulsowy w
przetwornicy transformatorowej
częstotliwość przełączania
przekształtnika (~1…10 kHz)
mały ciężar i wymiary (niższa
indukcyjność, lżejszy materiał
rdzenia)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
10
Motywacje stosowania impulsowych przetwornic
transformatorowych wysokiej częstotliwości
●
Podwyższenie napięcia w dużym stosunku (> 2…5) przy wysokiej η

●
Zmniejszenie obciążeń prądowych i napięciowych p.p.m.

●
dzięki transformatorowi (zamiast dławika) i wysokiej częstotliwości
Izolacja galwaniczna wejścia i wyjścia

●
dzięki transformatorowi (jeśli odpowiednio dobrana topologia)
Zmniejszenie wymiarów elementu magnetycznego

●
dzięki transformatorowi
dzięki transformatorowi – bezpieczeństwo użytkowania
Uzyskanie wielu napięć wyjściowych



dzięki możliwości wykonania wielu uzwojeń wtórnych
cele w systemach fotowoltaicznych:
▶ rozdział obciążeń w systemach autonomicznych
▶ specyficzne aplikacje niskonapięciowe (np. ładowarki wielokanałowe)
porządnie stabilizowane poprzez zmianę D może być tylko jedno wyjście,
pozostałe (cross-regulation) – gorzej
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15
11