Алгоритм расчета потребляемой мощности

[mikaleus]

Как обычно поступаем: делаем нумерованные блоки (например по 8 байт) и запись производится по всей EEPROM (для этого место выделено 256 байт). Обычно каждые 2 минуты и по выключению. Ресурса хватит на 120 лет... (если часто не выключать).
Для измерения желательно использовать достаточно высокую частоту с малым временем. Для постоянного тока (он всё-таки изменяющийся и достаточно в больших пределах) следует использовать аналоговый фильтр и частота выборок должна быть хотя бы на порядок больше, чем частота среза фильтра.

[wlad773]

Ну с этим вопросом разобрался, еще раз хочу поблагодарить всех участников. Хотя следующий вопрос не соответствует названию темы, но не хочу начинать новую.
Теперь спрошу об алгоритме поиска точки максимальной мощности (МРРТ). Я это представляю так. При включении приоткрывается силовой тр-ор управляемый ШИМом, измеряется мощность. Каждую сек. длительность импульса больше- мощность выше. В определенный момент мощность начнет падать, значит длительность импульса -уменьшается. И так постоянно - регулируя ШИМ искать МРРТ. Или как-то иначе?

[mikaleus]

Вариантов несколько:
1) Измерение среднего значения мощности не каждый период а за определённый промежуток времени. Микроконтроллер занимается измерением, воздействием на контроллер ШИМ (управлением уровнем мощности) и определением точки MPP.
2) Измерение мгновенного значения мощности и самостоятельной выработки сигнала управления для ШИМ. Тут требуется достаточно производительный микроконтроллер или понижение частоты ШИМ.

[wlad773]

Раз нет бурных дебатов, то буду считать что мое понимание- правильное.
Теперь о работе понижающе-повышающего преобразователя. Нужен ли он, или достаточно только понижающего? Если на СБ напряжение ниже чем на АКБ , сколько еще мощности можно вытянуть из СБ. Есть ли в этом смысл?
По поводу ШИМ. Достаточно ли для step up/down 8-м разрядного ШИМ? При частоте внутреннего генератора 4 мГц ШИМ выйдет 15 кГц, Не мало-ли?

[mikaleus]

Вопрос о том, какой всё-таки алгоритм поиска МРР Вы собрались реализовывать.
Просто измерять мощность нужно не каждую секунду, а всё время. Т.е. измерение производится с максимально возможной частотой. При этом я Вам указал два варианта реализации этого действа:
1) в момент открытия ключа Вы измеряете мгновенную мощность и, как только, мгновенное значение начнёт уменьшаться (т.е. используется рекуррентный алгоритм сравнение нового и предыдущего значения), выключать ключ. Это потребует иметь частоту измерения от 256 до 2048 (а м.б. и более, так как динамический диапазон тока для работы реализовывать нужно 1:100), чем частота коммутации ключа. Достаточно затратная задача для МК.
2) ШИМ работает всё время. С плавным выходом на режим работы и управлением от значений точки выхода максимальной мощности. Для определения точки МРР необходимо периодически изменять ШИМом потребляемую мощность от СБ, измерять мощность и принимать решение о точке работы. (Режим в англоязычной литературе perturbe and observe). В этом случае ШИМ можно (для средних и больших мощностей СБ нужно) делать многоканальным. Частота ШИМ выгоднее всего получаются в диапазоне 50-200 кГц, измерения мощности должна быть приблизительно на два порядка ниже. Должен быть использован обязательно аналоговый фильтр второго и выше (для фильтров Бесселя) порядка. С частотой среза на порядок ниже частоты ШИМ.

[mikaleus]

По поводу преобразователя.
Для комплекта СБ. Делаем для каждой СБ повышающий преобразователь с МРР, где единственным параметром для управления ШИМом является значение потребляемой от СБ батареей. Выходное напряжение никак не стабилизируется. При нагрузке на "чёрную дыру" - батарею конденсаторов, аккумуляторы и т.п. напряжение на выходе будет стабилизироваться на уровне, который определяется конденсаторами или аккумуляторами, а ток определяться мощностью, потребляемой от СБ.
Такой подход позволяет подключать параллельно множество СБ с разным мощностями, с разными уровнями освещённости. Единственное, что желательно иметь - защита от превышения выходного напряжения. Но это фактически логические уровни.
Далее, с конденсаторов ставим понижающий преобразователь, совмещённый с зарядкой для аккумуляторов. Желательно, чтобы аккумуляторы могли потребить для своей зарядки всю энергию, которая поступает с СБ. Но это стационарное устройство для дома, дачи...
Для одинокой СБ. Тут для зарядки аккумулятора имеет смысл повышающе-понижающий преобразователь. Варианты с чисто понижающим преобразователем удачными назвать тяжело, за исключением, когда непосредственно управление ключом ШИМа осуществляется по уровню мгновенной мощности.
Повышающе-понижающие преобразователи делают либо с "летающей" индуктивностью (так любят делать ONsemi и Texas Instrunents). Хотя ИМХО для подобного применения для средних и маліх значений мощности лучше использовать повышающе-понижающие преобразователи с одним ключом по схеме Cuc (Кук или Чук) или SEPIC (это совмещённые преобразователи, начинающие с преобразователя повышающего типа). ZETA, начианющегося с понижающего типа лучше не использовать или использовать при использовании алгоритма с управлением ключом по уровню мгновенной мощности.
По поводу, 15 кГц если Вас не будут раздражать жужание то в принципе нормально.
По поводу "напряжение на СБ может быть меньше"... Напряжение на СБ зависит при работе в точке близкой к МРР будет зависеть прежде всего от температуры СБ. Если Вы будете использовать так называемые "12 В" СБ, то у них напряжение в точке 17,7 В в точке МРР при 25 градусах упадёт до 15,4 при 85 градусах. Т.е. гарантировано будет выше необходимого напряжения на аккумуляторе. Но всё-таки лучше использовать топологии, начинающиеся с повышающего преобразователя.
Хватит или нет 8 битного разрешения. ИМХО нужно 10-12 бит. Хотя это зависит от многих параметров:
1) собственное потребление контроллера. В общем случае лучше, чтобы оно было менее 0,5% от мощности, выдаваемой СБ.
2) уровень возможности работы СБ при малых уровнях освещённости ИМХО должен обеспечиваться до1% от номинального значения.
Конечно делать ШИМ с 8 битами можно статистически реализовывать уровень 10 или 12 бит. Типа несколько соседних значений 3/256+3/256+4/256+3/256=13/1024

[wlad773]

2) ШИМ работает всё время. С плавным выходом на режим работы и управлением от значений точки выхода максимальной мощности. Для определения точки МРР необходимо периодически изменять ШИМом потребляемую мощность от СБ, измерять мощность и принимать решение о точке работы. (Режим в англоязычной литературе perturbe and observe). В этом случае ШИМ можно (для средних и больших мощностей СБ нужно) делать многоканальным. Частота ШИМ выгоднее всего получаются в диапазоне 50-200 кГц, измерения мощности должна быть приблизительно на два порядка ниже. Должен быть использован обязательно аналоговый фильтр второго и выше (для фильтров Бесселя) порядка. С частотой среза на порядок ниже частоты ШИМ.

Пойду по этому пути.
Устройство стационарное для дома. СБ - 100 Вт для начала. Т.е. в этом случае повышающий не нужен?

[mikaleus]

В таком случае нужен именно повышающий преобразователь. Для 100 Вт батареи лучше двух-четырёх канальный. Особенно если предполагается потом добавлять в систему СБ. Т.е. делается так:
1) повышающий преобразователь с МРР 15В-17,7В с током 5,65 А около СБ делает, например, 36 В, 2,8 А. Проводом тянем это напряжение вниз, собираем кучу электролитов.
2) понижающий преобразователь с функцией контроля зарядки аккумуляторов. При такой мощности лучше два последовательно 12 В свинцовых аккумулятора.
3) инвертор на 220 В питания для нагрузки.

[wlad773]

О концепции выбора напряжения и кол-ва акб я хотел поговорить позже. Но Ваше предложение меня удивило. каждый преобразователь имеет потери, 2 преобразователя-двойные потери. Когда солнце светит ярко, то работает понижающий преобразователь, что бы не допустить перезаряда. А когда тучки или сумерки и ток заряда близок к 0 или уже отсутствует, то подключается повышающий. В этом случае как говорится с драной овцы хоть шерсти клок.

[mikaleus]

Тут всё просто: нормальный повышающий преобразователь с 15-18 В до 36-40 В без трансформаторный будет иметь КПД 96% (если постараться можно и 97%). Какое-то потребление будет иметь контроллер. Теперь представьте себе, что Вы тянете 5,65 А ток вниз с СБ на крыше (скажем 10 м провода 4 мм^2). Суммарное падение напряжения на 20 м провода (имеющего сопротивление 0,09 Ом) это падение около 0,5 В. Для 15,5 В-0,5 В = 15 В. КПД линии 96,77%. Что уже соизмеримо с КПД преобразователя. Для пропускания тока 2,8 А падение будет 0,245 В, что для 36 В составит 99,13%.
Конечно, при малом токе КПД просто линии возрастает. Но ведь неприятно терять. Тут следует посмотреть ИМС SPV1020 от ST. Там пишут о КПД до 98% (реально получал 97,1% но детали были хуже и не оптимальные). Т.е. 0,993*0,98=0,973›0,9677. Это первое соображение, хоть и блохи.
Второе соображение. Вы отбираете мощность от СБ, такую, что соответствует МРРТ. При этом задача ставится для реализации алгоритма: простая обеспечить работу в МРРТ и ВСЁ. Напряжение на конденсаторах будет таким, каким будет. По напряжению - только простая логика - ограничение если больше, чтобы конденсаторы не пошли в "дутьё".
На батарею конденсаторов можно навесить множество СБ с такими преобразователями.
Повышающий для 36 элементной батареи не очень и нужен. Для СБ напряжение мало зависит от освещённости. Напряжение является функцией тока и температуры. А вот ток очень сильно зависит от освещённости.
Например, когда под Киевом в феврале был несколько туманных дней, то СБ в полдень вырабатывала около 4-6% того, что могла бы выдавать. А если бы не было МРР контроллера, то вообще этот свет был бы потерян.