MPPT контроллер
Контроллер MPPT он же Maximum Power Power Tracking. Это контроллер солнечных панелей. Главная задача такого контроллера это получить максимум мощности с солнечных панелей. Происходит это путём регулирования потребляемого от панелей тока. С ростом тока падает напряжение, при снижении тока происходит рост напряжение. И как известно мощность это произведение тока на напряжение. У панелей при этом есть зависимость тока от напряжения, которая правда ещё зависит от уровня освещения. Нужно найти такое положение тока и напряжения при котором будет максимальная мощность.
Ниже взятый из сети график демонстрирующий принцип работы MPPT. Жёлтая линия это зависимость тока-от напряжения. Зелёная линия это график мощности. Удобнее честно было бы ток и напряжение поменять местами. На графике видно, что с падением тока растёт напряжение и наоборот. Есть два крайних случая: короткое замыкание (КЗ) при котором ток максимален, а напряжение равно нулю и холостой ход (ХХ) при котором напряжение максимально, но ток равен нулю. В этих случаях мощность равна нулю.
И есть точка максимальной мощности MPP. Задача MPPT контроллера удерживать максимальную мощность. И делать это нужно при изменении уровня освещения, а значит точка максимальной мощности будет перемещаться.
В получившемся устройстве сделано четыре входных канала. Каждый канал работает как понижающий DC-DC преобразователь с рабочей частотой 100 кГц и максимальной входной мощностью 5 Вт. Выходное напряжение при этом получается около 5 Вольт и соответственно ток до 1 Ампера. Каждый канал имеет измерение входного и выходного напряжения, и измерение входного тока.
Поиск точки максимальной мощности происходит путём регулирования выходного напряжения каждого канала. К контроллеру подключается ранее описанный POWERBANK.Он с ростом напряжения увеличивает ток заряда аккумуляторов. С паданием напряжения ток заряда уменьшается. Для этого на транзисторные ключи DC-DC преобразователя каждого канала подаётся ШИМ сигнал. ШИМ сигнал генерируется таймерами микроконтроллера STM32F103RCT6. В прошивке микроконтроллера реализованы ПИД регуляторы для каждого канала. Эти ПИД регуляторы удерживают выходное напряжение. А само это выходное напряжение задаётся алгоритмом поиска точки максимальной мощности. По таймеру происходит вычисление текущей мощности и она сравнивается с предыдущей. Дальше принимается решение в какую сторону изменить выходное напряжение каждого канала.
Алгоритм MPPT на деле простой. Происходят попытки изменить (увеличить или уменьшить) потребляемый от панели ток и вычисляется полученная мощность. Затем эта новая мощность сравнивается с предыдущей. если мощность выросла, то продолжаем изменять ток в этом же направлении. Если мощность упала, то двигаемся в обратном направлении. И так постоянно происходит балансирование около точки максимальной мощности.
Ниже изображение печатной платы контроллера, фотография готовой платы и схема. Есть четыре канала: CH1, CH2, CH3, CH4. Видны шесть светодиодов индикации работы. Четыре зелёных светодиода на каждый канал, красный для индикации аварийных ситуаций (например КЗ в нагрузке), жёлтый питание нагрузки.
Без ошибки в схеме не обошлось. На фотографии под надписью CONTROLLER MPPT видны провода. Пришлось припаять дополнительные резисторы, что бы притянуть входы буфера 74HCT244 к земле. Иначе при старте контроллера его выходы в Z состоянии, а входы буфера по сути висят в воздухе. И соответственно на выходах буфера присутствует шум. Я из-за него спалил P-канальный полевой транзистор в транзисторной сборке.
Устройство сделано как будто бы совместно, но схему делал Я, плату делал Я, паял тоже Я и прошивка моя.