Convertor Buck pseudo-MPPT 2kW

[costi_b]

Am făcut un convertor buck pentru un șir de 8 panouri fotovoltaice policristaline din care alimentez un boiler cu rezistență de 2kW (27 ohm).

Inițial am legat direct panourile la boiler, printr-un comutator cu mosfet comandat de termostat. Problema era că la niveluri mici de iluminare beneficiam de prea puțină energie datorită rezistenței de valoare fixă a sarcinii. Panourile se comportă ca o sursă de curent constant dependenta de iluminare. La amiază, cu soare, totul e perfect, 8A debitați de panouri, 230V pe rezistența de sarcină, aproape 2 kW. La iluminare scăzută, când panourile debiteză 2A am doar 54V pe rezistență, deci 100W.

Convertorul ar trebui să mențină constantă tensiunea pe intrare (230V) deci putere utilă de 460W. La testele pe masă cu sursa de laborator totul e perfect, randament de 95% la 120W out, UVLO cu TL431 și optocuplor blochează impulsurile la ieșire când tensiunea de 15v coboară sub 10V, la creștere face softstart (circa 100 de pulsuri de la off la factorul de umplere necesar).

La testele în sarcina reală am apucat să-l folosesc până la 400W (n-am avut soare mai mult), nu se încălzea foarte tare dar la decuplarea termostatului îmi arde IGBT-ul chiar și la 100W.

Mentionez că am construit totul pe 2 plăci pentru că am Eagle free și nu pot depăși 80 cm2 pe placă.

Sugestii?

PV Buck2.pdf

Cond2.pdf

Editat Iunie 19, 2020 de costi_b
Fisier gresit

[Cortex]

Verificati forma pusului  la gate igbt, posibil sa nu aiba suficineta tensiune de deschidere si se incalzeste pana se arde ( destul de repede) . Nu recomand mai putin de 12 V in poata, si sa fie si rapid

[UDAR]

N-am urmărit cu mare atenție schemele . Contactul termostatului întrerupe  alimentarea cu +15V a circuitului de comandă a IGBT-ului ?

Dacă da , posibil să fie de aici cauza . Tensiunea de alimentare a IC1, IC2 scade lent . IGBT este atacat cu impulsuri din ce în ce mai slabe și se arde . 

[costi_b]

Da, întrerupe tensiunea de alimentare. Circuitul cu TL431 și optocuplor asta ar trebui să prevină, când tensiunea de alimentare coboară sub 10V blochează TL494, la revenirea tensiunii face softstart. Dacă tot trebuie reparat am făcut niște modificări, am pus al doilea optocuplor în paralel cu celălalt comandat de releul termostatului. O să dublez și IGBT-ul și dioda. La IGBT o să pun doi FGH80N60FDTU (40A 600V la 100 grC, 1,8VCEsat), nu mai am IRGP4069D.

Acum 2 ore, Cortex a spus:

Verificati forma pusului  la gate igbt, posibil sa nu aiba suficineta tensiune de deschidere si se incalzeste pana se arde ( destul de repede) . Nu recomand mai putin de 12 V in poata, si sa fie si rapid

Comanda în poartă are 14V, driver de 6A pe o capacitate de poartă de 2nF, eu zic că e suficient de rapid, mai ales că frecvența e de doar 30kHz.

[UDAR]

Acum 2 ore, costi_b a spus:

Comanda în poartă are 14V, driver de 6A pe o capacitate de poartă de 2nF, eu zic că e suficient de rapid, mai ales că frecvența e de doar 30kHz.

N-are nicio relevanță că driverul poate 6A dacă ai 10Ω în poarta IGBT . Dar și așa ar trebui să fie sufucient la 15V alimentare . Sub , nu știu . 

[Mitica M.]

Daca ai un osciloscop cu minm 2 canale si memorie sincronizeaza-l pe caderea tensiunii de 15v (sa zicem 12,5v , sa fie la jumatate intre 10 si 15) si vezi ce pateste tensiunea de comanda igbt. Dupa care poti adauga o dioda rapida peste R10 cu anodul in poarta si catodul in iesirea bufferului. Poate nu se mai inchide corect(rapid) si il ajuti cu dioda aia. Dupa asta trebuie sa te uiti si in functionare normala daca mai trebuie umblat la snubber ori ba.

[costi_b]

N-am avut timp de electronică în week-end. Am osciloscop, dar l-am adus la serviciu, convertorul e deocamdată acasă. Conform sfaturilor de aici am redus rezistenșa din poartă la 1,2 ohm. Am făcut măsurători cu osciloscopul, dar cu tranzitor mofet (FCH041N65EFL4 ) 10nF în poartă, 14,6V alimentare driver, totul părea ok. N-am masurat la tensiuni mai mici, nici cu IGBT. Oricum mai fac niște teste, nu fac proba pe panouri până sâmbătă, trebuie să verific și regimul termic, nu sunt sigur că face față la 1,8kW tranzitați. Snuberele sunt foarte aproximative, dar am pus și un transil de 400V pentru siguranță.

[iop95]

Pseudo MPPT? N-are nicio legatura cu MPPT.

L3 ce rol are? Ce se intampla cand IGBT-ul se blocheaza si se intrerupe curentul prin L3?

Contactul de la termostat ar tb sa lucreze pe o comanda logica care opreste convertorul nu sa taie alimentarea comenzii...

[costi_b]

Legătura cu MPPT este că păstrează la intrare tensiune constantă. Punctul de putere maximă a panourilor are tensiune aproape constantă indiferent de iluminare. Se modifică doar cu temperatura panourilor, dar destul de puțin. 

La 29.06.2020 la 13:08, iop95 a spus:

L3 ce rol are? Ce se intampla cand IGBT-ul se blocheaza si se intrerupe curentul prin L3?

Ce se întâmplă la orice Buck, curentul se inchide prin sarcină, cond de ieșire și diodă.

 

La 29.06.2020 la 13:08, iop95 a spus:

Contactul de la termostat ar tb sa lucreze pe o comanda logica care opreste convertorul nu sa taie alimentarea comenzii...

Am modificat asta, teoretic ar fi trebuit să lucreze bine și așa, la 9,7V tăia impulsurile de ieșire, practic rezistența R21 de la TL431 era întreruptă așa că UVLO nu mai funcționa și sub 7V IGBT-ul se duce în bălării, apar tot felul de forme ciudate în colector.

Atașez niște oscilograme de azi, testat pe sursa de laborator.

[costi_b]

Așa arată acum schemele:

PV Buck2.pdf Cond2.pdf

[iop95]

Acel "aproximativ constant" e valabil doar pentru tensiune... curentul variaza foarte puternic, deci departe de a considera ca mentine punctul de putere maxima livrabila de panouri.

Asigura puterea constanta la sarcina (prin mentinere tensiune constanta) dar nu puterea maxima posibila din panouri si urmarirea acestui punct functie de variatia iluminarii.

Cum se inchide prin sarcina si cond/dioda de iesire curentul prin L3?! Ar fi interesant de aflat.

Nici teoretic si nici practic nu se taie alimentarea de la un circuit asteptand sa aiba o functionare perfect previzibila/predictibila...

[costi_b]

De fapt e cu vreo 5% mai prost ca un MPPT adevărat pentru că setez ceva mai jos tensiunea (pierderea de putere e mult mai mică decât dacă tensiunea e prea mare unde panta curentului e abruptă). Având stabilizare pe tensiunea de intrare convertorul trage curentul maxim pe care îl pot debita panourile la tensiunea respectivă. Dacă panourile pot da mai mult curent, tensiunea tinde să crească, deci crește factorul de umplere, automat și puterea absorbită. În teste a menținut tensiunea la intrare până la o putere de 20W la ieșire, adică ceva mai mult de 1% din puterea instalată. Singura situatie când nu scoate puterea maximă  dacă factorul de umplere atinge valoarea maximă - 90% in cazul TL494- când va crește tensiunea pe panouri până deasupra de MPPT, caz puțin probabil deoarece panourile au 1830W Pmax la U MPPT 236V iar rezistența de sarcină are 2kW. Tensiunea de intrare am setat-o la 227V.

Legat de L3, este un filtru de intrare, am adăugat și un condensator în partea dinspre panouri. Prin ea trece practic aproape curent continuu între panouri și bateria de condensatoare din care ia energie circuitul buck.

Teoretic orice circuit ar trebui să aibă o funcționare perfect predictibilă chiar și în regimurile tranzitorii de la pornire și oprire.

Atașez și un grafic cu caracteristica panourilor.