FAQ по ШИМ контроллерам

Источники: Morningstar Corporation
StecaSolar

Технология контроллеров заряда для солнечных батарей интенсивно развивается в последние годы. Наиболее важным шагом было внедрение широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тока заряда, которое стало очень популярным. Ниже приводятся наиболее часто задаваемые вопросы и ответы на них по теме заряда аккумуляторов от солнечных батарей с использованием контроллеров с ШИМ.

Что такое ШИМ?

Широтно-импульсная модуляция является наиболее эффективным способом достижения постоянного напряжения заряда аккумуляторной батареи (АБ) путем коммутации источника энергии – солнечной батареи. При использовании ШИМ ток от солнечной батареи соответствует состоянию аккумуляторной батареи и ее потребностям в заряде.

Почему

ШИМ настолько эффективна?

Зарядка АБ с использованием солнечной батареи является уникальным и сложным процессом. Раньше использовались простые регуляторы заряда, которые просто включали и выключали солнечную батарею. Основным предназначением этих контроллеров было предотвращение газообразования в АБ если солнечная батарея производит излишки энергии. Однако, развитие технологий солнечной энергетики показало и отрицательные стороны такого режима заряда.

При простом регулировании заряда (включение-выключение) наблюдался преждевременный выход из строя аккумуляторных батарей, увеличивалась частота защитных отключений нагрузки, что приводило к растущему неудовлетворению пользователей. Контроллеры с

ШИМ тока заряда показали большое преимущество в процессе заряда АБ от солнечных батарей.

Контроллеры с ШИМ используют технологию, которая аналогична используемым в других современных высококачественных контроллерах заряда АБ. Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева, вспухания или закипания аккумуляторов. Однако заряд

АБ продолжается для достижения максимального количества энергии, запасаемой в АБ. Более того, сокращается время заряда. Результатом является более высокий КПД процесса заряда, быстрый заряд и “здоровая” полностью заряженная батарея.

Дополнительно, этот новый метод заряда от солнечных батарей обещает некоторые довольно интересные и уникальные преимущества при заряда пульсирующим током. К этим преимуществам относятся:

• Возможность восстановить потерянную емкость и произвести десульфатацию аккумуляторной батареи
• Существенно увеличить способность АБ принимать заряд.
• Работать при высоком среднем заряде АБ (от 90% до 95%). Для сравнения, при простом регулировании (включение-выключение) степень заряженности АБ обычно не превышает 55% – 60%.
• Выровнять качество различных элементов АБ (известно, что при работе АБ различные элементы изнашиваются по разному)
• Уменьшить нагрев и газовыделение АБ
• Автоматически подстраиваться под “возраст” батареи
• Саморегулироваться при пропадании напряжения и учитывать температурные эффекты при работе солнечных батарей.

Как эта технология может помочь мне?

Преимущества, описанные выше, достигаются применением специальных технологий. Какие же преимущества получает конечный пользователь? Новая технология нового века предлагает:
Увеличение срока службы АБ:

• уменьшает стоимость солнечной энергосистемы
• уменьшает проблемы при замене и утилизации аккумуляторных батарей

Увеличение емкости АБ:

• увеличивает надежность солнечной энергосистемы
• уменьшает отключения нагрузки
• дает возможность уменьшить требуемую емкость АБ и снизить стоимость системы

Лучшее использование энергии от солнечной батареи:

• получите на 20% – 30% больше энергии от солнечных батарей для заряда АБ
• прекратите впустую тратить солнечную электроэнергию в то время когда АБ заряжена всего на 50%
• возможно снизить размер солнечных батареи и уменьшить стоимость системы

Большее удовлетворение потребностей пользователей

• получите больше энергии когда она вам нужна за меньшие деньги!

Проверены ли и испытаны эти новые технологии?

Да, эта технология подтвердила свою эффективность в тысячах солнечных энергосистем. Это привело к тому, что все ведущие производители контроллеров солнечного заряда используют

ШИМ модуляцию.

Эта статья прочитана 7622 раз(а)!

Продолжить чтение

Контроллер заряда АКБ с использованием технологии ШИМ (PWM)

Контроллер заряда является неотъемлемой частью любой солнечной электростанции. Нам часто задают вопрос: «Можно ли подсоединить солнечную батарею напрямую к АКБ?», ответ однозначно НЕТ! Все дело в том, что АКБ любого типа расчитана на определенный алгоритм заряда.

Соединение солнечных батарей напрямую к АКБ приведет к её перезаряду и закипанию электролита.

Таким образом основной задачей контроллера заряда, является управление зарядом АКБ с использованием мощности вырабатываемой солнечными батареями.

На сегодняшний день, в основном, используются два типа контроллеров ШИМ (PWM) и MPPT контроллеры. В ШИМ (PWM — англ. pulse-width modulation) контроллерах, используется технология широтно-импульсной модуляции для заряда АКБ на завершающей стадии. Это позволяет зарядить АКБ полностью.

Несмотря на то, что ШИМ контроллеры прекрасно справляются с задачей корректного заряда АКБ, их использование рационально в системах небольшой мощностью или регионах с высокой солнечной активностью. Для крупных солнечных станций используют MPPT контроллеры, т.к. их эффективность значительно выше.

ШИМ контроллеры различаются:

• по напряжению системы. Контроллеры выпускаются для работы с системами 12, 24 и 48 В. Многие контроллеры расчитаны на работу в различных системах — при подключении АКБ произойдет автоматическое определение напряжения системы.
• по току заряда.
• наличию дисплея
• наличию USB выходов
• способу управления сенсорные/кнопочные
• наличию дополнительных функций

Как выбрать ШИМ контроллер?

Для правильного выбора контроллера нужно учитывать следующие параметры:

1. Ток заряда АКБ. При выборе контроллера, нужно учитывать, что оптимальный ток заряда свинцово-кислотных АКБ составляет 0,1С (т.е. 10% от емкости батареи), превышение этого значения может привести к закипанию электролита и как следствие, к снижению ресурса или полному выходу из строя АКБ.
2. Входное напряжение. Для каждого контроллера, производителем указано максимальное входное напряжение. Напряжение холостого хода солнечной батареи или сумма напряжений холостого хода последовательно подключенных батарей не должно превышать это значение. При выборе контроллера, обязательно, необходимо учитывать, что в яркую, солнечную погоду значение напряжения холостого хода солнечной батареи может превысить указанное в технических характеристиках.
3. Мощность СБ. Суммарная мощность солнечных батарей подключаемых к контроллеру, должна соответствовать его техническим характеристикам, указанным производителем.

Самые популярные ШИМ контроллеры:

Контроллер заряда
Epsolar LS2024EU

U_ном = 12/24В
U_ном = 20А
U_max = вход 50В

Контроллер заряда
Epsolar VS1024A

U_ном = 12/24В
U_ном = 10А
U_max = вход 50В

Контроллер заряда
DELTA PWM 2430

U_ном = 12/24В
U_ном = 20А
U_max = вход 30В

Контроллер заряда
Epsolar LS2024B

U_ном = 12/24В
U_ном = 20А
U_max = вход 30В

Сообщения не найдены

Написать отзыв

Микросхемы ШИМ-контроллеров ON Semi для сетевых источников питания. Шим-контроллеры

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это метод преобразования сигнала, при котором изменяется длительность импульса (скважность), а частота остаётся константой. В английской терминологии обозначается как PWM (pulse-width modulation). В данной статье подробно разберемся, что такое ШИМ, где она применяется и как работает.

Область применения

С развитием микроконтроллерной техники перед ШИМ открылись новые возможности. Этот принцип стал основой для электронных устройств, требующих, как регулировки выходных параметров, так и поддержания их на заданном уровне. Метод широтно-импульсной модуляции применяется для изменения яркости света, скорости вращения двигателей, а также в управлении силовым транзистором блоков питания (БП) импульсного типа.

Широтно-импульсная (ШИ) модуляция активно используется в построении систем управления яркостью светодиодов. Благодаря низкой инерционности, светодиод успевает переключаться (вспыхивать и гаснуть) на частоте в несколько десятков кГц. Его работа в импульсном режиме воспринимается человеческим глазом как постоянное свечение. В свою очередь яркость зависит от длительности импульса (открытого состояния светодиода) в течение одного периода. Если время импульса равно времени паузы, то есть коэффициент заполнения – 50%, то яркость светодиода будет составлять половину от номинальной величины. С популяризацией светодиодных ламп на 220В стал вопрос о повышении надёжности их работы при нестабильном входном напряжении. Решение было найдено в виде универсальной микросхемы – драйвера питания, работающего по принципу широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции. Схема на базе одного из таких драйверов детально описана .

Подаваемое на вход микросхемы драйвера сетевое напряжение постоянно сравнивается с внутрисхемным опорным напряжением, формируя на выходе сигнал ШИМ (ЧИМ), параметры которого задаются внешними резисторами. Некоторые микросхемы имеют вывод для подачи аналогового или цифрового сигнала управления. Таким образом, работой импульсного драйвера можно управлять с помощью другого ШИ-преобразователя. Интересно, что на светодиод поступают не высокочастотные импульсы, а сглаженный дросселем ток, который является обязательным элементом подобных схем.

Масштабное применение ШИМ отражено во всех LCD панелях со светодиодной подсветкой. К сожалению, в LED мониторах большая часть ШИ-преобразователей работает на частоте в сотни Герц, что негативно отражается на зрении пользователей ПК.

Микроконтроллер Ардуино тоже может функционировать в режиме ШИМ контроллера. Для этого следует вызвать функцию AnalogWrite() с указанием в скобках значения от 0 до 255. Ноль соответствует 0В, а 255 – 5В. Промежуточные значения рассчитываются пропорционально.

Повсеместное распространение устройств, работающих по принципу ШИМ, позволило человечеству уйти от трансформаторных блоков питания линейного типа. Как результат – повышение КПД и снижение в несколько раз массы и размеров источников питания.

ШИМ-контроллер является неотъемлемой частью современного импульсного блока питания. Он управляет работой силового транзистора, расположенного в первичной цепи импульсного трансформатора. За счёт наличия цепи обратной связи напряжение на выходе БП всегда остаётся стабильным. Малейшее отклонение выходного напряжения через обратную связь фиксируется микросхемой, которая мгновенно корректирует скважность управляющих импульсов. Кроме этого современный ШИМ-контроллер решает ряд дополнительных задач, способствующих повышению надёжности источника питания:

• обеспечивает режим плавного пуска преобразователя;
• ограничивает амплитуду и скважность управляющих импульсов;
• контролирует уровень входного напряжения;
• защищает от короткого замыкания и превышения температуры силового ключа;
• при необходимости переводит устройство в дежурный режим.

Принцип работы ШИМ контроллера

Задача ШИМ контроллера состоит в управлении силовым ключом за счёт изменения управляющих импульсов. Работая в ключевом режиме, транзистор находится в одном из двух состояний (полностью открыт, полностью закрыт). В закрытом состоянии ток через p-n-переход не превышает несколько мкА, а значит, мощность рассеивания стремится к нулю. В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление p-n-перехода чрезмерно мало, что также приводит к незначительным тепловым потерям. Наибольшее количество тепла выделяется в момент перехода из одного состояния в другое. Но за счёт малого времени переходного процесса по сравнению с частотой модуляции, мощность потерь при переключении незначительна.

Широтно-импульсная модуляция разделяется на два вида: аналоговая и цифровая. Каждый из видов имеет свои преимущества и схемотехнически может реализовываться разными способами.

Аналоговая ШИМ

Принцип действия аналогового ШИ-модулятора основан на сравнении двух сигналов, частота которых отличается на несколько порядков. Элементом сравнения выступает операционный усилитель (компаратор). На один из его входов подают пилообразное напряжение высокой постоянной частоты, а на другой – низкочастотное модулирующее напряжение с переменной амплитудой. Компаратор сравнивает оба значения и на выходе формирует прямоугольные импульсы, длительность которых определяется текущим значением модулирующего сигнала. При этом частота ШИМ равна частоте сигнала пилообразной формы.

Цифровая ШИМ

Широтно-импульсная модуляция в цифровой интерпретации является одной из многочисленных функций микроконтроллера (МК). Оперируя исключительно цифровыми данными, МК может формировать на своих выходах либо высокий (100%), либо низкий (0%) уровень напряжения. Однако в большинстве случаев для эффективного управления нагрузкой напряжение на выходе МК необходимо изменять. Например, регулировка скорости вращения двигателя, изменение яркости светодиода. Что делать, чтобы получить на выходе микроконтроллера любое значение напряжения в диапазоне от 0 до 100%?

Вопрос решается применением метода широтно-импульсной модуляции и, используя явление передискретизации, когда заданная частота переключения в несколько раз превышает реакцию управляемого устройства. Изменяя скважность импульсов, меняется среднее значение выходного напряжения. Как правило, весь процесс происходит на частоте в десятки-сотни кГц, что позволяет добиться плавной регулировки. Технически это реализуется с помощью ШИМ-контроллера – специализированной микросхемы, которая является «сердцем» любой цифровой системы управления. Активное использование контроллеров на основе ШИМ обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

• высокой эффективности преобразования сигнала;
• стабильность работы;
• экономии энергии, потребляемой нагрузкой;
• низкой стоимости;
• высокой надёжности всего устройства.

Получить на выводах микроконтроллера ШИМ сигнал можно двумя способами: аппаратно и программно. В каждом МК имеется встроенный таймер, который способен генерировать ШИМ импульсы на определённых выводах. Так достигается аппаратная реализация. Получение ШИМ сигнала с помощью программных команд имеет больше возможностей в плане разрешающей способности и позволяет задействовать большее количество выводов. Однако программный способ ведёт к высокой загрузке МК и занимает много памяти.

Примечательно, что в цифровой ШИМ количество импульсов за период может быть различным, а сами импульсы могут быть расположены в любой части периода. Уровень выходного сигнала определяется суммарной длительностью всех импульсов за период. При этом следует понимать, что каждый дополнительный импульс – это переход силового транзистора из открытого состояния в закрытое, что ведёт к росту потерь во время переключений.

Пример использования ШИМ регулятора

Один из вариантов реализации ШИМ простого регулятора уже описывался ранее в . Он построен на базе микросхемы и имеет небольшую обвязку. Но, несмотря на простату схемы, регулятор имеет довольно широкую область применения: схемы управления яркости светодиодов, светодиодных лент, регулировка скорость вращения двигателей постоянного тока.

Читайте так же

Современный рынок источников питания предлагает разработчику широкий выбор различных изделий электроники, каждое из которых в той или иной степени готово к решению поставленных перед инженерами задач. Данная статья имеет перед собой цель рассмотреть и помочь выбрать оптимальные решения из предложений наиболее известных игроков рынка импульсных источников питания.

Введение

Раньше системам питания в функциональной схеме на этапе проектирования очень часто уделялось внимание уже на завершающей стадии, многие специалисты недооценивали их возможность по усовершенствованию изделия в целом. В последнее время тенденции развития электронной промышленности поставили на первый план перед разработчиками такие задачи, как уменьшение энергопотребления, массогабаритных характеристик, времени разработки и конечной стоимости изделия. Такие требования изменили некогда второстепенное отношение к узлам осуществления питания устройства, ведь во многом именно от них зависит способность конечного продукта быть конкурентоспособным, выдерживая жесткие требования рынка.

На сегодняшний день ведущие позиции в этой области традиционно занимает компания Power Integration. Продукция этой фирмы хорошо известна, технология применения многократно отработана, что и является фактором, который перевешивает чашу весов в ее сторону.

В качестве конкурирующих продуктов рассмотрим предложение в области источников питания от компании Fairchild Semiconductor. Эта компания уже давно зарекомендовала себя в области силовой электроники, предлагая недорогие, качественные и многофункциональные решения. Как правило, продукция этого производителя ориентирована на области, требующие высокой степени надежности и производительности.

Источники питания

Фактически все изделия электронной промышленности нуждаются в питании постоянным током от аккумуляторной батареи или источника питания. Помимо того, большинство приборов имеет повышенные требования к его качеству. Напряжение необходимо регулировать и защищать от возникающих пульсаций. Всего существует три типа силовых преобразователей:

• DC\DC-конвертер;
• AC\DC-источник питания;
• DC\AC-инвертор.

Идеальный источник должен формировать требуемые значения напряжений, несмотря на изменение окружающей температуры, нагрузки или входного напряжения. При этом он должен обладать 100%-ной эффективностью. На рис. 1 можно увидеть недостатки реального источника питания.

Рис. 1. Реальный источник питания

На сегодняшний день существуют линейные и . Импульсное преобразование интересно из-за высокой эффективности и удельной мощности. В таблице сравниваются некоторые из основных особенностей линейных и импульсных источников питания. Стабильность по напряжению и току обычно лучше у линейных источников питания, иногда на порядок, но в импульсных источниках питания часто используются линейные выходные стабилизаторы, улучшающие параметры выходного напряжения.

Таблица. Сравнение импульсных и линейных источников питания

Наконец, импульсные источники питания имеют более широкий диапазон входных напряжений. Диапазон входных напряжений линейных источников питания обычно не превышает 10% от номинального значения, что оказывает прямое влияние на КПД. У импульсных источников влияние изменения величины входного напряжения на КПД очень незначительное или вообще отсутствует, а широкий рабочий диапазон входных напряжений дает возможность работать при сильных изменениях напряжения сети (до 40%). Наиболее часто применяемой (благодаря своим достоинствам) является схема обратноходового преобразователя (рис. 2). Разработано множество микросхем управления данными преобразователями. Существуют как микросборки, использующие внешний силовой транзистор, так и включающие силовой элемент в свой состав, что уменьшает его габариты.

Рис. 2. Схема обратноходового преобразователя с согласующим трансформатором и гальванической развязкой

В недалеком прошлом реализация метода широтно-импульсной модуляции и контроля характеристик осуществлялась за счет дискретных элементов. Появление интегральных схем, берущих на себя эти функции, намного упростило процесс разработки и в несколько раз уменьшило габаритные размеры источников питания (рис. 3). Лидерами в производстве интегральных схем управления источниками питания являются компании Power Integrations и Fairchild Semiconductor.

Рис. 3. Эволюция источников питания

Регуляторы напряжения компании Power Integrations

Один из используемых подходов, позволяющих существенно сократить потери на нагревании силовых компонентов радиосхем, представляет собой использование переключательных режимов работы установок. При подобных системах электросиловой компонент или раскрыт — в это время на нем наблюдается фактически нулевое падение напряжения, или открыт — в это время на него подается нулевой ток. Рассеиваемую мощность можно вычислить, перемножив показатели силы тока и напряжения. В этом режиме получается достичь коэффициента полезного действия около 75-80% и более.

Что такое ШИМ?

Для получения на выходе сигнала требуемой формы силовой ключ должен открываться всего лишь на определенное время, пропорциональное вычисленным показателям выходного напряжения. В этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Далее сигнал такой формы, состоящий из импульсов, разнящихся по своей ширине, поступает в область фильтра на основе дросселя и конденсатора. После преобразования на выходе будет практически идеальный сигнал требуемой формы.

Область применения ШИМ не ограничивается импульсными стабилизаторами и преобразователями напряжения. Использование данного принципа при проектировании мощного усилителя звуковой частоты дает возможность существенно снизить потребление устройством электроэнергии, приводит к миниатюризации схемы и оптимизирует систему теплоотдачи. К недостаткам можно причислить посредственное качество сигнала на выходе.

Формирование ШИМ-сигналов

Создавать ШИМ-сигналы нужной формы достаточно трудно. Тем не менее индустрия сегодня может порадовать замечательными специальными микросхемами, известными как ШИМ-контроллеры. Они недорогие и целиком решают задачу формирования широтно-импульсного сигнала. Сориентироваться в устройстве подобных контроллеров и их использовании поможет ознакомление с их типичной конструкцией.

Стандартная схема контроллера ШИМ предполагает наличие следующих выходов:

• Общий вывод (GND). Он реализуется в виде ножки, которая подключается к общему проводу схемы питания устройства.
• Вывод питания (VC). Отвечает за электропитание схемы. Важно не спутать его с соседом с похожим названием — выводом VCC.
• Вывод контроля питания (VCC). Как правило, чип контроллера ШИМ принимает на себя руководство силовыми транзисторами (биполярными либо полевыми). В случае если напряжение на выходе снизится, транзисторы станут открываться лишь частично, а не целиком. Стремительно нагреваясь, они в скором времени выйдут из строя, не справившись с нагрузкой. Для того чтобы исключить такую возможность, необходимо следить за показателями напряжения питания на входе микросхемы и не допускать превышения расчетной отметки. Если напряжение на данном выводе опускается ниже установленного специально для этого контроллера, управляющее устройство отключается. Как правило, данную ножку соединяют напрямую с выводом VC.

Выходное управляющее напряжение (OUT)

Количество выводов микросхемы определяется её конструкцией и принципом работы. Не всегда удается сразу разобраться в сложных терминах, но попробуем выделить суть. Существуют микросхемы на 2-х выводах, управляющие двухтактными (двухплечевыми) каскадами (примеры: мост, полумост, 2-тактный обратный преобразователь). Существуют и аналоги ШИМ-контроллеров для управления однотактными (одноплечевыми) каскадами (примеры: прямой/обратный, повышающий/понижающий, инвертирующий).

Помимо этого, выходной каскад может быть по строению одно- и двухтактным. Двухтактный используется в основном для управления полевым транзистором, зависящим от напряжения. Для быстрого закрытия необходимо добиться быстрой разрядки емкостей «затвор — исток» и «затвор — сток». Для этого как раз и используется двухтактный выходной каскад контроллера, задачей которого является обеспечение замыкание выхода на общий кабель, если требуется закрыть полевой транзистор.

ШИМ-контроллеры для источников питания большой мощности могут иметь также элементы управления выходным ключом (драйверы). В качестве выходных ключей рекомендуется использовать IGBT-транзисторы.

Основные проблемы ШИМ-преобразователей

При работе любого устройства полностью исключить вероятность поломки невозможно, и преобразователей это тоже касается. Сложность конструкции при этом не имеет значения, проблемы в эксплуатации может вызвать даже известный ШИМ-контроллер TL494. Неисправности имеют различную природу — некоторые из них можно выявить на глаз, а для обнаружения других требуется специальное измерительное оборудование.

Чтобы ШИМ-контроллер, следует ознакомится со списком основных неисправностей приборов, а лишь позже — с вариантами их устранения.

Диагностика неисправностей

Одна из часто встречающихся проблем — пробой ключевых транзисторов. Результаты можно увидеть не только при попытке запуска устройства, но и при его обследовании с помощью мультиметра.

Кроме того, существуют и другие неисправности, которые несколько сложнее обнаружить. Перед тем как проверить ШИМ-контроллер непосредственно, можно рассмотреть самые распространенные случаи поломок. К примеру:

• Контроллер глохнет после старта — обрыв петли ОС, перепад по току, проблемы с конденсатором на выходе фильтра (если таковой имеется), драйвером; возможно, разладилось управление ШИМ-контроллером. Надо осмотреть устройство на предмет сколов и деформаций, замерить показатели нагрузки и сравнить их с типовыми.
• ШИМ-контроллер не стартует — отсутствует одно из входных напряжений или устройство неисправно. Может помочь осмотр и замер выходного напряжения, в крайнем случае, замена на заведомо рабочий аналог.
• Напряжение на выходе отличается от номинального — проблемы с петлей ООС или с контроллером.
• После старта ШИМ на БП уходит в защиту при отсутствии КЗ на ключах — некорректная работа ШИМ или драйверов.
• Нестабильная работа платы, наличие странных звуков — обрыв петли ООС или цепочки RC, деградация емкости фильтра.

В заключение

Универсальные и многофункциональные ШИМ-контроллеры сейчас можно встретить практически везде. Они служат не только в качестве неотъемлемой составляющей блоков питания большинства современных устройств — типовых компьютеров и других повседневных девайсов. На основе контроллеров разрабатываются новые технологии, позволяющие существенно сократить расход ресурсов во многих отраслях человеческой деятельности. Владельцам частных домов пригодятся контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрических батарей, основанные на принципе широтно-импульсной модуляции тока заряда.

Высокий коэффициент полезного действия делает разработку новых устройств, действие которых основывается на принципе ШИМ, весьма перспективной. Вторичные источники питания — вовсе не единственное направление деятельности.

В схемотехнике современных импульсных источников питания (ИИП) приобрели широкую популярность ШИМ-регуляторы, выполненные в малогабаритных планарных корпусах с шестью выводами. Обозначение типа корпуса может быть SOT-23-6, SOT-23-6L, SOT-26, TSOP-6, SSOT-6. Внешний вид и расположение выводов показаны на рисунке ниже. В данном случае на левом фрагменте картинки представлена кодовая маркировка LD7530A

Назначение выводов:
1 — GND. (Общий провод).
2 — FB. (FeedBack — Обратная Связь). Вход для управления длительностью импульсов сигналом с выходного напряжения. Иногда может иметь обозначение COMP (входной компаратор).
3 — RI/RT/CT/COMP/NC — В зависимости от типа микросхемы, может быть задействован для частотозадающей RC цепи (RI/RT/CT), либо для организации защиты, как вход компаратора отключения ШИМ при пороговом значение на его входе, указанном в документе. В некоторых типах микросхем этот вход может быть никак не задействован (NC — No Connect).
4 — SENSE, по другому CS (Current Sense) — Вход с датчика тока в истоке ключа.
5 — VCC — Вход напряжения питания и запуска микросхемы.
6 — OUT (GATE) — Выход для управления затвором (Gate) ключа.

Функционально подобные регуляторы работают по принципу популярных ранее микросхем ШИМ серии xx384x, которые хорошо зарекомендовали себя в плане надёжности и устойчивости.

Некоторые затруднения часто возникают при замене или выборе аналога для подобных ШИМ-регуляторов по причине применения кодовой маркировки в обозначении типа микросхем. Ситуация осложняется большим количеством производителей компонентов, которые не всегда предоставляют документацию в массовый доступ, так же не все производители готовых устройств снабжают схемами ремонтные сервисные центры, поэтому реальные схемные решения ремонтникам часто приходится изучать по установленным компонентам и монтажным соединениям непосредственно на плате.

В практике часто встречаются микросхемы ШИМ и кодом маркировки EAxxx и Eaxxx. Официальной документации на них не найдено в свободном доступе, но сохранились обсуждения на форумах и кусочки картинок из PDF от System General, которая публикует их как SG6848T и SG6848T2. Рисунок прилагается.

Вниманию мастеров предлагаем таблицы, составленные из доступной в интернете информации и документов PDF для подбора аналогов при замене наиболее распространённых шестиногих планарных ШИМ c цоколёвкой выводов: pin1 — GND, pin2 — FB (COMP), pin4 — Sense, pin5 — Vcc, pin6 — OUT.
Основным их различием является применение и назначение вывода 3.

ШИМ-регуляторы (PWM), без использования вывода 3.

Name	Part Namber	Diler	Marking
SG6849	SG684965TZ	Fairchild / ON Semi	BBxx
SG6849	SG6849-65T, SG6849-65TZ	System General	MBxx EBxx
SGP400	SGP400TZ	System General	AAKxx

ШИМ-регуляторы (PWM) с установкой резистора 95-100 kOhm на вывод 3.

Применяя перечисленные ниже ШИМ, частоту следует установить резистором RT (RI) от вывода 3 на землю. Обычно его номинал выбирается 95-100 kOhm для частоты 65-100 KHz. Более точно смотрите в прилагаемой документации. Файлы PDF упакованы в RAR.

Name	Part Namber	Diler	Marking
AP3103A	AP3103AKTR-G1	Diodes Incorporated	GHL
AP8263	AP8263E6R, A8263E6VR	AiT Semiconductor	S1xx
AT3263	AT3263S6	ATC Technology	3263
CR6848	CR6848S	Chip-Rail	848h26
CR6850	CR6850S	Chip-Rail	850xx
CR6851	CR6851S	Chip-Rail	851xx
FAN6602R	FAN6602RM6X	Fairchild / ON Semi	ACCxx
FS6830	FS6830	FirstSemi
GR8830	GR8830CG	Grenergy	30xx
GR8836	GR8836C, GR8836CG	Grenergy	36xx
H6849	H6849NF	HI-SINCERITY
H6850	H6850NF	HI-SINCERITY
HT2263	HT2263MP	HOT-CHIP	63xxx
KP201		Kiwi Instruments
LD5530	LD5530GL LD5530R	Leadtrand	xxt30 xxt30R
LD7531	LD7531GL, LD7531PL	Leadtrend	xxP31
LD7531A	LD7531AGL	Leadtrend	xxP31A
LD7535/A	LD7535BL, LD7535GL, LD7535ABL, LD7535AGL	Leadtrend	xxP35-xxx35A
LD7550	LD7550BL, LD7550IL	Leadtrend	xxP50
LD7550B	LD7550BBL, LD7550BIL	Leadtrend	xxP50B
LD7551	LD7551BL/IL	Leadtrend	xxP51
LD7551C	LD7551CGL	Leadtrend	xxP51C
NX1049	XN1049TP	Xian-Innuovo	49xxx
OB2262	OB2262MP	On-Bright-Electronics	62xx
OB2263	OB2263MP	On-Bright-Electronics	63xx
PT4201	PT4201E23F	Powtech	4201
R7731	R7731GE/PE	Richtek	0Q=
R7731A	R7731AGE	Richtek	IDP=xx
SD4870	SD4870TR	Silan Microelectronics	4870
SF1530	SF1530LGT	SiFirst	30xxx
SG5701	SG5701TZ	System General	AAExx
SG6848	SG6848T, SG6848T1, SG6848TZ1, SG6848T2	Fairchild / ON Semi	AAHxx EAxxx
SG6858	SG6858TZ	Fairchild / ON Semi	AAIxx
SG6859A	SG6859ATZ, SG6859ATY	Fairchild / ON Semi	AAJFxx
SG6859	SG6859TZ	Fairchild / ON Semi	AAJMxx
SG6860	SG6860TY	Fairchild	AAQxx
SP6850	SP6850S26RG	Sporton Lab	850xx
SP6853	SP6853S26RGB, SP6853S26RG	Sporton Lab	853xx
SW2263	SW2263MP	SamWin
UC3863/G	UC3863G-AG6-R	Unisonic Technologies Co	U863 U863G

ШИМ-регуляторы, в которых вывод 3 используется иначе.

При использовании перечисленных ниже ШИМ (PWM-контроллеров) следует обратить внимание на вывод 3, который может использоваться для организации защиты — тепловой или от превышения входного напряжения.
Частота может быть фиксированной 65kHz, либо устанавливаться номиналом конденсатора на выводе 3.
При замене любых микросхем на аналоги внимательно изучайте документацию. Файлы PDF упакованы в архив RAR.

Name	Part Namber	Diler	Marking
AP3105/V/L/R	AP3105KTR-G1, AP3105VKTR-G1, AP3105LKTR-G1, AP3105RKTR-G1	Diodes Incorporated	GHN GHO GHP GHQ
AP3105NA/NV/NL/NR	AP3105NAKTR-G1, AP3105NVKTR-G1, AP3105NLKTR-G1, AP3105NRKTR-G1	Diodes Incorporated	GKN GKO GKP GKQ
AP3125A/V/L/R	AP3125AKTR-G1, AP3125VKTR-G1, AP3125LKTR-G1, AP3125RKTR-G1	Diodes Incorporated	GLS GLU GNB GNC
AP3125B	AP3125BKTR-G1	Diodes Incorporated	GLV
AP3125HA/HB	AP3125HAKTR-G1, AP3125HBKTR-G1	Diodes Incorporated	GNP GNQ

Как проверить ШИМ контроллер мультиметром и с применением тестера радиодеталей

Широтно–импульсные преобразователи являются конструктивной частью импульсных блоков питания электронных устройств. Разберем, как проверить ШИМ контроллер с применением мультиметра, на примере материнской платы компьютера.

Проверка на материнской плате

Итак, при включении питания платы, срабатывает защита. В первую очередь, необходимо проверить мультиметром сопротивление плеч стабилизатора.

Для этих целей также может быть использован тестер радиодеталей. Если одно из них показывает короткое замыкание, то есть, измеренное сопротивление составляет меньше 1 Ома, значит, пробит один из ключевых полевых транзисторов.

Выявление пробитого транзистора в случае, если стабилизатор однофазный, не составляет труда – неисправный прибор при проверке мультиметром показывает короткое замыкание. Если схема стабилизатора многофазная, а именно так питается процессор, имеет место параллельное включение транзисторов. В этом случае, определить поврежденный прибор можно двумя путями:

1. произвести демонтаж транзистора и проверить мультиметром сопротивление между его выводами на предмет пробоя;
2. не выпаивая транзисторы, замерить и сравнить сопротивление между затвором и истоком в каждой из фаз преобразователя. Поврежденный участок определяется по более низкому значению сопротивления.

Второй способ работает не во всех случаях. Если пробитый элемент определить не удалось, придется все же выпаять транзистор.

Далее производится замена поврежденного транзистора, а также, установка на место всех выпаянных в процессе диагностики радиоэлементов. После этого можно попытаться запустить плату.

Первое включение после ремонта лучше выполнить, сняв процессор и выставив соответствующие перемычки. Если первый запуск был успешным, можно проводить тест с нагрузкой, контролируя температуру мосфетов.

Неисправности ШИМ контроллера могут проявляться так же, как и пробой мосфетов, то есть уходом блока питания в защиту. При этом проверка самих транзисторов на пробой результата не дает.

Кроме этого, следствием нарушения функций ШИМ контроллера может быть отсутствие выходного напряжения или его несоответствие номинальной величине. Для проверки ШИМ контроллера следует вначале изучить его даташит. Наличие высокочастотного напряжения в импульсном режиме, при отсутствии осциллографа, можно определить, используя тестер кварцев на микроконтроллере.

Признаки неисправности, их устранение

Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.

Остановка сразу после запуска

Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе.

Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.

Импульсный модулятор не стартует

Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме.

Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.

Проблемы с напряжением

Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера.

Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.

Отключение блока питания защитой

При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей.

В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.

SRNE SR-Dh200 ШИМ контроллер заряда

Контроллер DH предназначен для светодиодных фонарей, в нем установлен источник постоянного тока. Максимальное входное напряжение от солнечных панелей 60В. Максимальное количество светодиодных фонарей, подключенных последовательно — 18шт.

Контроллер DH может автоматически определять 12В и 24В напряжение в системе по напряжению на аккумуляторе.

Особенности

• Новая конструкция беспроводного пульта дистанционного управления может изменять параметры контроллера и читать системные сообщения на портативных устройствах.
• Высокая цифровая точность управления постоянным током. Максимальная эффективность может достигать 96%.
• Рабочий ток регулируется в диапазоне от 0.15А до 3.3А, точность регулирования — 30 мА.
• Высокие динамические характеристики нагрузки гарантируют стабильность тока на выходе, даже если напряжение аккумулятора и величина нагрузки резко меняются.
• 3 временных периода для плавного регулирования освещения. Рабочее время может быть установлено в диапазоне от 0 до 15 часов, мощность может быть установлена в диапазоне от 0% до 100%.
• Интеллектуальный режим питания. Мощность нагрузки может регулироваться автоматически в зависимости от мощности аккумулятора. Можно продлить максимальное время работы аккумулятора.
• Запись состояния системы. Возможность записи до 7 дней и контроля всей системы.
• По-настоящему постоянный ток (а не просто ограниченный) гарантирует стабильность тока на выходе, таким образом, снижает вероятность сбоя работы светодиодов, увеличивая их срок службы.
• Металлический корпус и водонепроницаемая защита IP68 подходят для использования в любых неблагоприятных условиях.
• При помощи измененного расчета зарядки, эффективность зарядки повышается, увеличивается время использования солнечной энергии.
• Функция предотвращения перегрева. При превышении определенной температуры позволяет уменьшить нагрузку или отключить ее.
• Различные функции защиты системы от: обратной полярности аккумулятора, короткого замыкания в светодиодном светильнике, разрыва цепи и т. д.

Напряжение системы, В	12/24
Мощность на выходе, Вт	50/100
Ток на выходе, А	0,15-3,3
Собственное потребление	9 мА/12 В; 12 мА/24 В
Ток заряда, А	15
Солнечное входное напряжение, В	< 55
Эффективность пост. тока, %	90-96
Рабочая температура, °С	-35 до +65
Степень защиты	IP68
Вес, г	280
Габариты, мм	100х82х20

Шим контроллер THX206H для БП мощностью до 18Вт и его замена в бп от Lii-300

Сдох БП от LiitoKala Lii-300. Внешний осмотр показал сдохший шим-контроллер, который и был заказан в некотором количестве.

Приехали месяца за полтора с треком UB*HK (canio).

В декларации на пакете было написано Screen protector 😉

БП сдох в момент подключения в розетку с легким хлопком.
Дальнейшая проверка показала что сдохли два диода мостика (через которые шла полуволна в момент проишествия), входной конденсатор 22*400, предохранитель и шим-контроллер. Остальное осталось цело, емкости тоже более-менее живые.

Этикетка, потроха и разрушения БП

Внешне сетевой конденсатор выглядел как новенький, но емкость полностью отсутствовала, похоже на внутренний обрыв. Возникло предположение, что кз в контроллере было первично, и контакт отгорел, но вскрытие показало, что контакт скорее отвалился из-за коррозии, почему так, учитывая что из алюминия там сделано все, и все оно целое, включая точно такой же второй контакт, непонятно. Версия, что окончательный обрыв произошел от механических воздействий перед включением сомнительна, ибо корпус конденсатора был приклеен к диодам.

Опознание контроллера (последняя цифра пострадала) сначала привело к THX203, но изучение даташита показало что у него заявлена недостаточная мощность (12Вт) и слегка отличный, 8ногий, корпус (плата расчитана на оба). Перебором среди 20x с закругленной третьей цифрой попался 206, который совпал с требованиями. 203, кстати, встречается заметно дешевле.

Корпуса и их маркировка схожи (паяный — трупик):

Проверять все не стал, панельки под рукой не было, перепаивать лишний раз — печать на плате отслоится может, а на самом деле просто лень, тем более что первый заработал. Плата после замены и трупики:

Немного погонял бп и посмотрел тепловой режим. Самый горячий контроллер (ниже его установишаяся температура в закрытом корпусе), градусов на 5 ниже — трансформатор, все остальное значительно холоднее.
напряжение*ток на выходе; мощность на входе; температура шим-контроллера
12,2*0,5A 8,0W 62С (27С в комнате)
12,1*1,0А 15,2W 83C
12,0*1.25A 19,0W 91C
11,9*1,5A 22,7W
11,8*2A 30,4W

1.5/2A проверялись кратковременно, столько Lii-300 заведомо не требует.

SCP0038 ШИМ-контроллер

Модуль предназначен для настройки, проверки, эксплуатации и исследования характеристик различных нагрузок. Как правило, модуль используется совместно с силовым ключом. Модуль имеет 10 ячеек энергонезависимой памяти, для хранения скважности и частоты ШИМ — сигнала.

Технические характеристики

Процент заполнения ШИМ-сигнала

Шаг регулировки ШИМ-сигнала

Количество частот выходного ШИМ-сигнала

Память сохраненных значений

Рекомендуемое напряжение питания (фильтрованное)

Потребляемый ток

Амплитуда выходного сигнала

Допустимый выходной ток

Цвет свечения индикатора

Температура эксплуатации модуля

Защита от переполюсовки питания модуля

Модуль рекомендован для управления:

• яркостью светодиодов, светодиодных матриц/лент/линеек;
• электродвигателями постоянного тока;
• яркостью ламп накаливания;
• низковольтными нагревателями.

Отображение на дисплее	Частота
F0	~16 KHz
F1	~2 KHz
F2	~250 Hz
F3	~63 Hz
F4	~16 Hz

Назначение кнопок:

Текущие настройки ШИМ (частота, заполняемость) автоматически сохраняются в ячейку автосохранения при отсутствии нажатий на кнопки ~10 секунд. При включении ШИМ-контроллер включается с настройками автосохранения.

Для внесения изменений в ячейки списка необходимо их сохранить повторно.

Модуль выпускается в двух версиях: SCP0038 — без корпуса, SCP0038-BOX — в корпусе.

В чем разница между контроллерами заряда MPPT и PWM?

Контроллеры заряда являются важным компонентом любой солнечной установки. Хотя это не первое, о чем люди думают, когда говорят о переходе на солнечную энергию, контроллеры обеспечивают эффективную и безопасную работу вашей системы на долгие годы. Есть много изменяющихся переменных, которые влияют на объем вырабатываемой энергии, например уровень солнечного света, температура и состояние заряда аккумулятора. Контроллеры заряда обеспечивают стабильный и оптимальный уровень мощности ваших аккумуляторов.

Что такое контроллеры солнечного заряда?

Контроллер заряда солнечной энергии находится между источником энергии и накопителем и предотвращает перезарядку батарей, ограничивая количество и скорость заряда ваших батарей. Они также предотвращают разряд батареи, отключая систему, если запасенная мощность падает ниже 50 процентов емкости, и заряжают батареи при правильном уровне напряжения. Это помогает продлить срок службы батарей и сохранить их здоровье.

Они также предлагают некоторые другие важные функции:

Защита от перегрузки: Если ток, протекающий в ваши батареи, намного выше, чем может выдержать цепь, ваша система может перегрузить.Это может привести к перегреву и вызвать возгорание. Контроллер заряда обеспечивает важную функцию защиты от перегрузки. В более крупных системах мы также рекомендуем двойную защиту от автоматических выключателей или предохранителей.

Отключение при низком напряжении: Это работает как автоматическое отключение некритических нагрузок от батареи, когда напряжение падает ниже предварительно определенного порога. Он автоматически подключится к аккумулятору во время зарядки. Это предотвратит чрезмерный разряд и защитит оборудование от работы при опасно низких напряжениях.

Блок обратных токов: Панели солнечных батарей прокачивают ток через батарею в одном направлении. Ночью панели могут естественным образом пропускать часть этого тока в обратном направлении без контроллера заряда, чтобы ограничить это. Это может вызвать небольшую разрядку аккумулятора. Контроллеры заряда предотвращают это, действуя как клапан.

Всегда ли нужен контроллер заряда?

Обычно да. Вам не понадобится контроллер заряда с меньшими панелями мощностью от 1 до 5 Вт.Если панель выдает 2 Вт или меньше на каждые 50 ампер-часов батареи, вам, вероятно, не понадобится контроллер заряда. Что-нибудь помимо этого, и вы делаете.

Различные типы контроллеров заряда

Существует двух типов контроллеров заряда , которые следует учитывать: контроллеры широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и контроллеры отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Контроллеры заряда PWM являются более старой технологией и дешевле, но менее эффективны, чем контроллеры заряда MPPT.Оба широко используются и выполняют аналогичные функции по продлению срока службы ваших батарей. Кроме того, важно отметить, что вопрос не в том, что лучше во всех отношениях, а в том, что лучше всего для вашего уникального случая. Кроме того, мы настоятельно рекомендуем приобрести высококачественный контроллер заряда, поскольку на контроллеры приходится лишь небольшая часть общей стоимости системы.

Срок службы контроллеров как с широтно-импульсной модуляцией, так и с отслеживанием точки максимальной мощности составляет около 15 лет, хотя этот срок может варьироваться в зависимости от конкретного контроллера.

Что влияет на процесс принятия решений при выборе контроллера заряда

При покупке контроллера заряда следует учитывать следующие факторы:

• Ваш бюджет
• Срок службы техники
• Климат, в котором будет установлена ​​ваша система
• Сколько у вас солнечных панелей и насколько высоки ваши потребности в энергии
• Размер, количество и тип батарей, которые вы используете в своей системе

Контроллеры заряда с широтно-импульсной модуляцией

Изначально использовался контроллер с широтно-импульсной модуляцией , который проще и дешевле контроллеров MPPT.Контроллеры PWM регулируют поток энергии к батарее, постепенно уменьшая ток, что называется «широтно-импульсной модуляцией». Когда батареи полностью заряжены, контроллеры заряда PWM продолжают подавать небольшое количество энергии, чтобы поддерживать батареи полными. Контроллеры PWM лучше всего подходят для небольших приложений, потому что система солнечных панелей и батареи должны иметь соответствующие напряжения. Это становится намного сложнее с более крупными установками.

Стоимость: 20-60 долларов США

Плюсов:

• Дешевле контроллеров MPPT
• Лучше всего подходит для небольших систем, где эффективность не так критична.
• Обычно более длительный срок службы из-за меньшего количества компонентов, которые могут сломаться
• Лучше всего подходит для теплой солнечной погоды
• Работает лучше всего, когда аккумулятор почти полностью заряжен

Минусы:

• Менее эффективен, чем контроллеры MPPT
• Поскольку солнечные панели и батареи должны иметь напряжение, соответствующее этим контроллерам, они не идеальны для больших и сложных систем.

Подходит для: Те, у кого есть небольшие системы (фургоны, дома на колесах, крошечные дома), те, кто живет в более теплом климате

Контроллер с отслеживанием максимальной мощности

Контроллеры отслеживания точки максимальной мощности эффективно используют полную мощность ваших солнечных панелей для зарядки ваших батарей.Они ограничивают свою мощность, чтобы батареи не перезаряжались. Контроллеры MPPT будут контролировать и настраивать свой вход для регулирования тока вашей солнечной системы. Контроллеры MPPT понижают напряжение и повышают ток. В результате общая производительность увеличится, и вы можете ожидать, что рейтинг эффективности составит 90% или выше. Контроллеры заряда MPPT сейчас более распространены

Например, если становится облачно, ваш контроллер заряда MPPT уменьшит количество потребляемого тока, чтобы поддерживать желаемое напряжение на выходе панели.Когда снова становится солнечно, контроллер MPPT снова пропускает больше тока от солнечной панели.

Стоимость: 100-729 долларов

Плюсов:

• Высокоэффективный
• Лучше всего подходит для больших систем, в которых ценно дополнительное производство энергии.
• Идеально подходит для ситуаций, когда напряжение солнечной батареи выше, чем напряжение батареи.
• Лучше всего работать в более холодной и облачной среде
• Лучше всего работает при низком заряде аккумулятора

Минусы:

• Дороже контроллеров MPPT
• Обычно более короткий срок службы из-за большего количества компонентов

Подходит для: Те, у кого большие системы (коттеджи, дома, коттеджи), те, кто живет в более холодном климате

Как правильно выбрать размер контроллера заряда

В целом подобрать контроллер заряда не так сложно, как вы думаете.Контроллеры заряда имеют номинал и размер в зависимости от тока вашей солнечной батареи и напряжения солнечной системы. Обычно вы хотите убедиться, что у вас есть контроллер заряда, который достаточно велик, чтобы обрабатывать мощность и ток, производимые вашими панелями.

Обычно контроллеры заряда бывают на 12, 24 и 48 вольт. Номинальная сила тока может составлять от одного до 60 ампер, а номинальное напряжение — от шести до 60 вольт.

Если бы в вашей солнечной системе было 12 вольт, а у вас 14 ампер, вам понадобится контроллер солнечного заряда, который имеет не менее 14 ампер.Однако из-за таких факторов, как отражение света, могут возникать спорадические повышенные уровни тока, вам необходимо учесть дополнительные 25%, доведя минимальный ток, который должен иметь наш контроллер солнечного зарядного устройства, до 17,5 ампер. Мы округлим в этом случае, так что, в конце концов, вам понадобится контроллер заряда солнечной батареи на 12 вольт, 20 ампер.

Когда дело доходит до размеров контроллера заряда, вы также должны учитывать, используете ли вы контроллер PWM или MPPT. Неправильно выбранный контроллер заряда может привести к потере до 50% солнечной энергии.

Что следует учитывать при использовании контроллеров заряда MPPT: Поскольку контроллеры MPPT ограничивают свой выход, вы можете сделать массив сколь угодно большим, и контроллер будет ограничивать этот выход. Однако это означает, что ваша система не так эффективна, как могла бы быть, поскольку у вас есть панели, которые не используются должным образом. Контроллеры MPPT будут иметь для него показания усилителя, например, контроллер MPPT на 40 ампер. Даже если ваши панели могут вырабатывать ток 80 А, контроллер заряда MPPT будет производить ток только 40 А, несмотря ни на что.

Что следует учитывать при использовании контроллеров заряда ШИМ: Контроллеры ШИМ не могут ограничивать свой выходной ток. Они просто используют массив current. Следовательно, если солнечная батарея может производить ток 40 А, а используемый вами контроллер заряда рассчитан только на 30 А, то контроллер может быть поврежден. Очень важно убедиться, что ваш контроллер заряда соответствует вашим панелям, совместим с ними и имеет соответствующий размер.

Каков верхний предел напряжения?

Все контроллеры заряда имеют верхний предел напряжения.Это относится к максимальному уровню напряжения, с которым контроллеры могут безопасно работать. Убедитесь, что вы знаете, каков верхний предел напряжения ваших контроллеров. В противном случае вы можете сгореть контроллер заряда солнечной батареи или создать другие риски для безопасности.

Распространенные ошибки и ошибки контроллера заряда

Из-за того, что солнечная установка имеет множество различных компонентов, в процессе установки может быть легко допустить ошибку. Вот несколько часто совершаемых ошибок, когда дело доходит до контроллеров заряда солнечных батарей.

• Не подключайте нагрузку переменного тока к контроллеру заряда. К выходу контроллера заряда следует подключать только нагрузки постоянного тока.
• Некоторые низковольтные приборы необходимо подключать непосредственно к аккумуляторной батарее.
• Контроллер заряда всегда следует устанавливать рядом с батареей, поскольку точное измерение напряжения батареи является важной частью функций контроллера заряда солнечной батареи.

Вывод

Проведя исследование и взвесив все факторы, уникальные для вашей установки, вы сможете точно выбрать, какой тип и размер контроллера заряда лучше всего подходит для вашей системы.Независимо от того, живете ли вы на открытой дороге или уютно устроились в хижине в лесу, контроллеры заряда играют важную роль в вашей солнечной установке. Выбор правильного контроллера заряда солнечной энергии, который подходит вам и вашей системе, гарантирует, что ваши батареи останутся здоровыми, а система будет работать эффективно и безопасно в течение многих лет.

Что такое контроллер заряда с ШИМ? EcoDirect

За последние пять лет технология контроллеров заряда солнечных фотоэлектрических батарей значительно продвинулась вперед.Самая захватывающая новая технология, зарядка с ШИМ, стала очень популярной. Здесь можно найти ответы на некоторые часто задаваемые вопросы о зарядке аккумулятора с ШИМ-управлением.

Что такое ШИМ?

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) является наиболее эффективным средством для достижения постоянного напряжения зарядки аккумулятора путем переключения устройств питания контроллера солнечной системы. При ШИМ-регулировании ток от солнечной батареи уменьшается в соответствии с состоянием батареи и потребностями в подзарядке.

Почему ШИМ вызывает столько ажиотажа?

Зарядка аккумулятора от солнечной системы — уникальная и сложная задача.Раньше простые регуляторы включения-выключения использовались для ограничения выделения газа из батареи, когда солнечная панель производила избыточную энергию. Однако по мере развития солнечных систем стало ясно, насколько эти простые устройства мешают процессу зарядки.

История двухпозиционных регуляторов — это ранние отказы батарей, увеличение количества отключений нагрузки и растущее недовольство пользователей. ШИМ недавно стал первым значительным достижением в области зарядки солнечных батарей.

В солнечных зарядных устройствах с ШИМ используется технология, аналогичная другим современным высококачественным зарядным устройствам.Когда напряжение батареи достигает заданного значения регулирования, алгоритм ШИМ медленно снижает зарядный ток, чтобы избежать нагрева и выделения газа в батарею, но зарядка продолжает возвращать максимальное количество энергии в батарею в кратчайшие сроки. Результат — более высокая эффективность зарядки, быстрая подзарядка и здоровый аккумулятор при полной емкости.

Кроме того, этот новый метод зарядки солнечных батарей обещает некоторые очень интересные и уникальные преимущества от импульсов ШИМ.К ним относятся:

1. Способность восстанавливать потерянную емкость аккумулятора и обессеривать аккумулятор.
2. Значительно увеличить прием заряда аккумулятора.
3. Поддерживайте высокую среднюю емкость аккумулятора (от 90% до 95%) по сравнению с регулируемым уровнем заряда, который обычно составляет от 55% до 60%.
4. Выравнивание дрейфующих аккумуляторных ячеек.
5. Уменьшить нагрев батареи и выделение газов.
6. Автоматическая регулировка старения батареи.
7. Саморегулирующийся для перепадов напряжения и температурных воздействий в солнечных системах.

Как мне помогает эта технология?

Вышеупомянутые преимущества обусловлены технологией. Более важный вопрос заключается в том, какую пользу технология ШИМ приносит пользователю солнечной системы.

Прыжок из технологий 1970-х в новое тысячелетие предлагает:

• Более длительный срок службы батареи:
  • Снижение затрат на солнечную систему
  • Уменьшение проблем с утилизацией батарей
• Больше резервной емкости аккумулятора:
  • Повышение надежности солнечной системы
  • Снижение нагрузки отключает
  • Возможность уменьшить размер батареи для снижения стоимости системы
• Более широкое использование энергии солнечных батарей:
  • Получите на 20–30% больше энергии от солнечных батарей для зарядки
  • Прекратите тратить солнечную энергию, когда аккумулятор заряжен только на 50%
  • Возможность уменьшить размер солнечной батареи для экономии затрат
• Большее удовлетворение пользователей: получайте больше мощности, когда она вам нужна, за меньшие деньги!

Проверены и доказаны ли все эти преимущества?

Большое количество тестов и данных подтверждают преимущества ШИМ.Прилагается дополнительная информация с описанием технологии и различных исследований.

Morningstar продолжит наши текущие программы испытаний, чтобы усовершенствовать технологию зарядки PWM. Со временем каждое из этих преимуществ будет улучшено и будет более четко определено с помощью чисел и графиков.

Все зарядные устройства с ШИМ одинаковы?

Предостережение для покупателя! Многие контроллеры заряда солнечных батарей, которые просто переключают полевые транзисторы иначе, чем алгоритм включения-выключения, претендуют на звание зарядного устройства с ШИМ.Только несколько контроллеров фактически используют алгоритм зарядки с постоянным напряжением с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Остальные переключают полевые транзисторы на различные алгоритмы, которые дешевле и менее эффективны.

В 1997 году компания Morningstar получила патент на высокоэффективный алгоритм зарядки аккумулятора, основанный на истинном ШИМ-переключении и зарядке при постоянном напряжении. Все продукты Morningstar используют этот запатентованный алгоритм.

Возможность восстановления потерянной емкости аккумулятора

По данным Battery Council International, 84% всех отказов свинцово-кислотных аккумуляторов происходят из-за сульфатации.Сульфатирование является еще более серьезной проблемой в солнечных системах, поскольку альтернативная зарядка значительно отличается от традиционной зарядки аккумуляторов. Продолжительные периоды недозарядки, характерные для солнечных систем, вызывают коррозию сети, а положительные пластины батареи покрываются кристаллами сульфата.

Импульсный заряд PWM от Morningstar может предотвратить образование сульфатных отложений, помочь преодолеть резистивный барьер на поверхности решеток и пробить коррозию на границе раздела.Помимо улучшения приема заряда и повышения эффективности, есть веские доказательства того, что эта конкретная зарядка может восстановить емкость, которая была потеряна в солнечной батарее с течением времени. Здесь приведены некоторые результаты исследований.

В документе 1994 года CSIRO, ведущей исследовательской группы по аккумуляторным батареям в Австралии (ссылка 1), отмечается, что зарядка импульсным током (аналогично контроллерам Morningstar) может восстанавливать емкость циклически повторяющихся элементов. Процесс кристаллизации сульфата замедляется, а внутренний коррозионный слой истончается и разделяется на островки.Снижается электрическое сопротивление и повышается емкость. В статье делается вывод о том, что импульсная зарядка повторно включенной батареи может вызвать восстановление емкости батареи.

Другой документ, исследование Sandia National Labs в 1996 году (ссылка 2, прилагается), подводит итоги испытаний батареи VRLA, которая безвозвратно потеряла более 20% своей емкости. Обычная зарядка постоянным напряжением не может восстановить потерянную емкость. Затем аккумулятор был заряжен с помощью контроллера Morningstar SunSaver, и большая часть емкости аккумулятора была восстановлена.

Наконец, Morningstar провела тестирование восстановления емкости. На прилагаемом графике (ссылка 3, прилагается) показано, как разряженная батарея восстановила большую часть своей потерянной емкости после продолжительной зарядки с помощью контроллера SunLight.

После настройки теста в течение 30 дней система солнечного освещения практически не производила освещения, поскольку каждую ночь система входила непосредственно в LVD. Батарея была очень старой и собиралась утилизировать. Затем нагрузка стала включаться дольше каждую ночь, как показано на графике.Следующие 3 месяца емкость аккумулятора стабильно увеличивалась. Этот тест и другие тесты восстановления емкости продолжаются в Morningstar.

Увеличьте прием заряда аккумулятора

Принятие заряда — это термин, который часто используется для описания эффективности перезарядки аккумулятора. Поскольку солнечные батареи постоянно заряжаются от ограниченного источника энергии (например, возможная зарядка при доступном солнечном свете), высокая приемлемость заряда имеет решающее значение для требуемой резервной емкости аккумулятора и производительности системы.

Солнечные фотоэлектрические системы имеют историю проблем из-за плохого приема заряда батареи. Например, исследование четырех систем освещения Национальной лесной службы (ссылка 4), использующих двухпозиционные шунтирующие контроллеры, ясно продемонстрировало проблемы, вызванные низким приемом заряда. Батареи оставались на низком уровне заряда и переходили в режим LVD каждую ночь, но обычно на следующий день во время зарядки аккумулятор потреблял только половину доступной солнечной энергии. Одна система принимала только 10% энергии, доступной от массива с 11:00 до 15:00!

После тщательного изучения было установлено, что проблема заключается в стратегии управления, а не в батарее.Кроме того, аккумулятор был способен принимать этот заряд, но не заряжался. Позже была изучена система, аналогичная во всех отношениях, за исключением использования контроллера заряда постоянного напряжения. В этом случае аккумулятор поддерживается в отличном состоянии.

Более позднее исследование, посвященное зарядке с постоянным напряжением PWM Morningstar, проведенное Sandia (ссылка 2, прилагается), показало, что повышенное принятие заряда SunSaver связано с алгоритмом зарядки PWM. Испытания показали, что SunSaver обеспечивает на 2-8% больше перезаряда по сравнению с обычным зарядным устройством постоянного напряжения постоянного тока.

Ряд тестов и исследований продемонстрировали, что алгоритм ШИМ Morningstar обеспечивает превосходное принятие заряда батареи. На прилагаемом графике (ссылка 5, прилагается) сравнивается способность подзарядки ШИМ-контроллера Morningstar SunSaver с ведущим двухпозиционным регулятором. Это исследование, проведенное Morningstar, представляет собой параллельный тест с идентичными условиями тестирования. Контроллер PWM передает в батарею на 20-30% больше энергии, вырабатываемой солнечной батареей, чем двухпозиционный регулятор.

Поддерживать высокую среднюю емкость аккумулятора

Высокий уровень заряда батареи (SOC) важен для здоровья батареи и для поддержания резервной емкости, столь важной для надежности солнечной системы. В отчете об испытаниях FSEC (ссылка 6) отмечается, что срок службы свинцово-кислотной батареи пропорционален среднему состоянию заряда и что батарея, поддерживающая более 90% SOC, может обеспечить в два или три раза больше циклов зарядки / разрядки. чем батарея позволила достичь 50% SOC перед подзарядкой.

Однако, как отмечалось в предыдущем разделе, многие солнечные контроллеры мешают перезарядке батареи. Исследование FSEC отметило в конце отчета, что наиболее важным выводом является то, что некоторые контроллеры не поддерживали высокий уровень заряда батареи, даже когда нагрузки были отключены.

Кроме того, в 1994 г. Sandia сообщил о всеобъемлющем 23-месячном исследовании факторов SOC (ссылка 7, стр. 940, прилагается). Стало известно, что уставка регулирования мало влияет на долгосрочные уровни SOC, но напряжение повторного подключения сильно коррелирует с SOC.Были протестированы пять двухпозиционных регуляторов и два квазипостоянных регулятора напряжения (контроллеры Morningstar не были разработаны, когда этот тест начался). Краткое изложение результатов SOC следующее:

• 3 двухпозиционных регулятора с типичным гистерезисом, составляющим в среднем от 55% до 60% SOC за период 23 месяца
• 2 двухпозиционных регулятора с более жестким гистерезисом (риск глобальной нестабильности) в среднем составляли около 70% SOC
• 2 регулятора постоянного напряжения с гистерезисом 0.3 и 0,1 вольт в среднем около 90% SOC (обратите внимание, что контроллеры Morningstar имеют гистерезис около 0,020 вольт)

Сандия пришла к выводу, что количество циклов включения и выключения системы в течение дня при регулировании оказывает гораздо более сильное влияние на состояние заряда батареи, чем другие факторы в течение одного цикла. ШИМ Morningstar будет регулировать 300 циклов в секунду.

Ожидается, что батареи, заряженные с помощью алгоритма PWM Morningstar, будут поддерживать очень высокий средний уровень заряда батареи в типичной солнечной системе.Согласно многочисленным отчетам и исследованиям, помимо обеспечения большей резервной емкости системы, срок службы батареи будет значительно увеличен.

Выравнивающие дрейфующие аккумуляторные элементы

С течением времени сопротивление заряда отдельных аккумуляторных элементов может все больше различаться. Неравномерное принятие заряда может привести к значительному снижению емкости более слабых элементов. Выравнивание — это процесс преодоления таких несбалансированных ячеек.

Увеличенные возможности приема заряда и восстановления емкости при импульсной зарядке с ШИМ также будут происходить при более низких напряжениях зарядки.Импульсная зарядка с ШИМ от Morningstar будет удерживать отдельные аккумуляторные элементы в лучшем балансе там, где уравнивающие заряды нецелесообразны в солнечной системе.

Будет проведено дополнительное тестирование для изучения потенциальных преимуществ в этой области.

Уменьшить нагрев батареи и выделение газов

Очевидно, что нагрев батареи / выделение газа и эффективность заряда идут рука об руку. Уменьшение переходного газообразования является характеристикой импульсной зарядки. PWM завершит работу по подзарядке быстрее и эффективнее, тем самым сведя к минимуму нагревание и выделение газов.

Перенос ионов в электролите батареи более эффективен при использовании ШИМ. После импульса заряда некоторые области пластин становятся почти полностью обедненными ионами, тогда как другие области остаются в избытке. Во время паузы между импульсами заряда ионная диффузия продолжает выравнивать концентрацию для следующего импульса заряда.

Кроме того, поскольку импульс такой короткий, у газового пузыря меньше времени, чтобы образоваться. Еще менее вероятно, что газовыделение произойдет с нисходящим импульсом, поскольку этот импульс, по-видимому, помогает разрушить предшественник газового пузыря, который, вероятно, представляет собой кластер ионов.

Автоматическая регулировка старения батареи

По мере того, как батареи циклически стареют, они становятся более устойчивыми к перезарядке. Это в первую очередь связано с кристаллами сульфата, которые делают пластины менее проводящими и замедляют электрохимическое преобразование. Однако возраст не влияет на зарядку при постоянном напряжении ШИМ.

Зарядка с постоянным напряжением PWM всегда будет регулироваться в соответствии с потребностями батареи. Аккумулятор оптимизирует изменение тока в зависимости от внутреннего сопротивления, потребностей в подзарядке и возраста.Единственный чистый эффект старения при зарядке с ШИМ — это то, что выделение газа может начаться раньше.

Саморегулирующийся при падении напряжения и температурных воздействиях

При зарядке с постоянным напряжением PWM критический окончательный заряд будет уменьшаться в соответствии с уравнением I = Ae ^-t . Это обеспечивает саморегулирующийся конечный заряд, который следует общей форме этого уравнения.

Таким образом, внешние системные факторы, такие как падение напряжения в системных проводах, не будут искажать критическую заключительную стадию зарядки.Падение напряжения при конусном зарядном токе будет малыми долями вольта. Напротив, двухпозиционный регулятор будет включать полный ток с полным падением напряжения в течение цикла зарядки (одна из причин очень низкой эффективности заряда, характерной для двухпозиционных регуляторов).

Поскольку все контроллеры Morningstar представляют собой серию, переключатели на полевых транзисторах в большинстве случаев выключены на заключительных этапах зарядки. Это сводит к минимуму тепловые эффекты от контроллера, например, когда они размещаются внутри корпуса.Напротив, шунтирующие конструкции достигают максимального нагрева на последней стадии зарядки, поскольку шунтирующие полевые транзисторы почти полностью включаются.

Таким образом, последовательный контроллер заряда с постоянным напряжением PWM будет обеспечивать ток перезарядки в соответствии с потребностями батареи и потребляемой ею от контроллера. Это отличается от простых двухпозиционных регуляторов, которые налагают внешнее управление процессом зарядки, которое, как правило, не отвечает конкретным потребностям батареи.

Ссылки:

1. Данлоп, Джеймс и др .; Производительность контроллеров заряда аккумуляторных батарей: промежуточный отчет об испытаниях; Центр солнечной энергии Флориды, мыс Канаверал, Флорида, представленный на конференции IEEE PV Specialists Conference , май 1990 г.

2. Хунд, Том, — Тестирование батарей для фотоэлектрических приложений; Sandia National Laboratories, Альбукерке, Нью-Мексико, представлена ​​на 14-м обзоре программы NREL , ноябрь.1996 г.

3. Lam, L.T. и др .; Импульсный ток зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов: возможное средство преодоления преждевременной потери емкости ?, CSIRO, Австралия, Journal of Power Sources 53, 1995.

4. Результаты теста Morningstar, 1999 год.

5. Препринт 14-го обзора фотоэлектрической программы NREL, ноябрь 1996 г.

6. Стивенс, Джон и др .; Полевое исследование взаимосвязи между размером батареи и производительностью фотоэлектрической системы; Национальные лаборатории Сандиа, Альбукерке, Нью-Мексико.

7. Вудворт, Джозеф и др .; Оценка аккумуляторов и контроллеров заряда в небольших автономных фотоэлектрических системах. Sandia National Laboratories, представленная на WCPEC , декабрь 1994 г.

ШИМ против контроллеров заряда солнечной энергии MPPT — Solarcraft News

В чем разница?

Контроллер заряда является ключевым компонентом солнечной энергетической системы, и определение лучшего для системы требует некоторого анализа.Ниже приведен краткий обзор.

Два типа контроллеров заряда, наиболее часто используемых в сегодняшних солнечных энергетических системах, — это широтно-импульсная модуляция (PWM) и отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Оба регулируют скорость зарядки в зависимости от уровня заряда батареи, чтобы обеспечить зарядку, близкую к максимальной, а также контролировать температуру батареи, чтобы предотвратить перегрев.

► Сравнение двух

Если бы максимальная зарядная емкость была единственным фактором, учитываемым при выборе солнечного контроллера, каждый использовал бы контроллер MPPT.Но эти две технологии разные, и у каждой есть свои преимущества. Решение зависит от условий площадки, компонентов системы, размера массива и нагрузки и, наконец, стоимости конкретной солнечной энергосистемы.

► Температурный режим

Контроллер MPPT лучше подходит для более холодных условий. Когда рабочая температура солнечного модуля снижается, Vmp1 увеличивается. Это связано с тем, что напряжение солнечных панелей, работающих на максимальной мощности в стандартных условиях испытаний (STC составляет 25 ° C), составляет около 17 В, а напряжение батареи — около 13.5В. Контроллер MPPT может улавливать избыточное напряжение модуля для зарядки аккумуляторов. В результате контроллер MPPT в холодных условиях может производить на 20-25% больше заряда, чем контроллер PWM.

Для сравнения, ШИМ-контроллер не может улавливать избыточное напряжение, потому что технология широтно-импульсной модуляции заряжается при том же напряжении, что и батарея. Однако, когда солнечные панели устанавливаются в теплом или жарком климате, их Vmp уменьшается, и точка пиковой мощности работает при напряжении, которое ближе к напряжению батареи 12 В.Нет избыточного напряжения, передаваемого на батарею, что делает контроллер MPPT ненужным и сводит на нет преимущество MPPT над PWM.

► Отношение массива к нагрузке

В сценарии, когда солнечная батарея велика по сравнению с мощностью, потребляемой от батарей нагрузкой, батареи будут оставаться близкими к полному состоянию заряда. Контроллер PWM способен эффективно обслуживать систему без дополнительных затрат на контроллер MPPT.

► Размер системы

Системы с низким энергопотреблением лучше подходят для ШИМ-контроллера, потому что:

• ШИМ-контроллер работает с относительно постоянной эффективностью сбора урожая независимо от размера массива
• ШИМ-контроллер дешевле, чем MPPT, поэтому является более экономичным выбором для небольшой системы.
• Контроллер MPPT намного менее эффективен в приложениях с низким энергопотреблением.Системы мощностью 170 Вт или выше пощекочут золотую середину MPPT

► Тип солнечного модуля

Автономные автономные солнечные модули, как правило, представляют собой модули из 36 элементов и совместимы как с технологиями PWM, так и с MPPT. Некоторые сетевые солнечные модули, представленные сегодня на рынке, не являются традиционными модулями из 36 ячеек, которые используются для автономных энергосистем. Например, напряжение от 60-элементной панели 250 Вт слишком велико для зарядки аккумулятора 12 В и слишком мало для зарядки аккумулятора 24 В.Технология MPPT отслеживает точку максимальной мощности (таким образом, MPPT) этих менее дорогих сетевых модулей для зарядки батарей, тогда как PWM этого не делает.

► Стоимость

Контроллеры

MPPT обычно дороже, чем контроллеры PWM, но более эффективны при определенных условиях, поэтому они могут производить больше энергии с тем же количеством солнечных модулей, чем контроллер PWM. Затем необходимо проанализировать сайт, чтобы убедиться, что MPPT действительно может работать более эффективно при использовании в данном наборе условий этой системы.

При выборе одной технологии вместо другой стоимость контроллера становится менее важной, чем общая стоимость системы. Чтобы указать технологию контроллера просто на основе стоимости, обязательно выполните тщательный анализ достигнутой эффективности, работы системы, нагрузки и условий на площадке.

РЕЗЮМЕ СРАВНЕНИЯ

	ШИМ-контроллер заряда	Контроллер заряда MPPT
Напряжение матрицы	Напряжение фотоэлектрической батареи и батареи должно соответствовать	Напряжение фотоэлектрической матрицы может быть выше напряжения батареи
Напряжение аккумулятора	Работает от напряжения батареи, поэтому хорошо работает при высоких температурах и когда батарея почти полностью заряжена	Работает при напряжении, превышающем напряжение батареи, поэтому может обеспечить «ускорение» при низких температурах и при низком заряде батареи.
Системный размер	Обычно рекомендуется для использования в небольших системах, где преимущества MPPT минимальны.	≈ 150 Вт — 200 Вт или выше, чтобы воспользоваться преимуществами MPPT
Off-Grid или Grid-Tie	Необходимо использовать автономные фотоэлектрические модули, как правило, с Vmp ≈ 17–18 В на каждые 12 В номинального напряжения батареи	Позволяет использовать более дешевые фотоэлектрические модули / сетевые фотоэлектрические модули, помогая снизить общую стоимость фотоэлектрической системы
Метод определения размера массива	ФЭ-массив размером в амперах (на основе тока, вырабатываемого, когда ФЭ-массив работает от напряжения батареи)	PV-массив размером в ваттах (на основе макс.Зарядный ток x напряжение аккумулятора)

В Solarcraft, когда мы выбираем один тип контроллера заряда по сравнению с другим, мы оцениваем его преимущества с точки зрения общей стоимости системы. Цель состоит в том, чтобы обеспечить эффективное и непрерывное питание системы, сохраняя при этом работоспособность аккумуляторной батареи. Чтобы узнать больше о солнечных энергетических системах, которые мы проектируем и производим, позвонив нам по телефону 877-340-1224.

¹ Vmp (максимальное напряжение питания) — это напряжение, при котором произведение выходного тока и выходного напряжения (амперы * вольт) является наибольшим, а выходная мощность (ватты = амперы * вольт) максимальна.Номинальная мощность модуля (например, 100 Вт, 205 Вт) основана на Pmp (максимальной мощности) при Vmp в стандартных условиях испытаний (STC).

Основы широтно-импульсной модуляции (ШИМ): как работает ШИМ

Николас Браун — Следуйте за мной в Twitter.

Определение широтно-импульсной модуляции

Широтно-импульсная модуляция (PWM) — это изящный метод управления током, который позволяет вам управлять скоростью двигателей, теплопроизводительностью нагревателей и многим другим энергоэффективным (и обычно более тихим) способом.Существующие приложения для ШИМ включают, но не ограничиваются:

• Контроллеры вентиляторов с регулируемой скоростью.
• VRF Приводы компрессоров HVAC.
• Цепи привода двигателей гибридных и электрических транспортных средств.
• Светодиодные диммеры.

Широтно-импульсная модуляция изменила мир, снизив энергопотребление приборов, использующих двигатели, таких как инверторные кондиционеры [ PDF ], инверторные холодильники, инверторные стиральные машины и многие другие.Например, инверторные кондиционеры в некоторых случаях могут потреблять меньше половины энергии, чем их неинверторные аналоги.

В наши дни, если устройство рекламируется как имеющее компрессор с регулируемой скоростью или вентилятор с регулируемой скоростью (это не включает двух- или трехскоростные вентиляторы), существует значительная вероятность того, что в нем используется ШИМ!

Зачем нужен ШИМ?

Начинающие инженеры-электрики могут захотеть узнать, почему они должны использовать широтно-импульсную модуляцию для управления устройствами, и у домовладельцев есть аналогичный вопрос, на который есть тот же ответ: зачем использовать инверторные кондиционеры или другие устройства с регулируемой скоростью?

Ответ на оба вопроса: ШИМ изменяет скорость двигателей бытовых приборов, поэтому они потребляют столько энергии, сколько им нужно, но без обычных последствий сжигания неиспользованного тока в виде тепла.Примером более старой альтернативы является простая транзисторная схема, которая изменяет ток, проходящий через нее, путем изменения ее сопротивления.

То же правило эффективности, которое применяется к резисторам, применимо и к транзисторам — их сопротивление приводит к потере энергии, потому что они сжигают часть ее в виде тепла. В этом отношении они действуют как обогреватели.

К счастью, эти схемы никогда не были массовыми. Такие приборы, как кондиционеры и холодильники, работали все время на полной скорости, производя много шума и тратя много энергии, потому что им приходилось часто включаться и выключаться.

PWM действительно использует транзисторы, но другим способом, как описано ниже.

Пример контроллера двигателя с ШИМ.

Если вы хотите начать работу с ШИМ, отличной отправной точкой будет схема ШИМ 555, схема ШИМ Arduino (очень удобная, так как вы можете легко изменить ее поведение с помощью простой модификации исходного кода) или схема ШИМ MSP30. о котором я писал на Kompulsa.

Как работает ШИМ?

PWM работает за счет пульсации постоянного тока и изменения количества времени, в течение которого каждый импульс остается «включенным», чтобы контролировать количество тока, протекающего к устройству, например светодиоду.ШИМ является цифровым, что означает, что он имеет два состояния: включено и выключено (которые соответствуют 1 и 0 в двоичном контексте, что станет для вас более актуальным при использовании микроконтроллеров).

Чем дольше горит каждый импульс, тем ярче будет светодиод. Из-за того, что интервал между импульсами такой короткий, светодиод фактически не гаснет. Другими словами, источник питания светодиода включается и выключается так быстро (тысячи раз в секунду), что светодиод фактически остается включенным, не мигая.Это называется ШИМ-регулировкой яркости, а такая схема просто называется схемой ШИМ-регулятора яркости светодиода.

Квадраты на приведенном ниже рисунке ШИМ — это импульсы, обозначающие время «включения», а области с депрессией — время, когда питание «выключено». И квадраты, и углубления имеют одинаковую «ширину», поэтому рабочий цикл составляет 50%. ШИМ-сигналы обычно представляют собой прямоугольные волны, как показано на рисунке ниже.

Сигнал ШИМ (прямоугольная волна) с рабочим циклом 50%.

Если рабочий цикл источника питания с ШИМ установлен на 70%, то импульс включен в течение 70% времени и выключен в течение 30% времени.Рабочий цикл означает количество времени, в течение которого он включен. При рабочем цикле 70% яркость светодиода должна быть около 70%. Корреляция между рабочим циклом и яркостью не является линейной на 100%, поскольку эффективность светодиодов зависит от величины подаваемого тока.

Если рабочий цикл равен 0%, весь сигнал будет ровным, как показано ниже. Рабочий цикл ШИМ 0% означает, что питание отключено. В таком состоянии светодиод не работал бы. Это было бы просто выключено.

ШИМ-сигнал (прямоугольная волна) с рабочим циклом 0%.Это означает, что питание отключено.

Основная причина того, что схемы ШИМ настолько эффективны, заключается в том, что они не пытаются частично ограничить протекание тока с помощью сопротивления. Они полностью включают и полностью выключают ток. Вместо этого они просто меняют количество включенного времени.

Пример схемы диммера светодиода с ШИМ

Старомодная транзисторная схема, о которой я упоминал выше в разделе «Зачем использовать ШИМ», может быть, например, на 50%, и легко тратить огромную часть других 50%, которые она блокирует.

Дополнительное тепло, выделяемое традиционными транзисторными схемами, является еще одним соображением, поскольку оно может увеличить количество времени, в течение которого охлаждающие вентиляторы должны оставаться включенными, чтобы снизить температуру указанных устройств.

Сигнал ШИМ

Чтобы еще больше разбить вещи, схемы ШИМ [ PDF ] обычно включают очень крошечный источник питания и большой. Крошечный источник питания управляет большим с помощью транзисторов power .

Крошечный генерирует сигнал , а «мощность », которая представляет собой большой ток и напряжение, которые фактически питают светодиод, управляется вышеупомянутыми транзисторами.Этим крошечным источником питания может быть вывод GPIO микроконтроллера, такой как вывод ввода-вывода Arduino, вывод таймера 555 и другие.

Установка рабочего цикла сигнала на 30% также приведет к рабочему циклу 30% для мощности, поскольку большой ток — это просто усиленная копия крошечного тока (который является сигналом).

Эта концепция позволяет очень сложным микроконтроллерам (часто называемым микроконтроллерам) и другим компьютерам управлять очень большими токами по разумной цене.Микроконтроллер / MCU генерирует сигнал, затем этот сигнал управляет силовым транзистором.

Дополнительная литература

Введение в микроконтроллеры — Венский технологический университет [ PDF ].

Как сгенерировать сигнал ШИМ с помощью Arduino — Государственный университет Портленда [ PDF ].

Как работают полупроводники и транзисторы — Университет Вирджинии.

Как создать контроллер вентилятора с ШИМ-управлением с критичным для безопасности микроконтроллером Hercules — Kompulsa.

широтно-импульсной модуляции (ШИМ) | Видео о круговых навыках Collin Cunningham

ШИМ-контроллер: устройства управления с помощью цифрового сигнала

Автор Коллин Каннингем

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — очень умный способ использовать электричество для управления аналоговыми устройствами с помощью цифрового сигнала. Это очень простой метод, который очень эффективен при управлении двигателями, лампами, светодиодами и многим другим!

Прекрасным примером использования ШИМ является то, что вы когда-либо приглушали светодиод с помощью Arduino:

Затухание — Демонстрирует использование функции analogWrite () для затухания и включения светодиода.AnalogWrite использует широтно-импульсную модуляцию (PWM), очень быстро включающую и выключающую цифровой вывод для создания эффекта затухания.

Однако вам не нужен микроконтроллер для генерации сигнала ШИМ. Микросхему таймера 555 можно настроить так, чтобы ее выходной рабочий цикл зависел от потенциометра — с помощью некоторых простых схем.

Создайте свой собственный комплект широтно-импульсного модулятора Навыки схемы: видео с широтно-импульсной модуляцией

Для более надежного решения вы можете рассмотреть комплект DC to Pulse Width Modulator, подходящий для отправки до 6.5 А и построен на базе Motorola SG3525 — микросхемы, посвященной искусству ШИМ.

Конечно, Коллин отрицал бы свою природу, если бы не упомянул хотя бы одно приложение, связанное со звуком. ШИМ пригодится для генерации простых звуков и мелодий с микроконтроллера.

Arduino Simple Sounds
Генератор волновых таблиц мелодий

Щелкните здесь для просмотра технических данных Velleman K8004.

Видео «Сделай сам» по другим схемам от Collin:

Травление печатной платы
Функциональный генератор и корпуса
Инфракрасный световой барьер
Цветной светодиодный орган
Прототипирование перфорированной платы
Источник питания
Устройства для поверхностного монтажа
Волоконно-оптический кабель
Комплект светодиодной матрицы

---

Если вы решите создать модульный комплект для преобразования постоянного тока в широтно-импульсный, мы хотели бы услышать о ваших результатах! Отправьте свою историю на [адрес электронной почты]

Какой контроллер заряда солнечной батареи: PWM или MPPT?

Ниже приводится краткое изложение нашего официального документа с тем же названием.

Полный технический документ см .: Какой контроллер заряда солнечной батареи: PWM или MPPT? в разделе «Белые книги» нашего сайта.

1. Чем они занимаются

ШИМ-контроллер — это, по сути, переключатель, который соединяет солнечную батарею с батареей. В результате напряжение массива будет снижено почти до напряжения батареи.

Контроллер MPPT является более сложным (и более дорогим): он регулирует свое входное напряжение для получения максимальной мощности от солнечной батареи, а затем преобразует эту мощность для обеспечения переменного напряжения, требуемого для батареи плюс нагрузка.Таким образом, он по существу разделяет напряжения массива и батареи, так что может быть, например, 12-вольтовая батарея с одной стороны контроллера заряда MPPT и большое количество ячеек, соединенных последовательно, чтобы производить 36 вольт с другой.

Пример большого количества ячеек, соединенных последовательно для выработки 36 В

Графическое представление преобразования постоянного тока в постоянный, выполняемого контроллером MPPT

2.Результирующая двойная сила контроллера MPPT

a) Отслеживание точки максимальной мощности
Контроллер MPPT будет получать больше энергии от солнечной батареи. Преимущество в производительности является существенным (от 10% до 40%), когда температура солнечного элемента низкая (ниже 45 ° C) или очень высокая (выше 75 ° C), или когда освещенность очень низкая.

При высокой температуре или низкой освещенности выходное напряжение массива резко упадет. Затем необходимо последовательно соединить больше ячеек, чтобы выходное напряжение массива превышало напряжение батареи с достаточным запасом.

b) Более низкая стоимость кабеля и / или меньшие потери в кабеле.
Закон Ома говорит нам, что потери из-за сопротивления кабеля равны Pc (Вт) = Rc x I², где Rc — сопротивление кабеля. Эта формула показывает, что при заданных потерях в кабеле площадь поперечного сечения кабеля может быть уменьшена в четыре раза при удвоении напряжения массива.

В случае заданной номинальной мощности, большее количество ячеек последовательно увеличит выходное напряжение и уменьшит выходной ток массива (P = V x I, таким образом, если P не изменяется, то I должен уменьшаться, когда V увеличивается. ).

По мере увеличения размера массива длина кабеля будет увеличиваться. Возможность подключения большего количества панелей последовательно и, таким образом, уменьшения площади поперечного сечения кабеля, что приводит к снижению стоимости, является веской причиной для установки контроллера MPPT, как только мощность массива превысит несколько сотен Вт (батарея 12 В) или несколько сотен ватт (батарея 24 В или 48 В).

3. Заключение

ШИМ

ШИМ-контроллер заряда является хорошим недорогим решением только для небольших систем, когда температура солнечных элементов находится в диапазоне от умеренного до высокого (от 45 ° C до 75 ° C).

MPPT

Чтобы полностью использовать потенциал контроллера MPPT, напряжение массива должно быть существенно выше, чем напряжение батареи. Контроллер MPPT является предпочтительным решением для систем с большей мощностью (из-за самой низкой общей стоимости системы из-за меньших площадей поперечного сечения кабеля). Контроллер MPPT также будет собирать значительно больше энергии, когда температура солнечного элемента низкая (ниже 45 ° C) или очень высокая (выше 75 ° C), или когда освещенность очень низкая.

Резюме, приведенное выше, и полный технический документ были написаны и скомпилированы Рейноутом Вейдером.

Джон Рашворт

Что такое ШИМ-управление двигателем — 4QD

Что такое широтно-импульсная модуляция? как работает ШИМ-управление двигателем и как выглядит схема ШИМ? На этой странице мы подробно рассмотрим теорию и практику ШИМ-управления двигателем.

Принципы

Для управления скоростью постоянного тока мотору нам нужно переменное напряжение d.c. источник питания. Однако, если вы возьмете двигатель 12 В и включите питание, двигатель начнет ускоряться: двигатели не реагируют немедленно, поэтому для достижения полной скорости потребуется небольшое время. Если мы отключим питание до того, как двигатель достигнет полной скорости, он начнет замедляться. Если мы включим и выключим питание достаточно быстро, двигатель будет работать с некоторой скоростью между нулевой и полной скоростью. Это именно то, что p.w.m. контроллер делает: он включает двигатель серией импульсов.Для управления скоростью двигателя он изменяет (модулирует) ширину импульсов — отсюда и широтно-импульсная модуляция.

Рассмотрим сигнал выше. Если двигатель соединен одним концом с плюсом батареи, а другим концом с минусом батареи через переключатель (полевой МОП-транзистор, силовой транзистор или аналогичный), то, если полевой МОП-транзистор включен на короткий период и выключен на длительное время, как в A выше, двигатель будет вращаться только медленно. В точке B переключатель находится в положении 50%, а выключении — 50%. В точке C двигатель работает большую часть времени и выключен только на короткое время, поэтому скорость близка к максимальной.В практическом контроллере низкого напряжения переключатель открывается и закрывается с частотой 20 кГц (20 тысяч раз в секунду). Это слишком быстро для бедного старого двигателя, чтобы даже понять, что он включается и выключается: он думает, что питается от чистого постоянного тока. Напряжение. Это также частота выше слышимого диапазона, поэтому любой шум, издаваемый двигателем, будет неслышным. Он также достаточно медленный, чтобы полевые МОП-транзисторы могли легко переключаться на этой частоте. Однако у двигателя есть индуктивность. Индуктивность не любит изменений тока.Если двигатель потребляет какой-либо ток, то этот ток течет через переключающий MOSFET, когда он включен — но куда он будет течь, когда MOSFET выключится? Читайте и узнайте!

Схема управления двигателем с ШИМ

Схема управления двигателем с ШИМ

Рассмотрим схему, приведенную выше: на ней показаны полевой МОП-транзистор привода и двигатель. Когда ведущий полевой МОП-транзистор проводит ток, ток течет от положительного полюса батареи, через двигатель и полевой МОП-транзистор (стрелка A) и обратно к отрицательному полюсу батареи. Когда полевой МОП-транзистор отключается, ток двигателя продолжает течь из-за его индуктивности.К двигателю подключен второй полевой МОП-транзистор: МОП-транзисторы действуют как диоды для обратного тока, а это обратный ток через МОП-транзистор, поэтому он проводит. Вы можете использовать такой полевой МОП-транзистор (закоротить его затвор до источника) или использовать силовой диод. Однако не так широко понятный факт о полевых МОП-транзисторах заключается в том, что, когда они включены, они проводят ток в любом направлении. Проводящий МОП-транзистор является резистивным по отношению к току в любом направлении, а на МОП-транзисторе с проводящей мощностью на самом деле падает меньшее напряжение, чем на прямом смещенном диоде, поэтому МОП-транзистор требует меньше теплоотвода и расходует меньше энергии батареи.

Из вышеизложенного вы должны увидеть, что если приводной MOSFET включен в течение 50% рабочего цикла, напряжение двигателя составляет 50% напряжения батареи, и, поскольку ток батареи течет только при включенном MOSFET, ток батареи течет только в течение 50% времени, поэтому средний ток батареи составляет только 50% тока двигателя!

Главный конденсатор

Однако существует проблема: когда полевой МОП-транзистор выключается, он не только прерывает ток двигателя, но также прерывает ток, текущий от батареи.Провода от батареи имеют индуктивность (как и батарея), поэтому, когда этот ток прерывается, эта индуктивность вызывает всплеск напряжения: в цепи основной конденсатор поглощает (большую часть) этот всплеск. Когда приводной полевой МОП-транзистор снова включается, аккумуляторный ток должен течь быстро, чего он не может. Главный конденсатор подает ток во время восстановления тока батареи. В контроллере, способном выдавать 120 ампер, этот конденсатор работает очень тяжело, и, если большой ток потребляется слишком долго (в зависимости от длины провода батареи), главный конденсатор может взорваться! Во время ранних разработок мы однажды использовали стандартные конденсаторы с проволочным концом и расплавили провода конденсатора! Конденсаторы имеют медные провода из стали , и в системах управления двигателями эти провода могут сильно нагреваться!

Из вышесказанного очевидно, что работа этого конденсатора в значительной степени зависит от индуктивности контура проводов батареи.Длинные провода будут иметь высокую индуктивность. Скручивание проводов аккумулятора снижает их индуктивность.

Сопротивление выводов батареи будет иметь эффект, аналогичный индуктивности, поэтому эти провода должны быть толстыми.

Также некоторые люди хотят вставить амперметр в провода батареи. Следует противостоять искушению: в частности, простые автомобильные амперметры обладают высокой индуктивностью.

Простые контроллеры (например, используемые для моторизованных сумок для гольфа) обычно не имеют дорогостоящего главного конденсатора и зависят от емкости аккумулятора.Вам это сойдет с рук — наши ранние Eagle и Egret — такие контроллеры. Однако необходимо краткое объяснение эффектов. Чтобы проиллюстрировать это, приведен график напряжения батареи, который можно увидеть с помощью осциллографа, подключенного непосредственно к источнику питания батареи на клеммах контроллера. Заземление осциллографа находится на отрицательной шине.

Сверху — положительный полюс аккумулятора, вид сверху, внизу — отрицательный полюс двигателя (который переключается контроллером).Осциллограммы были сильно очищены, чтобы наглядно показать: на практике на осциллограмме много «грязного» звона. Показано напряжение питания 12 В.

Мы соединяем кривую в точке, где нет тока батареи: выход двигателя высокий, и ток повторно циркулирует в маховике. В точке A включается полевой МОП-транзистор привода контроллера, отвлекая ток двигателя от батареи. Но выводы батареи имеют индуктивность! Ток батареи не может начаться немедленно, поэтому провода батареи упадут до 12 В, и напряжение контроллера гаснет до тех пор, пока индуктивность свинца не сможет зарядиться, что происходит в пункте B.Время A-B зависит от тока и индуктивности контура батареи и может составлять значительную часть времени цикла!

Затем, в точке C, нижний полевой МОП-транзистор резко выключается, прерывая ток. Ток двигателя не проблема, он продолжает течь, и устройство маховика должно быть здесь, чтобы убедиться, что это так! Но вы не можете внезапно остановить ток батареи — поэтому он выступает в виде большого скачка напряжения. Этот всплеск нарастает до тех пор, пока что-то не сработает: в этом случае он достигает напряжения лавинного пробоя полевого МОП-транзистора, и полевой МОП-транзистор сжимает его.Вы можете легко увидеть напряжение зажима с плоской вершиной с помощью осциллографа. МОП-транзисторы рассчитаны на повторяющуюся энергию лавины, и вы должны быть уверены, что 1 / 2Li², хранящийся в индуктивности контура батареи, намного ниже безопасной повторяемой энергии лавины.

Это проблема: вычислить индуктивность контура батареи практически невозможно — даже для инженера. Игроку это сделать — ну, сложно. Таким образом, производитель просто поставляет контроллеры известной группе клиентов, которые используют их стандартными способами, и решает проблемы по мере их возникновения на эмпирической основе.Это всегда вопрос нетехнического покупателя, пытающегося получить что-то даром: нужен главный конденсатор. Для некоторых приложений вы действительно можете обойтись без! Но это определенно «сходит с рук»!

В контроллерах с главным конденсатором большая часть (но не все) нарушения питания сглаживаются конденсатором. Тем не менее, вы увидите положительный выброс и звон при прерывании тока батареи.

---

ШИМ и нагрев двигателя

Популярная «сказка старой жены» заключается в том, что ШИМ заставляет двигатель нагреваться больше, чем чистый d.c. Как и большинство старых женских сказок, это исходит из частичной правды, взращенной непониманием. «Миф» возникает из-за того, что, если частота слишком низка на , ток будет прерывистым (или, по крайней мере, переменным в зависимости от формы сигнала ШИМ), потому что индуктивность двигателя не может поддерживать ток должным образом в период отключения сигнала. Таким образом, ток двигателя будет импульсным, а не непрерывным. Средний ток будет определять крутящий момент, но нагрев будет интегралом от квадрата тока (нагрев пропорционален I²R) — «коэффициент формы» тока будет больше единицы.Чем ниже частота, тем выше ток пульсации и сильнее нагрев.

Рассмотрим упрощенный случай, когда ток либо включен, либо выключен. Если ток течет, скажем, 1/3 времени, и вам требуется крутящий момент от двигателя, эквивалентный тому, который дает непрерывный 1 ампер, то вам явно нужен средний ток 1 ампер. Для этого при рабочем цикле 33% у вас должно быть 3 ампера (ток течет в течение 1/3 времени).

Теперь ток в 3 ампера даст 9-кратный (я возведен в квадрат) эффект нагрева, равный 1 амперам непрерывно.

Но если 3 ампера протекают только 1/3 общего времени — значит, нагрев в двигателе в 9 раз за 1/3 времени — или в 3 раза больше, чем устойчивый 1 ампер! Считается, что этот сигнал имеет «форм-фактор» 3.

Однако — если частота повторения импульсов достаточно высока, индуктивность двигателя вызовет эффект маховика, и ток станет стабильным. Например, двигатель Lynch имеет индуктивность всего 39 микрогенри (это один из известных мне двигателей с самой низкой индуктивностью) и сопротивление 0.016 Ом. «Постоянная времени» для цепи L-R равна L / R, что (для двигателя Lynch) дает 2,4 мс. Для SEM DPM40P4 (1 кВт) индуктивность составляет 200 микрогенри, а сопротивление 40 миллиом, что дает постоянную времени 5 мсек.

Как показывает практика и чтобы избежать излишних математических вычислений, период повторения импульсов должен быть значительно короче постоянной времени двигателя.

Другими факторами, влияющими на PRF, являются:
Если он находится в звуковом диапазоне, двигатель может издавать вой (вызванный явлением, известным как «магнитострикция», поэтому держитесь выше звукового диапазона.
Схема MOSFET рассеивает больше всего при переключении из одного состояния в другое, поэтому частота не должна быть слишком высокой — MOSFET можно использовать с осторожностью до 100 кГц, но это становится немного выше.
RF-излучения: они увеличиваются с увеличением частоты, поэтому сохраняйте частоту как можно ниже!

Очевидно, что трудно выбрать «лучший» компромисс между ними, но оптимальная частота, по-видимому, составляет около 20 кГц.

---

На нашем дочернем сайте 4qdtec есть более подробная версия этой страницы вместе с гораздо более подробной технической информацией.

No related posts.