Część 4. Zmiana wartości napięcia stałego. Stabilizatory liniowe Przetwornice transformatorowe

Transkrypt

1 Część 4 Zmiana wartości napięcia stałego Stabilizatory liniowe Przetwornice transformatorowe

2 Bloki wyjściowe systemów fotowoltaicznych Systemy nie wymagające znaczącego podwyższania napięcia wyjście DC niestabilizowane (zmienne) stabilizatory liniowe obniżenie napięcia, η silnie zależna od napięć przetwornice impulsowe obniżenie lub podwyższenie, wysoka i stała η wyjście AC stabilizacja w falowniku Jednak większość systemów o wyjściu AC tego wymaga funkcja zawarta w bloku falownika realizowana z wykorzystaniem różnych topologii Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 2

3 Układy rozładowania dla odbiorników stałonapięciowych, niskonapięciowych Przetwornice impulsowe konieczne gdy wymagane napięcie zasilania > U bat Dostępne są układy dedykowane do współpracy z akumulatorami korzystne gdy (straty mocy) Liniowe stabilizatory napięcia o niskim spadku napięcia (LDO = Low Drop-Out) aby umożliwić jak najgłębsze rozładowanie wykorzystanie pojemności U o = U i U U i(min) = U o + U(I max ) Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 3

4 Stabilizator 5 V z akumulatora 6 V na układzie LP2953 Stabilizacja napięcia * do mikrokontrolera przytykanie wbudowanego tranzystora PNP przez EA gdy V FB > V REF = 1,23 V V FB = V TAP = V OUT dzielnik wewnętrzny LB rozładowanie akumulatora: V BAT 100/474 < V REF (~5,8 V) OOR V BAT tak małe, że EA nie może utrzymać V OUT = 5 V SD włączanie/wyłączanie z mikrokontrolera Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 4

5 Stabilizator na LP2953 z akumulatorem zapasowym V BAT < 5,6 V przełączenie na akumulator zapasowy COMP OUT = H L wyłączenie VP12A czyli możliwości ładowania NiCd; możliwe tylko rozładowanie do wyjścia przez diodę podłożową VP12A komparator SD wyłącza tranzystor IN-OUT i sprowadza V OUT do zera powrót przy ok. 6 V dzięki przerzutnikom Schmitta zasilanie zasadnicze układ ładowania zasilanie krytycznych bloków (np. pamięci) akumulator podstawowy Pb-acid podciąganie COMP OUT gdy brak napięcia na V OUT sygnalizacja stanu wymuszenie SD i COMP INPUT = V BAT po załączeniu PWR ON (pomijany jest dzielnik 383k:100k; τ = 1µ 100k 510k); po wyłączeniu C rozładowuje się do 0 V przez 383k, 100k, 510k 1N914 akumulator zapasowy NiCd Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 5

6 Scalony liniowy sterownik ładowania i rozładowania akumulatorów Li-ion BQ24210 Q1 Q2 3 tryby ładowania wstępne (pre-charge) stałoprądowy (CC fast charge) max. 800 ma, ±10% stałonapięciowy (CV taper) ±1% Zabezpieczenie czasowe max. 30 min. PC, 10 h FC Dedykowany do ładowania niewielkich urządzeń z ogniw PV Zabezpieczenie temperaturowe ogranicza prąd ładowania Odbiornik (System) może być podłączony jednocześnie ze źródłem Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 6

7 Stany pracy ładowania (charge) 3 tryby do BAT może być równolegle dołączone obciążenie obciążenia (load) z akumulatora zasilany odbiornik przyłączony do VBUS ograniczenie prądowe uśpienia (sleep) Q2 wyłączony zredukowany pobór mocy wstrzymania (suspend) Q1 i Q2 wyłączone brak możliwości przepływu prądu Dwukierunkowy przepływ mocy Dynamiczne zarządzanie mocą jeżeli napięcie wejściowe spadnie wskutek wzrostu obciążenia źródła, prąd zostanie ograniczony tak, by napięcie powróciło poprawna współpraca ze źródłami o charakterystykach z ograniczeniem prądowym (PV) Q1 Q2 Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 7

8 Maszyna stanowa Deglitch ponowny pomiar po określonym czasie w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa błędnej detekcji Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 8

9 Uwzględnienie temperatury, tryb ograniczonej mocy, detekcja akumulatora Wymuszenie stanu wysokiego aktywuje tryb ładowania przy ograniczonej mocy dostępnej (np. do modułów PV) wyłączone są czasomierze oprócz 2 h na tryb DPM przy jednoczesnym zbyt wysokim napięciu maksymalizacja przekazanej energii kosztem mniej korzystnego przebiegu ładowania Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 9

10 Lokalizacja transformatora w systemach ze znaczącym podwyższaniem napięcia Brak podwyższanie napięcia przetwornica dławikowa Blok niskiej częstotliwości transformator sieciowy (50 Hz) do przeniesienia przebiegu n.cz. wymagane duże indukcyjności duży ciężar i wymiary (rdzeń żelazny + uzwojenia) Blok wysokiej częstotliwości transformator impulsowy w przetwornicy transformatorowej częstotliwość przełączania przekształtnika (~1 10 khz) mały ciężar i wymiary (niższa indukcyjność, lżejszy materiał rdzenia) Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 10

11 Motywacje stosowania impulsowych przetwornic transformatorowych wysokiej częstotliwości Podwyższenie napięcia w dużym stosunku (> 2 5) przy wysokiej η dzięki transformatorowi Zmniejszenie obciążeń prądowych i napięciowych p.p.m. dzięki transformatorowi (jeśli odpowiednio dobrana topologia) Zmniejszenie wymiarów elementu magnetycznego dzięki transformatorowi (zamiast dławika) i wysokiej częstotliwości Izolacja galwaniczna wejścia i wyjścia dzięki transformatorowi bezpieczeństwo użytkowania Uzyskanie wielu napięć wyjściowych dzięki możliwości wykonania wielu uzwojeń wtórnych cele w systemach fotowoltaicznych: rozdział obciążeń w systemach autonomicznych specyficzne aplikacje niskonapięciowe (np. ładowarki wielokanałowe) porządnie stabilizowane poprzez zmianę D może być tylko jedno wyjście, pozostałe (cross-regulation) gorzej Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, zima 2014/15 11