Как работает шим регулятор: Что такое ШИМ — принцип работы широтно-импульсной модуляции

Содержание

Что такое ШИМ — принцип работы широтно-импульсной модуляции

Содержание

1 Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?
- 1.1 Область применения
2 ШИМ контроллер: принцип работы
- 2.1 Аналоговая ШИМ
- 2.2 Цифровая ШИМ
3 Принцип шим-регулятора
- 3.1 Пример использования шим регулятора
4 В чем отличие между шим и шир?

Микропроцессоры работают исключительно с цифровыми сигналами: с логическим нулем (0В) или с логической единицей (5В или 3.3В). По этой причине на выходе микропроцессор не может сформировать промежуточное напряжение. Применение для решения таких задач внешних ЦАП нецелесообразно из-за сложности. Специально для этого разработана широтно-импульсная модуляция — определенный процесс управления мощностью, идущей к нагрузке, методом изменения скважности импульсов постоянной частотности.

Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?

Это современный метод управления уровнем мощности подаваемой к нагрузке, заключающийся в изменении продолжительности импульса при постоянной частоте их следования. Это технология модуляции сигнала за счет вариативного изменения ширины импульсов, а не выходного напряжения. ШИМ преобразователь может быть аналоговый, цифровой и пр.

Широтно-импульсная модуляция — важнейшие параметры:

Т -период тактирования — промежутки времени, через которые подаются импульсы.
Длительность импульса — время пока подается сигнал.
Скважность — рассчитанное по формуле соотношение длины импульса к импульсному Т периоду тактирования.
D коэффициент заполнения — показатель обратный скважности.

Область применения

Применение ШИМ позволяет увеличить и намного коэффициент полезного действия электрических преобразователей. Тем более это относится к импульсным преобразователям, которые сегодня преимущественно применяются во вторичных источниках питания разных электронных аппаратов. Импульсные преобразователи обратноходовые, прямоходовые 1-тактные, 2-тактные, полумостовые, резонансные управляются с участием ШИМ.

Принцип ШИМ сегодня стал основным для электронных устройств, которым требуется поддержание на заданном уровне выходных параметров и их регулировка. Метод применяется для изменения скорости вращения двигателей, яркости света, управления силовым транзистором БП импульсного типа.

Используется ЩИМ модуляция и в системах управления яркостью светодиодов. Светодиод, благодаря низкой инерционности, успевает мигнуть на частоте всего в несколько десятков кГц. Для человеческого глаза работа светодиода в импульсном режиме воспринимается как свечение. Яркость светодиода зависит от продолжительности импульса в течение одного периода. При коэффициенте заполнения в 50%, то есть, если время свечения равно времени паузы, яркость светодиода составляет одну вторую номинальной величины. Когда появились светодиодные лампы 220В, нашлась проблема повышения их надёжности при нестабильном входном напряжении. Задача была решена разработкой драйвера питания, функционирующего по принципу ШИМ.

Распространение устройств, функционирующих по принципу ШИМ, позволило уйти от линейных трансформаторных БП. В результате чего повысилось КПД и уменьшились масса и габариты источников питания. Поэтому сегодня ШИМ-контроллер является сегодня неотъемлемой частью импульсного БП. Он управляет силовым транзистором и напряжение на выходе блока питания всегда остаётся стабильным. Кроме этого, ШИМ-контроллер:

обеспечивает плавный пуск преобразователя;
ограничивает скважность и амплитуду управляющих импульсов;
контролирует входное напряжение;
защищает от КЗ силового ключа;
в аварийной ситуации переводит устройство в деж. режим.

Сегодня широтно-импульсная модуляция применяется повсеместно и позволяет управлять яркостью подсветки ЖК дисплеев мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков. Реализована микросхема ШИМ в сварочных аппаратах, в автоинверторах, в зарядных устройствах и пр. В любом зарядном устройстве используется сегодня ШИМ.

ШИМ контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

Аналоговая ШИМ

В аналоговых ШИМ-генераторах управляющий сигнал формируется при помощи аналогового компаратора, когда на его инвертирующий вход подается пилообразный или треугольный сигнал, а на неинвертирующий — непрерывный модулирующий.

Выходные импульсы идут прямоугольной формы. Частота их следования соответствует частоте пилы, а длительность плюсовой части импульса зависит от времени, когда уровень постоянного модулирующего сигнала, идущего на неинвертирующий вход компаратора, выше уровня пилообразного сигнала, подающегося на инвертирующий вход. В период когда напряжение пилообразного сигнала будет превышать модулирующий сигнал — на выходе будет фиксироваться отрицательная часть импульса.

Во время когда пилообразный сигнал подается на неинвертирующий вход, а модулирующий — на инвертирующий, выходные прямоугольные импульсы будут положительными, когда напряжение пилы будет выше уровня модулирующего сигнала на инвертирующем входе, а отрицательное — когда напряжение пилы станет ниже сигнала модулирующего.

Цифровая ШИМ

Работая с цифровой информацией, микроконтроллер может формировать на выходах или 100% высокий или 0% низкий уровень напряжения. Но для эффективного управления нагрузкой такое напряжение на выходе нужно изменять. Например, когда осуществляется регулировка скорости вращения вала мотора или при изменении яркости светодиода.

Вопрос решают ШИМ контроллеры. То есть, 2-хуровневая импульсно-кодированная модуляция — это серия импульсов, характеризующаяся частотой 1/T и либо шириной Т, либо шириной 0. Для их усреднения применяется передискретизация. При цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, которыми и заполнен период, могут занимать любое место в периоде. Тогда на среднем значении сигнала за период сказывается лишь их количество. Так как процесс осуществляется на частоте в сотни кГц, можно добиться плавной регулировки. ШИМ контроллеры решают эту задачу.

Можно провести следующую аналогию с механикой. Когда маховик вращается при помощи двигателя, при включенном двигателе маховик будет раскручиваться или продолжать вращение, если двигатель выключен, маховик будет тормозить из-за сил трения. Однако, если движок включать/выключать на несколько секунд, вращение маховика будет держаться на определенной скорости благодаря инерции. Чем дольше период включения двигателя, тем быстрее раскрутится маховик. Аналогично работает и ШИМ модулятор. Так работают ШИМ контроллеры, в которых переключения происходят в секунду тысячи раз, и частоты могут достигнуть единиц мегагерц.

Использование ШИМ-контроллеров обусловлено их следующими преимуществами:

стабильностью работы;
высокой эффективностью преобразования сигнала;
экономией энергии;
низкой стоимостью.

Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:

аппаратным способом;
программным способом.

В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи команд программирования более эффективно за счет разрешающей способности и дает возможность задействовать больше выводов. Но программный способ вызывает высокую загрузку МК, занимая много памяти.

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Пример использования шим регулятора

Самый простой пример использования регулятора напряжения ШИМ — ШИМ микросхема NE555, с которой знаком каждый радио-любитель. Благодаря ее универсальности можно конструировать самые разнообразные детали: от простейшего одновибратора импульсов с 2 в обвязке до модулятора, состоящего из большого числа компонентов. ШИМ регулятор напряжения имеет широкую область применения — это схемы регулировки яркости светодиодов и лент, а также регулировка скорости вращения движков.

В чем отличие между шим и шир?

На Западе понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и ШИМ практически не различаются. Однако у нас между ними все же существует различие. Во многих микросхемах реализован принцип ШИР, однако при этом они все равно называются ШИМ контроллеры. Таким образом различий в названии этих двух способов практически нет.

Единственное отличие между ШИР и ШИМ — при ШИР время импульса и паузы постоянны. А при ШИМ их длительности изменяются, что позволяет сформировать выходной ШИМ сигнал заданной формы.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Наиболее простой метод регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM). Суть этого метода заключается в том, что напряжение питания подается на двигатель в виде импульсов. При этом частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться.

ШИМ сигнал характеризуется таким параметром как коэффициент заполнения или Duty cycle. Это величина обратная скважности и равна отношению длительности импульса к его периоду.

D = (t/T) * 100%

На рисунках ниже изображены ШИМ сигналы с различными коэффициентами заполнения.

При таком методе управления скорость вращения двигателя будет пропорциональна коэффициенту заполнения ШИМ сигнала.

Простейшая схема управления двигателем постоянного тока состоит из полевого транзистора, на затвор которого подается ШИМ сигнал. Транзистор в данной схеме выполняет роль электронного ключа, коммутирующего один из выводов двигателя на землю. Транзистор открывается на момент длительности импульса.

Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при маленьком коэффициенте заполнения ШИМ сигнала.
При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет изменяться пропорционально коэффициенту заполнения. Грубо говоря, двигатель будет «воспринимать» среднее значение подводимой к нему энергии.

Существует много схем для генерации ШИМ сигнала. Одна из самых простых — это схема на основе 555-го таймера. Она требует минимум компонентов, не нуждается в настройке и собирается за один час.

Напряжение питания схемы VCC может быть в диапазоне 5 — 16 Вольт. В качестве диодов VD1 — VD3 можно взять практически любые диоды.

Если интересно разобраться, как работает эта схема, нужно обратиться к блок схеме 555-го таймера. Таймер состоит из делителя напряжения, двух компараторов, триггера, ключа с открытым коллектором и выходного буфера.

Вывод питания (VCC) и сброса (Reset) у нас заведены на плюс питания, допустим, +5 В, а земляной (GND) на минус. Открытый коллектор транзистора (вывод DISCH) подтянут к плюсу питания через резистор и с него снимается ШИМ сигнал. Вывод CONT не используется, к нему подключен конденсатор. Выводы компараторов THRES и TRIG объединены и подключены к RC цепочке, состоящей из переменного резистора, двух диодов и конденсатора. Средний вывод переменного резистора подключен к выводу OUT. Крайние выводы резистора подключены через диоды к конденсатору, который вторым выводом подключен к земле. Благодаря такому включению диодов, конденсатор заряжается через одну часть переменного резистора, а разряжается через другую.

В момент включения питания на выводе OUT низкий логический уровень, тогда на выводах THRES и TRIG, благодаря диоду VD2, тоже будет низкий уровень. Верхний компаратор переключит выход в ноль, а нижний в единицу. На выходе триггера установится нулевой уровень (потому что у него инвертор на выходе), транзисторный ключ закроется, а на выводе OUT установиться высокий уровень (потому что у него на инвертор на входе). Далее конденсатор С3 начнет заряжаться через диод VD1. Когда она зарядится до определенного уровня, нижний компаратор переключится в ноль, а затем верхний компаратор переключит выход в единицу. На выходе триггера установится единичный уровень, транзисторный ключ откроется, а на выводе OUT установится низкий уровень. Конденсатор C3 начнет разряжаться через диод VD2, до тех пор, пока полностью не разрядится и компараторы не переключат триггер в другое состояние. Далее цикл будет повторяться.

Приблизительную частоту ШИМ сигнала, формируемого этой схемой, можно рассчитать по следующей формуле:

F = 1.44/(R1*C1), [Гц]

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 288 Гц.

Объединим две представленные выше схемы, и мы получим простую схему регулятора оборотов двигателя постоянного тока, которую можно применить для управления оборотами двигателя игрушки, робота, микродрели и т.д.

VT1 — полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1.

Вместо полевого транзистора можно использовать биполярный n-p-n транзистор, транзистор дарлингтона, оптореле соответствующей мощности.

Основы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

: как работает ШИМ

Автор: Николас Браун.

Определение широтно-импульсной модуляции

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это отличный метод управления током, который позволяет вам контролировать скорость двигателей, тепловую мощность нагревателей и многое другое энергоэффективным (и обычно более тихим) способом. . Существующие приложения для ШИМ включают, но не ограничиваются:

Контроллеры вентиляторов с регулируемой скоростью.
Привод компрессора VRF HVAC.
Цепи привода гибридных и электрических транспортных средств.
Светодиодные диммеры.

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

В наши дни, если устройство рекламируется как имеющее компрессор с переменной скоростью или вентилятор с переменной скоростью (это не относится к двух- или трехскоростным вентиляторам), существует значительная вероятность того, что оно использует ШИМ!

Зачем использовать ШИМ?

Начинающие инженеры-электрики могут захотеть узнать, почему им следует использовать широтно-импульсную модуляцию для управления устройствами, а домовладельцы задают 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 устройств таким образом, чтобы они потребляли ровно 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, поскольку они сжигают часть ее в виде тепла. В этом отношении они действуют как обогреватели.

К счастью, эти схемы никогда не были широко распространены. Бытовая техника, такая как кондиционеры и холодильники, просто все время работала на полной скорости, производя много шума и тратя много энергии, потому что им приходилось часто включаться и выключаться.

ШИМ использует транзисторы, но другим способом, как описано ниже.

Пример ШИМ-контроллера двигателя.

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 ШИМ MSP30. Схема, о которой я писал на Компульсе.

Как работает ШИМ?

ШИМ работает за счет пульсации постоянного тока и изменения времени, в течение которого каждый импульс остается «включенным», для управления величиной тока, поступающего на устройство, такое как светодиод. ШИМ является цифровым, что означает, что он имеет два состояния: включено и выключено (что соответствует 1 и 0 в двоичном контексте, что станет для вас более актуальным при использовании микроконтроллеров).

Чем дольше горит каждый импульс, тем ярче будет светиться светодиод. Из-за того, что интервал между импульсами очень короткий, светодиод фактически не выключается. Другими словами, источник питания светодиода включается и выключается так быстро (тысячи раз в секунду), что светодиод фактически остается включенным без мерцания. Это называется PWM затемнением, и такая схема просто называется схемой PWM LED диммера.

Квадраты на приведенной ниже иллюстрации ШИМ — это импульсы, обозначающие время включения, а заштрихованные области — время, когда питание отключено. И квадраты, и вдавленные области имеют одинаковую «ширину», поэтому рабочий цикл составляет 50%. Сигналы ШИМ обычно представляют собой прямоугольные волны, как показано на рисунке ниже.

Сигнал ШИМ (меандр) с коэффициентом заполнения 50 %.

Если рабочий цикл источника питания ШИМ установлен на 70 %, то импульс включен в течение 70 % времени и выключен в течение 30 % времени. Рабочий цикл относится к количеству 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 бы коэффициент заполнения был равен 0 %, весь сигнал был бы плоским, как показано ниже. Рабочий цикл ШИМ, равный 0%, означает, что питание отключено. В таком состоянии светодиод не будет работать. Это было бы просто выключено.

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

Ключевая причина того, что схемы ШИМ настолько эффективны, заключается в том, что они не пытаются частично ограничить поток тока с помощью сопротивления. Они включают ток полностью и полностью выключают. Вместо этого они просто изменяют количество времени, в течение которого он включен.

Пример схемы светодиодного диммера ШИМ

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

Дополнительное тепло, выделяемое традиционными транзисторными схемами, является еще одним соображением, поскольку оно может увеличить время, в течение которого охлаждающие вентиляторы должны оставаться включенными для снижения температуры указанных устройств.

Сигнал ШИМ

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

Крошечный генерирует сигнал , а « мощность », который представляет собой большой ток и напряжение, которые фактически питают светодиод, управляется вышеупомянутыми транзисторами. Этот крошечный источник питания может быть выводом GPIO микроконтроллера, например, выводом ввода-вывода Arduino, выходным выводом таймера 555 и другими.

Установка коэффициента заполнения сигнала на 30 % также приведет к коэффициенту заполнения 30 % для мощности, поскольку большой ток является просто усиленной копией малого тока (который является сигналом).

Эта концепция позволяет очень сложным микроконтроллерам (часто называемым микроконтроллерами) 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 генерировать ШИМ-сигнал с помощью Arduino — Государственный университет Портленда [ PDF ].

Как работают полупроводники и транзисторы – Университет Вирджинии.

Как построить контроллер вентилятора PWM с критически важным для безопасности микроконтроллером Hercules — Kompulsa.

ШИМ-контроллер заряда солнечной батареи — работа, размеры и выбор

Содержание

Что такое широтно-импульсная модуляция или ШИМ-контроллер заряда?

A PWM ( Широтно-импульсная модуляция ) контроллер представляет собой (электронный) переход между солнечными панелями и аккумуляторами:

Контроллер заряда солнечной батареи (часто называемый регулятором) идентичен стандартному зарядному устройству аккумуляторов , то есть он контролирует ток, протекающий от солнечной панели к блоку батарей, чтобы предотвратить перезарядку батарей. Как и в стандартном зарядном устройстве, оно может работать с различными типами аккумуляторов.

Напряжение поглощения может выбрать плавающее напряжение, а также часто может устанавливать время и хвостовой ток. Они лучше всего подходят для литий-железо-фосфатных аккумуляторов, поскольку, когда контроллер полностью заряжен, он остается в фиксированном поплавке или поддерживает напряжение около 13,6 В (3,4 В на элемент) до конца дня.

Самый популярный профиль зарядки — это та же простая последовательность, что и в качественном сетевом адаптере, т. е. режим объемного заряда — режим поглощения — плавающий режим. Вход в режим массовой зарядки происходит в:

Восход солнца утром
Если напряжение батареи падает ниже заданного значения в течение более длительного периода, чем указанный период, например, 5 секунд (повторный вход)

Этот повторный вход в объемный режим лучше работает для свинцово-кислотных аккумуляторов, поскольку падение и падение напряжения более значительны, чем у литиевых аккумуляторов, которые сохраняют более высокое и стабильное напряжение до конца периода разряда.

Запись по теме: Контроллер заряда солнечной батареи MPPT — работа, размеры и выбор

В контроллере заряда солнечной батареи:

Переключатель включен, когда зарядное устройство находится в режиме объемной зарядки.
Переключатель включается и выключается при необходимости (с широтно-импульсной модуляцией), чтобы поддерживать напряжение батареи абсорбера.
Не горит в конце абсорбции, когда напряжение батареи снижается до напряжения холостого хода.
Переключатель снова включается и выключается по мере необходимости (широтно-импульсная модуляция), чтобы поддерживать напряжение батареи на уровне плавающего напряжения.

Обратите внимание, что когда переключатель выключен, напряжение на панели будет равно напряжению холостого хода (Voc). Когда кнопка на панели, напряжение будет на уровне напряжения батареи + напряжение между платой и контроллером уменьшается.

Наилучшее соответствие для ШИМ-контроллера:

Наилучшее соответствие панели для ШИМ-контроллера — это панель с напряжением чуть выше предусмотренного для зарядки аккумулятора и с учетом температуры, как правило, плата с В _мп (максимальное напряжение) около 18В для зарядки 12В аккумулятора. Их иногда называют рядом 12 В, хотя они имеют V _mp около 18 В.

Ниже представлена блок-схема типичного ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи.

Похожие сообщения:

Основные компоненты, необходимые для установки системы солнечных панелей
Как рассчитать правильный размер солнечного контроллера заряда? ШИМ и МРРТ

3-ступенчатая зарядка PMW

Массовая зарядка: Уровень массовой зарядки — это уровень, при котором фотоэлектрическое устройство сохраняет большую часть заряда батареи. Устройство будет заряжать аккумулятор высоким током и напряжением, когда напряжение падает. Когда напряжение на конце батареи становится более значительным, чем это значение обслуживания во время настройки, прямая зарядка должна прекратиться.

Поглощение заряда: Обычно после первого этапа зарядки батарея ждет некоторое время, пока напряжение не уменьшится естественным образом, а затем достигает стадии сбалансированной зарядки. Стадия также называется зарядкой постоянным напряжением.

Плавающая зарядка: Это последний этап трехступенчатой зарядки, известной как непрерывная зарядка. Струйка представляет собой небольшой зарядный ток к аккумулятору с низкой скоростью и устойчивый. Большинство перезаряжаемых аккумуляторов теряют мощность при полном питании из-за саморазряда. Если зарядка остается на том же низком токе, что и скорость саморазряда, она может поддерживать зарядную емкость.

Похожие сообщения:

Как спроектировать и установить солнечную фотоэлектрическую систему?
Расчет и проектирование солнечных фотоэлектрических модулей и массива

ШИМ-контроллер солнечной энергии Плюсы:

ШИМ-регулятор созрел и устоялся.
Простая конструкция и экономичность
Простое развертывание ШИМ-регулятора
Нижний бюджет по маленькой инициативе

ШИМ-контроллер заряда солнечной батареи Минусы:

Низкий коэффициент преобразования
Входное напряжение должно уравновешивать напряжение батареи.
Меньшая масштабируемость для разработки устройств
Меньше режима загрузки
Меньше защиты;

Похожие сообщения: Введение в алгоритмы точки максимальной мощности в фотоэлектрических системах напряжение батареи повышается до определенного значения. В большем количестве элементов управления зарядом использовалось механическое реле для открытия или отключения хода, остановки или включения питания от электрического накопителя.

Как правило, 12-вольтовые аккумуляторы предназначены для солнечных батарей. Солнечные панели могут передавать гораздо больше напряжения, чем требуется для зарядки аккумулятора. Напряжение заряда будет поддерживаться на максимально возможном уровне, а время, затрачиваемое на полную настройку электроаккумулятора, будет минимальным. Это помогает солнечным системам работать непрерывно оптимально. Рассеиваемая мощность проводов значительно ниже благодаря более высокому напряжению в кабелях солнечных панелей к контроллеру заряда.

Солнечные контроллеры заряда также могут управлять потоком обратного электричества. Контроллеры заряда определят, не поступает ли питание от солнечных панелей, и разомкнут цепь, отделяющую солнечные панели от аккумуляторных устройств и останавливающую протекание обратного тока.

Похожие сообщения:

Сколько Вт солнечной панели вам нужно для бытовой техники?

Полное руководство по установке солнечных батарей. Примеры и диаграммы

Типы контроллера солнечного заряда:

Три типа контроллера солнечного заряда

1) Простое 1- или 2-фазное управление: имеет переключаемые транзисторы для регулирования напряжения в одну или две ступени.

2) ШИМ (широтно-импульсная модуляция): это традиционная форма контроллера заряда, например, xantrex, Blue Sky и т.д. На данный момент это отраслевая норма.

3) Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT): MPPT определяет оптимальное рабочее напряжение и силу тока дисплея солнечной панели и соответствует данным банка электрических элементов.

Выбор размера ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи
ШИМ-контроллеры не могут ограничивать свои текущие характеристики. Они просто используют текущую коллекцию. Поэтому, если солнечная батарея будет генерировать 40 ампер тока, а используемый вами контроллер заряда рассчитан только на 30 ампер, контроллер может выйти из строя. Важно убедиться, что ваш контроллер заряда параллелен, совместим с панелями и имеет правильный размер.

При просмотре контроллера заряда многие элементы просматриваются в списке функций или тегов. ШИМ-контроллер будет считывать с него ампер, например, ШИМ-контроллер на 30 ампер. Он отражает, сколько ампер может выдержать контроллер, в приведенном выше примере 30 ампер. В общем, сила тока и номинальное напряжение — это две вещи, на которые следует обращать внимание при управлении ШИМ.

Далее мы хотим посмотреть на номинальное напряжение устройства. Это сообщит нам, с каким напряжением батареи контроллера совместимы. 2.

В-третьих, следует обратить внимание на максимальное потребление солнечной энергии. Он показывает вам, сколько вольт вы можете получить на контроллере. Этот контроллер не выдерживает более 50 вольт. Он рассматривает возможность последовательного подключения 2 панелей по 100 Вт с общим напряжением 22,5 В (напряжение холостого хода) x 2 = 45 вольт. В этом случае будет нормально соединить эти две панели последовательно.

В-четвертых, надо взглянуть на терминалы. Каждый контроллер обычно имеет максимальный размер клеммного датчика. Это очень важно при покупке проводки для вашей машины.

Наконец, обратите внимание на тип батареи. Он сообщает нам, какие батареи совместимы с контроллером заряда. Это необходимо проверить, так как вы не хотите получать батареи, которые не могут питать контроллер.

Давайте рассмотрим еще один базовый пример для определения размера ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи.

Похожие сообщения:

Блокирующий диод и обходные диоды в распределительной коробке панели солнечных батарей

Как сделать простую солнечную батарею? Работа фотогальванических элементов

Пример:

Какой размер ШИМ-контроллера заряда подходит для солнечной панели мощностью 100 Вт, 12 В, имеющей I _SC (ток короткого замыкания) 8 А?

Решение:

Нам нужно будет добавить коэффициент безопасности 25% тока, т. е. 1,25 x I _SC, чтобы найти подходящий размер контроллера заряда солнечной батареи.

Сюда; 8А х 1,25 = 10А.

Следовательно, вы можете безопасно использовать 10A, 12V контроллера заряда солнечной батареи для этой базовой системы солнечных батарей.

Другой способ, если общая подключенная нагрузка постоянного тока составляет 12 В, 95 Вт.

Номинальный ток нагрузки = Общая нагрузка постоянного тока / Номинальное напряжение системы = 95 Вт / 12 В

Номинальный ток нагрузки = 7,91 А

Коэффициент безопасности x Номинальный ток нагрузки

1,25 x 7,91 = 9,9 А метод формулы, т. е. P = V x I

I = (P/V) x 1,25

I = (95 Вт/12 В) x 1,25

I = 9,9 A

Обратите внимание, что вам придется применить ту же формулу для последовательно и параллельно соединенных солнечных панелей и аккумуляторов в соответствии с номинальным напряжением и током. Вы можете увидеть более решенный пример для определения размера контроллера заряда PWM и MMPT в предыдущем посте.

Похожие сообщения:

Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Как подключить солнечные панели в последовательно-параллельной конфигурации?

Несоответствие между PWM и MPPT контроллерами солнечной нагрузки

Суть различия заключается в следующем:

С контроллером PWM ток вытягивается из панели чуть выше уровня заряда батареи, в то время как

При использовании MPPT-контроллера ток выводится из панели при нажатии кнопки «максимальное напряжение питания» (думайте о MPPT-контроллере как об «интеллектуальном преобразователе постоянного тока в постоянный»).

Вы также видите такие лозунги, как «вы получите 20% или более сбора энергии от контроллера MPPT». Это дополнение также значительно отличается, и ниже приведена ссылка на то, находится ли панель под прямым солнечным светом, а контроллер находится в режиме массовой зарядки. Игнорирование снижения напряжения, используя в качестве примера простую панель и простую математику:

Максимальная мощность тока панели (имп) = 5,0 А

Максимальное напряжение питания панели (Вмп) = 18 В

Напряжение зарядного устройства = 13 В (напряжение аккумулятора может варьироваться, например, от 10,8 В в полностью разряженном состоянии до 14,4 В в режиме абсорбционного заряда). При 13 В усилитель панели будет немного выше, чем общий усилитель мощности, скажем, 5,2 А.

С ШИМ-контроллером выходная мощность панели составляет 5,2 А * 13 В = 67,6 Вт. Эта сумма мощности будет потребляться независимо от температуры панели, при условии, что напряжение панели остается выше напряжения батареи.

С контроллером MPPT выходная мощность панели составляет 5,0 А * 18 В = 90 Вт, т. е. на 25 процентов выше. Однако это слишком амбициозно, поскольку напряжение уменьшается с повышением температуры; таким образом, предположим, что температура панели поднимается на 30°C по сравнению с температурой нормальных условий испытаний (STC), равной 25°C. Напряжение падает на 4 процента при каждых десяти градусах Цельсия, то есть всего на 12 процентов, выход MPPT будет 5A * 15,84 В = 79.0,2 Вт, т. е. на 17,2% больше мощности, чем у ШИМ-контроллера.

Таким образом, наблюдается увеличение сбора энергии для элементов управления MPPT, но процент увеличения сбора значительно различается в течение дня.

Похожие сообщения:

Как спроектировать водяной насос постоянного тока на солнечных фотоэлектрических батареях?

Параметры солнечной батареи и характеристики фотоэлектрической панели

Преимущества зарядного устройства с широтно-импульсной модуляцией
Зарядка батареи, работающей от солнечной энергии, — уникальная и сложная задача. В прежние времена основные двухпозиционные регуляторы использовались для уменьшения заряда батареи от газа, когда солнечная панель обеспечивала избыточную электроэнергию. Однако по мере развития солнечных систем стало очевидно, насколько эти упрощенные инструменты мешали процессу зарядки.

Опыт двухпозиционных регуляторов заключался в ранних ошибках батареи, растущих отключениях нагрузки и растущем недовольстве потребителей. ШИМ недавно стал первым прорывом в зарядке солнечных батарей. В солнечных зарядных устройствах PWM используется оборудование, аналогичное большинству современных высококачественных зарядных устройств.

По мере того, как напряжение батареи превышает контрольный предел, алгоритм ШИМ медленно снижает зарядный ток, чтобы предотвратить нагрев и выделение газа из батареи, при этом зарядка начинает возвращать в батарею общее количество энергии за максимально короткое время. Это приводит к лучшей эффективности зарядки, быстрой перезарядке и длительному сроку службы батареи при максимальной мощности.

Кроме того, этот новый способ зарядки солнечных батарей предлагает некоторые очень интересные и необычные преимущества пульсации PWM.

К ним относятся:

Способность восстанавливать разряженную батарею и рассеивать заряд батареи

Значительно повысить одобрение заряда батареи.

Сохранение высокой общей емкости аккумулятора (от 90 до 95 процентов) по сравнению с контролируемым диапазоном состояния заряда, обычно от 55 до 60 процентов.

Выравнивание дрейфа элементов батареи.

Ограничить нагрев и газификацию батареи.

Автоматически компенсировать возраст батареи.

Саморегулирование повышения напряжения и воздействия температуры в солнечных системах

Похожие сообщения:

Как подключить батареи последовательно-параллельно к солнечной панели?

Как подключить батареи параллельно к солнечной панели и ИБП?

Выбор лучшего солнечного контроллера
ШИМ — достойный недорогой вариант:

Для небольших устройств

Когда надежность устройства не важна (процесс зарядки)

Для солнечных панелей с номинальным напряжением (Vmp) до 18В для зарядки аккумулятора 12В (36В для аккумулятора 24В и т. д.)

Контроллер MPPT идеально подходит для:

Для более разветвленных сетей, где целесообразно дополнительно собирать 20%* или более энергии;

Если напряжение солнечной батареи значительно больше, чем напряжение батареи, например, при использовании панелей дома для зарядки 12-вольтовых батарей;

Похожие сообщения:

Как подключить солнечную панель к нагрузке 12 В постоянного тока и аккумулятору?

Как подключить солнечную панель к нагрузке 120–230 В переменного тока и инвертору?

Области применения

В последние дни метод производства электроэнергии из солнечного света стал более распространенным, чем другие альтернативные источники, а фотогальванические панели не производят вредных выбросов и не требуют сложного обслуживания. Вот несколько примеров, где мы используем солнечную энергию.

В уличных фонарях используются фотогальванические элементы для преобразования солнечного света в электрический заряд постоянного тока.