MPPT pro 12V s STM32

 Nejstarší 12V systém je stále v provozu pro svícení na stole, radio a jiné drobnosti, ale v zimě výkon nikdy nestačil. Osadil jsem nové LED pásky, které mají při stejné svítivosti 1/4 příkonu, ale pořád mi přišlo, že přicházím o výkon. Starší MPPT s atmegou měl přecijen velkou vlastní spotřebu, tak jsem si řekl, že zkusím postavit úspornější a menší.

Vznikl miniaturní měnič, který se vejde do krabičky dvou din modulů.

Parametry 

Vstupní napětí max 30 V

Vstupní proud max 2 A

Výstupní napětí max 15 V

Klidová spotřeba 120 mW

Spínací frekvence 64 kHz

Schema:

Hlavní snižující měnič s T3, D3 a L2 reguluje napětí panelů podle žádaného MPPT algoritmem, případně omezuje napětí baterky, když je nabitá. V noci se výstup měniče od baterie odpojí pomocí T4. Tím se vypne i napájení MCU, ráno pak MCU znovu startuje když napětí na panelech přesáhne asi 8,5V.

Ranní start funguje tak, že se přes R18 a R2 otevře hlavní a následně pomocný měnič, který vytoří napětí pro MCU. Když nastartuje, sepne ihned T4 a začne spínat hlavní i pomocný měnič. Pomocný měnič má střídu vypočtenou z napětí baterie tak, aby napětí na jeho výsupu bylo asi 5V, lineární stabilizátor na 3,3V má potom menší ztráty.

Napětí z bočníku je zesíleno pomocí IC2, aby měl MPPT algoritmus dostatečné rozlišení vstupních hodnot. Bočník je zbytečně velké hodnoty, pro větší výkon panelů je vhodnější menší.

Hlavní i pomocný měnič beží na 64kHz, aby stačily malé tlumivky. I přes to samotná silovka bere jen 50mW na na ztráty, zbytek klidové spotřeby odebírá MCU. Zapojení obsahuje ochrannu proti přebíjení baterie v podobě IC3, který zablokuje spínání tranzistoru při výstupním napětí 15V, např. když MCU nenastartuje, měnič zůstane běžet v lineárním režimu.

Komunikační RS232 je oddělena optočleny v primitivním zapojení, pro napájení ze strany PC je třeba nahodit signál RTS nebo DTR podle toho, který vodič se použije. (sériové myši bývaly napájené pomocí DTR)

Teď není moc hezké počasí, ale přece to něco vyrábí a zatím na svícení stačí. Panely jsou 2x6Wp sklon 90° jeden na JV a druhý na JZ (montáž na stěnách větracího komínku)

Pro srovnání panely vyrobily 27Wh za polojasného dne 8.11.2022, což je 2,25h instalovaných Wp, stejný den systém s panely vodorovně vyrobil 1,61h a systém se sklonem 30° na JZ vyrobil 3,25h instalovaných Wp.

Funkci MPPT algoritmu můžeme zkontrolovat pomocí zobrazení napětí na výkonu v průběhu dne. Měl by být vidět stabilní trend, ne rozsypané body po celém grafu. Případně je vhodné upravit délku a výsku kroku MPPT (tedy periodu hledání a velikost změny žádaného napětí panelů v každém kroku).

Zapojení v provozu dva týdny, čekám na nějaký hezký den, kdy bude vidět čistý průběh výkonu z panelů v průběhu celého dne. Nicméně na zimu to vypadá, že panely svisle vyhovují.

Geiger V2

 Po deseti letech opět Geiger a opět trochu jinak. První motivací bylo přijít na to, proč mi před lety odešla trubice STS6, Geiger zmenšit a snížit spotřebu s novými znalostmi o spínaných zdrojích.

Minule jsem se zabýval měřením pozadí, ale vyhodnocování z mechanického počítadla bylo obtížné, rozhodl jsem se tedy tam v minimálním zapojení doplnit procesor a segmentovku pro zobrazování.

Zapojení je rozděleno na dva samostatné celky. Přepínačem se zapne buď samotný zdroj napětí 380 V pro trubici s detektorem v podobě ledky a reproduktoru, a nebo celé zařízení včetně vyhodnocování s procesorem. Tím se zároveň šetří baterie, protože displej, aby nějak svítil i ve dne potřebuje nakonec víc proudu, než VN zdroj pro trubici.

 

VN zdroj je samokmitající flyback pracující při velké střídě. Vinutí se vešlo na kostru trafa EE16 drátem 0,15mm. Experimentálně má nejmenší klidovou spotřebu úplně bez mezery. Kvůli spotřebě trafo napájí jen trubici, detekční obvod je napájen přímo z baterie. Zpětná vazba se zenerkami drží napětí na 380V, zdroj jede v přerušovaném režimu, ale nepříjemné pískání spolehivě odstraní slepení jádra epoxidem.

Trubice STS6 má podle přiložené dokumentace pracovat se zatěžovacím odporem 5-10M a do malé kapacity pod 40pF. Pokud je trubice přímo na desce parazitní kapacity jsou malé, ale když je trubice mimo měřič na koaxu, je potřeba přímo ke kladnému pólu trubice přidat další 5M odpor do serie. V minulé verzi jsem měl trubici připojenou silikonovým VN koaxem ze zapalování kotlů, který mi na to přišel vhodný, jenže má 300pF/m kapacitu. Zřejmě proto mi minulá trubice odešla, spínala o řád vyšší kapacitu.

Měřící obvod je pro zajímanost složen ze starších polovodičů, zobrazovací obvod s displejem naopak minimalisticky s MCU, který byl zrovna v zásobách po ruce (lze přímo nahradit např. STM32F030). 

Nabíjecí stabilizátor je zbytečný, ale říkal jsem si, že by se mohl někdy hodit např. pro dlouhodobé měření pozadí spolu s opticky oddělenou RS232.

SW jsem zatím udělal jenom tak, jak to znám, jako observer pro otáčkové čidlo, kdy zobrazená hodnota je podobně jako u otáček také počet pulzů za čas.

Nová trubice (z prosince 1958) přišla i v původní krabičce s hezkou kresbou, samozřejmě hned fungovala.

Nevím kdy jsem naposledy dělal desky doma, asi dva roky zpátky.

Ale šlo to kupodivu. Deska je navržená přímo do krabičky, jen jsem se nemohl rozhodnout na kterou stranu ji přidělám, takže jsou tam dvojí otvory pro šrouby.

Osazená deska, zelený displej svítil i přes velkou spotřebu málo, nakonec jsem sehnal jiný.

27.8.2022 Zjistil jsem, že při vyšší teplotě se po pár minutách provozu ohřeje zpětnovazební tranzistor zdroje, nebo zenerky a zdroj sníží napětí pod mez kdy trubice spíná. Přidáním původně vynechaného R27, zatěžovacího odporu zenerek zdroj začal fungovat. (za cenu, že odpor zvedne spotřebu z baterek o cca 2mA)