Digitaler SEPIC Laderegler

[MyCo]

Hallo Bastler,

Ich möchte euch mein "Winterprojekt" vorstellen, Bernd hat es schon in einem anderen Forum entdeckt .
Dabei handelt es sich um einen Laderegler auf der Basis eines SEPIC Schaltreglers. Gesteuert wird das ganze von einem Microcontroller, der anhand von Messwerten und einstellbaren Regelpunkten das PWM Signal des Schaltreglers generiert. Für das Projekt habe ich einen SEPIC gewählt, da ich damit relativ problemlos gleichzeitig auf- und abwärts wandeln kann. Der Ladebeginn bei meinem Testgenerator ist bereits bei 1 möglich, der Generator kann aber genausogut 50V liefern (der Testgenerator kann es zwar nicht, aber er ist ja auch nur ein Miniaturmodell), und der Akku würde dann auch noch geladen werden, wenn er nicht schon voll ist.
Über das LCD wird man über die aktuellen Werte informiert, er gibt Eingangs-/Ausgangsspannung, Eingangsstrom, Ladestrom, genutzte Generatorleistung und Ladeleistung an. Der Wandler kann zudem die Generatorgeschwindigkeit anhand einer Generator-Phase ermitteln, und gleichzeitig kann auch ein Hallsensor verwendet werden (wenn der Generator nur geringe Spannungen liefert, ist das nötig).
Der Eigenverbrauch mit eingeschaltetem Display+Hintergrundbeleuchtung beträgt 58mA bei 12V, das Display schaltet sich nach 10 Sekunden selbst aus, dann fällt der Verbrauch geringfügig.

Ich hänge mal die Schaltpläne an, durch den Controller wird ein Nachbau aber sehr kompliziert. Bin auch noch nicht ganz mit der Programmierung fertig, momentan läuft er noch mit einer steifen Regelung.

Hier sind die Schaltpläne der aktuellen Schaltung:

Steuerung.gif (134.74 KiB) 15712-mal betrachtet

Wandler.gif (138.08 KiB) 15712-mal betrachtet

Frontpanel.gif (64.74 KiB) 15712-mal betrachtet

Hier sind ein paar Bilder:

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[MyCo]

Hier noch ein paar Bilder vom LCD:

lcd1.jpg (50 KiB) 15710-mal betrachtet

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Und so schaut mein aktueller Testaufbau aus:

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Und wenn ich schon dabei bin, hier ist der Generator für den ich das gebaut habe:

generator.jpg (59.69 KiB) 15710-mal betrachtet

[Bernd]

Hallo MyCo und vielen Dank das du uns einen Einblick in dein Schaffen gibst.
Kannst du uns vielleicht noch etwas zu den technischen Daten sagen ?
Mich würde interessieren welche Ein- und Ausgangsspannungen mögich sind und welche maximalen Leistungen
sowie welche maximalen Ein- und Ausgangsströme möglich sind.
Ich muss jetzt mal dumm fragen aber das ganze arbeitet im Prinzip nach dem MPPT Verfahren ?
Auf jeden Fall sieht dein Aufbau sehr sauber aus, meinen Respekt !

Du baust ja auch einen Generator, das gefällt mir natürlich auch.
Es sieht so aus als ob du dem Nabenmotor eine Übersetzung verpasst hast ?

Grüsse

Bernd

[MyCo]

Hallo Bernd,

zu den technischen Daten kann ich nur aus der Theorie was sagen, da ich nicht bis an die Grenzen testen kann.
Eingang:
-> 3 Phasen
-> 0-60V AC
-> max. 8A pro Phase (jede Phase hat eine eigene Sicherung)
-> jede Phase ist mit jeweils 1 Varistor (60VAC) gesichert
-> viel höhere Spannungen würde der High-Side-Current Monitor nicht überleben, alle anderen Bauteile sind auf 200V oder mehr ausgelegt.

Ausgang:
-> max. 60V
-> max. 10A (die Spulen sind bis 20A spezifiziert, der Schaltwandler generiert intern immer das doppelte des Ausgangsstroms)

Das Ganze kann allein durch Umprogrammierung des Controllers auf alle möglichen Batterien/Batteriebänke bis 60V ausgelegt werden. Momentan steht der Controller auf den typ. 12V Spannungsbereich.
Ich wollte in den Controller ein MPPT einbauen, momentan bin ich aber noch nicht soweit, machbar wäre es, da alle nötigen Werte erfasst werden. Das Problem ist halt, wenn man die Leistungsabnahme aus dem Generator erhöht, dann wird er gebremst. Das kann man allerdings nicht so schnell machen wie es der Controller theor. könnte, da man sonst den Generator schadet, und es komische Laufgeräusche gäbe (ist schließlich ein ständiges ändern des Lastwiderstands). Ich regel den Schaltregler also recht langsam, um diese Probleme zu umgehen, und kann daher nicht ständig versuchen den MPP einzustellen.
Stattdessen hab ich mir überlegt eine Ladekurve einzubauen, diese könnte der Regler auch selbst erfassen, nur müsste er dafür ein paar Tage einen Lernmodus fahren. Bin mir noch nicht ganz sicher wie ich das mache. Ich werde da wohl etwas experimentieren.

Für die Mechanik sind mein Vater und sein Bruder zuständig, die haben da mehr Geduld und ich gebe da nur meinen Senf dazu
Der Nabenmotor war unser erstes Versuchsobjekt für den Vertikalrotor. Im Leerlauf sah der sehr vielversprechend aus, nach einem Lasttest waren wir dann doch enttäuscht. Bei niedrigen Drehzahlen kam kaum Leistung raus, und hohe Drehzahlen bring der Rotor nicht. Du hast also richtig erkannt, in der Box über dem Generator ist eine Übersetzung (1:2 mit Zahnrädern). Der kleine Eigenbaugenerator bringt einges mehr an Leistung, und zudem rastet der nicht, daher wird der Nabenmotor wohl ausgemustert.

[finn]

darf ich fragen, was dich die Hardware gekostet hat? (also Bauteile, Platinen...) entwicklungskosten sind natürlich unbezahlbar

[MyCo]

Puh, jetzt wo du fragst, merk ich erstmal wie teuer mich das Ding kommt

So genau kann ich es allerdings nicht sagen, da ich viele der Bauteile eh schon rumliegen hatte. Ich bestelle immer größere Mengen, für den Fall das ich's kaputt mach, oder kurzzeitig mal Testboards baue bevor ich das dann komplett aufbaue.
Der teuerste Posten ist mit Abstand das Herstellen lassen der Wandler-Platine. Das ist eine einseitige 3,2mm mit 105µm Kupfer (also keine Standardplatine). Die hat alleine 183 Euro gekostet, im nachhinein rausgeschmissenes Geld, dafür ist sie sehr stabil. Die LCD-Platine und das Controllerboard kosten jeweils um die 15 Euro
Hier mal die großen Posten die mir so einfallen:
- Controller: 6,50€
- 2xHigh-Side Current Monitor: 5,50€/Stck
- 12x Low ESR Elkos: 2,50€/Stck
- 3x Drossel: 4,00€/Stck
- LCD+Backlight: 23,00€
- Kühlkörper: 8,50€

Ich denke mal alles zusammen würde an die 400€ kommen... Aber wie gesagt, viele der Teile hatte ich eh schon rumliegen. Die Sachen die ich dazugekauft habe, habe ich auch nicht mit einmal gekauft, sondern das hat sich über nen halbes Jahr verteilt, ich hatte das ganze vorher modular auf Lochraster aufgebaut und für das finale Board habe ich das dann alles wieder zerlegt.

[jb79]

Respekt für das Monsterteil!

Die Eingangswerte entsprechen dem, was viele hier suchen würden, nur am Ausgang ist die Schaltung etwas zu schwachbrüstig, hast du schon mal drüber nachgedacht, den eigentlichen Sepic Wandler in mehrfacher Ausführung parallel zu schalten, damit könnte man die Ausgangs/Ladeleistung beträchtlich steigern.
Die Stromerfassung würde ich mit einem IC a la ACS758 machen, denen ist egal ob High-Side oder Low-Side, sie vertragen Potentialunterschiede vn einigen hundert Volt und der Durchgangswiderstand liegt bei nur 0,1mOhm. Rauskommen tut eine zum Strom lineare Spannung.

[MyCo]

Ich habe die Hallsensoren in betracht gezogen, allerdings bekam ich letztes Jahr nur den ACS714, der ACS750 ist abgelaufen und die Nachfolger 756-758 waren nicht lieferbar. Der ACS714 ist zu klein, auch hat er ein paar Macken gemacht, sobald man eine Induktivität dran legte (der Sepic macht das ständig). Der Vorteil bei den High-Side Current Monitoren ist der, dass man mit einem Widerstand den Messbereich einstellen kann, und das lässt sich auch sehr genau berechnen. Bei den Hallsensoren muß man sich mit den festgelegten Bereichen zufrieden geben, oder halt eine geringe Verstärkung wählen und dann mit OPVs nachjustieren, was viele Fehlerquellen mit sich bringt.

Wenn man mehr Leistung braucht, muss man sich größere Spulen suchen, oder halt selbst wickeln... soweit wollte ich nicht gehen, die 10A bei 15V reichen für einen Akku schon aus...

[andreas]

Hallo,

hier mal eine Anregung zur Anzeige. Meine ist etwas größer (4x20 Zeichen), habe aber auch gar keine Tasten zur Bedienung dran. Daher habe ich soviel Infos wie möglich untergebracht:

lcd-windrad.jpg (2.44 KiB) 15634-mal betrachtet

Die Meßwerterfassung und Anzeige macht ein Avr-Net-Io von Pollin mit angepaßter Radig-Software und einiger Hardware drumherum.

MfG. Andreas

[themilfhunter]

hi bist ud auf facebook oder

wie schaut des programm am uc aus??

und hast du genau schaltung kannst du mir es bitte schicken ?? plz


mfg raz