Solarregler umbau

[Wernko]

Hallo, Ganz langsam möchte ich nun mit dem Laderegler zum Schluß kommen.
Ich hab ja schon geschrieben, daß er für max 100V Gleichspannung am Eingang ausgelegt ist und daß die Ausgänge parallel geschaltet werden können.
Das ist möglich weil jeder Reglerausgang von anderen Reglerausgängen durch eine Schottkydiode entkoppelt ist.
Deshalb können alle gleichzeitig, wenn sie etwas zu bieten haben, in eine gemeinsame ++plus Leitung einspeisen und einen Akkusatz laden.
Das hängt von den Quellen ab, z.B. ob Sonne oder Wind vorhanden ist und wieviel.
Mit steigender Belastung gleichen sich geringfügig unterschiedliche Ausgangsspannungen an.
Die vorher nach bestimmtem Tastverhätnis T= tein / taus vom Mos Fet zehackte Gleichspannung wird jetzt wieder geglättet mit Drossel Induktivität und Elektrolykondensator.
Die Frequenz liegt etwa bei 40 kHz bei hoher Last, also Mos Fet schaltet alle 0.025ms. Das ist kaum hörbar. Mit kleiner Belastung hört man die Drossel. Ich schätze 5-10kHz.
Drossel und Elko haben beide die Fähigkeit Energie (Ws) zu speichern. Erstere (Ws) in Form von Strom, die zweite (Ws) in Form von Spannung.
Die dann noch vorhandene Restwelligkeit der Ausgangsspannung interessiert den Akku nicht, er integriert sowieso alles was ihm angeboten wird.
Aber besonders die Drossel ist wichtig denn sie sorgt dafür: ( wird oft gespart zu groß zu aufwendig)

a). daß der Strom nicht abreißt wenn Mos Fet sperrt. Und das tut die Drossel zusammen mit einer Schottkydiode und dem Elko. Sogar eigentlich auch zusammen mit dem Akku.
b). daß der Strom im Moment des einschaltens des Mos Fet nicht zu groß wird. Steile Flanken auf einen Elko oder Akku bedeutet kurzzeit sehr hohen Strom im Mos Fet.
Mos Fet wird wesentlich heißer und Schottkydiode bleibt kalt. Das ist schlecht. Es würde nicht lange dauern und Mos Fet gibt den Geist auf.

Wenn man mit einer einer Leistungs Quelle auf den Eingang des Reglers geht z.B. 60V 2A. Das dann umgewandelt hat in 12V 10A. Alles ohne alle Verluste vorausgesetzt. Beide 120W.

Dann sehen die Spannungs-, Strom-, Widerstands- u. Leistungsverhältniss so aus:

Spannung ----Ue / Ua = 5/1
Strom ---------Ie / Ia = 1/5
Widerstand---Re / Ra = 25 /1
Leistung-------Pe / Pa = 1 /1

Vielen Dank für die Geduld.
Werner

[Wernko]

Last Schalter.jpg (99.27 KiB) 14906-mal betrachtet

Hallo,
Damit der Laderegler nicht mehr als 100V auf den Eingang bekommt, muß noch alles was darüber liegt anders genutzt werden. Oder vernichtet werden.
Natürlich kann nichts vernichtet werden. Alles an Energie bleibt erhalten.
Aber wie kann man das was da an Überschuß an den Klemmen liegt vernünftig nutzen?
Ballastwiderstände, Lampen, Heizstäbe u.a.
Ist alles ein bischen fraglich, da Überschuß ganz sporadisch auftaucht, glaube ich.

3 Fliegen mit einer Klappe:

1. Etwas tun für die Heizleistung.
2. Den Laderegler und die Solarmodule vor Überspannung schützen.
3. Verhindern daß der Rotor zu hoch dreht.

Da es um 100V geht, die geschaltet werden sollen, soll dieser Schwellwertschalter nicht mit Op Verstärkern realisiert werden.
Ich habe da an die alte Grundschaltung eines Schmitt-Triggers aus 2 npn Transistoren gedacht BF 422. Dieser Typ kann Uceo 250V, bringt ausreichend Strom und Verstärkung.
Für die Leistung hinten angehängt dann noch ein n-Kanal Mos Fet 100V 23A.

In dieser Bauleil Bemessung müßte EIN u. Aus etwa bei 96V und 89V liegen.
Die Hysterese an Emitter von T1 u. T2 ist 7V. Hysterese soll groß sein damit er nicht zu hektisch reagiert.
Mit 220k u. 47k oder auch ein Poti an der Basis von T1 kann man die EIN 96V u. AUS 89V sich hintrimmen. Oder auch mit anderen Z Dioden.
Ich habe diese Schaltung nicht aufgebaut, aber ich denke wenn sie richtig aufgebaut ist läuft sie sofort.

mfG
Werner

[Wernko]

Neu Bestückungsseite.jpg (92.59 KiB) 14668-mal betrachtet

Hallo,
Ich habe den Laderegler, überarbeitet. Und nun gibt es da
eine Steigerung des Wirkungsgrades eta% = 100% * Pa/Pe
Die Werte kommen später wenn ich sie in Tabellenform habe. Die Schaltung ist ohne jede Änderung.
Aber es gibt da nun nicht mehr die wilde Verdrahtung auf der Rückseite, sondern ich habe mit Libre Office Draw ein LayOut angefertigt.
Und belichten, entwickeln, ätzen und bohren lassen.
Das ist ein bischen was für das Auge.
Was ich geändert habe, ist der Wert der Drossel Induktivität L. Der Kern ist immer noch Ferrit E42 mit 2mm Luftspalt.

Aber der Cu Draht 2 x 1.2 mm u. 32 Windungen ergab zuvor 225uH (Al = 0.22uH / Wdg x Wdg)
Jetzt sind es Cu Draht 2 x 1mm u. 40 Windungen, das sind 350uH.
Die Stromdichte ist nun aber zu hoch. Die Wicklung könnte bei 15A zu heiß werden.
Ein Ausweg wird später sein, wieder 2 x 1.2mm Cu Draht und maschinell wickeln. Dann geht mehr auf den Spulenkern.

Aber die größere Induktivität, das scheint das Geheimnis zu sein.

Hohe Induktivität bedeutet:
Kleinerer Spitzenstrom beim einschalten des Mos Fet, längere Speicherung der Ws = L * I * I / 2 beim ausschalten des Mos Fet, damit niedrigere Frequenz.
Das scheint sich sehr positiv auszuwirken.
Was ich wieder nicht beachtet habe, ist eine vernünftige 6 pol. Klemmleiste.
In diese geht nur 2 x 1.5 Quadrat Leitungen mühsam hinein. Es sollten zum parallel schalten mehrerer Regler 2 x 2.5 Quadrat sein. Bei der niedrigen Spannung 12V/24V und 15A muß das wohl sein.

mfG
Werner

[Wernko]

Diode L C.pdf

(16.64 KiB) 197-mal heruntergeladen

Der Dateianhang Diode L C.pdf existiert nicht mehr.

Der Dateianhang Diode L C.pdf existiert nicht mehr.

Hallo allerseits,
Die Tabellen über den Wirkungsgrad meines Ladereglers nach der Überarbeitung sind nun fertig.
Ich bin erfreut über die Ergebnisse. Denn es hat sich rundweg eine Steigerung ergeben, offenbar nur durch den Einbau einer größeren Induktivität 350uH.
Vorher 225uH. Der nun etwas größere Cu Widerstand wird wieder ausgeglichen durch bessere Speicherung der Energie (Ws) im Sperrzustand des Mos Fet.
Und Senkung des Spitzenstrom im Moment des durchschaltens des Mos Fet. Das halte ich für wichtig.
Allerdings wird jetzt die Spule bei 15A zu warm. Der Cu Querschnitt muß später größer werden. Mit 2 x 1.2mm neu wickeln, nicht mehr 2 x 1mm.

Die kleinen käuflichen Regler von 50-150 Euro haben wohl gar keine Drossel ( denn die sind ganz leicht) sie schalten die Modulspannung voll auf den
Lade Elko u. den Akku. Ist das so? Wenn das so ist, muß es ja einen großen Stromstoß auf den Mos Fet u. die Schottkydiode geben. So besteht der gesamte Regler fast nur aus Kühlkörpergehäuse.
Vielleicht ist in den ganz einfachen Ladereglern auch kein Lade Elko eingebaut. Ich weiß das nicht. Er wäre Nonsens da Elko u. Akku auf der gleichen Spannung liegen würden.
Optimal sind diese Wärmeproduzenten nicht. Aber das Ganze ist ein einfacher Aufbau und die Sonnenenergie ist ja da und kostet nichts. Der Regler darf auch kaum etwas kosten.
Und bei zu kleiner Modul Spannung oder voll geladenem Akku wird die Modul Spannung kurzgeschlossen (Shunt), weil anders mehr als 50V im Leerlauf am Regler liegen, was nicht erlaubt ist bei p-Kanal Mos Fet. Oder aber die Varistoren kommen ins Spiel.
Da heizt sich das Modul noch auf, obwohl die Sonne schon draufbrennt.
Dieser Lade Regler arbeitet mit n-Kanal Mos Fet max (100V) aber seine Ansteuerung ist nicht einfach.
In der Skizze die ich anhänge kann man sehen wie es ohne Induktivität Teil A. Und Teil B mit Induktivität geht.

mfG
Werner

[Famzim]

Moin

Hallo Werner man kann doch mal den Luftspallt ändern um die Induktivität zu ändern oder nicht .
Ich denke das ist für Versuche die einfachste Metode um an Werte zu kommen.
Einfach mal mit 1,5 mm oder 1 mm messen, ohne Umwickelei.

Gruß Aloys.

[Wernko]

Hallo Aloys,
In diesem Fall konnte ich durch Luftspaltänderung die Induktivität des E42 nur weiter verkleinern.
Ich wollte ja mehr uH.
Die beiden E Kernhälften sind schon mit einen Schliff am mittleren Joch von 1mm versehen.
Zusammengesetzt also 2mm.
Ich mußte deshalb mehr Windungen bei weniger Cu Querschnitt aufwickeln. Man kann eben nicht alles haben. Entweder Querschnitt oder Windungen.
Da die Windungen ja quadratisch eingehen in der Formel bin ich bei der Steigerung von 32Wdg auf 40Wdg von 225uH auf 350uH gekommen.
Die Konstante ist 0.22uH / Wdg * Wdg

mfG
Werner

[Famzim]

Hallo Werner

Ich dachte die E-E Kerne hätten gleich lange Stege, und wären durch Iso zwischenlegen auf 2 mm gesammt eingestellt.
Wenn nur der mitlere Steg kürzer ist geht das nicht , ist schon klaar.
Höchstens durch abschleifen der Äusseren, ist aber sehr hart denke ich.
Hast Du schon mal mit einem normalen EE Trafokern gemessen, die wurden zu Rörenradiozeiten ja auch bis 20 000 Hz Tonfrequenz eingesetzt.

Gruß Aloys.

[Wernko]

Hallo Aloys
Es hätte aber noch eine andere Möglichkeit gegeben. Die beiden E Kernhälften gibt es auch mit einem Schliff von 0.5mm immer nur des mittleren Jochs.
Das wären dann gesamt 1mm gewesen. Das wäre wahrscheinlich auch gut gewesen.
Nun habe ich es so gemacht indem ich neu gewickelt habe.
Vielleicht denke ich beim nächsten mal daran.

mfG
Werner

[Wernko]

Hallo, noch etwas vergessen.
Nein mit dem geschichteten Blechkern, der es ja auch im Nf Bereich bis 20kHz bringen muß laut Hi Fi Norm habe ich
es noch nicht probiert.
Aber mit dem Ferrit E Kern E 42 geht es bis 25kHz.
Der ist eigentlich schon jetzt wie geschaffen für meine Anwendung.

mfG
Werner

[Ralph33]

Hallo Werner,
ich bin interessiert an deinem Laderegler.
Zur Zeit beschäftige ich mich noch mit der technischen Umsetzung meines Schleppgenerators fürs Boot.
Aber dein Regler könnte auch für diesen Generator passen.
Kannst du mir Details zukommen lassen?

Gruß ralph