Réalisation MPPT boost 6,3V=>batterie 12V

[coyotte4845]

Bonjour à tous, je viens de nouveau faire mon chiant.

Pouvez vous jeter un oeil sur ce schéma?

Merci beaucoup.


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[bobflux]

> Pouvez vous jeter un oeil sur ce schéma?

La question est ?...

sinon :

Pourquoi utiliser un IRF540 ?
Capa sur le panneau ?
Où est mesuré le courant du panneau ?
Combien de temps selon toi pour charger une batterie de 12V 70Ah avec un panneau de 12W ?
Des capas de 100nF au tantale ?

[coyotte4845]

Bonjour,


les condensateurs non polarisés ne sont pas d'office des tantales? Ok je modifie.

La mesure de courant se fait après le panneau. Je calcule le courant du panneau via la formule ie=is/(1-alpha). Est il préférable de le calculer à la sortie du panneau?

Condensateur en série avec le panneau? Tu peux m'expliquer quelle est l'utilité et quel valeur dois je mettre?

Choix du IRL540? Il a un RDSon très faible à Vgs 5V. Dois je prendre autre chose?

Beaucoup beaucoup de temps pour la charge complète, ça je le savais mais vu que le panneau solaire est intégré à la machine, je n'ai pas d'autre choix. La consommation stand by de la machine est de 20mA.

Le but ici est d'obtenir le plus d'autonomie mais tôt ou tard, je me doute que la batterie sera à remplacer.

Merci

[coyotte4845]

Mesure de courant via R1 (0,1ohm) puis ampli LM358.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coyotte4845]

les condensateurs 100nF sont des céramiques.

[bobflux]

C'est quoi la "machine" ? Caractéristiques, alimentation, etc

Quelle est la conso en standby de ton montage ?

Quelle est la fréquence de fonctionnement du boost ?

[coyotte4845]

C'est une machine destinée à distribuer des tickets lorsque l'on insère de l'argent (genre parking). Il y a bien évidemment un regulateur d'origine mais qui nous coute la peau des c... et qui est d'une médiocre conception (6mois de garantie). C'est un MPPT analog.

en entrée, la carte mère possède une SMPS (plage de 10.9 à 14V plus ou moins).

Pour la consommation de la machine : 20mA en standby, 1.5A en mode en fonctionnement (durée 10sec/impression ticket). La consommation journalière dépend de la fréquence d'utilisation de la machine.

Consommation "standby" de mon montage? Je ne comprends pas trop le standby car il recherche le point de fonctionnement maximum et ce à la vitesse maximale du PIC. La consommation du MPPT est de 7mA avec un écran LCD connecté sans backlight.

fréquence du boost à 80khz.

[coyotte4845]

Je pense de toute façon que je dois changer mon PIC par un plus récent basse consommation.

Sur certains sites, il parlent de µC PIC de 50µA/MHz et donc dans mon cas (1mA). Sous quelle tension?

[bobflux]

OK.

Tu pourrais remplacer le 7805 par un régulateur qui a un courant de repos plus faible.
Comme ça la nuit ton montage ne consommera quasiment rien (PIC en veille, et hop)
À la limite tu peux alimenter ton montage par le panneau solaire puisqu'il ne doit fonctionner qu'en journée !

> fréquence du boost à 80khz.

Tu devrais calculer les pertes résistives dans le MOS et les pertes par commutation.
Ton MOS est très ancien, il a une Qg élevée (donc lent) et une rdson élevée aussi !

En voilà un plus moderne, pris au pif, 40x plus performant (la mesure de perf est en gros RdsON * Qg)...
http://www.digikey.com/product-detai...0-1-ND/1855982

> Condensateur en série avec le panneau?

En parallèle pour lisser la tension ... qq centaines de µF low esr (idem en sortie)

> La mesure de courant se fait après le panneau

Le mieux est de mesurer le courant dans l'inductance. Ça tombe bien c'est aussi le courant dans le panneau (mesure le avec une résistance dans la masse et un aop).

Si tu mesures le courant sur la batterie, quand la machine est en fonctionnement ta mesure sera fausse

[coyotte4845]

Salut,


Merci pour toutes ces infos, je ne suis pas vraiment dans la R&D d'où mes difficultés à concevoir un truc pro.

j'ai appliqué tes recommandations:

-Tantale/céramique

-IRL-540/A04480
Est ce grave de ne pas avoir une RDSon donnée à 5V mais à 10V?

-7805/maxim 667

-mesure de courant dans la self
Un petit doute pour les connections à l'ampli lm358)

-placement des capacités sur les diviseur de tension.

-placement Cin 220µF/LowESR panneau.

-consommation 18F452?
J'ai un 16F873a sous la main.

[coyotte4845]

Re,

je viens de modifier le schéma:

-remplacement du 18F452 par un 16F873a (consomme un peu moins)
-placement d'un capteur de t°(lm335) pour adapter la tension de floating.




What else doctor?

[coyotte4845]

Via quel algorithme puis je endormir en réveiller le pic?
via la tension du panneau + comparateur sur RBO?

[coyotte4845]

je viens de mettre le pic16F873 en sleep mode, 200µA au multimètre.

[coyotte4845]

Voilà encore un dernier paragraphe (j'arrête c'est promis)

vu que l'on commande essentiellement chez RScomponent, j'ai du chercher un mos sur ce site.

j'ai trouver le FDS8878 de chez fairchild.
http://www.fairchildsemi.com/ds/FD/FDS8878.pdf

RDSon= 17mohm (Vgs=4.5V)
Qg=14nC (0 à 5V).
boitier soic8

good ou pas good?

Merci merci.

[bobflux]

au passage : C17/C18 c'est une bonne idée de les avoir mis pour déparasiter les mesures, à placer au plus près du uC, mets genre 1-10nF et calcule le filtre RC avec le diviseur de tension pour avoir une bonne atténuation de la fréquence de découpage afin de mesurer les tensions moyennes et pas les artefacts dus au découpage, mais néanmoins une fréquence de coupure pas trop basse pour ne pas gêner la rapidité du MPPT...

> Est ce grave de ne pas avoir une RDSon donnée à 5V mais à 10V?

Ben, si tu drive le MOS avec du 5V, il faut que sa RDSon soit spécifiée pour un Vgs de 5V dans la datasheet... si la datasheet la spécifie seulement pour 10V c'est que c'est pas un MOS "logic level" utilisable en 5V et c'est le début des emmerdes, la RDSon peut valoir n'importe quoi en fonction de la température etc.

> placement Cin 220µF/LowESR panneau.

À placer pour avoir une boucle de la plus faible surface possible de C16 à C1 (tous les composants du hacheur).
Pour les valeurs des capas, à toi de voir (résistance interne du panneau, etc)

> mesure de courant dans la self

Pour ajuster ton PWM il faut de mesurer le courant moyen, tu peux mettre la résistance dans la masse de C16 et du panneau (genre 20 mOhm), filtrer en passe-bas (car tu ne veux pas la dent de scie mais la moyenne sinon tu sais pas où t'échantillonnes) et amplifier ça avec un AOP. L'AOP que tu as mis ne convient pas pour une mesure de courant différentielle comme sur le schéma... si tu veux mettre la résistance en série avec la bobine mets un MAX4376 (mais c'est plus simple de la mettre dans la masse).

> lm335

si tu veux une mesure précise, mets un capteur numérique en 1-wire ou I²C
si tu veux une mesure vague mais pas chère, prends le capteur analogique le moins cher (microchip en fait par exemple)

> Via quel algorithme puis je endormir en réveiller le pic?
> via la tension du panneau + comparateur sur RBO?

par exemple si la tension sur le panneau est < à un seuil il ne produit rien donc sommeil.
si le bidule est sous un réverbère le panneau va charger lentement la capa d'entrée et ton PIC se réveillera de temps en temps

> j'ai trouver le FDS8878

je l'ai déjà utilisé dans un montage : ça marche très bien, il a l'air de bien convenir ici aussi, de plus le package SO-8 est très bien pour les petits convertos à découpage, l'inductance parasite est très faible donc beaucoup moins d'emmerdes.

Pour le calcul des pertes :

- tu as un courant moyen de IL = 2A dans l'inductance
- rapport cyclique D = 50%
- tu as 1A en sortie (D * IL)
- commutation F = 80 kHz

pertes ohmiques dans le MOS : rdson * IL^2 * D = 34 mW
pertes par commutation : calcule le temps de commutation Tc = (Qg / Idriver) puis Pertes = Tc * Vout * Il (estimation grossière)
courant d'alim du driver : Qg * F = 1.2 mA

calcule les pertes dans la diode (Vf*I*(1-D)), l'inductance (son ESR est donnée dans la datasheet) et avec l'ESR des capas

tu devrais pouvoir calculer le rendement (fais un tableur).

vire tous les potar et remplace les par des valeurs dans ton programme

je vois que tu as changé de régulateur pour le 5V : vérifie sa précision (en effet ton 5V est probablement la référence de tension de l'ADC du PIC et donc contrôle la précision de la mesure des tensions du chargeur de batterie). Je ne pense pas qu'une précision meilleure que 1% soit utile pour charger du plomb, c'est pas du lithium, ça esplose pas... 5% pourrait poser des problèmes. Tu as d'ailleurs pas mal de choix en LDO intégrés suffisamment précis et moins chers que ton MAX667. Prends-en un à sortie fixe 5V.

Pour le choix du PIC, no comment : j'en utilise pas. Enfin tu devrais arriver sans problème à moins de 1mA de conso en standby (la nuit quoi) et qq mA en action (le jour) donc ton chargeur consommera nettement moins que le bidule à alimenter, donc ne cherche pas plus loin à chasser du µA...

PS : le placement routage est essentiel, poste tout ça avant de graver le CI...

[coyotte4845]

cool!!!!!!!!!!!!!!!!!

merci pour toutes ces infos.


je fais ca.

Merci pour le temps accordé!

[coyotte4845]

Hello,

je poste le nouveau schéma:

MPPT.jpg

-placement MAX4376TASA (x20).

-virage des pots et calcul fréquence de découpage
J'ai prit en compte uniquement la résistance série

-placement capteur simple de T°:TC1047a
http://ww1.microchip.com/downloads/e...Doc/21498C.pdf

-placement regulateur 5V: MCP1801
http://ww1.microchip.com/downloads/e...Doc/22051D.pdf

-virage du condensateur de sortie 1000µF et remplacement par 2x220µF//

Les calculs pour le rendement viendront par la suite

Des conseils pour le routage?

J'ai placé des resistances 0805 et condensateur non polarisés 0805. tout est en SMD sauf:

PIC,diode, quartz, MAX232, DB9, 3 condensateurs polarisés low ESR, R de 0.1E. je poste la future bete en format board.

MPPTboard.jpg

Bonne soirée et merci en avance.

[bobflux]

Tu peux mettre la résistance de mesure de courant dans la masse du panneau solaire et utiliser un AOP de base, ou bien garder le MAX4376.
Tu devrais dégager cette énorme résistance de 0.1 ohm et la remplacer par une de 0.05 ohm en format CMS 1206, au besoin ajuste le gain du MAX4376 (il y a plusieurs variantes).
Tu as bien la programmation in-circuit pour le PIC ?

Attention le MAX4376 est un composant extrêmement rapide, en sortie tu auras une dent de scie image du courant dans l'inductance. Ton ADC échantillonnera un peu n'importe où sur la dent de scie, sauf si tu le synchronises avec le PWM, ce qui n'est pas évident. Tu devrais prévoir un filtre RC pour que ton ADC voie une moyenne.

Tu pourrais remplacer le MAX4376 par un composant moins cher et plus lent (mais c'est très pratique pour visualiser le courant de l'inductance à l'oscillo, tu branches l'oscillo sur la sortie)... donc garde le.

> Des conseils pour le routage?

Réduis le plus possible les aires des boucles de courant fort de ton convertisseur.

Sinon, insère des points de test, par exemple 2 pads au pas de 2.54 sur lesquels tu vas soudes 2 petites broches mâles sécables. Avec un marquage pour le signal et la masse, stp.
Ensuite tu prends un câble BNC-BNC, tu le coupes en deux (c'est moins cher que 2 connecteurs lol) tu soudes au bout 2 petits connecteurs femelles au pas de 2.54 et une résistance de 50 ohms, et tu branches ça sur tes points de test, tu fais tes mesures tranquillement sans avoir à tenir les sondes avec les dents pendant que tu tournes les boutons.

[coyotte4845]

Tu devrais dégager cette énorme résistance de 0.1 ohm et la remplacer par une de 0.05 ohm en format CMS 1206, au besoin ajuste le gain du MAX4376 (il y a plusieurs variantes).

ok je fais ça


Tu as bien la programmation in-circuit pour le PIC ?

lol j'utilise un picstart qui ne permet pas le debug et la programmation in situ. Raison pour laquelle j'ai placé un pic DIP sur support. il va falloir que j'enlève, programme, replace,test....

Attention le MAX4376 est un composant extrêmement rapide, en sortie tu auras une dent de scie image du courant dans l'inductance. Ton ADC échantillonnera un peu n'importe où sur la dent de scie, sauf si tu le synchronises avec le PWM, ce qui n'est pas évident. Tu devrais prévoir un filtre RC pour que ton ADC voie une moyenne.

Filtre passe haut C et quelle fréquence à peu près?


Merci !

[coyotte4845]

Revoilà le monstre,



modification apportée:

-ajout filtre passe haut CR(Fc:160Khz) sur la sortie max4376
-modif du max4376TASA en max4376FASA(50X)
-100mohm remplacée par 1206 50mohm.

Si c'est ok, je m'attaque au rendement et ensuite routage.

[bobflux]

Ton RC est un passe-haut ; inverse R7 et C18...
Rajoute du 1µ céramique 0805 en // sur les capas de 220µ de la partie puissance.

Sinon pour le reste, revérifie tes datasheets (personne ne va le faire à ta place) mais ça a l'air bon

[coyotte4845]

Re

pour moyenner un signal triangulaire, ne faut il pas le faire passer dans un passe haut? type CR dérivateur?

la dérivée d'une droite f(x)=2x est égale à une constante non? je me trompe peut être, ça remonte tout ça.

Je n'ai pas demandé de lire les datasheets, je les ai placés à titre indicatif.

C'etait surtout pour savoir si il ne manquait rien ou avoir un autre conseil.

[bobflux]

Si tu dérives un triangle, tu obtiens un carré, mais sans la composante continue, qui est justement la moyenne qui t'intéresse.
Pour moyenner un signal, il faut utiliser un passe-bas...

[coyotte4845]

ok je vais diminuer la fréquence de coupure car 160k est un peu élevé. Je la mets à 10K.

Merci pour l'explication.

[coyotte4845]

Bonjour,

je me permets de poster le schématic et le board (dimension 8X5,5).


Merci pour le coup d'oeil et les avis.



MPPT.jpgMPPTboard.jpg

[coyotte4845]

dois je ajouter un plan de masse? (bottom, top ou les 2)

[bobflux]

À quoi sert C4 ?
Rajoute une ferrite dans le "VDD" du régulateur 5V, et pourquoi pas une autre dans le VDD du driver de MOS. C'est vendu par 10 de toutes façons...

> dois je ajouter un plan de masse?

Oui, et de préférence un vrai plan de masse (continu) au minimum sous la partie convertisseur à découpage.

Ton layout comporte plusieurs erreurs... je vais faire la description par rapport à ton layout ("haut", "bas" etc font référence à l'image que tu as postée).

Notes :

- les pistes "puissances" sont rachitiques : le cuivre est gratuit, abuse sans remords.
- vu la trace de masse, le montage ne fonctionnera pas.

1) séparer la puissance et le reste

- mettre les connecteurs "puissance" du même côté de la plaque, genre en haut, les 2 ayant leur pin de masse dans le plan de masse.
- on décide que le bout de plan de masse entre les 2 connecteurs sera la "masse puissance" : parcourue par de forts courants, et donc très bruitée
- comme on a besoin de plus de précision sur la tension de la batterie que sur celle du panneau, on va prendre la masse "signal" près du connecteur "batterie" mais pas entre les 2 connecteurs.

2) la masse du connecteur série
Là, si un courant assez fort circule dans la masse du connecteur, ça va planter le PIC puisque la trace de masse est labyrinthique...
Le mieux est de mettre tous les connecteurs du même côté, toutes les pins de masse dans le plan de masse. Et de mettre les connecteurs dans le bon ordre : le courant entre les 2 connecteurs puissance doit rester entre ces deux là, on n'intercale pas une victime entre les deux.
Si il y a un chassis métallique, connecte-le à la masse sur le connecteur DB25.

3) layout du MOS

- le driver et le MOS doivent être collés. Minimise la boucle C3-driver-gate-source-masse-C3.
- en gros, construis un sous-ensemble MOS+driver+capas, route-le, puis place-le.

4) layout puissance

C'est le même que sur le schéma.
L'important est de raccourcir les 2 boucles "courant fort" : masse-C16-L1-MOS-masse et masse-C16-L1-diode-C1-masse.
Ce machin tient dans 2 cm², fais un effort !

Vire le MAX4376 un peu plus loin, route les 2 traces qui vont sur la résistance de mesure du courant bien parallèles et bien serrées.
Tu peux remplacer la schottky à pattes par une CMS, si c'est plus pratique, mettre l'inductance au verso, idem pour les capas... ou mettre tous les CMS d'un côté et les à trous de l'autre côté, avec le plan de masse, par exemple.

[coyotte4845]

Tu m'as donné du travail pour 3 semaines

[coyotte4845]

ferrite? ca ressemble à quoi ca?

C4 est le condensateur de sortie du driver de Mos (cfr datasheet).

[coyotte4845]

Voilà le mos,driver,C2,C3,C4 et connecteurs placés