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Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout



  1. #1
    hary

    Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout


    ------

    Bonjour.

    J'ai un panneau photovoltaïque en 24V et une batterie 12V

    En ce moment, j'utilise ce panneau 24V sur ma batterie 12V, mais bien entendu, je n'exploite pas mon Panneau au maximum.
    Celui ci donne son intensité maxi, soit environ 7.5A mais sous 12V alors qu'il est sensé délivrer cette même intensité sous 24V environ, soit le double de puissance.


    Je pensais donc utiliser un BUCK, et j'ai acheté ce petit truc
    http://cgi.ebay.fr/ws/eBayISAPI.dll?...m=291165628453

    Bien entendu, ce BUCK est régulé sur sa sortie.
    Or, pour mon application, je ne veux par réguler par rapport à sa sortie mais par rapport à son entrée. C'est à dire en quelque sorte "bloquer" sa tension d'entrée aux alentours de la tension idéale de la tension production de mon panneau, soit 24V.
    Ainsi, je devrais récupérer le double de puissance sous 12V et environ 14A.

    Je pensais que le petit circuit acheté comporterait un uC que je pourrait aisément "piper" ou tromper afin d'atteindre mon objectif.

    Mais le CI utilisé est un XL4016 . Un lien vers le datasheet :
    http://www.xlsemi.com/datasheet/XL4016%20datasheet.pdf

    Tout d'abord, je voudrai savoir si mon raisonnement n'est pas erroné.

    Ensuite, comment je pourrais faire.
    En effet, je pensais qu'en injectant la tension d'entrée dans la boucle de régulation du circuit, je pourrais réguler ma tension d'entée.
    Mais, le PWM du BUCK doit varier dans mon cas de façon inverse ! Quand la tension d'entrée baisse, le PWM doit baisser aussi, alors que dans le principe de base, si la tension de controle baisse, le CI fait augmenter le PWM pour compenser.

    Qu'en pensez vous ?

    -----

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  3. #2
    jiherve

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Bonjour,
    Pour réguler en entrée il faudra équiper le panneau solaire d'un diaphragme.
    Tout d'abord, je voudrai savoir si mon raisonnement n'est pas erroné.
    il l'est à 100%
    Ensuite connecter à sec un panneau censé fournir du 24V sur une batterie 12V est une hérésie totale
    Donc idée farfelue et inutile ceci dit l'utilisation d'un buck est indispensable pour adapter les niveaux de tension et parce que le buck (normal régulé en sortie) optimisera la conversion.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  4. #3
    vincent66

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Bonjour,
    Non, ce n'est pas à 24V que le panneau donne son maximum de puissance mais plutôt vers 36 à 38 V ...
    Pour le faire travailler à cette tension optimale il y a les régulateurs MPPT...
    Leonardo était ingénieur "sans papier", et moi diplômé juste...technicien...

  5. #4
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Bonjour,
    Pour réguler en entrée il faudra équiper le panneau solaire d'un diaphragme.
    il l'est à 100%
    Ensuite connecter à sec un panneau censé fournir du 24V sur une batterie 12V est une hérésie totale
    Donc idée farfelue et inutile ceci dit l'utilisation d'un buck est indispensable pour adapter les niveaux de tension et parce que le buck (normal régulé en sortie) optimisera la conversion.
    JR
    Tu dis que mon idée est farfelue et en même temps tu dis que l'utilisation d'un BUCK est indispensable ! Or c'est ce que je souhaite faire !

    Peux tu détailler un peu car je ne te comprends pas.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Zenertransil

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Bonjour,

    Ce que tu veux faire, à mon avis, c'est une pseudo régulation de type MPPT... Mais la façon dont tu veux le faire est assez incestueuse (pour rester poli)! Il y a des régulateurs faits pour, ou bien ça se conçoit mais dans les règles de l'art (l'algorithme n'est pas si complexe que ça, mais cela demande quand même des connaissances assez solides).

    Ton idée ne fonctionnera jamais...

    Edit: Grillé par Vincent!
    Choisis un travail que tu aimes, et tu n'auras pas à travailler un seul jour de ta vie

  8. #6
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Citation Envoyé par vincent66 Voir le message
    Bonjour,
    Non, ce n'est pas à 24V que le panneau donne son maximum de puissance mais plutôt vers 36 à 38 V ...
    Pour le faire travailler à cette tension optimale il y a les régulateurs MPPT...
    J'insiste, sa tension optimale est aux alentours de 26V.

    En effet, je cherche l'effet MPPT si on peut dire, sauf que je ne recherche pas le MPP, je cherche juste à m'en rapprocher en faisant fonctionner mon panneau proche de se tension optimale de 24-26V.

    Quand j'aurai réussi à à faire ça, je pourrait m'amuser à rajouter une fonction de MPPT (recherche du point de fonctionnement maximal)

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  10. #7
    Zenertransil

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Tu fais comme tu veux, tout ce qu'on te dit c'est que parti comme ça, ça n'est pas près de fonctionner! Regarde comment est construit un hacheur buck...
    Choisis un travail que tu aimes, et tu n'auras pas à travailler un seul jour de ta vie

  11. #8
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Citation Envoyé par Zenertransil Voir le message
    Bonjour,

    Ce que tu veux faire, à mon avis, c'est une pseudo régulation de type MPPT... Mais la façon dont tu veux le faire est assez incestueuse (pour rester poli)! Il y a des régulateurs faits pour, ou bien ça se conçoit mais dans les règles de l'art (l'algorithme n'est pas si complexe que ça, mais cela demande quand même des connaissances assez solides).

    Ton idée ne fonctionnera jamais...

    Edit: Grillé par Vincent!
    C'est un peu ça, sauf que comme je viens de le dire, la fonction MPPT ne m'interesse pas pour le moment.
    Je recherche juste la fonction DC/DC converter.
    Le MPPT va chercher à faire fonctionner le panneau autour de sa tension de puissance maximum par calcul itératif de la puissance et en ajustant sa tension.

    Moi, je veux juste faire fonctionner mon panneau à une tension fixe de 24-26V (en quelque sorte, un MPPT sans algorithme de calcul sur la puissance fournie)
    Je voulais utiliser le petit module dont j'ai donné le lien plus haut car le circuit possède déjà la bobine, et le transistor de commutation.

    Sauf que le transistor de commutation et le CI de commande ne font qu'un !


    Au pire, si j'enlève le CI/transistor de commutation, que je le remplace par un MOSFET commandé par un uC que j'aurai programmé pour du PWM sur la commande du MOSFET avec un boucle de régulation en fonction de la tension fournie par mon panneau.
    C'est bien la première étape du MPPT, n'est ce pas ? Si j'arrive passer cette étape, je pourrais implémenter des fonctions plus sophistiquée de calcul de puissance fournie et ajustement exact de la tension de fonctionnement de mon panneau !

  12. #9
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Citation Envoyé par Zenertransil Voir le message
    Tu fais comme tu veux, tout ce qu'on te dit c'est que parti comme ça, ça n'est pas près de fonctionner! Regarde comment est construit un hacheur buck...
    Le circuit que j'ai entre les mains est sensé être un BUCK justement.
    http://www.nlvocables.com/images/buc...cuit_basic.jpg (lien modifié)

    http://ecee.colorado.edu/~ecen4517/e...3/BuckMPPT.gif

    Il faut me donner plus de détails sur mon ou mes erreurs. Je n'arrive pas à voir la différence entre le BUCK et le MPPT mis à part la régulation !
    Dernière modification par hary ; 30/06/2014 à 14h10.

  13. #10
    jiherve

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Re
    ce que j'ai qualifié de farfelu c'est de vouloir contrôler la tension de façon aussi simpliste, un buck standard régule toujours la tension de sortie et tire de plus en plus si la tension d'entrée décroit , la contre réaction est en tension(or limitation de courant), si donc tu remplaçais l'image de la tension de sortie par celle d'entrée cela ne régulerait plus du tout car plus celle ci augmenterait moins le buck fournirait de courant.
    Là il faut tirer juste ce que permet le panneau donc il faut un asservissement qui tienne compte à la fois des puissances disponible en entrée et celle nécessaire en sortie ,ce que fait un MPPT.
    Donc il faut bien un convertisseur à découpage abaisseur (un buck) pour le rendement de conversion mais sa boucle de régulation doit dépendre de la tension du panneau et du courant de charge de la batterie.
    Avec le module que tu as acheté il faut donc modifier la façon dont est élaboré le terme de contre réaction et pour çà il faudrait le schéma du bouzin ou a tout le moins le petit nom du circuit de régulation.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  14. #11
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    J'ai du mal m'exprimer dès le début, parce qu'il me semble bien que c'est ce que j'ai tenté d'expliquer.

    En effet, il faut modifier la contre réaction puisque ça semble être le terme ! Asservir sur la tension d'entrée et non celle de la sortie du BUCK, mais de façon inverse !
    Le CI est un XL4016 :
    http://www.xlsemi.com/datasheet/XL4016%20datasheet.pdf

    Je suis en train de voir pour le remplacer par un MOSFET et un SG3525

  15. #12
    jiherve

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Re,
    il ne faut pas remplacer le circuit car sinon autant refaire un buck en totalité, il faut ouvrir le retour sur la pin FB et y injecter un signal qui sera la composition du courant de charge et de la tension de sortie du panneau.
    il faut donc une fonction qui croit lorsque le courant croit et lorsque la tension d'entrée décroit, sans plus y réfléchir il faudra donc soit un traitement par un µC (CAN + tabulation et/ou algorithme) ou bien un circuit analogique comportant un diviseur.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

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  17. #13
    erff

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Bonjour,

    C'est en effet farfelu...
    J'imagine que tu as une batterie 12V en sortie du Buck ?
    La régulation portera donc sur le COURANT dans l'inductance du Buck et non sur une quelconque tension ... ce que tu cherches est donc bien un MPPT : tirer le max de courant sous 12V en sortie (sans franchir les limitations de la batterie bien entendu).
    Après si tu le désires, rien ne t'empêche de placer ta consigne sur la tension d'entrée et faire une régulation "à l'envers" (tension d'entrée trop élevée => augmenter le rapport cyclique) : mathématiquement rien ne s'y oppose, et ça peut être tout à fait stable si tu calcules bien. La dynamique sera a priori dictée par le mode courant du hacheur... Mais il faudra surveiller ton courant d'inductance à cause des limitations de la batterie ou de l'inductance elle même.

    L'ennui c'est que s'il n'y a pas de soleil, tu ne pourras jamais atteindre 24V et ton courant de sortie sera nul, et s'il y a trop de soleil, tu vas être limité en courant donc tu auras + de 24V en entrée ... bref, mathématiquement c'est ok si l'éclairement est connu, mais stratégiquement c'est vraiment pas terrible...
    Tu te bases sur la tension du PV qui par principe est une grandeur très fluctuante et il n'est pas facile de définir une tension "objectif" car cet objectif dépend justement de l'éclairement, de l'âge du capitaine etc ...
    Bref, le pb est mal posé à mon avis.

  18. #14
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Re,
    il ne faut pas remplacer le circuit car sinon autant refaire un buck en totalité, il faut ouvrir le retour sur la pin FB et y injecter un signal qui sera la composition du courant de charge et de la tension de sortie du panneau.
    il faut donc une fonction qui croit lorsque le courant croit et lorsque la tension d'entrée décroit, sans plus y réfléchir il faudra donc soit un traitement par un µC (CAN + tabulation et/ou algorithme) ou bien un circuit analogique comportant un diviseur.
    JR
    Bon, je reviens concernant mon histoire. j'ai fouiné un peu les convertisseurs buck.

    En effet, il semble simple d'en fabriquer un depuis le début !
    Mais je ne suis pas capable d'en calculer les composants, en particulier l'inductance.
    Et après le calcul, comment se la procurer ? Certains les fabriquent à partir de noyaux récupérés. Cette solution est assez séduisante mais il faut connaitre son inductance et le courant qui devra la parcourir.

    Tension d'entrée : 24-28V
    Tension de sortie : 11-15V
    Courant maxi de sortie : 15-18A
    Fréquence de travail à définir. mais je regardais ce qui était possible de faire en PWM avec un Arduino à base de Atmega328 à 16MHz et un timer 8bit. Ce qui doit donner une fréquence maxi PWM de 62kHz environ. Ça me semble assez faible par rapport aux fréquence de 100-300kHz que je vois en principe pour ce genre de convertisseur.

    Qu'en pensez vous ?
    Dernière modification par hary ; 08/08/2014 à 17h39.

  19. #15
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Bonjour,
    1. Dimenssionnement des composants :
    https://www.google.com/webhp?sourcei...gn%20equations
    et notamment : http://rohmfs.rohm.com/en/products/d...on_appli-e.pdf.
    Autre solution, bien plus formatrice puisqu'elle t'oblige à bien comprendre le fonctionnement du montage et qu'en plus elle est fun : calculer les intégrales.

    2. Approvisionnement de l'inductance :
    A. Bobinage à partir d'un noyau de récupération : possible mais exige de faire quelques mesures pour trouver les caractéristiques du noyau récupéré (inductance par tour² et courant.tour max avant saturation principalement). Sans compter qu'il n'est pas toujours facile de connaitre les paramètres secondaires d'un noyau... Mais ca peut se faire.
    B. Acheter un noyau correctement caractérisé et le bobiner. Si ce genre de composant n'est pas disponible chez Conrad et autres fournisseurs très grand public, tu devrais le trouver chez RS, Mouser, Farnell, Digitkey...
    C. Acheter une bobine toute faite répondant à ton cahier des charges. Même remarque (bien que moins valable) que précédemment concernant l'achat.

    Quelque soit la méthode choisie, il te faut définir le courant qui traversera le composant et la valeur de l'inductance nécessaire.

    3. Génération du signal PWM :
    62kHz, c'est effectivement assez bas, tu auras besoin d'une inductance d'assez forte valeur (mais pas nécessairement innaceptable). Une autre méthode consiste ne réaliser au sein du µC que la régulation et à confier la génération du signal PWM à un circuit externe, qu'il soit basé sur un CI dédié (http://www.fairchildsemi.com/ds/FA/FAN6862.pdf) ou entièrement discret (un comparateur, une poignée de composants passifs et un driver de MOSFET).
    Note qu'avec un PWM de résolution moindre que 8bits (selon tes besoins en termes de précision, ca peut suffire), tu dois pouvoir accroître la fréquence de fonctionnement.


    Nota : 15V 15A, c'est beaucoup. Tu devrais commencer par un plus petit circuit (eg. 5V 1A).
    Dernière modification par Antoane ; 08/08/2014 à 18h15.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  20. #16
    bobflux

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Déjà si le but est de charger une batterie, la caractéristique est un peu plus compliquée que prévu, puisque :

    - tant que la batterie est "pas trop" chargée, on envoie le maximum de courant, donc on fonctionne en mode MPPT (ou équivalent)
    - par contre en fin de charge on ne doit pas excéder une certaine tension max sur la batterie, donc on régule plutôt sur la tension de sortie.

    > Mais je ne suis pas capable d'en calculer les composants, en particulier l'inductance.

    buck converter sur wikipédo.

    > Et après le calcul, comment se la procurer ?

    C'est 1€ chez l'épicier habituel (digikey, mouser...)

    > Certains les fabriquent à partir de noyaux récupérés.

    Si tu aimes les puzzles... genre mesurer le courant de saturation d'un core que tu as trouvé par terre derrière l'escalier, enfin pourquoi pas...


    À moins d'aimer les sports extrêmes, et d'avoir une caisse de MOSFET en rabe, je te déconseille fortement d'utiliser directement un PWM généré par un micro. La solution proposée par antoane est mieux : utiliser un chip genre MCP1630, qui inclut un comparateur rapide, dont la fonction est de couper le courant quand il passe dans le rouge.

    Il y a encore mieux : une source de courant à découpage, dont le micro contrôle le courant. Tu peux faire ça avec un buck hystérétique, un driver de LED à découpage, un buck à sortie en tension que tu transformes en source de courant en insérant un MAX437x dans la contre réaction, ou autre.

  21. #17
    hary

    Re : Convertisseur BUCK à régulation sur Vin plutot que sur Vout

    Merci pour vos réponses.

    Mais difficile de faire son choix. J'ai l'impression que chacun indique la solution avec laquelle il est le plus à l'aise.
    Mais j'en reviens alors à la solution de bobfuck car il me semble que c'est la solution sur laquelle je souhaitais partir au début et dont on m'a dissuadé !
    Citation Envoyé par bobfuck Voir le message

    Il y a encore mieux : une source de courant à découpage, dont le micro contrôle le courant. Tu peux faire ça avec un buck hystérétique, un driver de LED à découpage, un buck à sortie en tension que tu transformes en source de courant en insérant un MAX437x dans la contre réaction, ou autre.
    Parles tu bien de ce genre de truc ?
    http://www.ebay.fr/itm/Low-Ripple-DC.../291165628453?

    C'est la solution sur laquelle j'étais parti au départ, mais on m'a presque traité "d'hérétique" !
    Ça me permettrait de travailler avec un peu plus que 5V, 1A proposé par ANTOANE. Et se rapprochant des caractéristique que je souhaite, ce serait un peu plus stimulant.
    Mais je pensais utiliser le uC pour réguler le système. N 'est ce pas une bonne solution et est il souhaitable de travailler avec un AOP ?
    Dernière modification par hary ; 11/08/2014 à 12h30.

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