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ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (Version-3.0)

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[ Video abspielen]

Willkommen zu meiner Solargebührensteuerpult-Tutoriums-Reihe. Ich habe zwei Version meines PWM Gebührencontrollers veröffentlicht. Wenn Sie zu diesem neu sind, beziehen Sie bitte mein früheres Tutorium für das Verstehen der Grundlagen des Gebührencontrollers.

Dies ist ein Projekt auf "eingegeben 2015 hackaday - Preis ". Wenn Sie mich unterstützen wollen und das Projekt in eine neue Ebene zu sehen, folgen und Schädel zu meinem Projekt @ geben hackaday.io. Das wird für mich sehr hilfreich sein.

1. Version-1

2. Version-2

Dieses instructable deckt einen Projektaufbau für einen Arduino gegründete Solar MPPT Gebührencontroller ab. Es hat Eigenschaften wie: LCD-Anzeige, geführte Anzeige, Wi Fi Datenprotokollierung und Bestimmung für das Laden der verschiedenen USB-devices.It wird mit verschiedenen Schutzarten ausgerüstet, um die Schaltung von zu schützen Abnormen Zustand.

Der verwendete Mikrocontroller ist in diesem Controller Arduino Nano. Dieser Entwurf ist für ein 50W Solarpanel verwendbar, um eine allgemein benutzte Blei-Säurebatterie 12V aufzuladen. Sie können auch andere Arduino-Board wie Pro Mini, Micro und UNO.

Jetzt ist ein Tag die meisten Fortschritt Solar Laderegler auf dem Markt ist Maximum Power Point Tracking (MPPT). Der MPPT-Controller ist anspruchsvoller und teurer.Es hat mehrere Vorteile gegenüber dem früheren Ladung Controller.Es ist 30 bis 40% effizienter Bei niedrigen Temperaturen. Aber die Herstellung eines MPPT-Laderegler ist wenig komplex im Vergleich zu PWM-Laderegler. Es erfordern einige grundlegende Kenntnisse der Leistungselektronik.

Ich habe eine Menge Anstrengungen, um es einfach, so dass jeder kann es leicht verstehen.Wenn Sie wissen, über die Grundlagen der MPPT-Laderegler dann überspringen Sie die ersten paar Schritte.

Die maximale Power Point Tracker (MPPT) Schaltung basiert auf einem synchronen Buck-Konverter Stromkreis .. Es schaltet die höhere Solarzellenspannung bis auf die Ladespannung der Batterie. Der Arduino versucht, die Watt-Eingangsleistung des Solarmoduls zu maximieren, indem er den Arbeitszyklus steuert, um das Solarmodul an seinem Maximum Power Point zu halten.

Spezifikation der Version-3 Laderegler:

1.Basiert auf MPPT Algorithmus

2. LED-Anzeige für den Ladezustand

3. 20x4 Zeichen LCD Anzeige für Anzeigen von Spannungen, Strom, Energie etc

4. Überspannung / Blitzschutz

5. Rückflußstromflußschutz

6. Kurzschluss- und Überlastschutz

7. Wi Fi-Datenprotokollierung

8.USB Hafen für das Aufladen des intelligenten Telefons / der Geräte

Elektronische Spezifikationen :

Spannung 1.Rated = 12V

2. Maximalstrom = 5A

3. Maximaler Laststrom = 10A

4. In gesetzt Spannung = Solarpanel mit Leerlaufspannung von 12 bis 25V

5.Solar Panel Leistung = 50W

Dieses Projekt besteht aus 40 Schritten.So zur Vereinfachung Ich teilte das gesamte Projekt in kleine Abschnitte.Klicken Sie auf den Link, den Sie sehen möchten.

1. Grundlagen zum MPPT-Laderegler

2. Buck Schaltung Arbeits-und Design-Berechnung

3. Prüfung der Buck-Schaltung

4. Spannungs- und Strommessungen

Anzeige 5.LCD und LED-Anzeige

6.Making die aufladenvorstand

7.Schließen

8. Die USB-Ladeschaltung herstellen

9. Wi-Fi-Datenprotokollierung

10. MPPT-Algorithmus und Flußdiagramm


Aktualisierungen wie am 16. Juni 2015

Version-4 Design-Ideen und Planung

Nachdem meine Version-3 Charge-Controller wurde auf dem Web populär, erhielt ich E-Mails und Kommentare mit der Anforderung für eine höhere Rating-Controller. So entwerfen wir unsere Version-4 Charge-Controller, die mehr fortgeschrittene, größere Kapazität und nützliche mehr potenzielle Anwendungen ist. Wenn das Projekt abgeschlossen ist, sollte es nützlich sein für Stromnetz-Benutzer, die Kontrolle der autonomen Straßenbeleuchtung und Zeichen und viele andere Anwendungen Die eine mittlere Leistung und einen effizienten, zuverlässigen Betrieb benötigen

Für alle laufenden Aktivitäten klicken Sie hier


Problem in V-3:
Während meines Prototyping, habe ich ein kritisches Problem konfrontiert. Die Frage war, dass, wenn ich die Batterie an den Controller anschließe, die Verbindung zwischen der Batterie und dem Schalten (Buck-Konverter) sehr heiß werden und dann MOSFET Q3 brennen.Es war auf Kurzschluss des MOSFET-Q3. So Strom fließt aus Batterie -MOSFET Q3-GND, die unerwartet ist.

Um dieses Problem zu lösen, habe ich die Zuschauer gefragt. Nach Anregungen von allen nehmen, Keith Vorschläge funktioniert wirklich für me.So Ich habe geändert paar Dinge.

Abhilfemaßnahmen / Änderungen:

Nach Keith Anregungen

Modifikation in MOSFET Treiber Schaltung:

1. Bei der vorhandenen Schaltung hat die IR2104 keinen VCC-Eingang. Dies kann sein Verhalten unvorhersehbar.As pro Datenblatt, sollte der Treiber VCC zwischen 10 und 20 Volt für "ordnungsgemäßen Betrieb" sein.

2. Es bedeutet, dass der Treiber immer arbeitet, und so gibt es eine positive Kontrolle über die Schalt-MOSFETs zu allen Zeiten.

3. Die Spannung von den Sonnenkollektoren ist bis zu 25 Volt spezifiziert worden, die ein bisschen mehr als notwendig ist, um ein Standard-36-Zellen-Solarpanel anzuschließen. Die Spannungsverdopplungsschaltung, die die Vb-Spannung für den Treiber erzeugt, wird diese in 50 Volt drehen, was wiederum 25 Volt auf die Source-Gate-Schnittstelle von Q1 und Q2 setzen wird. Der Maximalwert dieser Schnittstelle beträgt 20 Volt, so dass einer dieser FETs mit einer hohen Solarzellenspannung von mehr als 20 Volt unzuverlässig werden kann.

4. Unter Verwendung der Batterie für Vcc des Treibers bedeutet, daß Q1 und Q2 beide nur Source-Gate-Spannungen aufweisen, die gleich der Batterie sind, die sich bequem im Bereich von 10 bis 20 Volt dieser MOSFETs befinden.

Änderungen: Einschalten des MOSFET - Treiber IR2104 von Batterieklemme (12 V) anstelle von Solar - Panel (früher).

Wenn jemand, der diesen Controller macht, diese Änderungen vornehmen und testen. Wenn Sie irgendwelche Testergebnisse / Vorschläge haben, kommentiert es unten.

Schritt 1: ERFORDERLICHE TEILE UND WERKZEUGE:

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1. Arduino Nano ( Amazon / eBay )

2.Current Sensor ( ACS712-5A / Amazon )

3.Buck Converter ( LM2596 / Amazon )

4.Wifi Module ( ESP8266 / Amazon )

5. LCD - Display ( 20x4 I2C / Amazon )

6 .MOSFETs (4x IRFZ44N / Amazon )

7. MOSFET - Treiber ( IR2104 / Amazon )

8. 3,3V Linearregler ( AMS 1117 / Amazon )

9. Transistor ( 2N2222 )

10.Diodes (2x IN4148 , 1 x UF4007 )

11.TVS Diode (2x P6KE36CA / Amazon )

12.Resistors ( Amazon / 3 x 200R, 3 x330R, 1 x 1 K, 2 x 10K, 2 x 20K, 2x 100k, 1x 470K)

13.Capacitors ( Amazon / 4 x 0,1 uF, 3 x 10uF, 1 x 100 uF, 1x 220uF)

14.Inductor (1x 33uH -5A / Amazon )

15. LEDs ( Amazon / 1 x Rot, 1 x Gelb, 1 x grün)

16.Prototype Board ( Amazon )

17.Wires und Jumper Drähte ( Weiblich Weibliches )

18.Header Pins ( Amazon / Stecker gerade , weiblich , rechten Winkel )

19. DIP - Sockel ( 8 - polig )

19.Screw Terminals (3 x 2 - polig , 1 x 6 - Pin / Amazon )

20.Fuses (2 x 5 A )

21. Sicherungshalter ( Amazon / 2 nos )

22. Druckschalter ( Amazon / 2 nos )

23.Rocker / Kippschalter ( 1 no )

24.Female USB - Anschluss ( 1no )

25. JST - Stecker ( 2pin männlich -IG )

26.Heat Spülen ( Amazon )

27.Anschluss

Befestigung

29. Abstandhalter ( Amazon )

29. Schrauben / Muttern / Schrauben

ERFORDERLICHE WERKZEUGE:

1.Soldering Eisen ( Amazon )

2. Klebepistole ( Amazon )

3. Dremel ( Amazon )

4. Akku - Bohrschrauber ( Amazon )

5.Hobby Messer ( Amazon )

6.Wire Cutter ( Amazon )

7.Wire Stripper ( Amazon )

8.Screw Driver ( Amazon )

9. Ruller und Bleistift

Schritt 2: Grundlagen zum MPPT-Laderegler

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Ein Solarpanel erzeugt unterschiedliche Spannungen in Abhängigkeit von den verschiedenen Parametern wie:

1.The Betrag des Sonnelichtes 2.The angeschlossene Last 3.The Temperatur des Sonnenkollektors.

Im Laufe des Tages, wie das Wetter ändert, wird die Spannung durch das Sonnenkollektor produziert wird ständig variieren. Nun, für jede gegebene Spannung, wird das Solarpanel produzieren auch einen Strom (Amps). Die Menge an Amps , die für eine gegebene Spannung erzeugt werden , wird durch eine Kurve bestimmt eine IV - Kurve genannt, die auf jedem Solarpanel Spezifikation Blatt gefunden werden kann , und sieht in der Regel wie die Figur-1 oben gezeigt.

In der obigen Figur 2 zeigt die blaue Linie eine Solarzellenspannung von 30 V entsprechend einem Strom von etwa 6,2 A. Die grüne Linie zeigt eine Spannung von 35V entspricht einem Strom von 5A.

Wir wissen, dass Power = V x I

In der Abbildung, die oben gezeigt wird, während Sie entlang der roten Kurve oben bewegen, finden Sie einen Punkt, wo die Spannung multipliziert mit ihrem entsprechenden Strom höher als irgendwoanders auf der Kurve ist. Dies ist das Solarpanel des Maximum Power Point (MPP) bezeichnet.

Ref: Ich habe die Bilder aus dem Internet heruntergeladen (www.solarquotes.com.au), um das MPP zu erklären.

Was ist MPPT?

MPPT steht für Maximum Power Point Tracking. MPPT-Laderegler zum Extrahieren der maximal verfügbaren Leistung von PV-Modul unter bestimmten Bedingungen. Schauen Sie sich das oben gezeigte Bild an. Wir haben gesehen, dass der maximale Leistungspunkt (MPP) eines Solarpanels am Knie der Strom- und Spannungskurve liegt.

Ein 12V-Solarmodul ist nicht wirklich ein 12V-Panel an all.Its wirklich irgendwo in zwischen 12V und 21V Panel, je nachdem, welche Belastung an sie angeschlossen ist und wie hell das Sonnenlicht ist. Das Panel hat einen inneren Widerstand, der sich dynamisch mit unterschiedlicher Bestrahlung ändert Ebenen. Solarzellen liefern nur ihre Nennleistung bei einer bestimmten Spannung und Last, und diese Spannung und Last bewegt sich, wenn sich die Sonnenlichtintensität ändert.

Nehmen Sie zum Beispiel ein Solarpanel mit 100 Watt, 18 V bei 5,55 A.

Die 18 V bei 5,5 Ampere bedeutet, dass das Solarmodul eine Last von 18 / 5,5 = 3,24 Ohm sehen möchte.

Bei einer anderen Belastung liefert das Panel weniger als 100 Watt.So, wenn eine statische Last direkt an ein Panel angeschlossen ist und sein Widerstand höher oder niedriger als der Innenwiderstand des Panels bei MPP ist, dann ist die Leistung, die vom Panel gezogen wird, kleiner als Die maximal verfügbare.

Unter einem einfachen Beispiel sagen wir die oben genannten 100W Panel direkt an eine 12V Bleibatterie angeschlossen, würde die Panel-Spannung in der Nähe der Lastspannung der Batterie gezogen werden, da der Batteriewiderstand niedriger ist als die Panels, aber der Strom bleibt der gleiche Bei 5.55 Ampere.Dies geschieht, weil Solarpaneele sich wie Stromquellen verhalten, also wird der Strom durch das vorhandene Tageslicht bestimmt.

Nun ist die Leistung (P) = V x I = 12x5,55 = 66,6 W. So verhält sich das Solarmodul jetzt wie ein 66-Watt-Panel.

Dies entspricht einem Verlust von 100W-66,6W = 34W (33,4%).

Dies ist der Grund für die Verwendung eines MPPT-Laderegler anstelle eines Standard-Laderegler wie PWM. Der MPPT-Controller besteht aus einem DC-DC-Wandler, in dem das Tastverhältnis variiert wird, um den maximalen Leistungspunkt zu verfolgen.

Schritt 3: BUCK CONVERTER WORKING

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Ein Abwärtswandler ist ein Gleichspannungswandler, bei dem die Ausgangsspannung immer niedriger oder gleich der Eingangsspannung ist. Das Schema eines Buck-Konverters ist in obigem Bild dargestellt.

Arbeitsprinzip :

Wenn der MOSFET eingeschaltet ist

Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, fließt Strom durch den Induktor (L), die Last (R) und den Ausgangskondensator (C), wie in 2 gezeigt. In diesem Zustand ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Kein Strom fließt durch sie. Während des EIN-Zustands wird magnetische Energie in dem Induktor gespeichert, und elektrische Energie wird in dem Ausgangskondensator gespeichert.

Wenn der MOSFET ausgeschaltet ist

Wenn der MOSFET ausgeschaltet ist, wird die gespeicherte Energie in dem Induktor zusammengelegt, und der Strom vervollständigt seinen Weg durch die Diode (in Durchlaßrichtung vorgespannt), wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn gespeicherte Energie in dem Induktor verschwindet, wird gespeicherte Energie in dem Kondensator zugeführt Den Strom beibehalten.

Was ist Synchron-Buck-Konverter?

In der oben genannten Topologie der Diode verwendet haben erhebliche Menge an Spannungsabfall, die den Wirkungsgrad des Converters reduziert.Um den Wirkungsgrad zu verbessern wird ein Leistungselektronikschalter an seinem Platz verwendet. Ein synchroner Buck-Wandler ist eine modifizierte Version der grundlegenden Buck-Wandlerschaltung Topologie, bei der die Diode D durch einen elektronischen Schalter wie den MOSFET (Q2) ersetzt wird. Es ist in Fig. 4 gezeigt.

Ich möchte spezielle Kredit - Coder-tronik zu geben , aus dem ich diese Erklärung Teil des Tiefsetzstellers genommen haben.

Sie können seine Arbeit bei siehe http: //coder-tronics.com/c2000-solar-mppt-tutorial ...

Schritt 4: BUCK CONVERTER DESIGN

In unserem Fall ist die Eingangsquelle ein 50W Solarpanel und Last ist eine 12V Blei-Säure-Batterie. Aus der früheren Diskussion haben wir schließen, dass ein Buck-Konverter besteht aus

1.Induktor

2. Kondensator

3.MOSFETS

Auswählen der Frequenz: Die Schaltfrequenz ist umgekehrt proportional zur Größe des Induktors und des Kondensators und direkt proportional zu der Schaltverluste in MOSFETs. So höher die Frequenz, senken die Größe des Induktors und Kondensator, sondern höhere Schaltverluste.So ein gegenseitiger Kompromiss zwischen Kosten der Komponenten und Effizienz wird benötigt, um die entsprechende Schaltfrequenz zu wählen.

Halten diese Einschränkungen in zu berücksichtigen, die ausgewählte Frequenz ist 50KHz.

Schritt 5: INDUKTORBERECHNUNG

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Die Berechnung des Induktivitätswerts ist bei der Konstruktion eines Abwärtswandlers am kritischsten. Zunächst wird angenommen, dass der Wandler im kontinuierlichen Strommodus (CCM) ist. CCM bedeutet, dass der Induktor während der Abschaltzeit nicht vollständig entladen wird. Die folgenden Gleichungen nehmen einen idealen Schalter an (Null-Ein-Widerstand, unendlicher Off-Widerstand und Null-Schaltzeit) und eine ideale Diode.

Annehmen

Wir entwerfen für ein 50W Solarpanel und 12V Batterie

Eingangsspannung (Vin) = 15 V

Ausgangsspannung (Vout) = 12V

Ausgangsstrom (Iout) = 50 W / 12 V = 4,16 A = 4,2 A (ungefähr)

Schaltfrequenz (Fsw) = 50 KHz

Duty Cycle (D) = Vout / Vin = 12/15 = 0,8 oder 80%

Berechnung

L = (Vin - Vout) x D x 1 / Fsw x 1 / dI

Wo dI Ripple-Strom ist

Für ein gutes Design ist der typische Wert des Welligkeitsstroms zwischen 30 bis 40% des Laststroms.

Es sei dI = 35% des Nennstroms

DI = 35% von 4,2 = 0,35 x 4,2 = 1,47A

L = (15,0-12,0) x 0,8 x (1 / 50k) x (1 / 1,47) = 32,65uH = 33uH (ungefähr)

Induktorspitzenstrom = Iout + dI / 2 = 4,2+ (1,47 / 2) = 4,935A = 5A (ungefähr)

So müssen wir kaufen oder einen toroid Induktor von 33uH und 5A.

Sie können auch einen Abwärtswandler - Design verwenden Rechner

So 33uH ist genug für unser Design.

Schritt 6: WIE WINDEN SIE EINEN TOROIDALEN INDUKTOR

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Ich habe eine Reihe von toroidalen Kerne von alten Computer Stromversorgung gesammelt. So habe ich gedacht, die Induktivität bei mir zu Hause gemacht. Obwohl es eine Menge Zeit zu machen, aber ich habe viel gelernt und genossen während der Herstellung.Diese sind nur wenige Tricks, was Ich lernte während der Herstellung, so dass Sie es leicht machen können.

Wie Wind das Kabel:

Wickeln von Hand ist sehr schmerzhaft für die Haut sowie Sie können nicht die Wicklung so tight.So machte ich ein einfaches Werkzeug von popscile Stick für das Wickeln der toroidal core.This einfaches Werkzeug ist sehr praktisch und Sie können perfekte und enge Wicklung zu machen .Before machen die Induktivität müssen Sie wissen, die Kern-Spezifikation und die Anzahl der Umdrehungen.

Die wichtigen Parameter des Ringkerns sind

1. Außendurchmesser (OD)

Durchmesser 2.Inner (ID)

3.Höhe (H)

Wert 4.Al

Da ich die Teilenummer nicht kannte, verwendete ich eine indirekte Methode, um sie zu identifizieren. Zuerst messen ich das OD und die Identifikation des unbekannten Kerns, indem ich meinen vernier Bremssattel benutzte, war es herum

OD = 23,9 mm, ID = 14,2 mm (.56 "), H = 7,9 mm (0,31 Zoll) und gelblich weiß.

Ich habe ein Toroid-Core-Diagramm (Seite-8) verwendet, um den unbekannten Kern zu identifizieren.Ich habe dieses Toroid-Größendiagramm in der unteren beigefügt.Es enthält eine Menge von Informationen für die Induktivität design.The PDF-Version ist unten beigefügt.

Bestellnummer:

Ich suchte die physikalische Größe Tabelle aus der Tabelle. Aus der Tabelle wurde festgestellt , daß der Kern T94 ist

Suche nach der Mix-Nummer:

Die Farbe des Kerns ist Anzeige für Mischungszahl. Da mein Kern gelb / weiß in der Farbe ist, wird bestätigt, dass die Mischungszahl 26 ist

Der unbekannte Kern ist also T94-26

Al-Wert finden:

Aus der Al-Wertetabelle für einen T94-26-Kern beträgt er 590 in uH / 100 Windungen.

Nach der Auswahl des Kerns jetzt Zeit, um herauszufinden, die Anzahl der Umdrehungen erforderlich, um die gewünschte Induktivität zu erhalten.

Anzahl der Windungen (N) = 100 x sqrt (gewünschte Induktivität in uH / Al in uH pro 100 Windungen)

=> N = 100 sqrt (33/590) = 23,65 = etwa 24 Windungen

Sie können auch verwenden , um dieses Online - Rechner die Anzahl der turns.Only für die Suche Sie die Teilenummer wissen müssen und Nummer mischen.

Dann wickle ich einen 20 AWG Kupferdraht (24 Umdrehungen) um den toroid Kern. An den beiden Enden der Wicklung etwas Extradraht für Verbindungsleitung verlassen. Danach entfernen Sie die Emailleisolierung von der Leitung. Ich habe meine Lederman-Datei für das Entfernen der Isolierung. Sehen Sie das oben genannte Bild für besseres Verständnis.

Hinweis: eine gute Induktivität zu machen ist nicht so simple.I bin noch stage.If in Lernen Sie nicht so sicher sind , werde ich empfehlen eine fertige Induktivität zu kaufen.

Schritt 7: KONDENSATOR BERECHNUNG

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Die Ausgangskapazität ist erforderlich, um das Überschwingen der Spannung und die Welligkeit, die am Ausgang eines Abwärtswandlers vorhanden sind, zu minimieren. Große Übersteuerungen werden durch eine unzureichende Ausgangskapazität verursacht, und eine große Spannungswelligkeit wird durch eine unzureichende Kapazität sowie einen hohen Ersatzwiderstand (ESR) im Ausgangskondensator verursacht. Um also die Welligkeitsspezifikation für einen Buck-Wandlerschaltkreis zu erfüllen, müssen Sie einen Ausgangskondensator mit ausreichend Kapazität und niedrigem ESR enthalten.

Berechnung:

Der Ausgangskondensator (Cout) = dI / (8 · Fsw · dV)

Wo dV ist Welligkeit Spannung

Spannungswelligkeit (dV) = 20mV zulassen

Cout = 1,47 / (8 x 50000 x 0,02) = 183,75 uF

Durch die Einnahme einiger Marge, wähle ich 220uF Elektrolyt-Kondensator.

Die Gleichungen für die Berechnung der Induktivität und Kondensator wird aus einem Artikel entnommen LC Selection Guide für theDC-DC - Synchron - Abwärts Converter

Schritt 8: MOSFET-AUSWAHL

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Die wesentliche Komponente eines Buck-Wandler ist MOSFET.Choose einen richtigen MOSFET aus der Vielfalt der es auf dem Markt verfügbar ist eine sehr schwierige Aufgabe.

Dies sind nur einige grundlegende Parameter für die Auswahl des rechten MOSFET.

1.V oltage Bewertung: Vds des MOSFET sollte größer als 20% oder mehr als die Nennspannung.

2.Current Bewertung: Ids von MOSFET sollte größer als 20% oder mehr als der Nennstrom.

3. ON - Widerstand (Rds on): Wählen Sie einen MOSFET mit niedrigem On - Widerstand (Ron)

4. Conduction - Verlust: Es hängt von RDS (ON) und die Pflicht cycle.Keep der minimalen Verlustleitung.

5. Schaltverlust: Verlust Umschalten während des Übergangs phase.It auftritt , hängt von Schaltfrequenz, Spannung, Strom etc.Try es gering zu halten.

Dies sind nur wenige Links, wo Sie weitere Informationen über die Auswahl der richtigen MOSFET erhalten können.

1. MOSFET Auswahl für Buck Converter

2. Eine einfache Anleitung für die Auswahl Leistungs - MOSFETs

In unserem Design die maximale Spannung ist Solarpanel Leerlaufspannung (Voc), die fast 21 bis 25V und maximale Laststrom beträgt 5A.

Ich habe IRFZ44N MOSFET gewählt. Der Vds- und der Ids-Wert haben genügend Marge, und er hat einen niedrigen Rds (On) -Wert.

Sie können die anderen Parameter von IRFZ44N aus dem überprüfen Datenblatt

Schritt 9: MOSFET TREIBER

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Warum brauchen wir einen Gate-Treiber?

Ein Mosfet-Treiber ermöglicht ein Low Current Digital-Ausgangssignal von einem Microcontroller, um das Gate eines Mosfets anzusteuern. Ein 5-Volt-Digitalsignal kann einen Hochspannungs-MOSFET unter Verwendung des Treibers schalten. Ein MOSFET hat eine Gate-Kapazität, die Sie aufladen müssen, damit der MOSFET einschalten und entladen kann, um abzuschalten, je mehr Strom Sie dem Gate liefern können Schneller schalten Sie mosfet ein / aus, deshalb verwenden Sie einen Treiber.

Fore weitere Informationen Sie lesen MOSFET Basics

Für diesen Entwurf verwende ich einen IR2104 Half Bridge Treiber. Der IC nimmt das ankommende PWM-Signal vom Mikrocontroller und steuert dann zwei Ausgänge für einen hohen und einen niedrigen MOSFET.

Wie benutzt man es?

Aus dem Datenblatt habe ich das Bild oben gezeigt.

Eingabe:

Zuerst müssen wir den Gate-Treiber mit Strom versorgen.Es gibt auf Vcc (Pin-1) und sein Wert liegt zwischen 10-20V wie pro Datenblatt.

Das hochfrequente PWM-Signal von Arduino geht auf IN (pin-2). Das abgeschaltete Steuersignal des Arduino wird auf SD (Pin 3) angeschlossen.

Ausgabe :

Die 2 PWM-Ausgangssignale werden vom HI- und LO-Pin erzeugt. Dadurch erhält der Anwender die Möglichkeit, die Totraumschaltung der MOSFETs fein abzustimmen.

Ladungspumpenschaltung:

Der Kondensator zwischen VB und VS zusammen mit der Diode bilden die Ladungspumpe.Dieser Schaltkreis verdoppelt die Eingangsspannung, so dass der hohe Schalter angeschaltet werden kann. Diese Bootstrap-Schaltung funktioniert jedoch nur, wenn die MOSFETs schalten.

Das Datenblatt IR2104 angebracht ist hier

Schritt 10: SCHEMATIK UND ARBEITEN

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Der Eingangsstromanschluß zu den Sonnenkollektoren ist die Schraubklemme JP1 und JP2 ist der Ausgangsschraubenklemmenverbinder zur Batterie. Der dritte Anschluß JP3 ist Anschluß für die Last.

F1 und F2 sind die 5A-Sicherungen.

Der Abwärtswandler besteht aus den synchronen MOSFET-Schaltern Q2 und Q3 und den Energiespeichervorrichtungen Induktor L1 und den Kondensatoren C1 und C2. Der Induktor glättet den Schaltstrom und zusammen mit C2 glättet er die Ausgangsspannung. Der Kondensator C8 und R6 sind ein Dämpfungsnetzwerk , Die verwendet wird, um das Klingeln der durch den Schaltstrom im Induktor erzeugten Induktorspannung zu reduzieren.

Der dritte MOSFET Q1 wird hinzugefügt, um dem System zu ermöglichen, die Batterieleistung zu verhindern, dass es nachts in die Sonnenkollektoren zurückfließt. In meinem früheren Ladesteuerungsregler erfolgt dies durch eine Diode im Leistungspfad. Da alle Dioden einen Spannungsabfall haben, ist ein MOSFET viel effizienter. Q1 schaltet ein, wenn Q2 von Spannung durch D1 eingeschaltet ist. R1 leitet die Spannung von dem Gate von Q1 ab, so daß sie ausschaltet, wenn Q2 ausgeschaltet wird.

Die Diode D3 (UF4007) ist eine ultraschnelle Diode, die Strom leitet, bevor Q3 einschaltet. Es soll den Umrichter effizienter machen.

Der IC IR2104 ist ein Halbbrücken-MOSFET-Gate-Treiber. Mit dem PWM-Signal des Arduino (Pin-D9) wird der High- und Low-Side-MOSFET angesteuert. Das IR2104 kann auch mit dem Steuersignal (Low auf Pin -D8) vom Arduino auf Pin 3 abgeschaltet werden. D2 und C7 Sind Teil der Bootstrap-Schaltung, die die hochseitige Gate-Treiberspannung für Q1 und Q2 erzeugt. Die Software verfolgt das PWM-Tastverhältnis und erlaubt niemals 100% oder immer eingeschaltet. Es kapselt das PWM-Tastverhältnis bei 99,9%, um die Ladungspumpe zu halten.

Es gibt zwei Spannungsteilerschaltungen (R1, R2 und R3, R4), um die Solarzellen- und Batteriespannungen zu messen. Der Ausgang von den Teilern speist das Spannungssignal zu Analog Pin-0 und Analog Pin-2 Und C4 werden verwendet, um Hochfrequenzspitzen zu entfernen.

Der MOSFET Q4 dient zur Steuerung der Last. Der Treiber für diesen MOSFET besteht aus einem Transistor und den Widerständen R9, R10.

Die Dioden D4 und D5 sind TVS-Dioden, die für Überspannungsschutz von Solarpanel und Lastseite verwendet werden.

Der Stromsensor ACS712 erfasst den Strom vom Solarpanel und speist den Arduino Analog-Pin-1.

Die 3 LEDs sind mit den digitalen Pins des Mikrocontrollers verbunden und dienen als Ausgangsschnittstelle zur Anzeige des Ladezustands.

Reset-Schalter ist hilfreich, wenn der Code stecken bleibt.

Der Hintergrundbeleuchtungschalter ist, das hintere Licht des LCD-Dislay zu steuern.

Schritt 11: Testen Sie den Gate-Treiber und MOSFETs Switching

ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (Version-3.0)

ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (Version-3.0)

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Hey, ich glaube, ich habe viel über die Theorie gesprochen.So können einige praktische tun.

Wie ich schon früher gesagt habe das Herz des MPPT-Ladereglers ist Buck Converter.As per me, wenn Ihr Buck-Wandler-Schaltung perfekt funktioniert.Sie ​​können den Rest tun, was leicht.So zuerst testen können die Mosfets wechseln und der Fahrer.

Vor dem Löten, verlange ich, es auf einem Brotbrett zu tun. Ich habe viel MOSFETs während meines Tests geblasen. Seien Sie vorsichtig während der Verbindung.

Verbinden Sie alles wie oben beschrieben schematisch. Jetzt können Sie die TVS-Diode, den Stromsensor und den Spannungsteiler weglassen.

Nach dem Anschließen den Widerstand zwischen der Eingangsschiene testen. Es sollten mehrere KOhm sein. Wenn Sie Widerstand bellow 1K erhalten dann überprüfen Sie die Schaltung Verbindung.

Laden Sie die Testskizze zum Arduino. Der Code in Form einer Textdatei wird unten beigefügt.

Verbinden Sie dann den Bereich zwischen der Quelle von Q1 und GND.

Das Ergebnis sollte ein PWM mit einer Frequenz von 50 KHz sein.

Die während meines Tests erhaltene Wellenform sind oben gezeigt.

Wenn alles nach rechts geht, dann vervollständigen Sie die Bulk-Wandlerschaltung (dh Hinzufügen von Induktivitäten und Kondensatoren)

Schritt 12: Testen Sie den Buck-Konverter

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In den vorherigen Schritten haben wir die Induktivität und Kondensator-Rating berechnet.Nun ist es Zeit zu verwenden und zu testen.

Addieren Sie die 33uH Induktivität und 100uf Eingang und 220uF heraus gesetztes electrolytic Kondensator wie pro schematic.You kann auch 0.1uF keramische Kondensatoren parallel mit Eingang und Ausgangskondensatoren verwenden. Es gibt besseres Resultat. Aber es ist nicht obligatorisch.

Dann machen Sie die Snubber-Schaltung, indem Sie einen 0.1uF Keramik-Kondensator und 200ohm Widerstand.

Überprüfen Sie erneut den Widerstand zwischen der Eingangsschiene. Es sollte Ordnung von K Ohm sein.

Geben Sie nun die Stromversorgung der Eingangsschiene und Arduino.

Verbinden Sie die Sonde Ihres Bereichs zwischen dem Ausgangskondensator.

Das Ergebnis ist oben gezeigt. Der Ausgang sollte ein stabiler DC sein.

Vout = Duty Cycle x Vin

Zum Beispiel, wenn ich 50% Duty Cycle zu einer 12-Eingangs-Versorgung zu geben, sollte der Ausgang 6V in den Geltungsbereich.

Nach der Bestätigung, dass alles in Ordnung, jetzt können wir die Sperrung MOSFET Q1.It verwendet wird, um Rückstrom von der Batterie auf das Solarmodul in der Nacht blockieren.

Fügen Sie die dritte mosfet Q3 wie pro schematic.Then Platz der 470k Widerstand und Diode IN4148.

Überprüfen Sie erneut die Ausgabe sollte es gleich sein.

Schließlich setzen Sie den Bereich zwischen dem Tor von Q1 und Gnd.

Wissen Sie ? Haben Sie den kritischsten Teil dieses Projekts getan.

Schritt 13: SPANNUNGSMESSUNG

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Spannungsmessung:

Wie Sie vielleicht wissen, können die analogen Eingänge von Arduino zur Messung der Gleichspannung zwischen 0 und 5 V (bei Verwendung der analogen Standardreferenzspannung) verwendet werden, und dieser Bereich kann durch die Verwendung von zwei Widerständen zur Erzeugung eines Spannungsteilers erhöht werden. Der Spannungsteiler verringert die gemessene Spannung im Bereich der Arduino-Analogeingänge. Wir können dieses verwenden, um die Sonnenkollektor- und Batteriespannungen zu messen.

Für eine Spannungsteilerschaltung

Vout = R2 / (R1 + R2) x Vin

Vin = (R1 + R2) / R2 · Vout

Die Funktion analogRead () liest die Spannung und wandelt sie auf eine Zahl zwischen 0 und 1023 um

Beispielcode:

// lesen Sie den Eingang am analogen Pin 0 (Sie können jeden Pin von A0 bis A5 verwenden)

Int Wert = analogRead (A0);

Serial.println (Wert);

Der Bove-Code gibt einen ADC-Wert zwischen 0 und 1023 an

Kalibrierung :

Wir werden den Ausgangswert mit einem der analogen Eingänge von Arduino und seiner analogRead () Funktion lesen. Diese Funktion gibt einen Wert zwischen 0 (0 V Eingang) und 1023 (5 V Eingang)
Das ist 0,0049 V für jedes Inkrement (As 5/1024 = 0,0049 V)

Vin = Vout * (R1 + R2) / R2; R1 = 100k und R2 = 20k

Vin = ADC Zählung * 0,0049 * (120/20) Volt // Hervorgehoben Teil ist Skalierungsfaktor

Anmerkung: Dies führt uns zu der Annahme , dass ein Lesen von 1023 entspricht einer Eingangsspannung von genau 5,000 Volt.

In der Praxis können Sie nicht immer 5V immer aus dem arduino Pin 5V.So während der Kalibrierung zunächst die Spannung zwischen den 5v und GND Pins von Arduino mithilfe eines Multimeters und verwenden
1ADC = gemessene Spannung / 1024 anstelle von 5/1024

Überprüfen Sie Ihren Spannungssensor mit einem Testcode, der unten angebracht ist

Schritt 14: AKTUELLE MESSUNG

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Zur Strommessung habe ich einen Hall Effect Stromsensor ACS 712 (5A) verwendet.

Der ACS712 Sensor lesen Sie den aktuellen Wert und wandeln es in einen entsprechenden Spannungswert, der Wert, den die beiden Messungen verknüpft ist sensitivity.You es auf dem finden Datenblatt .

Wie pro Datenblatt für ein ACS 712 (5A) Modell:

1. Die Empfindlichkeit beträgt 185 mV / A.

2. Der Sensor kann positive und negative Ströme messen (Bereich -5Aâ € |5A),

3. Spg.Versorgungsteil ist 5V

4. Die mittlere Erfassungsspannung beträgt 2,5 V, wenn kein Strom vorhanden ist.

Kalibrierung:

Wert = (5/1024) * Analogwert

// Wenn Sie nicht immer 5V von arduino 5V Pin dann, Wert = (Vmeasured / 1024) * analoge Lesewert

// Vmeasured ist die Spannung zwischen Arduino Pin 5V und GND. Sie können sie mit einem Multimeter messen.

Aber wie pro Datenblatt-Versatz ist 2.5V (wenn Strom Null erhält man 2.5V vom Ausgang des Sensors)

Strom in amp = (Wert-2,5) /0,185

Testen Sie es durch einen Beispielcode für ACS712 Anhang unten.

Schritt 15: LCD-Anzeige und LED-Anzeige

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LCD Bildschirm :

Ein 20X4 char LCD wird für die Überwachung von Solarmodul, Batterie und Ladeparameter verwendet. Für die Einfachheit ist ein I2C LCD-Display gewählt. Es braucht nur 4 Drähte, um mit dem arduino Schnittstelle. In meinem früheren Design der LCD verbraucht viel power.The main Ursache war LCD-Hintergrundbeleuchtung.So füge ich einen Druckschalter, um die Hintergrundbeleuchtung zu kontrollieren.By Standard ist die Hintergrundbeleuchtung in aus-Zustand.Wenn der Benutzer drücken Sie den Schalter dann wird es für 15 Sekunden und wieder erlischt.

Vcc -> 5V, GND -> GND, SDA -> A4 und SCL -> A5

Spalte-1: Solarzellenspannung, Strom und Leistung

Säule-2: Batteriespannung, Ladezustand und SOC

Spalte-3: PWM-Tastverhältnis und Lastzustand

Für die Prüfung der LCD-Download der Test-Code beigefügt.

Sie laden die Bibliothek von LiquidCrystal_I2C .

LED-Anzeige:

Rote, grüne und gelbe LEDs dienen zur Anzeige des Batteriespannungspegels.

Niederspannung -> Rote LED

Normale Spannung -> Grün Led

Voll aufgeladen -> Gelbe LED

Schritt 16: HARDWARE UND LÖTEN

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Vor dem Löten sollten Sie über das Strom- und Steuersignal klären. Nicht zwischen ihnen verwechseln. Ansonsten braten Sie alles.

Spannungsversorgung:

1.Solarplatte -> Sicherung -> Stromsensor -> Mosfets Q1, Q2, Q3 -> Induktivität -> Batterie.

2.Batterie -> Sicherung -> Last -> Mosfet Q4

Steuersignale:

1. Signal von den verschiedenen Sensoren zu Arduino

2. Signale vom Arduino zu den Mosfet Treibern, LED, LCD

3. Signal zwischen dem Arduino und ESP8266

Ich verwendete rote und schwarze dicke Drähte (0.5 bis 0.75 sq Millimeter) für Energie und Masseverbindungen beziehungsweise.

Alle gefärbten dünnen Drähte sind für Steuersignale.

Tipps: Drucken Sie die PDF - Format Schema vor soldering.Keep es vor Ihnen während Referenz Löten.

Schritt 17: Bohrungen für die Montage

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Zuerst das Prototyp-Board durch einen Schraubstock halten.

Dann 4 Löcher (3 mm) an den 4 Ecken des Prototypboards bohren.

Schritt 18: Hinzufügen der Eingabe- und Ausgabeanschlüsse:

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Zuerst die drei Schraubklemmen für Solarpanel, Batterie und Lastanschluss löten.

Die linke ist für Solarpanel, die mittlere für die Batterie und die rechte für die Lastverbindung.

Schritt 19: Fügen Sie die Sicherungshalter hinzu

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Am äußersten linken und rechten Lötmittel die beiden Sicherungshalter (eins in der Solarpanelseite und andere auf der Lastseite)

Verbinden Sie dann den linken Anschluss der Solar-Schraubklemme mit einem Schenkel des Sicherungshalters.

Schritt 20: Löten Sie die MOSFETs und den Eingangskondensator

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Löten Sie alle 4 MOSFETs mit gleichem Abstand auf der Oberseite der Prototyp-Platine. (Lassen Sie etwas Platz zum Setzen der Kühlkörper)

Dann fügen Sie den Eingang 100uF Kondensator.Ich habe etwas Platz zwischen den Sicherungshalter und Kondensator für die Installation der aktuellen Sensor später.

Löten Sie die Anschlussdrähte wie folgt:

Zwischen dem positiven Anschluss des Eingangskondensators (C) und der Quelle des Mosfets Q1.

Zwischen den Abflüssen des Mosfets Q1 und Q2.

Dann zwischen der Quelle von Q2 und dem Drain von Q3.

Schritt 21: Montage des Arduino Nano

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Zuerst schneiden zwei Reihen von weiblichen und männlichen Kopfstift mit 15 Stiften in jedem. Ich benutzte einen diagonalen Zangen, um die Header zu schneiden.

Dann Löten Sie die männlichen Kopfstifte.Be sicher, dass der Abstand zwischen den beiden Schienen passt der arduino nano.

Lassen Sie zwei Reihen auf jeder Seite des weiblichen Anfangsblockes und dann löten die zwei männlichen Überschriften.

Dann kürzen Sie die entsprechenden männlichen und weiblichen Pins. Obwohl ich dies während meines Lötens vergessen.

Die weiblichen Header wird verwendet, um die Arduino Nano und männliche Header montiert werden für externe Verbindung mit dem Arduino verwendet.

Schritt 22: Stromversorgung herstellen

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Um das Arduino, verschiedene Sensoren, LED, LCD und das Wifi-Modul (ESP8266) laufen zu lassen, benötigen wir Strom.

Außer ESP8266 Modul alle anderen können durch 5V Stromversorgung betrieben werden.Das ES8266-Modul benötigen Strom nicht mehr als 3.7V. Es wird empfohlen, es auf 3.3V laufen. Obwohl Arduino Nano 3,3V Pin haben, kann es aber keine ausreichende Leistung (ca. 200mA bis 300mA) liefern, um das ESP8266 Modul laufen zu lassen. Wir benötigen also eine separate 3,3V Stromversorgung, die einen Strom von mindestens 300mA bereitstellen kann.

5V Spg.Versorgungsteil:

In meiner früheren Version verwendete ich einen linearen Spannungsregler LM7805, um die Batteriespannung zu 5V für die Spg.Versorgungsteil herabzusetzen. Aber es produziert viel Hitze während seines working.So verwendete ich einen hohen leistungsfähigen Dollarkonverter in diesem Entwurf.

Einstellung der Ausgangsspannung des Buck-Wandlers:

Verbinden Sie zuerst die Batterie am Eingangsanschluss des Buck-Konverters und stellen Sie das Potentiometer ein, um 5V herauszunehmen.

Siehe obenstehendes Bild.

Schneiden Sie 4 Stück der männlichen Kopfteil mit 2 Pins in each.Lolder die Header wie pro die Löcher in den Konverter gegeben.

Place the converter on the above 4 header pin and solder on the top.Be sure the input side is toward the battery screw terminal.

Add the output capacitor(C2) near to the battery screw terminal.The positive terminal of the capacitor should be on the left.

Then connect the input of the buck converter to the battery screw terminal and output to the 5V and GND pin of the Arduino Nano.At this stage you can check it.Place the Arduino nano on the header pin and connect the 12V battery to the screw terminal.If everything is correct then Arduino power led should glow.

Finally add two rows of male header pins to the side of Arduino 5V and GND pin for external connection.

3.3V Power Supply :

I am planning to use a voltage regulator AMS1117 to step down from 5V to 3.3V.

Solder the voltage regulator first, then add two 10uF capacitors. One on the input and other on the output side.

Siehe obigen Schema.

Step 23: Solder the Mosfet Driver circuit

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First solder the 8 pins DIP socket just above the arduino header pins.

Add 10uF capacitor and and a 0.1uF capacitor in between the pin-1 and pin-4.

Solder the diode (D2) in between pin -1 and 8.The diode cathode should be connect to the pin-8.

Solder the capacitor (C7) in between pin-8 and pin-6.

Solder two 200ohm resistors ( R7 and R8) just side to the pin-2 and pin-3.

Solder one 470K resistor (R1) near to the mosfet Q1 and a diode (D1) in between gates of mosfets Q1 and Q2.The diode cathode connects to the gate of Q1.

After this complete the circuit by soldering wires as per the schematics.

Step 24: Solder the Voltage Sensors

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Solder solar panel voltage divider near to the fuse and battery voltage divider near to the output capacitor.

Then solder two ceramic capacitors ( C3 and C4) across the 20k resitors.

Then solder a wire between middle point of the solar panel side voltage divider and arduino pin A0.

Finally solder a wire between middle point of the battery side voltage divider and arduino pin A2.

Step 25: Solder The Inductor and Snubber Circuit

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First solder the resistor (R6) and capacitor ( C8) in series just above the output capacitor( C2).

Then solder the inductor parallel to it.

Inductor is the heavier component in the entire circuit.To sit it firmly, apply glue at the base.

Then solder the ultra fast diode (D3) .

Step 26: Solder the Load Mosfet (Q4) Driver

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Solder the 2N2222 transistor near the gate of the mosfet (Q4).

Then add a 10k resistor (R9) near to the collector and a 1k resistor( R10) near to the base.

Then connect the points as per schematic.

Step 27: Adding The Current Sensor

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Solder two thick wire in between the solar panel side fuse and capacitor (C1).

Then screw the wire in to the ACS712 screw terminal.

Step 28: Solder the TVS diodes

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I do not have spare TVS diode.So I solder it later.You can solder it earlier also.

One TVS diodes, D4 near the connector JP1 and D5 near the connector JP3.

Note : I am using bidirectional TVS diode.So no polarity mark is there.

Step 29: Connect the GND

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After soldering all the components, connect all the grounds (GND) shown in the schematic.

I am using thick black wires.

Step 30: Make the USB Charging Circuit

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The buck converter used for power supply can deliver maximum current 3A. So the power supply have sufficient margin for charging the USB gadgets.

Make the Circuit :

Solder the male JST connector near to the buck converter and connect two pins with positive ( 5V )and negative

( GND ) out of the converter.See the picture.

Insert the USB port and switch in to the slots made earlier.Then apply hot glue surround them.

Solder the red wire (+ ve ) of the JST connector to one terminal of the switch.Then solder a small red wire between another terminal of switch and USB Vcc terminal.Finally solder the black wire (-ve ) of the JST connector to the USB GND.

For USB pin out see the above picture.

You can make this step earlier also.

Step 31: Make the Wifi Module ( ESP8266 ) Circuit

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First cut 2 female header with 4pins in each.

The solder it side by side near the load side fuse holder.

Complete the circuit as per schematic.

Be careful about when you solder this module. Voltage more than 3.7 V kill this module as it operates at 3.3 V .

Even the serial lines should not exceed this voltage.I am planning to use a 3.3 V regulator ( AMS1117 ) to power this module. A voltage divider circuit is used to drop the arduino Tx ( 5V ) to ESP8266 3.3 V ( RX).

Setting up the ESP8266 :

The first thing you want to do with ESP8266 is to establish communication.You can see this example project for setting up the ESP8266.Then connect it to your WiFi router.

Hey now you are ready to upload your data to the web.

You can see the following projects to get some idea to use ESP8266 for data uploading to web.

http://www.instructables.com/id/ESP8266-Wifi-Tempe...

http://www.element14.com/community/groups/internet...

The ESP8266 connection schematic is taken from http://www.martyncurrey.com

Step 32: WiFi Data logging and Scientific Exploration

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As the solar panel are installed at remote location,monitoring systems parameter is vital for us.This gives me the idea to add the data logging feature to my controller.

The WiFi module( ESP8266 ) automatically uploads live power generation, voltage,Current data to the Web( https://thingspeak.com/ ).Then the web application graph and tabulate data in live.You can download the feeds from the website in the form of a Xcel sheet.Then explore these data for further analysis.I attached a sample of feeds downloaded from thingspeak.

The test code is attached bellow.Hey if you are really excited to see how the tiny WiFi module upload data to the web.Just upload the test code attached bellow.You can test it without any sensor hook to the arduino.Though you will get arbitrary values.It is just for fun :)

See the graphs on thingspeak.com .Interesting ??

Note : You can use this test code for other multi sensor system like: weather station .Just you have to calibrate your sensors accordingly.

Go to Data Import/Export and then click on Download.See the above pics.

If you are app developer,then develop a apps for Android, iPhone and Windows Mobile to see these useful data.If you make please share me.I am not a developer.

Step 33: Make The LED Panel

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Take a small size rectangular prototype board and drill holes at both end for mounting on the enclosure.

Solder the Leds with equally spaced.

Then solder the 330 ohm resistors (R11,R12 and R13) and 4pin male headers.

Finally complete the circuit as per schematics.

Step 34: Make the Back light and Reset Switch

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Take 5 female -female jumper wires and cut one side headers in all.

Insert heat shrink tube in all jumper wires.

Reset Switch :

Solder two jumper wires directly to the two pin of the push switch.

Back Light Switch :

Solder two jumper wires to the two pins of the switch.

Solder a 10k resistor to any one pin of the switch.

Then solder a jumper wire to the other end of the resistor.

Finally cover the joints with heat shrink tube and apply hot air.

Step 35: Prepare the Enclosure

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I used a 6" x 8" plastic enclosure.

Mark the LCD,USB and Switch sizes .Then cut out the rectangular portion by using a dremel. Finally finish the edges by a hobby knife.

Then mark the mounting holes position for LCD,LED panel,Switches and External screw terminal by a pencil.

Drill holes at all the marked position.

Note : The holes size for LED is 5mm ,switches are 7mm and all other are 3mm.

Step 36: Make the external connection Terminal

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The external connector is used for outside access of all the 3 screw terminals in the controller board.

Mark the hole positions for mounting and 6 wires.

Then screw the wires in all the terminals.Use different color to distinguish between positive and negative terminal.

Step 37: Mount Everything

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To mount the controller board I used 4 plastic bases.Screw the main board over the base.

Mount the LCD and Led panel by screw and bolts.

Then mount the two switches.

Step 38: Connect all the panel and switches

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After mounting everything connect the panels,switches and external connector.

Use female-female jumper wires for connecting the panels.

Refer schematics for connection.

Finally box up the enclosure.

Step 39: Software and Algorithm

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The Maximum Power Tracker uses an iterative approach to finding this constantly changing MPP. This iterative method is called Perterb and Observe or hill climbing algorithm.To achieve MPPT, the controller adjusts the voltage by a small amount from the solar panel and measures power, if the power increases, further adjustments in the direction are tried until power no longer increases.

The voltage to the solar panel is increased initially, if the output power increase, the voltage is continually increased until the output power starts decreasing. Once the output power starts decreasing, the voltage to the solar panel decreased until maximum power is reached. This process is continued until the MPPT is attained. This result is an oscillation of the output power around the MPP.

Dowload all the softwares from my GitHub page

https://github.com/deba168/MPPT_Master

Step 40: Version-4 Design Ideas and Planning

I would like to give special thanks to Keth Hungerford and Petar who are the new members to my project and actively contributing to it. Keith is playing the key role for designing this new version Charge controller.

For the time being we are planning to see the following changes in existing version charge controller.

Changes at the moment are:

1.Increase panel voltage rating to allow for panels with 60 cells (ie up to 40 V, so-called "grid connect" panels);

2.Higher current rating, at least 20 amps and preferably 40 amps;

3.Metering current on the battery and load;

4.Improve design robustness to ensure external conditions do not cause any failures;

5. Design that allows multiple controllers to feed into a power distribution switchboard;

6. Optimal battery management for several different battery types, such as Lead Acid (several variants), NiFe, LiFePO;

7. Ability to control more than one load output – either to allow for greater capacity, or timing control of when the output is on or off.

8.Real time clock with date to enable time stamping of statistics and timer control of loads.

9.Operational configuration capability (buttons or via WiFi?);

10.Greater data collection to get illumination statistics, battery performance statistics, load statistics.

11.Higher battery voltage (to 24 or 48 V) and associated higher solar panel voltages;

12.Much higher panel voltage (to 150 V or so)

13.Multiple Load outputs regulated to close to 12 V

14.Panel safety and overload disconnect

In addition there are some "internal" matters that are worthy of investigation:

  • Focus on maximising efficiency
  • Fail-safe software or self-recovery features
  • MPPT algorithm refinements
  • will it all fit in Arduino Nano? or selecting another Arduino Board ?

All the ongoing activities are given in Arduino-MPPT-V4 folder ( .rar file).

I request to all of my followers,team members and viewers to give suggestions on it.

You can write your suggestions/feedback in the comment section below.

Step 41: Overview of Version-3.1

After lot testing we observed that MOSFET ( Q3 ) in ver-3.0 design is burning repeatedly.We tried to modify the existing software but not find any satisfactory result.

The other problem was that MOSFET Q1 ( in V-3.0) conduct even when there is no solar input. To solve the above problems and enhance the power handling capability we are modifying both the hardware and software.This is named as Version-3.1 Charge Controller.

This version is not completed yet.So wait until it is complete.

Don't worry we are making a solution for those who have made the V-3.0 prototype.After little modification we will able to use the new software.

You can see the updates on Hackaday.com

This version have 3 options.

1. 5 Amp version :

T94-26 toroid, 48 turns of AWG20 wire to give 135 uH (it takes almost 1.5m of wire)

Q1, Q2 and Q3 all pairs of IRFZ44N MOSFETs (6 in all).

C1 will be 3 * 220 uF low ESR capacitors in parallel, C2 will be a single 220 uF low ESR capacitor

Single ACS712 on the panel side as per version 3.0

2. 8 Amp version :

T106-26 toroid wound with 23 turns of a compound wire made from 3 strands of AWG20 wire twisted together to give 47 uH (this takes about 3.1 m of wire).

Q2 will be a pair of FDP150N10A MOSFETs in parallel.

C1 will be 5 * 220 uF low ESR capacitors in parallel,C2 will be a single 220 uF low ESR capacitor

Two ACS712, one on the panel side as per version 3.0 and one in series with the battery.

3 10 Amp version :

T130-26 toroid wound with 23 turns of a compound wire made from 4 strands of AWG18 wire twisted together to give 41 uH (this takes about 4.5 m of wire).

Q2 will be a pair of FDP150N10A MOSFETs in parallel.

C1 will be 6 * 220 uF low ESR capacitors in parallel,C2 will be 2 * 220 uF low ESR capacitors in parallel.

Three ACS712, one on the panel side as per version 3.0, one in series with the battery and one in series with the load.

The drive circuitry (common to all 3 versions) will use 3 separate IR2104 driver chips, one for each of Q1, Q2 and Q3. We drive the Q1 and Q2 drivers from pin D9 and HO1 and HO2, and drive Q3 from pin D10 and LO3.

In driver chips 1 and 2, pins IN and SD are driven in parallel by Arduino output pin D9. In the case of driver 1 (for Q1) there is a low pass RC filter in series, with a time constant of about 1 ms. Driver 2 is driven directly (as in the current circuit, but probably with a slightly higher series resistor to allow more current for the Q1 driver and its RC filter).

In driver chip 3, IN is driven by D9 and SD is driven by D10.

The purpose of using separate drivers for Q2 and Q3 is to enable us to switch Q3 OFF to operate in Asynchronous mode at low current levels when the controller will be in DCM (Discontinuous Current Mode). There may be a better way to do this but in the short time we have available this is a simple option and easy and reliable to implement.

All 3 versions should have LCD displays, WiFi, LED indicators (maybe with a more fancy coding scheme to separately indicate DCM and CCM).

All 3 versions should be able to cope with either 18 V or 30 V panels, and use algorithms that stop them burning out if the panel can produce more current than the rating allows. This can all be done auto-detect.

All the components exposed to panel voltage need to be rated for at least 40 V (in particular C1 and our buck converter to generate 12V for the drivers and to power the control electronics.

Step 42: Conclusion

I have tried my best to make this instructable. Till now I am learning more on MPPT. So if I have done any mistakes please forgive me and raise a comments.I will rectify it as soon as possible.

I love getting feedback on my projects! The earlier version charge controllers has received a ton of feedback, and many users have posted pictures of their build.
If you follow this Instructable and make your own controller, please share pictures and videos.

At last,I would like to give very special thanks to timnolan. As I have learned and used several things from his design.

Fore more updates and new projects subscribe me.

Vielen Dank für das Lesen meiner instructable.

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