Wybieranie ogniw zasilających przy pomocy przekaźników.

[marek1707]

Hop, hop, pogoda coraz ładniejsza i nadchodzi dobry czas na korzystanie z energii słonecznej. Jak idą prace nad wypasioną ładowarką MPPT? Czy możemy zobaczyć zaktualizowany schemat? Może już nawet jakieś przymiarki do PCB?

Co z symulacją baterii słonecznej? Jakieś postępy? Jeśli na czymś się zaciąłeś to dawaj znać - trzeba popychać temat, bo chyba jest dość ciekawy (choć odległy od stricte robotyki).

[Vroobee]

Temat jest mega ciekawy 🙂 dużo się nauczyłem już do tej pory, a rokowania naukowe na przyszłość są jeszcze lepsze. Na razie miałem trochę zamieszania z pracą magisterską i nie miałem chwili, żeby zająć się poprawą schematu. Myślę, że na dniach coś się już narodzi na nowo. Chyba do tej pory wszystko rozumiem także spróbuję najpierw poprawić schemat. "Materiały" do testów zacząłem powoli kompletować 🙂

[ Dodano: 06-04-2016, 23:19 ]

Znalazłem dzisiaj chwilę, żeby wszystko popoprawiać 🙂 wrzucam w załączniku wyniki obliczeń dla przyjętych (trochę zmienionych) prądów oraz poprawiony do wyników obliczeń schemat. Zastanawiam się tylko czy dla obecnego przypadku dobrze przeliczyłem VREF.

Ladowarka.pdf

ladowarka_obliczenia.xls

[Vroobee]

I jak tam z poprawnością wszystkiego co podesłałem ? 🙂

[marek1707]

Ojć, uaktualnień postów nie widać na stronie głównej więc tu nie zaglądałem. Spróbuję jeszcze dziś przejrzeć co zrobiłeś.

Vroobee, a zastanawiałeś się nad bilansem energii i sensem stosowania tak niewielkiej baterii w robocie który bądź co bądź pobiera niemało mocy choćby do pracy samego komputera pokładowego? Jeżeli ogniwo ma napisane 2W, to jest to absolutne i w praktyce nieosiągalne w warunkach polowych maksimum. Przy poziomym położeniu baterii (na dachu pojazdu?) dostaniesz z tego u nas max. 1.5W w pełnym słońcu. Po ładowarce zostanie może z 1.2W. Czy to wystarczy choćby na podtrzymanie podstawowych funkcji życiowych systemu, nie mówiąc o doładowywaniu baterii do późniejszej jazdy? Nie chciałbym, żebyś się rozczarował. Może pomyśl nad "rozpłaszczeniem" konstrukcji i poważnym zwiększeniem pola powierzchni dachu? 😉

A może jeszcze ktoś by dorzucił jakieś ciekawe trzy grosze? Robił ktoś coś z bateriami słonecznymi? Ładowarki? MPPT?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Vroobee]

A może jeszcze ktoś by dorzucił jakieś ciekawe trzy grosze? Robił ktoś coś z bateriami słonecznymi? Ładowarki? MPPT?

Właśnie - jeśli ktoś jest zainteresowany to dyskusja jest otwarta 🙂

Co do energii pochodzącej z paneli. Wiem bardzo dobrze, że te panele nie są zbyt dużej mocy. ATmega32 nie jest prockiem, który pobiera zbyt dużo energii. Podejrzewam, że przy taktowaniu 16 MHz (jak założyłem wcześniej) i nawet jeśli będzie miał pozapalane 2 diody i działające ADC oraz I2C, nie powinien łykać więcej niż 40-50 mA. W najgorszym przypadku cała elektronika odpowiedzialna za ładowanie (procek, 2x LM358) będzie brała ok 60 mA. Przy najlepszych możliwych na Polskę warunkach jestem w stanie otrzymać te 1.5 W na panel. Panele są 2 więc w efekcie otrzymuję 3 W. Przy maksymalnym napięciu 6 V na panel otrzymuję jakieś 500 mA. To względnie dużo bo przy poborze 60 mA z elektroniki zostaje mi te 440 mA na wjazd w LiPola. Na cele edukacyjne na razie wystarczy, o ile te obliczenia będą trafne 😋 Celem w ogóle tego "projektu" jest głównie dla mnie liźnięcie tematu energii odnawialnej. W przyszłości podejrzewam, że konstrukcja będzie ewoluować, na razie chcę podziałać na tym co mam dostępne "w szufladzie".

Jeśli chodzi o LiPol - jak wcześniej wspominałem mam 4 ogniwa 3.7 V 1600 mAh. Zawsze można je połączyć szeregowo-równolegle, prawda ? I wtedy uzyskam woltaż 7,4 V (jak w LiPolach 2 celowych) i 3200 mAh pojemności.

EDIT:

O kurcze, ale gafa 🙂 zapomniałem wziąć pod uwagę MOSFETa i drivera do niego 😋 Musiałbym zajrzeć w notę i zobaczyć ile to może łykać. Chyba, że kolega @marek1707 wie ile na oko w takim układzie pracy mogłaby pobierać taka ładowarka.

[Vroobee]

I jak tam te wyniki i schematy ? 🙂

[marek1707]

To tak:

Widzę, że w arkuszu wpisałeś ręcznie sposób ustalania "zerowego" napięcia wyjściowego wzmacniacza. OK, niech będzie, choć można było liczyć to ze stosunku prądów ładowania i rozładowania - byłoby bardziej uniwersalnie. Nie podobało mi się jeszcze to, że mimo iż ustaliłeś opornikami wzmocnienie bardzo bliskie teoretycznemu, pokrycie zakresu wyjściowego (0-Vref) było kiepskie. Tak znalazłem (chyba jeszcze mój) błąd związany z liczeniem napięć wyjściowych wzmacniacza dla skrajnych prądów ład/rozład (komórka F44). Wrzucam poprawiony arkusz.

Jeżeli schemat ma działać tak jak ustawiłeś dane w arkuszu, to źle policzyłeś dzielnik napięcia z VREF do wejścia (+) IC1B. Ma tam być 188mV a przy tych opornikach będzie sporo więcej.

Nie widzę źródła napięcia +3.3V. Jeżeli przychodzi z innej płytki (pewnie tak), to którędy?

Na pewno złe są numery pinów tranzystora STS - musisz poprawić symbol schematowy.

Hm, czy to wygląda na finisz? 🙂

ladowarka_obliczenia.xls

[Vroobee]

Faktycznie co do dzielnika, niewątpliwie był błąd 🙂 przedstawiam poniżej obliczenia tego dzielnika:

Uout = Uin * R2 / (R1 + R2), gdzie R1 - rezystor od strony "zasilana", R2 - rezystor schodzący do masy.

R1 = R2 * (Uin - Uout) / Uout

R2 = 10 kR
R1 = 126451,6 ~ 126,2 kR (120 k i 6,2 k w szeregu)

Uout = 0,18795 - dla rezystorów 120 k i 6,2 k.

Źródło 3.3V wchodzi z zewnątrz, nie chciałem robić kolejnego stabilizatora.

A co do tranzystora, nie wiem dlaczego w symbolu wstawia się zamiast numerów pinów pin 1 pomnożony razy 3. Nie mam pojęcia jak to zmienić. Ale połączenia są zrobione na 100% dobrze, sprawdzałem na .brd

Jeśli to wszystko jest ok to w takim razie finisz z doborem elementów 🙂 zostaje zrobić .brd

[marek1707]

Na to wygląda 🙂

Dobrze przemyśl położenie elementów, prowadzenie mas, sygnałów z oporników pomiarowych i ich podłączanie do wzmacniaczy. Przy opornikach 0.1R spokojnie możesz mieć drugie tyle na źle poprowadzonej ścieżce. Zastanów się którędy będą płynęły i wracały prądy i połącz wszystko tak, by jak najmniej sobie przeszkadzały, wzmacniacze zdejmowały napięcia wprost z oporników a ADC mierzył napięcia na dolnych opornikach dzielników. Nie wylewaj masy po całości tylko poprowadź ją grubymi ścieżkami tak jak uznasz za słuszne. Optymalnym rozwiązaniem jest zwykle gwiazda. Potem jeśli będzie miejsce pogrubiaj ścieżki aż do pozostawienia małych przerw i zajęcia wszystkiego miedzią. W tym przypadku topologia prowadzenia prądów jest ważniejsza od estetyki ścieżek i "ładnego" ułożenia elementów. Powodzenia. Jak już będziesz coś miał narysowane, pokaż zanim zlecisz druk lub zaczniesz trawić.

[Vroobee]

Wstawiłem jeszcze pomiar napięcia między ogniwami i dodatkowe molexy w celu podczepienia łącznie 4 LiPoli (równolegle-szeregowo dla zwiększenia pojemności):

Zabieram się za robienie płytki, planowałem zrobić tak, że wzmacniacze pomiarowe dać jak najbliżej oporników pomiarowych, pociągnąć tamtędy ścieżki 12-16 milsów (?). Również chciałem zrobić jak najkrótsze połączenia pomiędzy wyjściami wzmacniaczy i wejściami przetwornika ADC mikroprocka. Zasilania w miarę grube, to samo masa. Płytka raczej dwustronna wyjdzie 🙂 myslałem wcześniej, żeby na warstwie Bottom zrobić pole masy i ew. rzeczy takie jak układ stabilizatora 5V. Ale skoro kolega @marek1707 radzi łączyć masę w gwiazdę patrząc na przepływy prądów to zastosuję się do tego i spróbuję zrobić "tak żeby było dobrze" 🙂.

Zrobienie płytki raczej zlecę firmie. Chciałbym żeby była porządnie wykonana. Ktoś może polecić firmę, która wykona dobrze (dwustronna, soldermaska + warstwa opisowa, cynowanie otworów i przelotek) i w miarę tanio ?

[marek1707]

Duże prądy - te na które musisz uważać i którym ścieżki musisz poszerzać płyną tylko w szynach zasilania: wejściowej, wyjściowej, do elektrolitów, głównego klucza itd oraz przez masę. Wzmacniacz pobiera na wejściu znikomy prąd więc ścieżka od opornika do wejścia może być dowolnie cienka. Niestety przetwornik A/C ma tylko jedną nóżkę AGND i tylko względem niej mierzy. Dlatego musi ona być tak połączona z resztą układu, by napięcia które te rzeczy produkują były dobrze do tej masy odniesione. Jeżeli zrobisz połączenie "szeregowe" np. tak jakby sugerował schemat, czyli po jednej stronie płytki wejście, po drugiej wyjście i masę przez całą długość, to nigdzie nie będzie dobrego miejsca by podpiąć się masą przetwornika. Napięcie na całej ścieżce masy będzie liniowo zmieniało się wzdłuż płytki 🙁

Najpierw robisz węzeł masy analogowej AGND wokół tego pinu procesora. Na pewno masy wzmacniaczy (zasilania i wejścia) powinny być zanurzone w tej masie, na pewno dzielnik z VREF powinien być postawiony tak, by R18 stał bezpośrednio właśnie w tej masie analogowej. Na pewno wszystkie inne dzielniki napięciowe powinny stać dolnym opornikiem na AGND. Idąc dalej robisz obok duży, wspólny węzeł masy zasilaniowej w którym zanurzasz bezpośrednio R1, R28, wszystkie duże elektrolity i klucz T1. Ten wielki placek łączysz bezpośrednio z masą analogową krótką ścieżką tak, by przez to połączenie (i przez samą masę analogową) nie płynął żaden duży prąd zasilania. Masę GND procesora jako jedyne zasilanie cyfrowe możesz podpiąć wprost do masy analogowej, ale zrób tam dobre blokowanie kondensatorami bezpośrednio do pinów Vcc procesora. Oczywiście do tej masy podłączasz wtedy także masę stabilizatora +5V.

Do dużego placka masy zasilaniowej podłączasz bezpośrednio zaciski mas wejściowej, wyjściowej itd. Dopiero to obudowujesz resztą elektronicznego piachu. Przemyśl sobie to ułożenie, wielokrotnie przesuwaj elementy aż będziesz z tego zadowolony. Wciąż myśl o prądach: którędy płyną, w którą stronę i komu przeszkadza napięcie wywołane tym przepływem. Moim zdaniem taka gwiazda z wielką wyspą masy zasilaniowej i obok mniejszą masy AGND to optymalna topologia w takim układzie, ale mogę się mylić. Być może w trakcie prac nad płytką wyjdzie jakieś inne fajne ułożenie, ale to trzeba zobaczyć i przemyśleć.

[Vroobee]

Tym razem piszę z pytaniem, czy nie będzie to przeszkadzać jeśli na warstwie TOP będzie procek, a na BOTTOM wzmacniacze z elementami pasywnymi, oporniki pomiarowe, konwerter napięć 5V - 3.3V i układ zasilania 5V ? Czy nie zaburzy to zbytnio otrzymywanych wartości na przetworniku ADC mikrokontrolera ? W takim ustawieniu przelotki na wejścia ADC procka będą wydaje mi się "słabym punktem".

Przy okazji, do tej pory nie robiłem "tak poważnej" płytki więc z góry przepraszam za ułomność w tym kierunku 🙂 wszystkie, które były do tej pory przeze mnie wykonane projektowałem na zasadzie - jak najmniej przelotek ! 😃

[marek1707]

Wiesz, trudno odpowiadać na szczegółowe pytania nie widząc płytki. Zakłócenia i walka z nimi to zawsze trochę loteria (10%), dużo doświadczenia (40%) i jeszcze więcej zwykłej wiedzy o zjawiskach (50%) - liczby wzięte z głowy, nie upieram się. Musisz sam takie rzeczy próbować oceniać. Jeśli nie masz doświadczenia, zaprzęgaj do tego całą wiedzę jaką masz i jaką wyczytasz. Duże placki po dwóch stronach lub długie ścieżki idące współosiowo na płytce dwustronnej robią kondensator. Niewielki, ale zawsze. No i teraz szacuj czy 5 czy 10pF coś szkodzi. W przypadku gdy obwód/net jest sterowany prze opornik np. 100k a pasmo jest duże - to szkodzi, ale już gdy przez ten sam opornik sterujesz pojemnością 10nF do masy, to już nie. Tak samo gdy linia jest wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Jego impedancja wyjściowa to ułamki oma więc trzeba by się bardzo postarać żeby taki net zakłócić. Jeżeli wszelkie dzielniki dostarczające napięcia do wejść ADC postawisz wprost na masie analogowej podpiętej bezpośrednio do pinu AGND, to tam nic złego stać się nie może, nawet jeśli będą po drugiej stronie płytki. Oczywiście separacja przestrzenna jest dobra. Może w wersji 1.0 załóż sobie montaż jednostronny - taką płytkę łatwiej się montuje, mierzy i uruchamia, bo masz dostęp do wszystkiego bez kłopotliwego odwracania i zdejmowania podpiętych już sond. Dodatkowo nie masz tylu kłopotów właśnie z separacjami. Robisz na spodzie osobne wyspy dwóch mas, na górze elementy i 90% ścieżek. To czego się nie da górą, puszczasz z konieczności dołem ale tylko tak, by nie psuło to topologii mas i połączeń silnoprądowych - one są ważniejsze. Jeżeli jakieś dalekie połączenie sygnału cyfrowego, sterującego musi przejść przez pół płytki to trudno, robisz mu po drodze i 10 przelotek własnie po to , by głupi sygnał nie popsuł ważniejszych rzeczy. Nie płacisz za liczbę przelotek. Jeżeli jakaś gruba rzecz ma przejść na drugą stronę PCB, robisz w miejscu przejścia kilka (2-10) przelotek tuż obok siebie. Dowiedz się jak blisko mogą być metalizowane otwory o danej średnicy (i na laminacie o danej grubości) u Twojego wykonawcy płytek. W każdym razie ja bym zaczął przymiarki do tego projektu od montażu na jednej stronie. Dla niewprawnego projektanta PCB taka płytka jest w czasie rysowania łatwiej ogarnialna, łatwiej modyfikowalna, więcej widać i nie trzeba wciąż myśleć a dwóch płaszczyznach na raz. No i wszelkie uwagi zgłaszane przez oglądających ten wątek będą sensowniejsze i bardziej spójne 🙂

Dowiedz się też czy jest szansa zrobienia płytki z miedzią 70um, czy jest to droższe i jak zmieniają się reguły DRC w takim przypadku. Mogą być wymagane grubsze ścieżki i większe izolacje. Gruba miedź to dwa razy mniejsze rezystancje 🙂 i często na płytkach zasilaczy warto z tego korzystać. Może nie jest to wielki system, prądy po 10 czy 50A i takie tam, ale warto przecierać nowe nomen-omen ścieżki. Kiedyś będzie jak znalazł 🙂

[Vroobee]

Plytka powoli się rodzi. Ale wpadłem na pewien pomysł w trakcie projektowania. Mianowicie zastanawiam się czy możnaby masę analogową oddzielić od masy zasilającej poprzez dławik np. 10 uH. Może wtedy byłby mniejszy wpływ zakłóceń na pomiar przez ADC procesora. I wszystkie masy dzielnikow, wzmacniaczy, pin AREF (przez kondensator) i opornik R28 połączyć do masy AGND. Reszta do zasilającej.

[marek1707]

Tak się czasem robi, ale wtedy musisz zapewnić, że jedynym pożądanym prądem płynącym przez dławik jest prąd "analogowy" - prądy dzielników, prąd zasilania wzmacniaczy, zasilanie/odniesienie części analogowej ADC itp. Niestety ATMEL nie wyróżnił takiej analogowej masy (AGND) w ATmega328, masy która byłaby niepołączona wewnętrznie z resztą pinów GND. Można podejrzewać, że może to być pin 22 (w DIP28) bo leży bardzo blisko AVCC i VREF, ale nie mierzyłem tego. Gdyby taki pin istniał, w przypadku separacji dławikiem mógłbyś podpiąć go do masy analogowej na płytce a wszystkie pozostałe piny GND procesora do masy zasilaniowej. W tym procku masz tylko jeden rodzaj mas więc nie ma wyjścia: mniejszym złem jest podłączenie wszystkich GND do masy analogowej i dobre blokowanie pojemnościami prądów cyfrowych wpływających do VCC (i wypływających przez piny GND). Dławik separujący wyspy masy tu już moim zdaniem niczego nie poprawi.

Procesory/scalaki z bardziej wypasionymi torami analogowymi lub rasowe przetworniki A/C mają oczywiście taki rozdział.

Gdybyś w swoim układzie podłączył piny GND procesora do masy śmieciowej i odseparował to od węzła AGND dławikiem, to jego rezystancja (i indukcyjność dla co szybszych przebiegów) byłaby wspólna dla wszystkich prądów przez niego płynących i skutkowałaby "nakładaniem się" kanałów pomiarowych na siebie czyli przesłuchami, bo odniesienie ADC byłoby brane względem węzła za dławikiem 🙁

Trochę jest też tak, że 10-bitowy przetwornik to nie jest element, który wymaga takiego rozdziału mas. Zachowując minimum rozsądku można tak zaprojektować płytkę, że dostajesz 9 stabilnych bitów bez uciekania się do sztuczek z wyższej półki. W procesorze wyposażonym w tak prosty ADC, w małej obudowie po prostu szkoda jednego pinu na AGND skoro trzeba czasem przepuścić przez piny masy ponad 100mA - bo absolutne ograniczenie mamy na 200mA a ludzie od budowania kostek 5x5x5 z diod LED są bezlitośni...

Widzę, że drążysz w odpowiednim kierunku, bardzo dobrze 🙂