5 W Niederspannungsstrom aus 3000 W Hochspannungsquelle ziehen

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Ich habe ein Solarpanel-Array, das 600 V, 5 A (3 kW) erzeugt. Ich möchte eine kleine elektronische Einheit erstellen, um den Gleichstrom und die Gleichspannung zu messen und diese drahtlos zu übertragen. Dafür habe ich eine elektronische Karte mit ADCs und Sender. Diese Karte verbraucht maximal 3,3 V und 100 mA. Ich möchte einen Teil der von den Panels erzeugten Energie für dieses Board verwenden.

Ich habe einige Komponenten wie den LR8 von Supertex gefunden, aber dieser liefert nicht genug Strom und hat eine maximale Spannung von 400V. Was auch immer ich tue, um diese Spannung auf 3,3 V umzuwandeln, ich verliere viel durch Erhitzen von Leistungstransistoren oder Mosfets. Da das Board möglicherweise schwebt, frage ich mich, ob es intelligentere Methoden gibt, um dieses Board mit Strom zu versorgen.

Irgendwelche Ideen wären sehr dankbar!

— Enrico
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Bitte seien Sie vorsichtig mit dem 600V DC! Bei unsachgemäßer Handhabung kann es leicht mehr als nur Ihren Kreis braten.

— JimmyB

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Super-Weitbereichs-Abwärtswandler basierend auf dem VIPer16
ST AN2872 - 500 VAC / 700 VDC Eingang

Kostengünstiger 100-mA-Hochspannungs-Buck und Buck-Boost mit NCP1052
ONSEMI NCP1052 - AN8098D
<= 700 V in

Grenzwertüberschreitung - 600 V NXP AN11136 SSL2109T / AT / SSL2129AT-Controller für SSL-Anwendungen

verbunden

Konstruktionsüberlegungen für Buck-Regler mit hohem Step-Down-Verhältnis

Zwischen dem Niederspannungsende des Panels und der Batterie oder Last tritt ein Spannungsabfall auf. Ein Energy Harvesting IC oder ein kundenspezifischer Aufwärtswandler, der mit einem Bruchteil eines Volt betrieben wird, kann die Energie liefern, die Sie benötigen.

Um 3v3 bei 100 mW = 330 mW zu erzeugen, wird angenommen, dass Sie 500 mW in benötigen.
Bei 5A benötigen Sie zur Erzeugung von 500 mW ein Potential von 0,5 W / 5A = 0,1 V. Dies würde bedeuten, dass der gesamte Tropfen vom Konverter verwendet wird. Wenn Sie einen 0,5-V-Abfall zur Verfügung hatten, benötigen Sie 1A. Das erste erfordert im Wesentlichen das Unterbrechen des Zuleitungskabels und das zweite ist immer noch ein wesentlicher Anteil des 5A-Laststroms.
Wenn Sie einen Punktspannungsabfall über z. B. einen MOSFET einführen würden, wäre dieser steuerbarer.
Sagen wir 0,5 V bei bis zu 5 A verfügbar = 2,5 W.
MOSFET der Serie, auf 0,5 V Abfall regeln.
Wirkungsgradverlust = 0,5 V / 600 V = 0,08%

ABER

Du sagst

... Ich möchte einen Teil der von den Panels erzeugten Energie für dieses Board verwenden.
... aber ich habe nicht die Möglichkeit, ein einziges Panel dafür zu verwenden.
... Da könnte das Board schweben

Sie sagen jedoch nicht, warum diese Bedingungen gelten.
Eine umfassendere Definition Ihres Problems wäre hilfreich.

Sie sagen, dass Ihre Ziellast 3V3 x 100 mA = 330 mW beträgt.

Das Hinzufügen eines kleinen PV-Moduls zur Stromversorgung Ihres Systems wäre trivial.
Vermutlich gibt es einen Konverter, der Netz und / oder Batterie versorgt.
Vermutlich ist die Verwendung dieser nicht akzeptabel. Zu sagen, warum kann helfen.

— Russell McMahon
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Danke für deine Ideen! Ich hatte auch die Idee, einen Spannungsabfall im Draht zu verwenden, aber wie das geht, war mir zu schwierig. Der Grund, warum ich die Panel-Leistung für das Board nutzen möchte, ist der Preis. IT ist ein Universitätsprojekt und ich brauche es so billig wie möglich. Das Hinzufügen eines separaten Solarmoduls ist zu teuer, da das Gehäuse ebenfalls klein sein muss. Ich kann nur auf die Kabel zugreifen, die zum Wechselrichter führen, zu viel Text, um ihn zu erklären ..... Entschuldigung. Die schwebende Idee war das, was ich damit meinte, eine Zeile zu unterbrechen und damit etwas in Reihe zu stellen. Hoffe das hilft?

— Enrico

Wenn Ihr Sender gelegentlich sendet, ist der Stromverbrauch sogar noch niedriger als die von Ihnen angegebenen 330 mW. Ein 1-Dollar-Solarpanel, das einen Akku eines Mobiltelefons auflädt (3 x NimH ~ AA in Schrumpffolie), sollte ausreichen. Ein paar Dollar. Billiger wäre schwer.

— Russell McMahon

Ich habe nicht an diese Lösung gedacht, scheint eigentlich ganz einfach. Das Problem besteht nur darin, ein 600-V-Solarpanel-Ladegerät zu finden. Ich denke, ich werde mich für diese Lösung entscheiden und versuchen, sie auszuarbeiten. Ich danke dir sehr!!

— Enrico

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Es gibt Teile, die einem 600-VDC-Eingang problemlos standhalten. TI verfügt über ein Referenzdesign eines Konverters, der einen Eingang von 800 V verarbeitet und einen Ausgang von 25 V / 0,25 A (6 W) erzeugt, mit dem Sie problemlos die erforderliche Leistung von 3,3 V erzeugen können.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich schlage vor, dass Sie in Betracht ziehen, einen solchen Konverter auf dem Markt zu kaufen. Die Herstellung des Transformators erfordert jedoch eine gewisse Technik für Sicherheit und Funktionalität und ist für eine einmalige Methode nicht sehr kostengünstig (die Beschaffung von kundenspezifischen Magneten in kleinen Mengen ist selten ist).

Beachten Sie, dass das Verhältnis von 600 V: 3,3 V oder sogar 24 V weit über dem liegt , was Sie ohne Transformator oder abgegriffenen Induktor (als Faustregel etwa 10: 1) vernünftigerweise erwarten können. Dies bedeutet wahrscheinlich, dass Sie eine benutzerdefinierte magnetische Komponente benötigen es sei denn, Sie möchten es in mehreren Schritten tun.

— Spehro Pefhany
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Danke Spehro. Ich sehe, dass in diesem Schema der LM5022 direkt vom Q100 gespeist wird. Ist dies nur möglich, weil der LM5022 sehr wenig Strom verbraucht? \

— Enrico

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Es ist für die Inbetriebnahme eingespeist nur durch Q100 (a 1kV MOSFET) , die von der Zener bildet eine Art Linearregler als Sourcefolger. Sobald der Chip in Betrieb ist, speist er sich über D105 vom Transformator. Andernfalls würde Q100 sehr heiß werden. Wenn Sie versuchen würden, einen Linearregler für die Versorgung mit 3,3 V bei 100 mA herzustellen, würde er 60 W verbrauchen.

— Spehro Pefhany

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Ich würde 2 Leistungsdioden in Reihe verwenden, die 1,2 V erzeugen, genug, um einen kleinen Aufwärtswandler-Chip mit 3,3 V zu betreiben, um den Rest mit Strom zu versorgen. Die maximale Verlustleistung in den Dioden beträgt 5x1,2 V = 6 W, aber das ist nichts im Vergleich zu 3 kW. Dies kann funktionieren, sobald Sie mehr als 100 mA aus dem Solar-Array (60 W) ziehen.

— koen weijand
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Beachten Sie, dass das OP mindestens so viel Strom aus den Panels ziehen muss, wie der Aufwärtswandler benötigt. Trotzdem mag ich die Lösung wegen ihrer Sicherheit und Einfachheit. Beachten Sie auch, dass Dioden nicht für 600 V ausgelegt sein müssen, da an sie niemals eine Sperrspannung angelegt wird.

— Dmitry Grigoryev

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Was Sie wollen, ist ein Abwärtswandler . Dies ist eine Art Schaltnetzteil, das eine niedrigere Ausgangsspannung als die Eingangsspannung erzeugt.

Da Sie nur einen Mikrocontroller und ein wenig Elektronik damit herumfahren möchten, benötigen Sie keine besonders hohe Effizienz. 100 mA bei 3,3 V (330 mW) wären viel für Ihre Schaltung. Selbst wenn dies insgesamt 1 W aus dem Solarpanel zieht, sollte dies keine Probleme verursachen.

Ich würde dieses Netzteil einfach halten, wahrscheinlich ein Pule-on-Demand-System. Der schwierige Teil wird die Steuerung des High-Side-Schalters über 600 V sein. Die Hochspannung wird auch die für diesen Schalter verfügbaren Teile stark einschränken. Es wäre gut genug, etwas zu arrangieren, das einen Impuls von 500 ns erzeugt, beispielsweise wenn die Spannung auf der niedrigen Seite unter einem Schwellenwert liegt. Ich würde nicht versuchen, die 3,3 V direkt zu regeln. Machen Sie so etwas wie ein Minimum von 4 V und lassen Sie dann einen Linearregler 3,3 V machen. Dieses Minimum von 4 V kann direkt nach einem Impuls an seiner Spitze bis zu 6 V ansteigen, aber auch hier sind Ihre Leistungspegel so niedrig, dass der Wirkungsgrad wirklich kein Wert ist großes Problem hier.

Ein 100-mΩ-Erfassungswiderstand kann zum Messen des Stroms und ein Spannungsteiler zum Messen der Spannung verwendet werden. Die Ausgabe von diesen würde vom Mikro gemessen, das die Informationen digital senden würde, möglicherweise über einen Optokoppler.

— Olin Lathrop
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Dank Olin sehe ich viele dieser Abwärtswandlerschaltungen, aber alle benötigen eine niedrigere Eingangsspannung (<100 V), um die Oszillatorschaltung für die Abwärtsumwandlung zu steuern. Ich habe diese niedrigere Spannung nicht zur Verfügung, nur die sehr hohe Spannung. Haben Sie eine Idee, wie Sie eine Lösung dafür finden können?

— Enrico

Es gibt einige Linearregler, die für sehr niedrige Leistungen arbeiten, aber 600 VDC sind die Obergrenze, wenn ich mich recht erinnere

— Vladimir Cravero

@Vlad: Ich weiß, ich sagte, Effizienz ist kein großes Problem, aber das war im Kontext eines Buck-Konverters. Ein Linearregler ab 600 V wäre so ineffizient, dass er ein Problem darstellt. Selbst wenn die Mikro- und Umgebungsschaltung nur 10 mA verbraucht, würde dies 6 W bedeuten, die vom Regler abgeführt werden. Das würde definitiv einen Kühlkörper brauchen.

— Olin Lathrop

@OlinLathrop Ja, ich weiß, das war die Frage "Wie man den Oszillator antreibt".

— Vladimir Cravero

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Für die Stromversorgung Ihrer Schaltung können Sie die Möglichkeit prüfen, auf das in Reihe geschaltete Array zuzugreifen. Normalerweise haben einzelne Panels Spannungen, die weit unter der endgültigen Systemspannung liegen, z. B. 12 oder 36 V. Wenn Sie Ihren Stromkreis nur an ein Panel anschließen, ist das Problem mit der Stromversorgung möglicherweise behoben:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wobei "CIRCUIT" Ihre Schaltung / Stromversorgung wäre, während das gestrichelte Kästchen die gesamte Anordnung der Panels darstellt (in diesem Fall vier).

Das Messen von 5A sollte auch nicht schwierig sein, aber jemand anderes muss Sie auf praktikable Lösungen hinweisen, um diese 600 V sicher zu messen.

Haftungsausschluss: Ihr Projekt ist möglicherweise gefährlich für Sie oder Ihre Umgebung. Was ich oben gesagt habe, ist meine persönliche Meinung und kann völlig falsch sein. Gehen Sie auf eigenes Risiko vor, aber gehen Sie sehr vorsichtig vor.

— JimmyB
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Danke Hanno, sorry, aber ich habe nicht die Möglichkeit, ein einziges Panel dafür zu verwenden. Aber ich stimme zu, dass dies eine einfache sichere Lösung wäre

— Enrico

Noch ein Hinweis: Sehen Sie sich die technischen Daten des Panel-Arrays an. Es kann durchaus eine Nennspannung (MPP) von 600 V haben, aber eine deutlich höhere Leerlauf- / Leerlauf- / Leerlaufspannung. Ein 12-V-Nennfeld kann durchaus 18 V ohne Last liefern, was hochgerechnet auf Ihrem Array maximal 900 V beträgt, und Ihre Schaltung müsste sich auch damit befassen.

— JimmyB

Ja, Sie haben Recht, die 600 V basieren auf den Leerlaufspannungen der Panels, also dem absoluten Maximum ohne Last. Ich habe in dieser Situation einfach keinen Zugriff auf separate Module, es ist keine Option. Sonst wäre es einfach ...

— Enrico

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Wäre es möglich, 5 W durch Induktion von der Hauptzuleitung zu erzeugen?

Andernfalls können Sie den einfacheren Ansatz wählen und ein separates, kleineres Panel hinzufügen, um die für die Elektronik erforderlichen 5 W zu erzeugen.

— Revoman
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Wie würden Sie Strom aus Induktion erzeugen, wenn nur Gleichstrom im Kabel ist? Das kleinere Panel ist einfach, aber für dieses Projekt keine Option .... sorry

— Enrico