Ein flexibler Schaltregler für Hochleistungs-LEDs

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Wie sich Solarmodule regeln lassen

Eine gut dimensionierte Energieversorgung für Photovoltaik-Module benötigt eine intelligente Kombination aus Strom- und Spannungsregelung. In einem optimalen Design muss ein Wandler die vom Modul erzeugte Spannung messen und den aufgenommenen Strom so regeln, dass die Spannung auf dem Punkt maximaler Leistung gehalten wird. Wird zu viel Strom aufgenommen, so bricht die Spannung des hochohmigen Moduls zusammen. Wenn zu wenig Strom aufgenommen wird, dann wird die verfügbare Lichtenergie nicht vollständig genutzt.

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Bei der Entwicklung von PV-Modul-Wandlern wird üblicherweise ein Verstärker verwendet, um die Eingangsspannung abzutasten und die Spannung am Stromregelungs-Pin einzustellen. Der LT3763 beinhaltet diese Funktion bereits am FBIN-Pin. Dazu muss der CTRL1-Pin auf High gezogen werden, indem er mit der am V_REF-Pin verfügbaren 2-V-Referenz verbunden wird und ein Spannungsteiler wird zwischen V_IN und FBIN gelegt. Wenn die Spannung am FBIN-Pin auf etwa 1,205 V abfällt, übersteuert der interne Verstärker automatisch die CTRL1-Spannung und verringert so den Laststrom. Dies regelt die Eingangsspannung (die Spannung des Solarmoduls) auf den Punkt maximaler Leistung dieses Moduls. Der Widerstandsteiler am FBIN-Pin ist in Bild 6 dargestellt und kann an die Anforderungen beliebiger Solarmodule angepasst werden.

In der Konfiguration in Bild 6 kann der Wandler einen beliebigen Spulenstrom bis zu 5 A generieren, um die Modul-Spannung bei 37 V zu halten. Die Rückkopplung der Eingangsspannung wird über den Spannungsteiler am FBIN-Pin realisiert und regelt wiederum den Spulenstrom auf den Wert, welcher gerade benötigt wird, um das Modul auf der Maximalleistung bei beliebigen Lichtbedingungen zu halten.

Wie in Bild 7 dargestellt, entspricht der Ladevorgang einer Batterie durch eine Solarzelle in weiten Teilen dem des Ladens mit einer niederohmigen Versorgung wie zuvor gezeigt. Der Unterschied liegt darin, dass der geregelte Spulenstrom (Ladestrom) nicht vom Entwickler vorgegeben werden kann, sondern stattdessen während des Betriebes durch den Rückkoppelkreis der Eingangsspannungs-Regelschleife ausgeregelt wird. Dies minimiert effektiv die Ladezeit, da die Eingangsleistung ungeachtet der Modulbestrahlung zu jeder Zeit maximiert wird.

Da der LT3763 die Größen Spannung und Strom sowohl am Eingang als auch am Ausgang regeln kann und einen Fehler-Flag mit C/10 bietet, kann er leicht mit einer großen Anzahl von Solarmodulen zum Laden verschiedener Batterietypen verwendet werden.

Eingangs- und Ausgangsstrompegel überwachen

Der Baustein bietet Lösungen, um die Eingangs- und Ausgangsstrompegel zu überwachen. Die Spannungen über den IVINP- und IVINN-Pins, die von 0 bis 50 mV reichen dürfen, werden mit einem Faktor von 20 verstärkt und die resultierende Spannung am IVINMON-Pin ausgegeben. Die Spannung am ISMON-Pin repräsentiert die identisch verstärkte Spannung über den SENSE+- und SENSE--Pins.

Diese Signale sind in Systemen hilfreich, welche den für die LEDs bereitgestellten Strom verifizieren müssen oder für die Messung der Effizienz einer Spannungswandlung verantwortlich sind. Sie können zusätzlich dabei helfen, die von einem Solarmodul bereitgestellte Leistung abzuschätzen oder den von einer zu ladenden Batterie aufgenommenen Strom während der Trickle Charge Phase zu überwachen. Aufgrund des nicht stetigen Eingangsstromes eines Abwärtswandlers ist üblicherweise ein Tiefpassfilter an den IVINP- und IVINN-Pins nötig, wie in den Bildern 1 und 4 dargestellt.

Ein viel kleinerer Filter an den SENSE+- und SENSE--Pins kann ebenfalls beim Filtern hochfrequenter Störungen von Vorteil sein, ist aber nicht notwendig. Sogar mit diesen Filtern sind die Überwachungseinheiten schnell genug, um angemessen kurzen PWM-Pulsen folgen zu können, wie in Bild 5 gezeigt. Dennoch können bei Bedarf zusätzliche Tiefpassfilter sehr einfach zu den ISMON- und IVINMON-Pins hinzugefügt werden, wenn der Entwickler sich mehr für den durchschnittlichen als den augenblicklichen Wert des Stromes interessiert.

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