Regolatore di tensione per pannello solare

[leo72]

Sono a chiedere l'aiuto di qualcuno più ferrato di me in elettronica.

Ho un pannello solare le cui specifiche sono queste:
Pmax: 5W
Vpm: 17,3V
Ipm: 0,29A
Voc: 22V
Isc: 0,32A

Quindi deduco che dia 17V/0,29A ca. con carico.
Da questo sono partito cercando di realizzare un circuito che mi regolasse la tensione a 5V. Siccome avrei la necessità di alimentare sia un pacco di batterie ricaricabili sia un micro con un circuito, ho bisogno di 2 tensioni:

• tensione principale ca. 9V
• tensione secondaria 5V

Per far ciò ho deciso di usare un LM317 per generare i 9V che userò per alimentare il pacco di batterie e poi anche il 7805, che uso per portare la tensione a 5V.
Le resistenze di regolazione dell'LM317 sono state scelte usando un calcolatore online:
R1 è 240 ohm (valore di "default")
R2 è 1K5, grazie alla quale ottengo 9,04V in uscita.
Siccome il pacco di batterie è composto da 6 stilo AAA ricaricabili (tens. nominale 1,2V - tensione di ricarica 1,4V), per ricaricarle ho necessità di avere 8,4V. Dato che userò un diodo per isolare il pacco quando la cella solare fornirà abbastanza tensione, ho calcolato che mi servono 9V in direzione del pacco di batterie (8,4V tensione di ricarica + 0,6V caduta di tensione introdotta dal diodo).
Il 7805 lavora sulla tensione in uscita dall'LM317 per fornire i 5V.
Ho aggiunto 2 diodi per evitare inversioni nei collegamenti.

Al momento ho solo realizzato il circuito per provare che effettivamente funzioni usandolo per alimentare un LED ed un Attiny84 con uno sketch che fa lampeggiare 3 led in base alla selezione operata dall'utente con un pulsantino.

Il problema è che la tensione che misuro in uscita dal piedino OUT dell'LM317 è, anche in pieno sole, prossima ai 5V e, conseguentemente, quella in uscita dal 7805, intorno ai 3-3,2V. A causa di ciò il circuito non funziona correttamente: basta cambiare inclinazione al pannello che i led si spengono.
Eppure le resistenze mi sembrano calcolate giuste (ho usato questo tool: WhatCircuits.com is for sale | HugeDomains)

Allego lo schema del circuito.

[ratto]

Il problema è un altro....
quando te colleghi il pannello solare al LM317 L'integrato comincia bruciare tensione e corente ... in questo modo vai troppo giù.....
usa questo schema.. io l'ho realizzato tempo fà e funziona correttamente.....
http://www.futuraelettronica.net/pdf_ita/7100-FT276K.pdf
subito dopo questo ci metti la batteria ed il 7805 :)
è semplice ma funziona

[leo72]

Lo proverò. Cmq non capisco perché non vada. Le resistenze sono corrette.

[Maurotec]

Ciao Leo, il circuito suggerito da ratto è un generatore di corrente costante ed è ottimo se vuoi ricaricare batterie in breve tempo, mentre quello realizzato da te è un circuito stabbilizzatore di tensione.

Nello schema non si vede dove e come colleghi la batteria, in teoria ti dovrebbe bastare una resistenza tra 317-out tarato a 14volts e la batteria. Il valore di questa R dipende dalla corrente massima di carica, visto il pannello dovresti tararla per circa 200mA. Lasciando il circuito come lo hai disegnato così funzionerà se alimenti il 7805 ai capi della batteria, questo vale anche se cambi circuito di ricarica.

Questo non è la soluzione più efficiente e nel tuo caso potrebbe bastarti, nel caso volessi fare qualcosa di più efficiente puoi pensare di fare un regolatore di carica shunt.

Se hai qualche pin libero almeno due, uno PWM e l'altro analogico. Prendi un mosfet NPN e colleghi il DRAIN al + del pannello, il SOURCE lo colleghi al comune (GND). Il GATE lo piloti con PWM e l'ingresso analogico ti serve per misurare la tensione di batteria.

Con un PWM del 50% ti ritrovi con metà tensione fornita dal pannello, con 0% tutta la tensione dal pannello fluisce verso la batteria, mentre con PWM 100% spegni la ricarica (equivale a uscita High che pilota il gate).

Collega il 7805 alla batteria per prima cosa, poi vedi se è il caso di fare altro.

Ciao.

[leo72]

Il circuito per la batteria andrà collegato in un punto tra l'LM317 ed il 7805 dove, "in teoria", dovrebbero passare i 9V. Ma non passano. Ecco, quello che chiedevo era il perché del fatto che dall'LM317 non escono 'sti benedetti 9V ma poco più di 5V. Eppure le resistenze le ho calcolate per avere proprio questa tensione dall'LM317.

[ratto]

Prova così...
metti un condensatore elettrolitico da almeno 2200uF prima del LM317.... ma dopo il diodo:) misura la tensione che hai li.... e poi quella dopo il 317 se non trovi i 9v le cause sono le seguenti:
-resistenze non adeguate...
-LM317 andato....
-LM317 collegato in maniera errata....

Un consiglio che mi è venuto 9n mente solo ora.... evita il 317 e usa un 7808 se cel'hai e sul piedino che va a massa ci metti un diodo 1N4007 rivolto dall' IC verso massa ed in uscita hai 8.6V giusti :) senza molti sbattimenti inutili....

[system]

Secondo me potresti sostituire il primo stadio, con un lm2577, che è in grado di accettare un range di tensioni in entrata abbastanza ampio, e poi in cascata un lm317 m usato solo come generatore di corrente costante.
tipo così:
http://wwwd.national.com/national/PowerMB.nsf/85255e6f0052055e85255d7f005ed8bc/1219A9E14E19CFE588256FF0005CA918?OpenDocument

[ratto]

BrainBooster:
Secondo me potresti sostituire il primo stadio, con un lm2577, che è in grado di accettare un range di tensioni in entrata abbastanza ampio, e poi in cascata un lm317 m usato solo come generatore di corrente costante.
tipo così:
http://wwwd.national.com/national/PowerMB.nsf/85255e6f0052055e85255d7f005ed8bc/1219A9E14E19CFE588256FF0005CA918?OpenDocument

è dura trovarlo in negozi normali:)
quelli sotto casa per intenderci

[system]

Regolatore step-up LM2577T-ADJ/NOPB, 1, Step Up, 3A, Regolabile, 56 kHz,...

costa più di un lm317 ma secondo mè li vale tutti.
@Menniti questo potrebbe anche innalzare i 5v fino a 12V (per hvsp probramming)

[menniti]

BrainBooster:
http://it.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=5338120
costa più di un lm317 ma secondo mè li vale tutti.
@Menniti questo potrebbe anche innalzare i 5v fino a 12V (per hvsp probramming)

Grazie, ma in questi giorni mi sono imbottito di data sheet di step-up, alcuni anche piuttosto economici (questo costa parecchio). Sto testando dei mini-circuiti semplici che potrebbero risolvere il problema facilmente (finora ho fatto e visto solo cose stranissime ), nell'attesa che mi arrivi quello che ho scelto (LT1301 dell Linear Technology), solo che costicchia anche lui e devo valutare bene, intanto lo provo, poi se ne parla.
@ leo
se per domani pomeriggio non hai trovato la soluzione monto lo schema al volo e ti faccio sapere dov'è l'inghippo.

[leo72]

@Mike:
per ora sto provando un altro paio di schemi trovati in rete, ma con scarsi risultati. Ma io sono più duro del ferro, quindi finché non spacco tutto continuo a tirar testate (non a caso sono un ariete ] )

[menniti]

leo72:
Il circuito per la batteria andrà collegato in un punto tra l'LM317 ed il 7805 dove, "in teoria", dovrebbero passare i 9V. Ma non passano. Ecco, quello che chiedevo era il perché del fatto che dall'LM317 non escono 'sti benedetti 9V ma poco più di 5V. Eppure le resistenze le ho calcolate per avere proprio questa tensione dall'LM317.

Intanto io metterei un condensatore elettrolitico da 100-220µF tra l'IN dell'LM317 e GND, poi proverei a scollegare il 7805 per capire se i 9V escono o meno; non trascurare di controllare BENE le connessioni dei pin; il 7805, visto dal lato anteriore (quello con la dicitura sul corpo) è esattamente IN-GND-OUT, l'LM317, visto allo stesso modo è ADJ-OUT-IN, quindi completamente differente. Una curiosità, che versioni stai usando dei due IC, sono quelle in case TO-220?

EDIT: usa R1=180 e R2=1k2, meglio avere ½ volt in più, non succede nulla; tieni presente che quel diodo in uscita dal 7805 ti porta la Vout a 4,3V circa, se proprio ti serve devi metterne un altro tra il pin GND e la GND vera e propria, in modo da avere un'elevazione della Vout dell'IC a circa 5,7V, quindi 5V finali. Naturalmente i due C vanno sulla GND vera e non sul GND dell'IC.

[leo72]

Sì sono TO220.
La piedinatura l'ho ricontrollata ed è a posto.
Il diodo sull'OUT del 7805 l'ho tolto.

Adesso ricablo l'LM317 con uno schemino che ho trovato. Poi ho una mezza idea sul possibile motivo del problema: verificherò.

Se non ci riesco, chiudo tutto e buonanotte. Domattina, a mente fresca, ci rimetterò mano XD

[Maurotec]

@Manny
Uno switching DC/DC step-up
http://www.ladyada.net/library/diyboostcalc.html
LT1301 è anche fin troppo per le tue necessità, forse bastava uno step-up a pompa di carica da pochi mA.
Questo è indicato per quello che devi fare LTC1263 Datasheet and Product Info | Analog Devices, 60 mA a 12Volts
dovrebbero essere più che sufficienti.

@Leo

Il circuito per la batteria andrà collegato in un punto tra l'LM317 ed il 7805 dove, "in teoria", dovrebbero passare i 9V. Ma non passano. Ecco, quello che chiedevo era il perché del fatto che dall'LM317 non escono 'sti benedetti 9V ma poco più di 5V. Eppure le resistenze le ho calcolate per avere proprio questa tensione dall'LM317.

Non testare il circuito con il pannello, ma con un'alimentatore se non c'è l'hai metti due batteria da 12 in serie, prova il circuito con LM317 (o 78xx), se funge allora collega il pannello e carica l'uscita del 317 con un carico, rileva la tensione sul pannello che sia sempre superiore a quella minima necessaria per far lavorare il 317.

Se assorbi molta più corrente di quella che il pannello al momento può fornire questo in gerco si siede, cioè si riduce la Vout. Ripeto non ha senso mettere i regolatori in cascata.

I pannelli fotovoltaici reggono perfettamente in corto circuito per questo si usa la regolazione shunt, cortocircuitare un pannello non reca danni di nessun tipo quindi anche non volendo ricorrere al mosfet in pwm puoi ricorrere alla ricarica della batteria tramite R di caduta poi se la batteria regge una corrente di carica massima superiore a quella fornita dal pannello puoi anche collegarli direttamente attraverso l'uso di un diodo, quando la batteria risulta carica porti un pin High connesso con il gate (o base) per cortocircuitare il pannello, e fine ricarica, ma occhio che il micro va sempre alimentato dalla batteria non dal pannello.

Ciao.

[astrobeed]

leo72:
Il problema è che la tensione che misuro in uscita dal piedino OUT dell'LM317 è, anche in pieno sole, prossima ai 5V e, conseguentemente, quella in uscita dal 7805, intorno ai 3-3,2V. A causa di ciò il circuito non funziona

A parte l'aggiungere i condensatori, da 22uf con in parallelo un 100 nf sia in ingresso che in uscita del 317, idem sull'uscita del 7805, e togli il diodo, ma l'hai misurata la tensione in ingresso al 317 ?

[menniti]

MauroTec:
@Manny
Uno switching DC/DC step-up
Make a simple boost converter
LT1301 è anche fin troppo per le tue necessità, forse bastava uno step-up a pompa di carica da pochi mA.
Questo è indicato per quello che devi fare LTC1263 Datasheet and Product Info | Analog Devices, 60 mA a 12Volts
dovrebbero essere più che sufficienti.

siamo OT mi scuso con Leo: In realtà ho testato circuiti anche più semplici e sono riuscito a tirare fuori 12v senza usare IC, ho provato anche con un 555 e le cose vanno decisamente meglio perché non devo usare trasformatorini. Restano problemi riguardanti il ripple elevato, che non so quanto un micro gradisca, e per tentare di abbatterlo alla fine lo spazio che ho non mi basta. Il vantaggio del 1301, scovato per un saggio consiglio di un esperto, consiste nel fatto che ha un pin di shut-down che mi permette di pilotare direttamente anche lo switch di tensione, "risparmiando" così la circuiteria npn-pnp-R che assolve a questa funzione, ecco perché l'ho preferito alla linea MC3xxxx, p.es., anche molto economica. Per il resto, ho misurato l'assorbimento del pin reset e si tratta di 300µA, quindi qualsiasi cosa andrebbe bene. In definitiva l'idea che ho è questa: uno step-up all-in-one e non se ne parla più, oppure un circuito a componenti discreti semplice e funzionale allo scopo, mi occupa più spazio ma costa di meno, ma il fattore spazio è determinante. Comunque faccio ancora prove, se ho bisogno apro un Topic OT, non voglio spammare ogni Topic del Forum. Grazie MT, sei un generoso XD
@ Leo
naturalmente quanto detto da Astrobeed è prova da fare, io per la verità consigliavo in ingresso al 317 un C da 100-220µF ma sono necessati anche i 100nF ceramici o in poliestere. Ciò detto avrei usato un 7809 invece del 317. Come promesso, se non risolvi, pomeriggio ti testo lo schema con un alimentatore esterno invece del pannello solare.

[leo72]

Aggiornamento.
Stanotte ho rivisto il cablaggio e devo aver sbagliato qualcosa, ieri. Inoltre forse avevo una pinza a coccodrillo che non faceva presa bene su uno dei poli in uscita dal pannello perché ieri misuravo 6 mA in ingresso all'LM317!

Stamattina, ho ricontrollato le pinze ed ho messo il pannello a pieno sole: ho così misurato 9,10V in uscita dall'LM317 (perfetto! le resistenze erano calcolate per avere 9,06V) e 4,96V in uscita dal 7805. Quindi sicuramente il problema era la scarsa corrente in entrata all'LM317

Adesso aggiungerò i condensatori come da voi suggerito. Chiedo una cosa: in molti (tanti) progetti online vedo che mettono sempre dei diodi a polarità invertita a protezione dell'LM317. Servono, nel mio caso, oppure no? Mi pare di aver letto, sul datasheet, che servono quando uso i condensatori, per evitare che, tolta l'alimentazione, i condensatori si scarichino sull'LM317.

Stamani vedo di rifare il circuitino con l'uso dei cond su entrambi i regolatori.

EDIT:
ho scartato il 7809 per il semplice motivo che mi piaceva sperimentare l'LM317, molto più flessibile e riusabile anche in altri frangenti, e perché così almeno imparavo ad usare un nuovo componente, con le problematiche che ne sarebbero potute derivare (mai fui più profetico... ).

[astrobeed]

leo72:
Chiedo una cosa: in molti (tanti) progetti online vedo che mettono sempre dei diodi a polarità invertita a protezione dell'LM317. Servono, nel mio caso, oppure no?

Il diodo contropolarizzato non è indispensabile con tensioni minori di 10V e capacità minori di 25-30 uF sull'out, diversamente è bene metterlo.
Il discorso condensatori è abbastanza semplice, quelli da 100 nf sono indispensabili sia in che out perché senza è possibile che il regolatore autoscilli, quelli di grossa capacità vanno dimensionati in funzione del ripple/rumore in ingresso e gli eventuali picchi di corrente che la sorgente non è in grado di fornire.
Nel tuo caso la sorgente è abbastanza esente da rumore e non ci sono grosse correnti in gioco pertanto non servono grosse capacità per filtrare il tutto, ecco perché 10-20 uF bastano.

[leo72]

Ho rifatto il circuito.
Ho messo dei cond. elettrolitici da 10 uF (non avevo quelli da 22) e degli 0.1uF ceramici in parallelo ai primi, sia sugli IN che OUT di entrambi i regolatori.

Oggi devo andare a lavoro per cui non potrò portare avanti il progettino. Stasera o domani vedo di aggiungerci il pacco di batterie ricaricabili.

[leo72]

Nuova versione del mio regolatore di tensione.
Il circuito l'ho provato stamani dopo il precedente post e prima di uscire di casa: funzionava. Devo solo testarlo lasciandolo per un bel po' al sole per vedere se fa ciò che dovrebbe, ossia caricarmi la batteria quando c'è sole XD

Solo ora ho trovato mezz'ora per disegnarlo.
Dunque, la modifica riguarda l'aggiunta del pacco di batterie e del relativo circuitino per la ricarica/gestione.

Prendendo spunto da qui, ho realizzato un "semaforo" con 3 diodi. Illustro il "pensiero" che mi ha portato a tale circuito. Correggetemi se dico ca@@ate.

In caso di sole, la cella solare "pigia" al massimo e l'LM317 in questo caso sputa fuori il max di tensione, ovvero 9,06V (che poi sono 9,10 letti col tester). Questa tensione passa dal diodo D1 e va a caricare il pacco batteria dato che 9V (arrotondo) - 0,6V (caduta del diodo) danno 8,4V, esattamente la tensione di carica delle 6 AA usate come batteria di emergenza.
Inoltre, tramite il diodo D2, altri 8,6V (9V-0,6V) vanno in direzione del 7805 per alimentare il circuito secondario (che qui non è rappresentato).

La batteria è collegata anch'essa al 7805 tramite il diodo D3 ma da questo escono max 8,0V (8,6V-0,6V) provenienti dal diodo D1 quando la cella solare spinge al massimo. Tale tensione è inferiore a quella presente sul diodo D2 (8,6V) quindi il 7805 viene alimentato da questo, ossia dalla cella. La batteria non eroga tensione ed è quindi in carica.

Mettiamo il caso che arrivi la sera o che un temporale sia in zona. La cella solare non fornisce tensione o ne fornisce poca, tanto da non essere sufficiente a far lavorare l'LM317. In questo caso la tensione presente sul diodo D3 è pari a 6,6V, ossia 7,2V: la tensione nominale proveniente dal pacco batteria meno la caduta causata dal diodo. Tale tensione è però superiore a quella del diodo D2 dato che, non ricevendo energia dalla cella solare non sta fornendo tensione. Il 7805 viene quindi alimentato direttamente dal pacco batteria. Il dropout del regolatore è di ca. 2V (vedo da datasheet) per cui dovrebbe fornire in uscita 4,6V (6,6V-2V), più che sufficienti per il mio micro. Volendo potrei sostituire il diodo D3 con uno Schottky, così da avere solo 0,3V di caduta ed ottenere in ingresso al 7805 6,9V ed in uscita 4,9V.

EDIT:
nello schema C4 è da 10 uF, ho sbagliato a scrivere.