Доработка штатного DC-DC солнечной панели до MPPT, универсальное решение

На примере народной панели от CHOETECH
Будут решены вопросы:
1. Почему штатные DC-DC имеет такой режим работы с перезапуском
2. Почему штатный DC-DC лучше покупной отдельной платки на CN3791
3. Зарядка лития напрямую с максимальным КПД
4. Работа панели даже в тени
5. Поиск точки MPPT
6. Работа по приоритетам, вначале литий, а потом внешние USB на сдачу
UPD!!!
7. Замеры КПД

* и всё это с максимальным сохранением исходного состояния панели и минимальными вложениями.



Почитав обзор, и другие обзоры на солнечные панели и комментарии. Решил приобрести панельку для опыта и спортивного интереса: пощупать солнечную энергию и огрехи производителя, как они неумело готовят вольты и амперы.

Первым делом решил добраться до прямых контактов от панели, которые припаяны к DC-DC, добрый человек принес в жертву целостность своей панели, поэтому я обошелся малой кровью, проковырял сбоку:



подключив к выводам панели вольтмерт (https://www.aliexpress.com/item/32825791816.html)
на 1 усб я повесил белый доктор, очень удобен оказался с проводом (https://www.aliexpress.com/item/32834369767.html)
на 2 усб — повербанк, что позволило усб тестером измерять напряжение без просадки на контактах

начал изучать «что не так», без видео не передать тошнотворную работу стокового преобразователя:



Видно что в работе DC-DC не участвует — напряжения идентичны 4.65В, так как просадка напряжения с панелей ниже выставленного выходного у преобразователя напряжения 5В усб, но почему-то идет сброс контроллера и дергание, при котором видно что без нагрузки на панели в тени 5.7 В (отключен при этом выход).

начал изучать схемотехнику по этому комментарию


желтые полоски — дорожки противоположного слоя

Q1 — транзистор полевой, размыкает сразу на оба USB +5В шину, может защита по току… сам же как шунт.
U3 — микросхема подключена к D+ и D- одного из порта, для того чтобы сообщать гаджетам о «многоамперной» зарядке
U1 — не понял что за микросхема, скорее всего отслеживает напряжение на панели и она же подключена ко входу U2…
U2 — сам преобразователь, TD1583, у которого как раз 7 ножка вход EN, по даташиту на ней должен быть высокий уровень

значит режем дорожку EN, подтягиваем к +. замыкаем транзистор Q1 и готово. Решил отрезать такой скальп для этой операции и его так надломать чтобы крышка не проваливалась:





И оказалось что схема уже другая, только преобразователь тот же. А он нам только и нужен. Изучив эту схему и новые компоненты, производитель заменил защиту общую на одном транзисторе, и разделил защиту по току на каждый порт sy6288



добавили транзистор Q1 для дрыкания 7го вывода преобразователя, и видно сразу подтяжку к +от панели через резистор R6

чтобы сделать работу без отключений преобразователя, надо выпаять резистор R7, и микросхемы sy6288 заменить перемычками, чтобы убрать падение напряжения на них:



Солнечная панель после такой переделки перестанет выключаться-включаться, а преобразователь будет как защита, от превышения входного напряжения с панелей. при низком напряжении с панелей она вообще не будет ничего преобразовывать и пускать с панели напрямую свой вольтаж без преобразований. Защита по перегрузке по току на выходе будет в преобразователе, будет общей на два порта.
ни о каком МРРТ даже говорить не стоит.



Для любой солнечной панели желателен буфер, чтобы потребитель не страдал от прерывистой работы (облачной погоды), и надо чтобы этот буфер из лития заряжался минимальным количеством преобразований с максимальным КПД, такие как DC-DC 5В + линейный преобразователь повербанка.

И тут пришла мысль, а почему бы не отслеживать напряжение на солнечной панели, и при уменьшении напряжения порогового давать сигнал на вход FB преобразователя, для уменьшения выходного напряжения (уменьшения мощности). Такой режим позволит работать преобразователю в режиме источника тока, это позволит 5В USB выход цеплять к литию напрямую на заряд.

Идея:




Паять вот так:


Еще! очень важно поставить хороший конденсатор параллельно панели, без него на малой освещенности поет преобразователь, как раз боковая дыра в корпусе для этого дела подойдет.




кадры из видео, в один порт вставлен повербанк, во второй через белый доктор еще один повербанк



На этом этапе работа с панелью заканчивается, что сделано:
— преобразователь работает без сбросов
— преобразователь удерживает точку МРРТ
— замкнуты защиты от перегрузки портов по току, что уменьшает потери

закрывается просто скотчем:




теперь можно подключать литий напрямую заряжать, ток при низком напряжении 3.7в выше чем при напряжении 5в, это дает выше КПД зарядки, чем если заряжать просто повербанк от 5в USB с двойным преобразованием.
Но в такой схеме нет защиты от перезаряда лития, да и литий отдает ток в обратку в преобразователь, а преобразователь на панель, это заметил когда вольтметр припаяный на контактах солнечной панели работал.

и приходит проверенное решение на TP4056 (https://www.aliexpress.com/item/4000653142813.html)

Огромный плюс этой микросхемы: когда запитывается она источником тока, где входной ток меньше его зарядного на 20% падение на этой микросхеме всего 0.2...0.3 В. Преобразователь на солнечное панели 3А выдаёт максимум, надо поставить 4 платы с выставленным стандартным током 1А, и спаять параллельно, предварительно запаяв входной резистор перемычкой. Резистор этот имеет номинал 0.4 Ома и стоит по +5в, уменьшает тепловую нагрузку на микросхему.



Протестируем 2 спаянные платы параллельно от обычной 2А зарядки, но подключим её через длинный удлинитель (имитация источника тока резистором-проводом)



ток сборки 1.15 А



напряжение приходит около 4 В на TP4056, 1 В падает на проводе, а с током 1А, провод выделяет 1 вт тепла



И самое главное, какое падение на TP4056, всего 0.23 В, что соизмеримо с обычным диодом





теперь нужно сделать хороший усб разъем с хорошими проводами




преобразователи с лития обратно в 5В я использовал такие (https://www.aliexpress.com/item/32816896778.html)
хороший кпд, но ток не большой до 1А и их можно поставить много, поставил 3 шт

в итоге у меня получилось так:




и панель спокойно складывается с литием в свою фирменную коробку.

Работа в тени на заряд лития, с током 0 А )) ток менее 100 мА доктор не показывает, ничего не дергается и не сбрасывается, на литии где-то 3.6В




измерял мультиметром ток, крокодилами на контакты тумблера выключенного — был ток 1.9А, и параллельно на 5в втором USB этот же повербанк 0.3А, литий очень быстро заряжается

менял резистором точку МРРТ и максимальный КПД у этой панели на 5.35В (какие-то +1..2%), потом поменял резисторы делителя у преобразователя, чтобы было не 5.1В, а 5,25В. Это уже не описывал, это коту делать нечего.

Вывод:
Такая доработка позволяет добывать солнечную энергию в любых условиях, благодаря удачному преобразователю + с универсальной доработкой до псевдо МРРТ. Простое решение с литием позволяет зарядить его до 100% первым, по окончанию заряда преобразователь поднимет выходное напряжение и на втором параллельном порте будет заряжаться внешний повербанк, в порядке очереди. Можно вообще не использовать повербанки, универсальность и стоковое состояние сохранено по максимуму. Разжевал схему, чтобы повторяемость была на максимуме. Для доработки нужен только паяльник, блок питания чтобы выдернуть TL431, резисторы и светодиод.

Upd