CN108023400A - 太阳能无人机mppt控制器及设有该控制器的供电系统 - Google Patents

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CN108023400A CN201810036043.3A CN201810036043A CN108023400A CN 108023400 A CN108023400 A CN 108023400A CN 201810036043 A CN201810036043 A CN 201810036043A CN 108023400 A CN108023400 A CN 108023400A
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Abstract

本发明提供一种太阳能无人机MPPT控制器及设有该控制器的供电系统，所述控制器包括：输入端和输出端分别连接目标光伏阵列输出端和目标储能电池输入端的BUCK‑BOOST电路，分别用于实时采集所述BUCK‑BOOST电路输入端和输出端电压与电流的输入电压电流采集电路和输出电压电流采集电路，分别用于采集目标储能电池的电压和温度的电池电压检测电路和电池温度检测电路，以及用于根据上述采集电路获取的输入电压、电流，输出电压、电流以及电池电压、温度，控制所述BUCK‑BOOST电路跟随最大功率点为所述目标储能电池充电。本发明集成度高，能够有效简化系统设计，增强系统稳定性和可靠性，且能有效降低功率损耗，提高传输效率。

Description

太阳能无人机MPPT控制器及设有该控制器的供电系统
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，更具体地，涉及一种太阳能无人机MPPT控制器及设有该控制器的供电系统。
背景技术
最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)太阳能控制器是指将太阳能电池板的电能以最大的效率转化成负载的能源供给的器件。其能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。
通常情况下，MPPT控制器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性，通过软件追踪太阳能阵列电池输入的最高电压电流值，输出最大功率点电压来调节光伏阵列的输出功率，使得光伏阵列始终输出最大功率，输出控制端则以最大功率点电压输出。
通过软件扰动分析算法实现MPPT功能的控制方法和系统，会增加系统设计难度，增大故障率。另外，输出控制端以最大功率点电压输出，在输出电压与负载电压不匹配时需要二次转换才能连接到负载，会增大功率损耗。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种太阳能无人机MPPT控制器及设有该控制器的供电系统，用以有效增加系统可靠性，并有效降低功率损耗，提高传输效率。
一方面，本发明提供一种太阳能无人机MPPT控制器，包括：输入电压电流采集电路、输出电压电流采集电路、电池电压检测电路、电池温度检测电路、逻辑控制集成电路和BUCK-BOOST电路；所述BUCK-BOOST电路的输入端和输出端分别连接目标光伏阵列的输出端和目标储能电池的输入端，所述BUCK-BOOST电路包括斩波电感和多个MOS管，所述BUCK-BOOST电路可对输入的电压和电流进行变换；所述输入电压电流采集电路接入所述BUCK-BOOST电路的输入端，用于实时采集所述BUCK-BOOST电路的输入电压和输入电流，所述输出电压电流采集电路接入所述BUCK-BOOST电路的输出端，用于实时采集所述BUCK-BOOST电路的输出电压和输出电流，所述输入电压电流采集电路和所述输出电压电流采集电路的输出端分别各自连接所述逻辑控制集成电路的对应端口；所述电池电压检测电路的输入端和输出端分别接入所述目标储能电池的电压输出端和所述逻辑控制集成电路，用于实时采集所述目标储能电池的电压；所述电池温度检测电路的输入端和输出端分别接入所述目标储能电池的发热单元和所述逻辑控制集成电路，用于实时采集所述目标储能电池的工作温度；所述逻辑控制集成电路根据所述输入电压电流采集电路、所述输出电压电流采集电路、所述电池电压检测电路以及所述电池温度检测电路各自的输出数据，通过内部运放电路和逻辑电路的组合变换，获取对所述BUCK-BOOST电路中MOS管的组合控制信号，调节所述BUCK-BOOST电路的输出电压和输出电流。
其中，所述逻辑控制集成电路进一步具体采用LT8490集成芯片；所述LT8490集成芯片中输入电流放大器的输入引脚连接所述输入电压电流采集电路的输出电流端，所述LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚连接所述输入电压电流采集电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的输入模数转换引脚和输入PWM电压调整引脚通过连接所述输入电压电流采集电路的相应端口，实现输入模拟信号至输入数字信号的转换和输入PWM电压的调整；所述LT8490集成芯片中输出电流放大器的输入引脚连接所述输出电压电流采集电路的输出电流端，所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚连接所述输出电压电流采集电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的输出模数转换引脚和输出PWM电压调整引脚通过连接所述输出电压电流采集电路的相应端口，实现输出模拟信号至输出数字信号的转换和输出PWM电压的调整；所述LT8490集成芯片的电池电压输入引脚连接所述电池电压检测电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的温度检测引脚连接所述电池温度检测电路的输出温度端；所述LT8490集成芯片的驱动控制输出引脚接至所述BUCK-BOOST电路的相应MOS管栅极控制端。
其中，所述输入电压电流采集电路进一步包括：输入电压电流采集电阻R56、输入测量滤波电容C84、第一输入测量电阻R24、第二输入测量电阻R68、第三输入测量电阻R66、第四输入测量电阻R55、第五输入测量电阻R54、第六入测量电阻R63、第一输入测量电容C90和第二输入测量电容C66；所述输入电压电流采集电阻R56与所述输入测量滤波电容C84并接后，并接电路的第一端连接所述目标光伏阵列的输出端，所述并接电路的第二端连接所述BUCK-BOOST电路的输入端；所述并接电路的第一端连接所述LT8490集成芯片的输入电流放大器正向输入引脚CSPIN，并通过所述第一输入测量电容C90接地，所述并接电路的第二端串接所述第一输入测量电阻R24后，接入所述LT8490集成芯片的输入电流放大器反向输入引脚CSNIN；所述并接电路的第一端依次串接所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66后，接入所述LT8490集成芯片的输入模数转换引脚FBIR，所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66的连接中点接入所述LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚FBIN，并通过所述第五输入测量电阻R54接地；所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66的连接中点依次串接所述第四输入测量电阻R55和所述第六入测量电阻R63后，接入所述LT8490集成芯片的输入PWM电压调整引脚FBIW，所述第四输入测量电阻R55和所述第六入测量电阻R63的连接中点通过所述第二输入测量电容C66接地。
其中，所述输出电压电流采集电路进一步包括：输出电压电流采集电阻R57、输出测量滤波电容C83、第一输出测量电阻R23、第二输出测量电阻R13、第三输出测量电阻R16、第四输出测量电阻R71、第五输出测量电阻R73、第一输出测量电容C87和第二输出测量电容C68；所述输出电压电流采集电阻R57与所述输入测量滤波电容C83并接成第二并联电路，所述第二并联电路的第一端连接所述BUCK-BOOST电路的输出端，所述第二并联电路的第二端连接所述目标储能电池的输入端；所述第二并联电路的第一端连接所述LT8490集成芯片的输出电流放大器正向输入引脚CSPOUT，并通过所述第一输出测量电容C87接地，所述第二并联电路的第二端串接所述第一输出测量电阻R23后，接入所述LT8490集成芯片的输出电流放大器反向输入引脚CSNOUT；所述第二并联电路的第二端依次串接所述第二输出测量电阻R13、所述第四输出测量电阻R71和所述第五输出测量电阻R73后，接入所述LT8490集成芯片的输出PWM电压调整引脚FBOW，所述第二输出测量电阻R13和所述第四输出测量电阻R71的连接中点分别接入所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT和输出模数转换引脚FBOR，并通过所述第三输出测量电阻R16接地，所述第四输出测量电阻R71和所述第五输出测量电阻R73的连接中点通过所述第二输出测量电容C68接地。
其中，所述电池温度检测电路进一步包括：温度传感器、温度测量电阻R94和温度测量电容C74；所述温度传感器的温度采集端连接所述目标储能电池的发热单元，所述温度传感器的输出温度端连接所述LT8490集成芯片的温度检测引脚TEMPSENSE，并通过所述温度测量电阻R94和所述温度测量电容C74分别接地，所述温度传感器的供电输入端连接所述LT8490集成芯片的直流电压输出端VDD。
其中，所述BUCK-BOOST电路进一步包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和斩波电感L1；所述第一MOS管M1依次串联所述斩波电感L1和所述第四MOS管M4后，串接在所述目标光伏阵列的输出端与所述目标储能电池的输入端之间，所述第一MOS管M1的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第一上MOS驱动引脚TG1，所述第四MOS管M4的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第二上MOS驱动引脚TG2；所述第二MOS管M2的第一端连接所述第一MOS管M1与所述斩波电感L1的连接中点，所述第二MOS管M2的第二端接地，所述第二MOS管M2的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第一下MOS驱动引脚BG1；所述第三MOS管M3的第一端连接所述斩波电感L1与所述第四MOS管M4的连接中点，所述第三MOS管M3的第二端接地，所述第三MOS管M3的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第二下MOS驱动引脚BG2。
进一步的，所述BUCK-BOOST电路还包括：依次分别并接在所述第一MOS管M1、所述第二MOS管M2、所述第三MOS管M3和所述第四MOS管M4两端的第一备用MOS管M1-1、第二备用MOS管M2-1、第三备用MOS管M3-1和第四备用MOS管M4-1；所述第一备用MOS管M1-1与所述第一MOS管M1互为备用，所述第二备用MOS管M2-1与所述第二MOS管M2互为备用，所述第三备用MOS管M3-1与所述第三MOS管M3互为备用，所述第四备用MOS管M4-1与所述第四MOS管M4互为备用。
其中，所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT同时作为所述电池电压输入引脚，所述第二输出测量电阻R13和所述第四输出测量电阻R71的连接中点电压同时作为所述电池电压检测电路的输出电压端。
进一步的，所述控制器还包括斩波电流采集电阻R44、第一斩波电流测量电阻R8、第二斩波电流测量电阻R9、第一斩波电流测量电容C12、第二斩波电流测量电容C14和第三斩波电流测量电容C15；所述斩波电流采集电阻R44的第一端连接所述第二MOS管M2和所述第三MOS管M3的第二端，并通过所述第一斩波电流测量电阻R8接入所述LT8490集成芯片的斩波电流正向输入引脚CSP，所述斩波电流采集电阻R44的第二端接地，并通过所述第二斩波电流测量电阻R9接入所述LT8490集成芯片的斩波电流反向输入引脚CSN；所述斩波电流正向输入引脚CSP通过所述第二斩波电流测量电容C14接地，所述斩波电流反向输入引脚CSN通过所述第三斩波电流测量电容C15接地，且所述斩波电流正向输入引脚CSP和所述斩波电流反向输入引脚CSN之间并接所述第一斩波电流测量电容C1。
另一方面，本发明提供一种太阳能无人机供电系统，包括：目标光伏阵列、目标储能电池和如上所述的MPPT控制器；所述目标光伏阵列的输出端连接所述MPPT控制器的输入端，所述MPPT控制器的输出端连接所述目标储能电池的输入端，所述目标储能电池的输出端连接目标太阳能无人机负载的供电输入端。
本发明提供的一种太阳能无人机MPPT控制器及设有该控制器的供电系统，全部功能由硬件电路和集成芯片搭建完成，集成度更高，能够有效简化系统设计，增强系统稳定性，减小故障发生的概率。另外，输出电压能根据负载的工作情况自动调整，能够有效降低功率损耗，提高传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例一种太阳能无人机MPPT控制器的结构示意图；
图2为本发明实施例一种LT8490集成芯片中采用的部分功能引脚示意图；
图3为本发明实施例一种输入电压电流采集电路的结构示意图；
图4为本发明实施例一种输出电压电流采集电路的结构示意图；
图5为本发明实施例一种电池温度检测电路的结构示意图；
图6为本发明实施例一种BUCK-BOOST电路的结构示意图；
图7为本发明实施例一种斩波电感电流检测电路的结构示意图；
图8为本发明实施例一种太阳能无人机供电系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明实施例的一个方面，本实施例提供一种太阳能无人机MPPT控制器，参考图1，为本发明实施例一种太阳能无人机MPPT控制器的结构示意图，包括：输入电压电流采集电路1、输出电压电流采集电路2、电池电压检测电路3、电池温度检测电路4、逻辑控制集成电路5和BUCK-BOOST电路6。其中，
BUCK-BOOST电路6的输入端和输出端分别连接目标光伏阵列7的输出端和目标储能电池8的输入端，BUCK-BOOST电路6包括斩波电感和多个MOS管，BUCK-BOOST电路6可对输入的电压和电流进行变换。
输入电压电流采集电路1接入BUCK-BOOST电路6的输入端，用于实时采集BUCK-BOOST电路6的输入电压和输入电流。输出电压电流采集电路2接入BUCK-BOOST电路6的输出端，用于实时采集BUCK-BOOST电路6的输出电压和输出电流。输入电压电流采集电路1和输出电压电流采集电路2的输出端分别各自连接逻辑控制集成电路5的对应端口。
电池电压检测电路3的输入端和输出端分别接入目标储能电池8的电压输出端和逻辑控制集成电路5，用于实时采集目标储能电池8的电压。电池温度检测电路4的输入端和输出端分别接入目标储能电池8的发热单元和逻辑控制集成电路5，用于实时采集目标储能电池8的工作温度。逻辑控制集成电路5根据输入电压电流采集电路1、输出电压电流采集电路2、电池电压检测电路3以及电池温度检测电路4各自的输出数据，通过内部运放电路和逻辑电路的组合变换，获取对BUCK-BOOST电路6中MOS管的组合控制信号，调节BUCK-BOOST电路6的输出电压和输出电流。
可以理解为，本实施例的太阳能无人机MPPT控制器采用上述连接结构，利用BUCK-BOOST电路6实现目标光伏阵列7的输出电能到目标储能电池8的充电电能的转换。具体以逻辑控制集成电路5为控制中心，利用逻辑控制集成电路5的各功能引脚搭建外部测量和控制电路。
控制器运行时，接入BUCK-BOOST电路6输入端的输入电压电流采集电路1实时采集BUCK-BOOST电路6的输入端电压和输入电流，也即为目标光伏阵列7的输出电压和输出电流，并将采集的数据输入到逻辑控制集成电路5。
同时，电池电压检测电路3实时检测目标储能电池8的两端电压，电池温度检测电路4实时检测目标储能电池8的工作温度，并分别将检测结果输入到逻辑控制集成电路5，作为电能变换电路的控制目标。接入BUCK-BOOST电路6输出端的输出电压电流采集电路2实时采集BUCK-BOOST电路6的输出端电压和输出电流，并将采集的数据输入到逻辑控制集成电路5，作为最终输出电压电流的反馈信号。
逻辑控制集成电路5通过内部的运放电路把对应功能引脚输入的输入、输出电流转换的小信号电压放大成可以被逻辑电路识别的电压值。同时，逻辑控制集成电路5根据输入、输出电压和电流的大小，以及目标储能电池的温度及电压变化，通过内部逻辑电路的组合变换，输出控制BUCK-BOOST电路6的逻辑信号，并据此调整BUCK-BOOST电路6中相应MOS管的占空比，实现对输出电压电流跟随目标储能电池8电压、温度特性的控制。并以恒流恒压(Constant-current constant-voltage,CCCV)控制方式将光伏阵列的电能最大效率的转化成储能聚合物目标储能电池8及负载设备的能源。
本实施例的目标储能电池8可以是储能聚合物锂电池。
本发明实施例提供的一种太阳能无人机MPPT控制器，全部功能由硬件电路和集成芯片搭建完成，集成度更高，能够有效简化系统设计，增强系统稳定性，减小故障发生的概率。另外，输出电压能根据负载的工作情况自动调整，能够有效降低功率损耗，提高传输效率。
其中可选的，逻辑控制集成电路5进一步具体采用LT8490集成芯片。其中，
LT8490集成芯片中输入电流放大器的输入引脚连接输入电压电流采集电路1的输出电流端，LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚连接输入电压电流采集电路1的输出电压端。LT8490集成芯片的输入模数转换引脚和输入PWM电压调整引脚通过连接输入电压电流采集电路1的相应端口，实现输入模拟信号至输入数字信号的转换和输入PWM电压的调整。
LT8490集成芯片中输出电流放大器的输入引脚连接输出电压电流采集电路2的输出电流端，LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚连接输出电压电流采集电路2的输出电压端，LT8490集成芯片的输出模数转换引脚和输出PWM电压调整引脚通过连接输出电压电流采集电路2的相应端口，实现输出模拟信号至输出数字信号的转换和输出PWM电压的调整。
同时，LT8490集成芯片的电池电压输入引脚连接电池电压检测电路3的输出电压端，LT8490集成芯片的温度检测引脚连接电池温度检测电路4的输出温度端。且LT8490集成芯片的驱动控制输出引脚接至BUCK-BOOST电路6的相应MOS管栅极控制端。
可以理解为，本实施例具体选用Linear Technology公司的LT8490集成芯片作为逻辑控制集成电路5，参考图2，为本发明实施例一种LT8490集成芯片中采用的部分功能引脚示意图。其中，
CSNIN和CSPIN分别表示输入电流放大器的反向输入引脚和正向输入引脚，VIN表示芯片电源电压输入引脚，VINR表示VIN测量反馈引脚，FBIN表示输入电压反馈引脚，FBIR表示输入模数转换引脚，FBIW表示输入PWM电压调整引脚，VDD表示芯片直流电压输出端。
CSPOUT和CSNPOUT分别表示输出电流放大器的正向输入引脚和反向输入引脚，FBOUT表示输出电压反馈引脚，FBOR表示输出模数转换引脚，FBOW表示输出PWM电压调整引脚。
在一个实施例中，FBOUT也作为电池电压输入引脚。
TEMPSENSE表示芯片的温度检测引脚。
TG1、TG2分别表示芯片的第一上MOS驱动引脚和第二上MOS驱动引脚，BG1、BG2分别表示芯片的第一下MOS驱动引脚和第二下MOS驱动引脚，SW1、SW2分别表示第一和第二自举电容器负极引脚，BOOST1、BOOST2分别表示第一和第二自举电容器正极引脚，CSP、CSN分别表示芯片的斩波电流正向输入引脚和反向输入引脚。
利用LT8490集成芯片中集成的相应功能引脚，通过对芯片外围电路的设计，采集输入和输出的电压电、流状态，应用MPPT算法，实现电能的最大转化。同时，检测负载目标储能电池8的电压和温度状态，通过恒流恒压(CCCV)控制方式安全快速的将电能存储到目标储能电池8中。
其中可选的，参考图3，为本发明实施例一种输入电压电流采集电路的结构示意图，图中输入电压电流采集电路1进一步包括：输入电压电流采集电阻R56、输入测量滤波电容C84、第一输入测量电阻R24、第二输入测量电阻R68、第三输入测量电阻R66、第四输入测量电阻R55、第五输入测量电阻R54、第六入测量电阻R63、第一输入测量电容C90和第二输入测量电容C66。其中，
输入电压电流采集电阻R56与输入测量滤波电容C84并接后，并接电路的第一端连接目标光伏阵列7的输出端，并接电路的第二端连接BUCK-BOOST电路6的输入端。并接电路的第一端连接LT8490集成芯片的输入电流放大器正向输入引脚CSPIN，并通过第一输入测量电容C90接地。并接电路的第二端串接第一输入测量电阻R24后，接入所述LT8490集成芯片的输入电流放大器反向输入引脚CSNIN。并接电路的第一端依次串接第二输入测量电阻R68和第三输入测量电阻R66后，接入LT8490集成芯片的输入模数转换引脚FBIR。
第二输入测量电阻R68和第三输入测量电阻R66的连接中点接入LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚FBIN，并通过第五输入测量电阻R54接地。第二输入测量电阻R68和第三输入测量电阻R66的连接中点依次串接第四输入测量电阻R55和第六入测量电阻R63后，接入LT8490集成芯片的输入PWM电压调整引脚FBIW。第四输入测量电阻R55和第六入测量电阻R63的连接中点通过第二输入测量电容C66接地。
可以理解为，控制器运行时，通过调整输入电压电流采集电阻R56的值采集目标光伏阵列7的输出电压和输出电流，即BUCK-BOOST电路6的输入电压和输入电流。具体当输入电压电流采集电阻R56的值小到最大设定限值时，通过采集输入电压电流采集电阻R56两端的电压值，测量输入电流的大小。当输入电压电流采集电阻R56的值大到最小设定限值时，通过采集输入电压电流采集电阻R56的分压，测量输入电压的大小。
其中可选的，参考图4，为本发明实施例一种输出电压电流采集电路的结构示意图，图中输出电压电流采集电路2进一步包括：输出电压电流采集电阻R57、输出测量滤波电容C83、第一输出测量电阻R23、第二输出测量电阻R13、第三输出测量电阻R16、第四输出测量电阻R71、第五输出测量电阻R73、第一输出测量电容C87和第二输出测量电容C68。其中，
输出电压电流采集电阻R57与输入测量滤波电容C83并接成第二并联电路，所述第二并联电路的第一端连接BUCK-BOOST电路6的输出端，所述第二并联电路的第二端连接目标储能电池8的输入端。所述第二并联电路的第一端连接所述LT8490集成芯片的输出电流放大器正向输入引脚CSPOUT，并通过第一输出测量电容C87接地。所述第二并联电路的第二端串接第一输出测量电阻R23后，接入LT8490集成芯片的输出电流放大器反向输入引脚CSNOUT。所述第二并联电路的第二端依次串接第二输出测量电阻R13、第四输出测量电阻R71和第五输出测量电阻R73后，接入LT8490集成芯片的输出PWM电压调整引脚FBOW。
第二输出测量电阻R13和第四输出测量电阻R71的连接中点分别接入LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT和输出模数转换引脚FBOR，并通过第三输出测量电阻R16接地。第四输出测量电阻R71和第五输出测量电阻R73的连接中点通过第二输出测量电容C68接地。
可以理解为，控制器运行时，通过调整输出电压电流采集电阻R57的值采集BUCK-BOOST电路6的输出电压和输入电流。具体当输出电压电流采集电阻R57的值小到第二最大设定限值时，通过采集输出电压电流采集电阻R57两端的电压值，测量输出电流的大小。当输出电压电流采集电阻R57的值大到第二最小设定限值时，通过采集输出电压电流采集电阻R57的分压，测量输出电压的大小。
其中可选的，参考图5，为本发明实施例一种电池温度检测电路的结构示意图，图中电池温度检测电路4进一步包括：温度传感器、温度测量电阻R94和温度测量电容C74。其中，
温度传感器的温度采集端连接目标储能电池8的发热单元，输出温度端连接LT8490集成芯片的温度检测引脚TEMPSENSE，并通过温度测量电阻R94和温度测量电容C74分别接地。温度传感器的供电输入端连接LT8490集成芯片的直流电压输出端VDD。
可以理解为，本实施例通过温度传感器测量目标储能电池的温度，具体可采用热电偶进行温度测量。热电偶测得的温度输出信号输入到LT8490集成芯片的温度检测引脚TEMPSENSE，供LT8490集成芯片据此分析目标储能电池特性。
其中可选的，参考图6，为本发明实施例一种BUCK-BOOST电路的结构示意图，图中BUCK-BOOST电路6进一步包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和斩波电感L1。其中，
第一MOS管M1依次串联斩波电感L1和第四MOS管M4后，串接在目标光伏阵列7的输出端与目标储能电池8的输入端之间。第一MOS管M1的栅极控制端连接LT8490集成芯片的第一上MOS驱动引脚TG1。
第四MOS管M4的栅极控制端连接LT8490集成芯片的第二上MOS驱动引脚TG2。第二MOS管M2的第一端连接第一MOS管M1与斩波电感L1的连接中点。第二MOS管M2的第二端接地，且第二MOS管M2的栅极控制端连接LT8490集成芯片的第一下MOS驱动引脚BG1。
第三MOS管M3的第一端连接斩波电感L1与第四MOS管M4的连接中点，第三MOS管M3的第二端接地，且第三MOS管M3的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第二下MOS驱动引脚BG2。
可以理解为，BUCK-BOOST电路6是由上述四个MOS管和一个斩波电感L1搭建而成的电能变换电路。通过组合控制MOS管的开关状态调节输出电压和电流的大小。
进一步的，参考图6，BUCK-BOOST电路6还包括：依次分别并接在第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4两端的第一备用MOS管M1-1、第二备用MOS管M2-1、第三备用MOS管M3-1和第四备用MOS管M4-1。其中，
第一备用MOS管M1-1与第一MOS管M1互为备用，第二备用MOS管M2-1与第二MOS管M2互为备用，第三备用MOS管M3-1与第三MOS管M3互为备用，第四备用MOS管M4-1与第四MOS管M4互为备用。
本实施例通过设置电路中四个MOS管的备用管，实现冗余控制，能够有效提高系统的稳定性和可靠性。
其中可选的，LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT同时作为电池电压输入引脚，第二输出测量电阻R13和第四输出测量电阻R71的连接中点电压同时作为电池电压检测电路3的输出电压端。
可以理解为，BUCK-BOOST电路6的输出端连接目标储能电池8的输入端，对目标储能电池8进行充电，因此目标储能电池8的电压与BUCK-BOOST电路6的输出电压相同。输出电压与电池电压采集采用同一电压采集电路。
进一步的，所述控制器还包括斩波电感电流检测电路，参考图7，为本发明实施例一种斩波电感电流检测电路的结构示意图，所述控制器还包括斩波电流采集电阻R44、第一斩波电流测量电阻R8、第二斩波电流测量电阻R9、第一斩波电流测量电容C12、第二斩波电流测量电容C14和第三斩波电流测量电容C15。其中，
斩波电流采集电阻R44的第一端连接第二MOS管M2和第三MOS管M3的第二端，并通过第一斩波电流测量电阻R8接入LT8490集成芯片的斩波电流正向输入引脚CSP。斩波电流采集电阻R44的第二端接地，并通过第二斩波电流测量电阻R9接入LT8490集成芯片的斩波电流反向输入引脚CSN。
斩波电流正向输入引脚CSP通过第二斩波电流测量电容C14接地，斩波电流反向输入引脚CSN通过第三斩波电流测量电容C15接地，且斩波电流正向输入引脚CSP和斩波电流反向输入引脚CSN之间并接第一斩波电流测量电容C1。
本发明实施例通过在根据上述实施例的控制器中设置斩波电感电流检测电路，测量流过斩波电感L1的电流，可用于电路的故障诊断，进一步提高系统可靠性。
作为本发明实施例的另一个方面，本实施例提供一种太阳能无人机供电系统，参考图8，为本发明实施例一种太阳能无人机供电系统的结构示意图，包括：目标光伏阵列7、目标储能电池8和如上述实施例所述的MPPT控制器9。其中，
目标光伏阵列7的输出端连接MPPT控制器9的输入端，且MPPT控制器9的输出端连接目标储能电池8的输入端。目标储能电池的输出端连接目标太阳能无人机负载10的供电输入端。
可以理解为，无人机的用电负载所需的供电电压是一个固定的稳定电压，但通常无人机的动力系统是动力锂电池。在目标太阳能无人机负载10中，在对无人机进行供电时，采用由目标光伏阵列7、目标储能电池8和如上述实施例所述的MPPT控制器9组成的供电系统作为供电电源。其中的目标储能电池8可以是储能聚合物锂电池。目标太阳能无人机负载10工作时，通过MPPT控制器9将输出端的电压变换成跟随动力储能锂电池特性的可变电压，为目标储能电池8充电，并由目标储能电池8为其提供一个固定的稳定电压。
目标光伏阵列7将收集的太阳能转化为电能，为目标储能电池8充电。由于聚合物锂电池对于温度非常敏感，当温度过高或过低时，不能对锂电池进行充电操作。因此，在进行充电过程中，MPPT控制器9需要检测锂电池的实时温度和实时电压，同时结合采集的输入电压、电流，输出电压、电流，输出变化的电压或电流以达到最大的转化效率。当锂电池的温度出现异常，自动停止对锂电池的充电动作。
另外，本实施例的输出为CCCV方式，根据输出锂电池和负载设备的情况，实现最大效率的把光伏阵列能量传输给锂电池及负载设备。
本发明实施例提供的一种太阳能无人机供电系统，全部功能由硬件电路和集成芯片搭建完成，集成度更高，能够有效简化系统设计，增强系统稳定性，减小故障发生的概率。另外，输出电压能根据负载的工作情况自动调整，能够有效降低功率损耗，提高传输效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能无人机MPPT控制器，其特征在于，包括：输入电压电流采集电路、输出电压电流采集电路、电池电压检测电路、电池温度检测电路、逻辑控制集成电路和BUCK-BOOST电路；
所述BUCK-BOOST电路的输入端和输出端分别连接目标光伏阵列的输出端和目标储能电池的输入端，所述BUCK-BOOST电路包括斩波电感和多个MOS管，所述BUCK-BOOST电路可对输入的电压和电流进行变换；
所述输入电压电流采集电路接入所述BUCK-BOOST电路的输入端，用于实时采集所述BUCK-BOOST电路的输入电压和输入电流，所述输出电压电流采集电路接入所述BUCK-BOOST电路的输出端，用于实时采集所述BUCK-BOOST电路的输出电压和输出电流，所述输入电压电流采集电路和所述输出电压电流采集电路的输出端分别各自连接所述逻辑控制集成电路的对应端口；
所述电池电压检测电路的输入端和输出端分别接入所述目标储能电池的电压输出端和所述逻辑控制集成电路，用于实时采集所述目标储能电池的电压；所述电池温度检测电路的输入端和输出端分别接入所述目标储能电池的发热单元和所述逻辑控制集成电路，用于实时采集所述目标储能电池的工作温度；
所述逻辑控制集成电路根据所述输入电压电流采集电路、所述输出电压电流采集电路、所述电池电压检测电路以及所述电池温度检测电路各自的输出数据，通过内部运放电路和逻辑电路的组合变换，获取对所述BUCK-BOOST电路中MOS管的组合控制信号，调节所述BUCK-BOOST电路的输出电压和输出电流。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述逻辑控制集成电路进一步具体采用LT8490集成芯片；
所述LT8490集成芯片中输入电流放大器的输入引脚连接所述输入电压电流采集电路的输出电流端，所述LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚连接所述输入电压电流采集电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的输入模数转换引脚和输入PWM电压调整引脚通过连接所述输入电压电流采集电路的相应端口，实现输入模拟信号至输入数字信号的转换和输入PWM电压的调整；
所述LT8490集成芯片中输出电流放大器的输入引脚连接所述输出电压电流采集电路的输出电流端，所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚连接所述输出电压电流采集电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的输出模数转换引脚和输出PWM电压调整引脚通过连接所述输出电压电流采集电路的相应端口，实现输出模拟信号至输出数字信号的转换和输出PWM电压的调整；
所述LT8490集成芯片的电池电压输入引脚连接所述电池电压检测电路的输出电压端，所述LT8490集成芯片的温度检测引脚连接所述电池温度检测电路的输出温度端；所述LT8490集成芯片的驱动控制输出引脚接至所述BUCK-BOOST电路的相应MOS管栅极控制端。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述输入电压电流采集电路进一步包括：输入电压电流采集电阻R56、输入测量滤波电容C84、第一输入测量电阻R24、第二输入测量电阻R68、第三输入测量电阻R66、第四输入测量电阻R55、第五输入测量电阻R54、第六入测量电阻R63、第一输入测量电容C90和第二输入测量电容C66；
所述输入电压电流采集电阻R56与所述输入测量滤波电容C84并接后，并接电路的第一端连接所述目标光伏阵列的输出端，所述并接电路的第二端连接所述BUCK-BOOST电路的输入端；
所述并接电路的第一端连接所述LT8490集成芯片的输入电流放大器正向输入引脚CSPIN，并通过所述第一输入测量电容C90接地，所述并接电路的第二端串接所述第一输入测量电阻R24后，接入所述LT8490集成芯片的输入电流放大器反向输入引脚CSNIN；
所述并接电路的第一端依次串接所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66后，接入所述LT8490集成芯片的输入模数转换引脚FBIR，所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66的连接中点接入所述LT8490集成芯片的输入电压反馈引脚FBIN，并通过所述第五输入测量电阻R54接地；
所述第二输入测量电阻R68和所述第三输入测量电阻R66的连接中点依次串接所述第四输入测量电阻R55和所述第六入测量电阻R63后，接入所述LT8490集成芯片的输入PWM电压调整引脚FBIW，所述第四输入测量电阻R55和所述第六入测量电阻R63的连接中点通过所述第二输入测量电容C66接地。
4.根据权利要求2或3所述的控制器，其特征在于，所述输出电压电流采集电路进一步包括：输出电压电流采集电阻R57、输出测量滤波电容C83、第一输出测量电阻R23、第二输出测量电阻R13、第三输出测量电阻R16、第四输出测量电阻R71、第五输出测量电阻R73、第一输出测量电容C87和第二输出测量电容C68；
所述输出电压电流采集电阻R57与所述输入测量滤波电容C83并接成第二并联电路，所述第二并联电路的第一端连接所述BUCK-BOOST电路的输出端，所述第二并联电路的第二端连接所述目标储能电池的输入端；
所述第二并联电路的第一端连接所述LT8490集成芯片的输出电流放大器正向输入引脚CSPOUT，并通过所述第一输出测量电容C87接地，所述第二并联电路的第二端串接所述第一输出测量电阻R23后，接入所述LT8490集成芯片的输出电流放大器反向输入引脚CSNOUT；
所述第二并联电路的第二端依次串接所述第二输出测量电阻R13、所述第四输出测量电阻R71和所述第五输出测量电阻R73后，接入所述LT8490集成芯片的输出PWM电压调整引脚FBOW，所述第二输出测量电阻R13和所述第四输出测量电阻R71的连接中点分别接入所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT和输出模数转换引脚FBOR，并通过所述第三输出测量电阻R16接地，所述第四输出测量电阻R71和所述第五输出测量电阻R73的连接中点通过所述第二输出测量电容C68接地。
5.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述电池温度检测电路进一步包括：温度传感器、温度测量电阻R94和温度测量电容C74；所述温度传感器的温度采集端连接所述目标储能电池的发热单元，所述温度传感器的输出温度端连接所述LT8490集成芯片的温度检测引脚TEMPSENSE，并通过所述温度测量电阻R94和所述温度测量电容C74分别接地，所述温度传感器的供电输入端连接所述LT8490集成芯片的直流电压输出端VDD。
6.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述BUCK-BOOST电路进一步包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和斩波电感L1；
所述第一MOS管M1依次串联所述斩波电感L1和所述第四MOS管M4后，串接在所述目标光伏阵列的输出端与所述目标储能电池的输入端之间，所述第一MOS管M1的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第一上MOS驱动引脚TG1，所述第四MOS管M4的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第二上MOS驱动引脚TG2；
所述第二MOS管M2的第一端连接所述第一MOS管M1与所述斩波电感L1的连接中点，所述第二MOS管M2的第二端接地，所述第二MOS管M2的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第一下MOS驱动引脚BG1；
所述第三MOS管M3的第一端连接所述斩波电感L1与所述第四MOS管M4的连接中点，所述第三MOS管M3的第二端接地，所述第三MOS管M3的栅极控制端连接所述LT8490集成芯片的第二下MOS驱动引脚BG2。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述BUCK-BOOST电路还包括：依次分别并接在所述第一MOS管M1、所述第二MOS管M2、所述第三MOS管M3和所述第四MOS管M4两端的第一备用MOS管M1-1、第二备用MOS管M2-1、第三备用MOS管M3-1和第四备用MOS管M4-1；
所述第一备用MOS管M1-1与所述第一MOS管M1互为备用，所述第二备用MOS管M2-1与所述第二MOS管M2互为备用，所述第三备用MOS管M3-1与所述第三MOS管M3互为备用，所述第四备用MOS管M4-1与所述第四MOS管M4互为备用。
8.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述LT8490集成芯片的输出电压反馈引脚FBOUT同时作为所述电池电压输入引脚，所述第二输出测量电阻R13和所述第四输出测量电阻R71的连接中点电压同时作为所述电池电压检测电路的输出电压端。
9.根据权利要求6或7所述的控制器，其特征在于，还包括斩波电流采集电阻R44、第一斩波电流测量电阻R8、第二斩波电流测量电阻R9、第一斩波电流测量电容C12、第二斩波电流测量电容C14和第三斩波电流测量电容C15；
所述斩波电流采集电阻R44的第一端连接所述第二MOS管M2和所述第三MOS管M3的第二端，并通过所述第一斩波电流测量电阻R8接入所述LT8490集成芯片的斩波电流正向输入引脚CSP，所述斩波电流采集电阻R44的第二端接地，并通过所述第二斩波电流测量电阻R9接入所述LT8490集成芯片的斩波电流反向输入引脚CSN；
所述斩波电流正向输入引脚CSP通过所述第二斩波电流测量电容C14接地，所述斩波电流反向输入引脚CSN通过所述第三斩波电流测量电容C15接地，且所述斩波电流正向输入引脚CSP和所述斩波电流反向输入引脚CSN之间并接所述第一斩波电流测量电容C1。
10.一种太阳能无人机供电系统，其特征在于，包括：目标光伏阵列、目标储能电池和如权利要求1至9中任一所述的MPPT控制器；所述目标光伏阵列的输出端连接所述MPPT控制器的输入端，所述MPPT控制器的输出端连接所述目标储能电池的输入端，所述目标储能电池的输出端连接目标太阳能无人机负载的供电输入端。
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