CN110174920B - 一种太阳电池阵变步长mppt控制电路及控制方法 - Google Patents

一种太阳电池阵变步长mppt控制电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路及控制方法，该方法包含电流采样电路，MPPT控制电路，滞环比较电路，步长切换电路。电流采样电路用于采集太阳电池阵输出电流，MPPT控制电路用于实现最大功率点的跟踪；滞环比较电路用于增加步长切换电路的抗干扰能力；步长切换电路用于MPPT跟踪步长的切换。该电路实现了当太阳电池阵电流较小时，采用较大步长跟踪最大功率点，当太阳电池阵电流较大时，采用较小步长跟踪最大功率点，提高了太阳电池阵最大功率点的跟踪精度。

Description

一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路及控制方法,属于航天电源控制技术领域。
背景技术
航天器中太阳能是目前唯一的能量来源，最大功率跟踪(MPPT)传输方式能最大限度利用太阳阵的输出功率。
目前MPPT算法采用的交错扰动法能够交错地扰动电压和电流，可以简单快速高效地实现最大功率跟踪，但是在算法中采用单一的步长，无法在太阳电池阵输出电流全范围内做到精准的追踪，无法最大程度的利用太阳电池阵的输出功率。
因此，如何提高MPPT电路精度是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：提供一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路及控制方法，通过判断太阳电池阵输出电流反馈大小，切换跟踪步长，可更加精准的实现最大功率跟踪，提高太阳电池阵输出功率，而且，采用滞环比较电路有效的防止了太阳电池电流反馈干扰使得步长来回切换，提高了电路的稳定性，适应了航天事业的需求。
本发明的技术解决方案是：
一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路，包括：MPPT控制电路、滞环比较电路、步长切换电路以及电流采样电路；
电流采样电路采集太阳阵的输入电流，转化为电压信号VISA输入滞环比较电路，电压信号VISA与电压基准UREF通过滞环比较，输出步长切换信号；电压信号VISA通过两组不同的电阻分压，产生第一步长和第二步长，通过滞环比较电路输出的步长切换信号控制切换开关K1来切换第一步长和第二步长，使步长切换电路选择输出步长信号；MPPT控制电路输入电压信号VISA与延时的步长信号进行比较，输出MPPT控制信号。
所述的MPPT控制电路包含第一开关管M1、第一储能电容C1及第二电压比较器COMP2；
第一开关管输入接入步长切换电路的输出步长，第一开关管M1输出端连接电容C1的正极，第一开关管M1控制端连接逻辑选择信号
Figure BDA0002089245820000021
第一储能电容C1负端接地，第二电压比较器COMP2正极输入端接入太阳电池电流反馈VISA，第二电压比较器COMP2负极输入端连接第一开关管M1输出端，第二电压比较器COMP2的正负输入端的信号在时间轴上相差一个开关周期，第二电压比较器COMP2输出端输出MPPT控制信号。
所述的滞环比较电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一电压比较器COMP1；
第一电阻R1正端接入步长切换基准UREF，负端连接第二电阻R2正端，第二电阻R2负端连接第一电压比较器COMP1输出端，第一电压比较器COMP1正极输入端与第二电阻R2负端相连，第一电压比较器COMP1负极输入端接入太阳电池电流反馈VISA，第一电压比较器COMP1输出端与第二电阻R2相连。
所述的步长切换电路，包含第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一反相器G1以及切换开关K1；
第三电阻R3正端接入太阳电池电流反馈VISA，第三电阻R3负端与第四电阻R4正端连接，第四电阻R4负端接地，第四电阻R4正端与切换开关K1的第二输入端2连接连接，用于表征第二步长；
第五电阻R5正端接入太阳电池电流反馈VISA，第五电阻R5负端与第六电阻R6正端连接，第六电阻R6负端接地，第六电阻R6正端与切换开关K1的第一输入端1连接，用于表征第一步长；
第七电阻R7正端接入滞环比较电路的输出，第七电阻R7负端连接切换开关K1的第一控制端1R，第一反相器G1输入端与第七电阻R7负端相连，第一反相器G1输出端连接切换开关K1的第二控制端
Figure BDA0002089245820000031
切换开关K1输出端送出的输出信号提供给MPPT控制电路。
第一步长为太阳电池电流反馈经过第五电阻R5与第六电阻R6分压；第二步长为太阳电池电流反馈经过第三电阻R3与第四电阻R4分压，第一步长大于第二步长。
当太阳电池阵输出电流小时，切换开关K1接通第一步长，当太阳电池阵输出电流大时，切换开关K1接通第二步长。
所述电流小具体是指：太阳电池电流反馈VISA小于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流小；
所述电流大具体是指：太阳电池电流反馈VISA大于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流大。
太阳电池电流反馈VISA通过电流采样电路采集得到。
进一步的，还提出一种根据所述的太阳电池阵变步长MPPT控制电路实现的太阳电池阵变步长MPPT控制方法，步骤如下：
(1)在太阳光较弱的时候，电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中切换开关输入信号R为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪；
(2)当太阳光逐渐增大到电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号大于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为低，步长切换电路中切换开关输入信号
Figure BDA0002089245820000032
为高，切换开关K1接通第二步长，MPPT控制电路输入第二步长来控制最大功率点追踪；
(3)当太阳光逐渐减小到电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中切换开关输入信号R为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪。
第一步长大于第二步长。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明提供一种太阳电池阵变步长MPPT控制方法，通过判断太阳电池阵输出电流反馈大小，切换跟踪步长，可更加精准的实现最大功率跟踪，提高太阳电池阵输出功率，而且，采用滞环比较电路有效的防止了太阳电池电流反馈干扰使得步长来回切换，提高了电路的稳定性，适应了航天事业的需求。
附图说明
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出了一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路，包括：MPPT控制电路、滞环比较电路、步长切换电路以及电流采样电路；
电流采样电路用于采集太阳电池阵输出电流，MPPT控制电路用于实现最大功率点的跟踪；滞环比较电路用于增加步长切换电路的抗干扰能力；步长切换电路用于MPPT跟踪步长的切换。该电路实现了当太阳电池阵电流较小时，采用较大步长跟踪最大功率点，当太阳电池阵电流较大时，采用较小步长跟踪最大功率点，提高了太阳电池阵最大功率点的跟踪精度。
电流采样电路采集太阳阵的输入电流，转化为电压信号VISA输入滞环比较电路，电压信号VISA与电压基准UREF通过滞环比较，输出步长切换信号；电压信号VISA通过两组不同的电阻分压，产生第一步长和第二步长，通过滞环比较电路输出的步长切换信号控制切换开关K1来切换第一步长和第二步长，使步长切换电路选择输出步长信号；MPPT控制电路输入电压信号VISA与延时的步长信号进行比较，输出MPPT控制信号。
进一步的，MPPT控制电路包含第一开关管M1、第一储能电容C1及第二电压比较器COMP2；
第一开关管输入接入步长切换电路的输出步长，第一开关管M1输出端连接电容C1的正极，第一开关管M1控制端连接逻辑选择信号
Figure BDA0002089245820000041
第一储能电容C1负端接地，第二电压比较器COMP2正极输入端接入太阳电池电流反馈VISA，第二电压比较器COMP2负极输入端连接第一开关管M1输出端，第二电压比较器COMP2的正负输入端的信号在时间轴上相差一个开关周期，第二电压比较器COMP2输出端输出MPPT控制信号。
进一步的，滞环比较电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一电压比较器COMP1；
第一电阻R1正端接入步长切换基准UREF，负端连接第二电阻R2正端，第二电阻R2负端连接第一电压比较器COMP1输出端，第一电压比较器COMP1正极输入端与第二电阻R2负端相连，第一电压比较器COMP1负极输入端接入太阳电池电流反馈VISA，第一电压比较器COMP1输出端与第二电阻R2相连。
进一步的，步长切换电路，包含第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一反相器G1以及切换开关K1；
第三电阻R3正端接入太阳电池电流反馈VISA，第三电阻R3负端与第四电阻R4正端连接，第四电阻R4负端接地，第四电阻R4正端与切换开关K1的第二输入端2连接连接，用于表征第二步长；
第五电阻R5正端接入太阳电池电流反馈VISA，第五电阻R5负端与第六电阻R6正端连接，第六电阻R6负端接地，第六电阻R6正端与切换开关K1的第一输入端1连接，用于表征第一步长；
第七电阻R7正端接入滞环比较电路的输出，第七电阻R7负端连接切换开关K1的第一控制端1R，第一反相器G1输入端与第七电阻R7负端相连，第一反相器G1输出端连接切换开关K1的第二控制端
Figure BDA0002089245820000051
切换开关K1输出端送出的输出信号提供给MPPT控制电路。
第一步长为太阳电池电流反馈经过第五电阻R5与第六电阻R6分压；第二步长为太阳电池电流反馈经过第三电阻R3与第四电阻R4分压，第一步长大于第二步长。
当太阳电池阵输出电流小时，切换开关K1接通第一步长，当太阳电池阵输出电流大时，切换开关K1接通第二步长。电流小具体是指：太阳电池电流反馈VISA小于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流小；电流大具体是指：太阳电池电流反馈VISA大于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流大。太阳电池电流反馈VISA通过电流采样电路采集得到。
进一步的，本发明还提出一种太阳电池阵变步长MPPT控制方法，步骤如下：
(1)在太阳光较弱的时候，电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中切换开关输入信号R为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪；
(2)当太阳光逐渐增大到电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号大于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为低，步长切换电路中切换开关输入信号
Figure BDA0002089245820000061
为高，切换开关K1接通第二步长，MPPT控制电路输入第二步长来控制最大功率点追踪；第一步长大于第二步长。
(3)当太阳光逐渐减小到电流采样电路采集的太阳电池阵电流反馈VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中切换开关输入信号R为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪。
本发明提供的太阳电池阵变步长MPPT控制方法，通过判断太阳电池阵输出电流反馈大小，切换跟踪步长，可更加精准的实现最大功率跟踪，提高太阳电池阵输出功率，而且，采用滞环比较电路有效的防止了太阳电池电流反馈干扰使得步长来回切换，提高了电路的稳定性，适应了航天事业的需求。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (1)

1.一种太阳电池阵变步长MPPT控制电路，其特征在于包括：MPPT控制电路、滞环比较电路、步长切换电路以及电流采样电路；
电流采样电路采集太阳阵的输入电流，转化为电压信号VISA输入滞环比较电路，电压信号VISA与步长切换基准UREF通过滞环比较，输出步长切换信号；电压信号VISA通过两组不同的电阻分压，产生第一步长和第二步长，通过滞环比较电路输出的步长切换信号控制切换开关K1来切换第一步长和第二步长，使步长切换电路选择输出步长信号；MPPT控制电路输入电压信号VISA与延时的步长信号进行比较，输出MPPT控制信号；
所述的MPPT控制电路包含第一开关管M1、第一储能电容C1及第二电压比较器COMP2；
第一开关管M1输入接入步长切换电路的输出步长，第一开关管M1输出端连接电容C1的正极，第一开关管M1控制端连接逻辑选择信号
Figure FDA0003101952820000011
第一储能电容C1负端接地，第二电压比较器COMP2正极输入端接入电压信号VISA，第二电压比较器COMP2负极输入端连接第一开关管M1输出端，第二电压比较器COMP2的正负输入端的信号在时间轴上相差一个开关周期，第二电压比较器COMP2输出端输出MPPT控制信号；
所述的滞环比较电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一电压比较器COMP1；
第一电阻R1正端接入步长切换基准UREF，负端连接第二电阻R2正端，第二电阻R2负端连接第一电压比较器COMP1输出端，第一电压比较器COMP1正极输入端与第二电阻R2正端相连，第一电压比较器COMP1负极输入端接入电压信号VISA，第一电压比较器COMP1输出端与第二电阻R2相连；
所述的步长切换电路，包含第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一反相器G1以及切换开关K1；
第三电阻R3正端接入电压信号VISA，第三电阻R3负端与第四电阻R4正端连接，第四电阻R4负端接地，第四电阻R4正端与切换开关K1的第二输入端2连接，用于表征第二步长；
第五电阻R5正端接入电压信号VISA，第五电阻R5负端与第六电阻R6正端连接，第六电阻R6负端接地，第六电阻R6正端与切换开关K1的第一输入端1连接，用于表征第一步长；
第七电阻R7正端接入滞环比较电路的输出，第七电阻R7负端连接切换开关K1的第一控制端R，第一反相器G1输入端与第七电阻R7负端相连，第一反相器G1输出端连接切换开关K1的第二控制端
Figure FDA0003101952820000021
切换开关K1输出端送出的输出信号提供给MPPT控制电路；
第一步长为太阳电池电流反馈经过第五电阻R5与第六电阻R6分压；第二步长为太阳电池电流反馈经过第三电阻R3与第四电阻R4分压，第一步长大于第二步长；
当太阳电池阵输出电流小时，切换开关K1接通第一步长，当太阳电池阵输出电流大时，切换开关K1接通第二步长；
所述电流小具体是指：电压信号VISA小于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流小；
所述电流大具体是指：电压信号VISA大于预设的步长切换基准UREF时，太阳电池阵输出的电流大；
太阳电池阵变步长MPPT控制包括步骤如下：
(1)在太阳光较弱的时候，电流采样电路输出的电压信号VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中第一控制端R的输入信号为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪；
(2)当太阳光逐渐增大到电流采样电路输出的电压信号VISA信号大于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为低，步长切换电路中第二控制端
Figure FDA0003101952820000022
的输入信号为高，切换开关K1接通第二步长，MPPT控制电路输入第二步长来控制最大功率点追踪；
(3)当太阳光逐渐减小到电流采样电路输出的电压信号VISA信号小于预设的步长切换基准UREF，滞环比较电路中的第一比较器输出为高，步长切换电路中第一控制端R的输入信号为高，切换开关K1接通第一步长，MPPT控制电路输入第一步长来控制最大功率点追踪。
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