CN114726207A - 一种高效的太阳能mppt降压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的太阳能MPPT降压装置，所述装置包括：太阳能电池板、储能模块、基准电压模块、数字比较器模块、电压控制模块、降压模块、滤波模块、负载。本装置具有以下优点：体积小，便于安装，且生产难度低，适用于一些低功率太阳能组件上，从而大大提高了系统输出效率，其能使太阳能电池板的工作电压保持在恒定的Vmppt范围内，太阳能电池板工作在最大功率点附近，能有效地提高太阳能板的输出功率，提高太阳能的功率利用。

Description

一种高效的太阳能MPPT降压装置
技术领域
本发明涉及太阳能领域，尤其涉及一种太阳能MPPT降压装置。
背景技术
如图1所示，现有MPPT控制器一般由PWM控制器，MCU最大功率追踪器，MCU最大功率追踪器，PWM控制器三部分构成。这种设计结构比较复杂，体积较大，因此难以应用在一般的低功率太阳能便携式产品上。
另外，由于现有的用电设备多样化，为了兼容更高电压的用电设备，一般太阳能系统设计电压都大于12V，因此这类系统就需要一个微型的MPPT模块来将其电压降低到5V来给手机内设备供电，如果没有MPPT降压，太阳能的电压被直接拉低到5V左右，输出效率大大降低。
发明内容
为了实现结构简单、体积小且便于安装，同时能锁定太阳能板的输出电压，让太阳能板输出功率在最大功率点附近的降压装置，
本发明提供一种高效的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述装置包括：太阳能电池板、储能模块、基准电压模块、数字比较器模块、电压控制模块、降压模块、滤波模块、负载；
所述储能模块，连接在太阳能电池板的输出与地电位之间，用于接收太阳能电池板的充电；
所述基准电压模块，用于设置所述太阳能电池板MPPT电压Vm；
所述数字比较器模块，用于比较Vm和太阳能电池板的输入电压Vs，根据比较结果输出相应的电平；
所述电压控制模块，用于根据所述数字比较器模块输出的电平控制降压模块的通断；
所述降压模块，连接在太阳能电池板的输出端与负载之间，用于接收电压控制模块发送的控制信号，当接收到电压控制模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到电压控制模块发送的关闭信号时，关闭降压，太阳能电池板向储能模块充电；
所述滤波模块，并联在负载两端，用于滤波；
所述储能模块为电容；
进一步的，当Vs大于Vm时，所述数字比较器模块输出高电平；
当Vs小于Vm时，所述数字比较器模块输出低电平。
进一步的，所述数字比较器模块输出高电平时，电压控制模块导通，降压模块开始工作；
所述数字比较器模块输出低电平时，电压控制模块中断，降压模块停止工作；
进一步的，所述电压控制模块包括MOS管。
进一步的，所述滤波模块为电解电容。
进一步的，所述降压模块为采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路。
进一步的，所述储能模块为电解电容。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的太阳能MPPT降压装置，体积小，便于安装，且生产难度低，串联数量少，从而大大提高了系统的稳定性及生产效率，能使太阳能电池板的工作电压保持在恒定范围内，太阳能电池板工作在最大功率点附近，能有效地提高太阳能板的输出效率90％以上，大大降低静态功耗。
附图说明
图1为现有的MPPT控制器示意图；
图2为本发明提供的一种高效的太阳能MPPT降压装置示意图；
图3为太阳能输出伏安特性曲线；
图4为本发明提供的一种高效的太阳能MPPT降压装置电路图；
图5为本发明提供的一种高效的太阳能MPPT降压装置的降压芯片工作脉冲和电压示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为现有的MPPT控制器示意图。现有MPPT控制器一般由PWM控制器，DC/DC变换器，MCU最大功率追踪器三部分构成，MCU通过采样太阳能输出电压和电流来捕捉对比不同输出电压下太阳能板输出功率，并对比计算得出最佳工作电压，并通过调节PWM脉宽来调节太阳能板工作电压，从而使太阳能板输出功率保持最大。
图2为本发明提供的一种太阳能MPPT降压装置示意图。
所述装置包括：太阳能电池板、储能模块、基准电压模块、数字比较器模块、电压控制模块、降压模块、滤波模块、负载；
所述储能模块，连接在太阳能电池板的输出与地电位之间，用于接收太阳能电池板的充电；
所述基准电压模块，用于设置所述太阳能电池板MPPT电压Vm；
所述数字比较器模块，用于比较Vm和太阳能电池板的输入电压Vs，根据比较结果输出相应的电平；
所述电压控制模块，用于根据所述数字比较器模块输出的电平控制降压模块的通断；
所述降压模块，连接在太阳能电池板的输出端与负载之间，用于接收电压控制模块发送的控制信号，当接收到电压控制模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到电压控制模块发送的关闭信号时，关闭降压，太阳能电池板向储能模块充电；
所述滤波模块，并联在负载两端，用于滤波；
所述储能模块为电容；
进一步的，当Vs大于Vm时，所述数字比较器模块输出高电平；
当Vs小于Vm时，所述数字比较器模块输出低电平。
进一步的，所述数字比较器模块输出高电平时，电压控制模块导通，降压模块开始工作；
所述数字比较器模块输出低电平时，电压控制模块中断，降压模块停止工作；
进一步的，所述电压控制模块包括MOS管。
进一步的，所述滤波模块为电解电容。
进一步的，所述降压模块为采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路。
进一步的，所述储能模块为电解电容。
如说明书附图3所示的太阳能输出伏安特性曲线，太阳能输出功率和太阳能工作电压曲线为一条抛物线，输出电压过高和过低，太阳能输出功率都不理想，只有当输出电压在Vmppt点时，太阳能输出功率才能达到最佳。同时太阳能输出电压是可以通过负载电流大小来进行调节的，当负载电流大于Imppt时，太阳能电池输出电压将被拉低，Vout小于Vmppt，输出功率偏离最大输出功率点，当负载电流小于Imppt时候，太阳能输出电压提升，Vout大于Vmppt，输出功率也偏离最大输出功率点。
图4为本发明提供的一种太阳能MPPT降压装置电路图。
降压装置包括：太阳能电池板、储能模块、基准电压模块、数字比较器模块、电压控制模块、降压模块、滤波模块、负载。
太阳能Vmppt为19.5V，考虑75℃太阳能板压降有18％左右，Vs工作点设计到16V左右。
C1为电解电容，起到输入蓄能滤波作用。
C2为电解电容，起到负载蓄能滤波作用。
L1，U3，D4，R15，R17，R18，R19组合为降压模块(其中U3为降压芯片)，起到将高电压电能降压为低电压电能的作用。L1为电感，D4为二极管。
优选的，降压模块采用非隔离降压IC(集成电路)实现。其主要工作原理：通过检测FB反馈电压来调节U3的SW脚位的导通占空比，从而来实现稳定输出电压Vo。优选的，本实施例设定Vo为5.2V。
优选的，U3选择TD1583降压芯片。
U1,R11，R13，C3组合为电压基准模块,用于设置所述太阳能电池板MPPT电压Vm，其中U1为基准电压IC，电阻R11，R13起到调整太阳能电池板Vmppt电压作用，C3为滤波电容。
U5,R10，R12，C4，C5为比较器模块，其中U5为电压比较器，当Vm小于太阳能电池板的输入电压Vs时，所述数字比较器模块输出高电平；当Vm大于Vs时，所述数字比较器模块输出低电平。
Q3，R21组合为电压控制模块，用于根据所述数字比较器模块输出的电平控制降压模块的通断；其中Q3可以为MOS管，优选的，Q3为NMOS管，比较器输出OUT_C接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接地，NMOS管的漏极连接降压模块的反馈输入端和电感。
优选的，控制降压系统工作的接入方式既可以是案例中的通过Q3的mos控制降压IC反馈电压端口iu，也可以是控制降压IC使能EN端来实现。
本装置的主要核心是储能模块，电压基准模块及数字比较器系统模块，降压模块。主要原理如下：
电压基准模块可以准确设置太阳能电池板MPPT电压Vm，接入到比较器U5 LM321反向输入端-IN；太阳能板输入电压Vs接比较器U5 LM321同向输入端+IN,比较器判断2输入端口电压大小，输出管脚pin4 Output输出高电平或低电平连到Q3 MOS管栅极，控制MOS管DS管脚通断，从而控制降压系统电压输出。
正常工作时，太阳能输出电压Vs高于Vm电压，比较器U5 LM321 pin4 Output输出高电平，Q3导通，U3降压系统开始工作，太阳能板和C1一起通过降压模块向负载提供电能。与此同时，太阳能输出电压Vs开始降低，当降低到Vm值时，比较器U5 LM321 Output输低电平，Q3工作不导通。此时太阳能输出电压为Vs2，降压系统停止工作。太阳能板Vs电压开始提高，当电压提高到高于U5 LM321负相输入端Vm电压，比较器U5 LM321输出高电平能够启动Q3时候的电压Vs1时候，从而进入下一个循环，从而实现了锁定了太阳能输出电压在Vs1-Vs2之间的功能。图5为本发明提供的一种太阳能MPPT降压装置的降压芯片工作脉冲和电压示意图。图5中，上图是降压芯片的工作脉冲；下图是降压芯片的工作电压。
优选的，控制Q3导通如否的方式不仅包含案例中的方式，同时还可以是通过检测太阳板端口电压Vs来决定Q3的导通或者关断，此外也可以是通过单片机编程采样控制的方式。
本实施例与现有技术相比，具有以下优点：
本实施例提供的太阳能MPPT降压装置，体积小，便于安装，且生产难度低，串联数量少，从而大大提高了系统的稳定性及生产效率，能使太阳能电池板的工作电压保持在恒定范围内，太阳能电池板工作在最大功率点附近，能有效地提高太阳能板的输出效率90％以上，大大降低静态功耗。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述装置包括：太阳能电池板、储能模块、基准电压模块、数字比较器模块、电压控制模块、降压模块、滤波模块、负载；
所述储能模块，连接在太阳能电池板的输出与地电位之间，用于接收太阳能电池板的充电；
所述基准电压模块，用于设置所述太阳能电池板MPPT电压Vm；
所述数字比较器模块，用于比较Vm和太阳能电池板的输入电压Vs，根据比较结果输出相应的电平；
所述电压控制模块，用于根据所述数字比较器模块输出的电平控制降压模块的通断；
所述降压模块，连接在太阳能电池板的输出端与负载之间，用于接收电压控制模块发送的控制信号，当接收到电压控制模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到电压控制模块发送的关闭信号时，关闭降压，太阳能电池板向储能模块充电；
所述滤波模块，并联在负载两端，用于滤波；
所述储能模块为电容。
2.如权利要求1所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，
当Vs大于Vm时，所述数字比较器模块输出高电平；
当Vs小于Vm时，所述数字比较器模块输出低电平。
3.如权利要求2所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述数字比较器模块输出高电平时，电压控制模块导通，降压模块开始工作；
所述数字比较器模块输出低电平时，电压控制模块中断，降压模块停止工作。
4.如权利要求1或2所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述电压控制模块包括MOS管。
5.如权利要求1所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述滤波模块为电解电容。
6.如权利要求1所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述降压模块包括采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路。
7.如权利要求1所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述储能模块为电解电容。
8.如权利要求1所述的太阳能MPPT降压装置，其特征在于，所述数字比较器模块包括LM321芯片。
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