CN114977791B - 一种太阳能mppt降压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能MPPT降压装置，所述装置包括：包括：太阳能电池板、储能模块、锁压模块、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，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85％以上，大大降低静态功耗。

Description

一种太阳能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，本发明提供了一种太阳能MPPT降压装置，所述装置包括：太阳能电池板、储能模块、锁压模块、降压模块、滤波模块、负载；
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；
锁压模块包括稳压二极管和NMOS管，所述稳压二极管的阴极连接太阳能电池板的输出端，阳极连接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，用于发送控制信号控制降压模块的通断；
降压模块，连接在太阳能电池板的输出端与负载之间，用于接收锁压模块发送的控制信号，当接收到锁压模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到锁压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；
所述NMOS管的导通电压为Um,当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值大于Um时，降压模块开始工作，所述太阳能电池板和储能模块一起通过降压模块向负载提供电能；
当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值小于Um时，降压模块停止工作。
进一步的，所述滤波模块为电容。
进一步的，所述降压模块为采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路。
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85％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太阳能MPPT降压装置示意图；
图3所示的太阳能输出伏安特性曲线；
图4为本发明提供的一种太阳能MPPT降压装置电路图；
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。
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、锁压模块、降压模块、滤波模块、负载；
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；
锁压模块包括稳压二极管和NMOS管，所述稳压二极管的阴极连接太阳能电池板的输出端，阳极连接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，用于发送控制信号控制降压模块的通断，以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；
降压模块，连接在太阳能电池板的输出端与负载之间，用于接收锁压模块发送的控制信号，当接收到锁压模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到锁压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；
进一步的，滤波模块并联在负载两端，用于滤波；
进一步的，储能模块为电容；
进一步的，所述NMOS管的导通电压为Um,当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值大于Um时，降压模块开始工作，所述太阳能电池板和储能模板一起通过降压模块向负载提供电能；
当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值小于Um时，降压模块停止工作。
进一步的，滤波模块为电容。
进一步的，降压模块为采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路。
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、锁压模块、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。储能模块为储能器。
C10为电容，优选的，C10为电解电容，起到输入蓄能作用。
L1，U1，D1，R6，R7，R8，R30组合为降压模块(其中U1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，D1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Vfb反馈电压来调节U1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，U1选择TD1583降压芯片。
优选的，C3为电容，起到滤波的作用，优选的C3为电解电容。
Q1，D2，R9组合为锁压模块，其中Q1为MOS管，优选的，Q1为NMOS管，D2为稳压二极管。稳压二极管的阴极连接太阳能电池板的输出端，阳极连接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Q1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。
本装置的主要核心在于S5区域的锁压模块。其主要功能为通过检测太阳板端口电压Vs来决定Q1的导通或者关断。二极管D2的稳压值为Vd2＝15V，Ve等于Vs减去Vd2的电压。正常工作时，Ve电压大于Q1导通电压Um时，Q1导通，U1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。以此同时，太阳能输出电压Vs开始降低，Ve也同步一起降低，当降低到Ve低于Q1导通电压Um时候，此时太阳能输出电压为Vs2，降压系统停止工作，太阳能板开始给蓄能器充电，Vs电压开始提高，当提高到能够启动Q1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，实际测试Ve电压大约工作在0.8-1.8V，Vs电压稳定在15.8-16.8V之间。
优选的，控制Q1导通如否的方式不仅包含案例中的方式，同时还可以是通过一个比较器模块来检测太阳能输出电压来决定Q1的导通方式，此外也可以是通过单片机编程采样控制的方式。
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。
开始工作时，太阳能板输出端电压低于V1，降压模块关闭，太阳能板对前置蓄能器进行充电，当蓄能器电压高于V1时，稳压模块向降压模块发送信号，降压部分打开，给负载输出电能，负载端滤波模块用于滤波，此时太阳能板和蓄能器一起通过降压模块给负载供电。同时太阳能和蓄能器端电压开始下降，当电压下降到V2时，稳压模块给降压模块提供关闭信号，降压模块关闭，太阳能又开始给蓄能器充电，按照此种工作方式循坏，稳压部分在此过程提供一个开关信号，控制降压模块通断，从而实现太阳能板一直工作在V1到V2之间，从而达到输出功率接近最佳工作点的目的。
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85％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 (2)

1.一种太阳能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、锁压模块、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；
所述降压模块包括采用TD1583芯片实现的MPPT控制电路；
所述锁压模块包括稳压二极管和NMOS管，所述稳压二极管的阴极连接太阳能电池板的输出端，阳极连接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接地，NMOS管的漏极通过电阻R6连接至降压模块的反馈输入端，降压模块的反馈输入端通过电阻R7连接至电感的一端，电感的一端与R7和滤波模块公共端连接，另一端与降压模块的二极管D1的阴极和SW端口的公共端相连；用于发送控制信号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，用于接收锁压模块发送的控制信号，当接收到锁压模块发送的开启信号时，开启降压，向负载输出电能；当接收到锁压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NMOS管的导通电压为Um,当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值大于Um时，降压模块开始工作，所述太阳能电池板和储能模块一起通过降压模块向负载提供电能；
当所述太阳能电池板Vs减去稳压二极管Vd2的值小于Um时，降压模块停止工作；
所述滤波模块，并联在负载两端，用于滤波；
滤波模块为电解电容；
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，所述储能模块为电解电容。
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