CN203552117U

CN203552117U - 一种mppt太阳能控制器

Info

Publication number: CN203552117U
Application number: CN201320615243.7U
Authority: CN
Inventors: 单荣; 熊芸
Original assignee: SHENZHEN JINSANKE ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN JINSANKE ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

本实用新型提供了一种MPPT太阳能控制器，所述MPPT控制器包括辅助电源模块、太阳电压采样模块、电池电压采样模块、充电电流采样模块、MCU控制模块、驱动模块和DC/DC充电控制模块。其有益效果是：基于DSP最大功率跟踪算法的基础上，提高MPPT控制器内部电路的设计技术，采用新型的DC/DC模块化设计技术，降低其内部功耗，减少其内部电路复杂度，实现了太阳能电池板保持最大功率输出。

Description

一种MPPT太阳能控制器

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体地涉及一种太阳能光伏系统的MPPT控制器。

背景技术

当今的太阳能光伏系统大多通过太阳能电池板的串并联组成光伏阵列，然而当电池板处于遮蔽状态或各太阳能电池板不匹配等非理想情况出现的时候，光伏阵列的输出功率会有非常大的衰减。因此在光伏控制系统中需要添加最大功率点跟踪MPPT控制器，就可以实现光伏最大功率输出。

目前，MPPT控制器大多是采用DSP的算法，PWM产生电路以及DC/DC电路实现，这些算法包括扰动观察法，电导增量法等固然很重要，但如果没有一套很好的硬件电路的设计与配合来提高太阳能电池板对蓄电池的充电效率，也是很难实现太阳能电池板最大功率输出。

通常为了实现太阳能电池板最大功率输出，首先通过对太阳能电压和充电电流采样回来的数据存储于MCU控制模块中，根据当前电压和电流的状况，利用扰动观察法，电导增量法计算出当前的功率，并与之前的功率做比较，得到功率变化趋势，通过PWM产生电路调节DC/DC电路的占空比，改变太阳能电池板的等效负载，实现太阳能电池最大功率跟踪。因此DC/DC电路模块设计的好坏是直接影响太阳能电池最大功率跟踪好与坏的重要因数之一。

MPPT太阳能控制器是基于DSP最大功率跟踪算法的基础上，同样不断提高MPPT控制器内部电路的设计技术、采用新型的DC/DC模块化设计、降低其内部功耗、减少其内部电路复杂度，是本领域需要解决的技术问题。

实用新型内容

为此，本实用新型为解决上述技术问题，提供一种新型的MPPT太阳能控制器。

于是，本实用新型提供了以下技术方案：一种MPPT太阳能控制器，所述MPPT控制器包括辅助电源模块、太阳电压采样模块、电池电压采样模块、充电电流采样模块、MCU控制模块、驱动模块和DC/DC充电控制模块；

所述辅助电源模块的输入端连接蓄电池正负极两端，输出端连接所述MPPT控制器的供电端；

所述太阳电压采样模块的输入端连接太阳能电池板正极的直流输出端，输出端连接所述MCU控制模块；

所述电池电压采样模块的输入端连接蓄电池正极的直流输出端，输出端连接所述MCU控制模块；

所述充电电流采样模块的输入端连接太阳能电池板负极的直流输出端与蓄电池负极的直流输入端，输出端连接所述MCU控制模块；

所述MCU控制模块，接收所述太阳电压采样模块、所述电池电压采样模块及所述充电电流采样模块传输的数据，并输出方波到所述驱动模块；

所述驱动模块的输入端连接所述MCU控制模块，输出端连接所述DC/DC充电控制模块。

具体地，所述DC/DC充电控制模块包括电感器L1、电感器L2、MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q2、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4和二极管D1；电感器L1一端连接MOS管Q1的漏极D并且连接电容器C2、电阻器R4其中一端，电感器L1另一端连接MOS管Q2的源极S并且连接电阻器R1；电阻器R1与电容器C1相连；电阻器R2连接MOS管Q1的栅极G，MOS管Q1的源极S连接太阳能负极并且连接电阻器R3、电容器C3、电容器C4、二极管D1的其中一端，电阻器R3的另一端连接电池负极；电感器L2一端与MOS管Q2的漏极D连接并且连接电容器C1、电阻器R5、二极管D1其中一端，电感器L2另一端与MOS管Q3的漏极D相连并且连接电容器C2和电容器C4其中一端；MOS管Q2的栅极G与电阻器R4相连；MOS管Q3的栅极G与电阻器R6相连并且连接电阻器R7其中一端，电阻器R7的另一端与MOS管Q3的源极S相连并连接到电池正极。

本实用新型的有益效果是：

一方面通过内部新型的DSP算法时刻监控当前太阳能电池板的最大功率点，从而不断的调整PWM的占空比，实现太阳能电池最大功率跟踪，另一方面采用新型的DC/DC模块控制方式，从而有效的降低了其内部功耗，减少了内部电路复杂度，最大效率的实现了太阳能电池板最大功率输出。本实用新型基于DSP最大功率跟踪算法的基础上，提高MPPT控制器内部电路的设计技术，采用新型的DC/DC模块化设计技术，降低其内部功耗，减少其内部电路复杂度，实现了太阳能电池板保持最大功率输出。

附图说明

图1为实施例MPPT控制器的原理框图。

图2为实施例DC/DC充电控制模块的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图对本实用新型进行详细描述。显然，所描述的实例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。

本实施例MPPT控制器1的原理框图参看附图1,包括辅助电源模块11、太阳电压采样模块12、电池电压采样模块13、充电电流采样模块14、MCU控制模块15、驱动模块16和DC/DC充电控制模块17。

其中，辅助电源模块11，其输入端连接蓄电池正负极两端，输出端连接MPPT控制器系统中所有IC供电端，通过其蓄电池电压转换为系统中所有IC供电所需电压，并提供稳定可靠的供电电源；

太阳电压采样模块12，其输入端连接太阳能电池板正极的直流输出端；输出端连接MCU控制模块，用于采集太阳能电池板在不同温度和环境下的电压数据，并在MCU控制模块中存储。

电池电压采样模块13，其输入端连接蓄电池正极的直流输出端；输出端连接MCU控制模块，用于采集蓄电池的当前电压数据，并在 MCU控制模块中存储。

充电电流采样模块14，其输入端连接太阳能电池板负极的直流输出端与蓄电池负极的直流输入端；输出端连接MCU控制模块，用于采集太阳能电池板在不同温度和环境下对蓄电池的充电电流数据，并在MCU控制模块中存储。

MCU控制模块15，用于将太阳电压采样模块、电池电压采样模块和充电电流采样模块传输过来的数据，通过内部新型的最大功率点跟踪计算，输出一个对应于该占空比的方波到驱动模块。

驱动模块16，其输入端连接MCU控制模块，其输出端连接DC/DC充电控制模块并推动其工作。

DC/DC充电控制模块17，DC/DC充电控制模块17中的MOS开关管Q1和Q2在方波信号的作用下周期性的通断，控制电感周期性的充放电，实现升压和降压功能，进而实现太阳能电池板最大功率输出。

本实施例MPPT控制器电路的具体工作过程如下：

太阳能电池板输入由太阳能正和太阳能负接入，蓄电池接入由电池正和电池负输入，当蓄电池电压正常时，辅助电源模块11开始建立工作，通过蓄电池电压转换为控制器中所有IC供电所需电压，并提供稳定可靠的供电电源；当控制器正常自检后，在每隔一段时间MCU控制模块15不停的检测和存储太阳能电池板在不同温度和环境下的电压和电流，并利用内部DSP算法，计算当前的功率，并与之前的功率做比较，得到功率变化趋势，并计算出当前最大功率跟踪点的占空比，通过MCU控制模块15输出一个对应于该占比的方波到驱动电路模块，去驱动和调节DC/DC充电控制模块的占空比。

其中，DC/DC充电控制模块17的电路图参看附图2，包括电感器L1、电感器L2、MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q2、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4和二极管D1；电感器L1一端连接MOS管Q1的漏极D并接电容器C2、电阻器R4其中一端，电感器L1另一端连接MOS管Q2的源极S相连及并接电阻器R1；电阻器R1与C1相连；电阻器R2连接MOS管Q1的栅极G，MOS管Q1的源极S连接太阳能负及并接电阻器R3、电容器C3、电容器C4、二极管D1的其中一端，电阻器R3的另一端连接电池负；电感器L2一端与MOS管Q2的漏极D连接并接电容器C1、电阻器R5、二极管D1其中一端，电感器L2另一端与MOS管Q3的漏极D相连及并接电容器C2和C4其中一端；MOS管Q2的栅极G与电阻器R4相连；MOS管Q3的栅极G与电阻器R6相连及并接电阻器R7其中一端，电阻器R7的另一端与MOS管Q3的源极S相连并连接到电池正极。DC/DC充电控制模块17接收驱动模块16送来的方波信号，控制MOS开关管Q1和Q2在方波信号的作用下周期性的通断，控制电感周期性的充放电，实现升压和降压功能，进而实现太阳能电池板最大功率输出，在利用MOS管Q3的开通和关断实现太阳能电池板对蓄电池充电控制。

DC/DC充电控制模块17的实现控制方式如下：

（1）此新型DC/DC充电控制模块是由两个独立的MOS管开关器件分别是N沟道MOS管Q1和P沟道MOS管Q2控制，可使电路分别工作在升压模式和降压模式，其中Q1、Q2是接受由MCU控制器发出来的同一个PWMA信号控制。

（2）当太阳能电池板电压低于蓄电池电压时，控制Q1的PWM占空比，使Q1周期性的开通和关断，利用电感器L1周期性的充、放电所储存的能量叠加于太阳能电池板输入端，使太阳能电池板保持最大功率输出，电路实现了升压模式。

（3）当太阳能电池板电压高于蓄电池电压时，控制Q2的PWM占空比，使Q2周期性的开通和关断，利用电感器L2周期性的充、放电所储存的能量叠加于太阳能电池板输入端，使太阳能电池板保持最大功率输出，电路实现了降压模式

（4）最后通过由MCU控制模块送出的PWMB信号控制N沟道MOS管Q3的开通来连接太阳能电池板对蓄电池的充电控制，其次还可以防止万一太阳能电池板电压过高时，通过控制MOS管Q3的关断，防止过高的太阳能电池板损坏蓄电池。

本实施例的MPPT太阳能控制器电路结构简单、稳定性好、实用性强，可以广泛运用于太阳能光伏系统的MPPT控制器应用领域中，MPPT太阳能控制器是基于DSP最大功率跟踪算法的基础上，不断提高MPPT控制器内部电路的设计技术、采用新型的DC/DC模块化设计、降低其内部功耗、减少其内部电路复杂度，使太阳能电池板始终保持最大功率输出，于普通充电控制器相比其充电效率高出30-40%。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种MPPT太阳能控制器，其特征在于：所述MPPT控制器包括辅助电源模块、太阳电压采样模块、电池电压采样模块、充电电流采样模块、MCU控制模块、驱动模块和DC/DC充电控制模块；

2.根据权利要求1所述的MPPT太阳能控制器，其特征在于：所述DC/DC充电控制模块包括电感器L1、电感器L2、MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q2、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4和二极管D1；电感器L1一端连接MOS管Q1的漏极D并接电容器C2、电阻器R4其中一端，电感器L1另一端连接MOS管 Q2的源极S并且连接电阻器R1；电阻器R1与电容器C1相连；电阻器R2连接MOS管Q1的栅极G，MOS管Q1的源极S连接太阳能电池板负极并且连接电阻器R3、电容器C3、电容器C4、二极管D1的其中一端，电阻器R3的另一端连蓄电池负极；电感器L2一端与MOS管Q2的漏极D连接并接电容器C1、电阻器R5、二极管D1其中一端，电感器L2另一端与MOS管Q3的漏极D相连并且连接电容器C2和电容器C4其中一端；MOS管Q2的栅极G与电阻器R4相连；MOS管Q3的栅极G与电阻器R6相连并且连接电阻器R7其中一端，电阻器R7的另一端与MOS管Q3的源极S相连并连接到蓄电池正极。