CN205594494U - 基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器 - Google Patents

基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器 Download PDF

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李晓祎
葛超
李伟
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Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，包括控制模块，与控制模块电连接的显示模块、电压电流采集模块，所述的电压电流采集模块与信号处理模块电连接，信号处理模块与模数转换模块电连接，信号处理模块设有滤波器及运算放大器，电压电流采集模块采集的数据通过信号处理模块后，由信号处理模块传输给数据转换模块，数据转换模块将电压、电流的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给控制模块；控制模块通过光电耦合器连接开关脉宽凋制器。本实用新型电路简单、控制方法灵活，可以跟随环境的变化，准确地跟踪太阳能光伏电池输出的最大功率点，同时在跟踪过程中引起输出电能的振荡和波动极小。

Description

基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器
技术领域
本实用新型涉及控制器，具体是一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器。
背景技术
目前，光伏系统所面临的主要问题之一是转换效率低。国内外许多文献针对此问题提出实现太阳能最大功率点跟踪的方法，其中的“爬山法”，因控制思路简单，实现较为方便得到广泛的应用。但是由于在稳定跟踪时，会出现两种情况：一是因在最大功率点附近振荡运行导致功率损失；二是因外界环境的突变如随机性和快速性变化的风、云等致使跟踪方向的误判，两者导致爬山法不能完全实现最大功率点跟踪。基于此，研发一个高可靠性和高集成度的自动控制系统，解决因在最大功率点附近振荡运行造成的功率损失和出现跟踪方向误判的问题，实现又快又好的跟踪，显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，以Buck型降压电路为主电路，采用单片机进行控制，实现对太阳能电压、电流的数据采集和处理，计算出最大功率点并进行功率点大小的比较，最终完成对功率开关的精确控制。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，包括控制模块，与控制模块电连接的显示模块、电压电流采集模块，所述的电压电流采集模块与信号处理模块电连接，信号处理模块与模数转换模块电连接，信号处理模块设有滤波器及运算放大器，电压电流采集模块采集的数据通过信号处理模块后，由信号处理模块传输给数据转换模块，数据转换模块将电压、电流的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给控制模块；控制模块通过光电耦合器连接开关脉宽凋制器。
本实用新型将DC-DC变换器接入太阳能光伏电池的输入回路，并将对DC-DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算，由单片机输出PWM脉冲调节DC-DC转换器内部开关管占空比的变化等值改变其负载大小，控制太阳能光伏电池的输出电压以实现最大功率点跟踪。由于采用了降压式(Buck)DC-DC转换电路来实现最大功率点跟踪，所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活，可以跟随环境的变化，准确地跟踪太阳能光伏电池输出的最大功率点，同时在跟踪过程中引起输出电能的振荡和波动极小。
进一步的优选技术方案如下：
所述的显示模块设有显示芯片，显示芯片连接控制数码显示管。
本实用新型选择键盘显示芯片ZLG7289B，其具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。ZLG7289B内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。ZLG7289B具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。其只需控制4个引脚即可，控制起来十分方便。7289具有两种命令形式：纯指令类型和数据指令类型。但无论是读入还是写出都是通过DIO口来实现的。根据测试系统功能的需要，该部分主要包括8个数码显示管，其中电压显示需要4位数码管，电流显示需要4位数码管。
所述的模数转换模块设有A/D转换电路，A/D转换电路采集4路输入信号，有3个输入信号，两个输出信号；A/D转换电路的每个输入端都是由LM324组成的二阶有源低通滤波电路。
通过前级采集和滤波处理过的电压和电流信号是模拟信号，为了能够让MCU处理，必须将其转化为数字信号，这就需要一个模数转换模块，模数转换模块设有模数转化器ADS78411，并且配合外围电路构成了一个完整的A/D转换电路。
所述的A/D转换电路设有4通道串行总线A/D转换器ADS7841；转换器ADS7841的第8引脚由外部提供了4.096V的参考电压，该参考电压由REFl98和外围电容构成，其输出电压为：4.096V。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构框架图；
图2是图1中电压电流采集模块的电路图；
图3是图1中信号处理模块的电路图；
图4是图1中信号处理模块的电路图；
图5是图1中模数转换模块的由ADS7841组成的A/D转换电路图；
图6是图1中控制模块的CPU控制电路；
图7是图1中光电耦合器与开关脉宽凋制器的开关控制原理图；
附图标记说明：1－电压电流采集模块；2－信号处理模块；3－模数转换模块；4－控制模块；5－显示模块；6－数码显示管；7－光电耦合器；8－开关脉宽凋制器。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
参见图1－图7，一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，由控制模块4，与控制模块4电连接的显示模块5、电压电流采集模块1组成，所述的电压电流采集模块1与信号处理模块2电连接，信号处理模块2与模数转换模块3电连接，信号处理模块2设有滤波器及运算放大器，电压电流采集模块1采集的数据通过信号处理模块2后，由信号处理模块2传输给数据转换模块，数据转换模块将电压、电流的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给控制模块4；控制模块4通过光电耦合器7连接开关脉宽凋制器8。
所述的显示模块5设有显示芯片，显示芯片连接控制数码显示管6。
本实用新型选择键盘显示芯片ZLG7289B，其具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。ZLG7289B内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。ZLG7289B具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。其只需控制4个引脚即可，控制起来十分方便。7289具有两种命令形式：纯指令类型和数据指令类型。但无论是读入还是写出都是通过DIO口来实现的。根据测试系统功能的需要，该部分主要包括8个数码显示管6，其中电压显示需要4位数码管，电流显示需要4位数码管。
所述的模数转换模块3设有A/D转换电路，A/D转换电路采集4路输入信号，有3个输入信号，两个输出信号；A/D转换电路的每个输入端都是由LM324组成的二阶有源低通滤波电路。
通过前级采集和滤波处理过的电压和电流信号是模拟信号，为了能够让MCU处理，必须将其转化为数字信号，这就需要一个模数转换模块3，模数转换模块3设有模数转化器ADS78411，并且配合外围电路构成了一个完整的A/D转换电路。
所述的A/D转换电路设有4通道串行总线A/D转换器ADS7841；转换器ADS7841的第8引脚由外部提供了4.096V的参考电压，该参考电压由REFl98和外围电容构成，其输出电压为：4.096V。
上述实施例将DC-DC变换器接入太阳能光伏电池的输入回路，并将对DC-DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算，由单片机输出PWM脉冲调节DC-DC转换器内部开关管占空比的变化等值改变其负载大小，控制太阳能光伏电池的输出电压以实现最大功率点跟踪。由于采用了降压式(Buck)DC-DC转换电路来实现最大功率点跟踪，所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活，可以跟随环境的变化，准确地跟踪太阳能光伏电池输出的最大功率点，同时在跟踪过程中引起输出电能的振荡和波动极小。
以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到的与本技术方案技术特征等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，包括控制模块，与控制模块电连接的显示模块、电压电流采集模块，其特征在于：所述的电压电流采集模块与信号处理模块电连接，信号处理模块与模数转换模块电连接，信号处理模块设有滤波器及运算放大器，电压电流采集模块采集的数据通过信号处理模块后，由信号处理模块传输给数据转换模块，数据转换模块将电压、电流的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给控制模块；控制模块通过光电耦合器连接开关脉宽凋制器。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，其特征在于：所述的显示模块设有显示芯片，显示芯片连接控制数码显示管。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，其特征在于：所述的模数转换模块设有A/D转换电路，A/D转换电路采集4路输入信号，有3个输入信号，两个输出信号；A/D转换电路的每个输入端都是由LM324组成的二阶有源低通滤波电路。
4.根据权利要求3所述的基于嵌入式系统的太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制器，其特征在于：所述的A/D转换电路设有4通道串行总线A/D转换器ADS7841；转换器ADS7841的第8引脚由外部提供了4.096V的参考电压，该参考电压由REFl98和外围电容构成，其输出电压为：4.096V。
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