CN220271755U - 一种适用于太阳能无人机的mppt控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，涉及MPPT控制器技术领域，该控制器中，SOLAR端口分别与第一MOS管的源极和第一分压电阻的一端连接；第一分压电阻的另一端连接MCU的第一端；第一MOS管的漏极连接电感的一端；电感的另一端分别连接第二MOS管的源极、电容的上极板和测量电阻的一端；电容的下极板接地；BAT端口分别连接测量电阻的另一端、第二分压电阻的一端和第一降压模块的一端；第二降压模块与第一降压模块的另一端连接；温度传感器与MCU的第二端连接。本实用新型通过设置转化主电路，实现太阳能电池的多路输入和小功率化，在减小MPPT体积的同时，提高了总的发电效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及MPPT控制器技术领域，特别是涉及一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器。
背景技术
目前市面上商用的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)系统的主要客户群体是太阳能电站和家用用户，他们所使用的太阳能电池是表面没有弧度的平面太阳能电池，并且即使是家用用户使用的MPPT也是千瓦级的，重量和体积都较大。而太阳能无人机上的太阳能电池是百瓦级的，由于机翼是弧形的这一固有特性，使得铺在机翼上的太阳能电池表面是曲面的，这就无法使每一处的太阳照射角相等，因此，必须将太阳能无人机上的太阳能电池分为多路输出到MPPT的多路转化电路上，使得每一路转化电路只有几十瓦，目前市面上的MPPT大多只有一路转化电路。
此外，目前市面上量产的MPPT是固定安装在地面上的，其产品也都配备良好的散热模块，而相较于太阳能无人机所能接受的MPPT的体积和重量，市面上量产的MPPT的重量和体积均严重超标。以现有的太阳能无人机为例，无人机在飞行过程中机身始终和空气处于摩擦中，所以无需考虑散热问题，也不需要安装散热模块，并且由于无人机机翼形状是弧形的原因，机翼上的太阳能电池不可能每一处的太阳照射角度都是相同的，这就必须将机翼上的太阳能电池分为多路输出，并且每一路的功率相对于市面上量产的MPPT转化功率都很小，只有几十瓦的量级，所以目前市面上量产的MPPT并不适用于太阳能无人机。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，通过设置转化主电路，实现太阳能电池的多路输入和小功率化，在减小MPPT体积的同时，提高了总的发电效率。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供了一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，包括：转化主电路、控制电路和变压电路；
所述转化主电路包括：SOLAR端口、BAT端口、第一分压电阻、第二分压电阻、第一MOS管、第二MOS管、电感、电容和测量电阻；所述控制电路包括：MCU、第一通信模块、第二通信模块和温度传感器；所述变压电路包括：第一降压模块和第二降压模块；
所述SOLAR端口分别与所述第一MOS管的源极和所述第一分压电阻的一端连接；所述第一分压电阻的另一端连接所述MCU的第一端；所述第一MOS管的漏极连接所述电感的一端；所述电感的另一端分别连接所述第二MOS管的源极、所述电容的上极板和所述测量电阻的一端；所述电容的下极板接地；所述BAT端口分别连接所述测量电阻的另一端、所述第二分压电阻的一端和所述第一降压模块的一端；所述第二降压模块与所述第一降压模块的另一端连接；所述温度传感器与所述MCU的第二端连接。
可选地，所述转化主电路，还包括：IRS2184芯片、LTC4359芯片和ACS718芯片；
所述IRS2184芯片的控制端与所述第一MOS管的栅极连接，所述IRS2184芯片的信号接收端与所述MCU的第三端连接，所述IRS2184芯片用于控制所述第一MOS管的通断；
所述LTC4359芯片，与所述第二MOS管的栅极连接，用于控制所述第二MOS管的通断；
所述ACS718芯片的检测端与所述测量电阻的两端并联，所述ACS718芯片的信号端与所述MCU的第四端连接，所述ACS718芯片用于测量流经所述测量电阻两端的电流值。
可选地，所述MPPT控制器设置有多路所述转化主电路，所述转化主电路的数量是根据太阳能电池中输出电路板的数量确定的。
可选地，所述第一通信模块为SPI通信模块，所述第二通信模块为RS485通信模块。
可选地，所述MCU上的SPI通信端口与MPPT上的SPI通信端口连接，所述MCU上的串口端口与MAX13487芯片连接，MAX13487芯片与所述RS485通信模块的接线端连接；所述MAX13487芯片用于将所述MCU上的串口端口的信号转化为RS485信号。
可选地，所述第一降压模块中的芯片为MAX5035芯片，所述第二降压模块中的芯片为MAX16910芯片。
可选地，所述MAX5035芯片用于将所述BAT端口的电压下降为12V，所述MAX16910芯片用于将12V的电压再下降为5V的电压。
可选地，所述MAX5035芯片的输出端用于给所述IRS2184芯片提供12V的电压，所述MAX16910芯片的输出端用于分别给所述ACS718芯片和所述MCU提供5V的电压。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型提供了一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，该控制器包括转化主电路、控制电路和变压电路，其中，SOLAR端口分别与第一MOS管的源极和第一分压电阻的一端连接；第一分压电阻的另一端连接MCU的第一端；第一MOS管的漏极连接电感的一端；电感的另一端分别连接第二MOS管的源极、电容的上极板和测量电阻的一端；电容的下极板接地；BAT端口分别连接测量电阻的另一端、第二分压电阻的一端和第一降压模块的一端；第二降压模块与第一降压模块的另一端连接；温度传感器与MCU的第二端连接。本实用新型通过设置转化主电路，实现太阳能电池的多路输入和小功率化，在减小MPPT体积的同时，提高了总的发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器的结构框图。
符号说明：
转化主电路-1，SOLAR端口-11，BAT端口-12，第一分压电阻-13，第二分压电阻-14，第一MOS管-15，第二MOS管-16，电感-17，电容-18，测量电阻-19，控制电路-2，MCU-21，第一通信模块-22，第二通信模块-23，温度传感器-24，变压电路-3，第一降压模块-31，第二降压模块-32，IRS2184芯片-4，LTC4359芯片-5，ACS718芯片-6。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，通过设置转化主电路，实现太阳能电池的多路输入和小功率化，在减小MPPT体积的同时，提高了总的发电效率。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例公开了一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，如图1所示，具体包括：转化主电路1、控制电路2和变压电路3。
具体地，转化主电路1包括：SOLAR端口11、BAT端口12、第一分压电阻13、第二分压电阻14、第一MOS管15、第二MOS管16、电感17、电容18和测量电阻19；控制电路2包括：MCU21、第一通信模块22、第二通信模块23和温度传感器24；变压电路3包括：第一降压模块31和第二降压模块32。其中，转化主电路1还包括：IRS2184芯片4、LTC4359芯片5和ACS718芯片6；第一通信模块22为SPI通信模块，第二通信模块23为RS485通信模块；第一降压模块31中的芯片为MAX5035芯片，第二降压模块32中的芯片为MAX16910芯片。
进一步地，SOLAR端口11分别与第一MOS管15的源极和第一分压电阻13的一端连接；第一分压电阻13的另一端连接MCU21的第一端，MCU21的第一端为第一模数转化端口，MCU21将第一分压电阻13测量的模拟电压量转化为数字量；第一MOS管15的漏极连接电感17的一端；电感17的另一端分别连接第二MOS管16的源极、电容18的上极板和测量电阻19的一端；电容18的下极板接地；BAT端口12分别连接测量电阻19的另一端、第二分压电阻14的一端和第一降压模块31的一端；第二降压模块32与第一降压模块31的另一端连接；温度传感器24与MCU21的第二端连接，MCU21的第二端为第二模数转化端口，MCU21将温度传感器24采集的温度模拟量转化为数字量。
此外，IRS2184芯片4的控制端与第一MOS管15的栅极连接，IRS2184芯片4的信号接收端与MCU21的第三端连接，MCU21的第三端为I/O接口，用于接收IRS2184芯片4的PWM数据，IRS2184芯片4用于控制第一MOS管15的通断；LTC4359芯片5，与第二MOS管16的栅极连接，用于控制第二MOS管16的通断；ACS718芯片6的检测端与测量电阻19的两端并联，ACS718芯片6的信号端与MCU21的第四端连接，MCU21的第四端为第三模数转化端口，ACS718芯片6用于计算流经测量电阻19两端的电流值。
另外，MCU21上的SPI通信端口与MPPT上的SPI通信端口连接，MCU21上的串口端口与MAX13487芯片连接；MAX13487芯片与RS485通信模块的接线端连接，MAX13487芯片用于将MCU21上的串口端口的信号转化为RS485信号。MAX5035芯片用于将BAT端口12的电压下降为12V，MAX16910芯片用于将12V的电压再下降为5V的电压；MAX5035芯片的输出端用于给IRS2184芯片4提供12V的电压，MAX16910芯片的输出端用于分别给ACS718芯片6和MCU21提供5V的电压。
在本实施例中，转化主电路1的路数需要根据无人机太阳能电池输出的具体情况来设定，MPPT控制器中能够设置多路转化主电路1，由于每一路转化主电路1都是完全相同的，所以，不论有多少路转化主电路1都是由一个控制电路2控制，并由一组变压电路3供电，集成化程度高。
实施例二
本实施例公开了一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器的实际应用场景，具体工作原理为：
控制电路2根据转化主电路1中各模块传回的数据进行计算，将计算出的PWM值输出PWM波给IRS2184芯片4，IRS2184芯片4控制第一MOS管15的占空比，再通过LTC4359芯片5、第二MOS管16、电感17和电容18，将第一MOS管15输出的电压波动为齿波的直流电转化为电压稳定的直流电，转化主电路1将转化的电压稳定的直流电给变压电路3变压，变压后的不同电压为转化主电路1中的各芯片提供电源。
以任意一路转化主电路为例：太阳能电池将电能输入，第一分压电阻13将监测到的电压值发送至控制电路2中的MCU21，MCU21通过SOLAR端口11的电压值、BAT端口12的电流值和BAT端口12的电压值计算出PWM值，并将PWM值发送至IRS2184芯片4中，IRS2184芯片4控制第一MOS管15的占空比来实现降压整流。当第一MOS管15通电时，太阳能电池的输入电压给电感17和电容18充电，电感17的电流升高，电容18的电压升高，此时LTC4359芯片5控制第二MOS管16反向截止，太阳能电池直接给BAT端口12供电。当第一MOS管15断开时，电容18放电给BAT端口12供电，同时，LTC4359芯片5控制第二MOS管16导通，电感17通过给BAT端口12供电，起到续流的作用，ACS718芯片6计算测量电阻19两端的电流值，测量电阻19两端的电流值即为BAT端口12的电流值，电能由BAT端口12输出到负载。
其中，IRS2184芯片4需要12V的工作电压，MCU21需要5V的工作电压，均由变压电路3提供，而变压电路3由转化主电路1的BAT端口12供电，并通过两级变压分别输出12V电压和5V电压。控制电路2提供SPI通信和485通信，将MPPT控制器中的多路转化主电路1的SOLAR端口11的电压值、BAT端口12的电流值和BAT端口12的电压值的参数发送至无人机其它控制模块，同时，MPPT控制器还配有温度传感器24，当温度异常时产生报警信号，并将报警信号发送至无人机的主控制单元。
进一步地，在MCU21中的算法是扰动分析法，先测出SOLAR端口11的电压值，根据此电压值得出一个最大功率点的电压范围，在此范围内的中间点测量输出功率值，然后正向扰动再测出一个功率值，当后一个值大于上一个值时就一直正向扰动，当后一个值小于上一个值时就反向扰动，直到反向扰动的后一个值大于前一个值，再变为正向扰动，以此类推。
本实用新型的MPPT控制器是根据太阳能无人机的特性而研发的，相较于目前市面上量产的MPPT而言具有以下优点：(1)根据所匹配的太阳能无人机上的太阳能电池来实现多路输入，使不同位置的太阳能电池根据太阳照射角度不同而有与之对应的控制输出，从而提高飞机太阳能电池的总发电效率。(2)根据太阳能电池的具体功率来设计转化主电路匹配相适应的MOS管和电容、电感，达到降低重量减少体积的目的。(3)实时监测各参数并传出，可让使用者更直观了解太阳能电池工况，根据实时工况制定相对应飞行路线。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (8)
1.一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，包括：转化主电路、控制电路和变压电路；
所述转化主电路包括：SOLAR端口、BAT端口、第一分压电阻、第二分压电阻、第一MOS管、第二MOS管、电感、电容和测量电阻；所述控制电路包括：MCU、第一通信模块、第二通信模块和温度传感器；所述变压电路包括：第一降压模块和第二降压模块；
所述SOLAR端口分别与所述第一MOS管的源极和所述第一分压电阻的一端连接；所述第一分压电阻的另一端连接所述MCU的第一端；所述第一MOS管的漏极连接所述电感的一端；所述电感的另一端分别连接所述第二MOS管的源极、所述电容的上极板和所述测量电阻的一端；所述电容的下极板接地；所述BAT端口分别连接所述测量电阻的另一端、所述第二分压电阻的一端和所述第一降压模块的一端；所述第二降压模块与所述第一降压模块的另一端连接；所述温度传感器与所述MCU的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述转化主电路，还包括：IRS2184芯片、LTC4359芯片和ACS718芯片；
所述IRS2184芯片的控制端与所述第一MOS管的栅极连接，所述IRS2184芯片的信号接收端与所述MCU的第三端连接，所述IRS2184芯片用于控制所述第一MOS管的通断；
所述LTC4359芯片，与所述第二MOS管的栅极连接，用于控制所述第二MOS管的通断；
所述ACS718芯片的检测端与所述测量电阻的两端并联，所述ACS718芯片的信号端与所述MCU的第四端连接，所述ACS718芯片用于测量流经所述测量电阻两端的电流值。
3.根据权利要求1所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述MPPT控制器设置有多路所述转化主电路，所述转化主电路的数量是根据太阳能电池中输出电路板的数量确定的。
4.根据权利要求1所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述第一通信模块为SPI通信模块，所述第二通信模块为RS485通信模块。
5.根据权利要求4所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述MCU上的SPI通信端口与MPPT上的SPI通信端口连接，所述MCU上的串口端口与MAX13487芯片连接，MAX13487芯片与所述RS485通信模块的接线端连接；所述MAX13487芯片用于将所述MCU上的串口端口的信号转化为RS485信号。
6.根据权利要求2所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述第一降压模块中的芯片为MAX5035芯片，所述第二降压模块中的芯片为MAX16910芯片。
7.根据权利要求6所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述MAX5035芯片用于将所述BAT端口的电压下降为12V，所述MAX16910芯片用于将12V的电压再下降为5V的电压。
8.根据权利要求7所述的一种适用于太阳能无人机的MPPT控制器，其特征在于，所述MAX5035芯片的输出端用于给所述IRS2184芯片提供12V的电压，所述MAX16910芯片的输出端用于分别给所述ACS718芯片和所述MCU提供5V的电压。
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