专利名称：一种变频高速采样手持式光伏电池测试仪及其实现方法
技术领域：
本发明属于手持式测试仪领域，具体涉及一种变频高速采样手持式光伏电池测试仪及其实现方法。
背景技术：
目前，公知的采用电容作为电子负载的光伏电池组件测试仪是基于MCU来设计的，采样率非常有限。且其采用匀速采样的方法，电流电压采样率在整个采样过程是恒定的，根据充电电压一时间曲线，和充电电流一时间曲线可知，匀速的采样会使采样点数过度密集在电流一电压(I一V)曲线上接近开路电压的地方，这样不仅浪费了有限的采样点，使曲线主体部分的采样点数较稀疏，且密集采样点ADC无法分辨。于是滤波后，曲线光滑度较
差，且从曲线得到的一些重要参数的误差较大。
发明内容
为了得到更加精确的采集参数和更加平滑的I一V曲线以及减小数据的冗余，本发明采用FPGA来设计，用FPGA生成专用采样模块，大大提高了系统的最高采样率，并采用变频采样的方法，解决了数据分布不合理的问题，减小了数据冗余，得到的I一V曲线更光滑，相关参数更加精确，稳定。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种变频高速采样手持式光伏电池测试仪，包括电容、电流电压采集点(P1、P2)、M0S开关管(SI、S2、S3)、FPGA芯片、ADC芯片、程控放大芯片，其特征在于，所述的电流电压采集点(P1、P2)接入所述的程控放大芯片的级联电路输入端，级联电路的输出接入所述的ADC芯片的模拟输入端口，所述的ADC芯片的14位输出接入所述的FPGA芯片的I/O输入端口 ；所述的FPGA芯片控制电流电压采集所述的三个MOS开关管(SI、S2、S3)、所述程控放大芯片的级联放大系数，以及提供所述ADC芯片的采样时钟。
实现所述的变频高速采样手持式光伏电池测试仪的方法分为四个阶段
第一阶段为充电电压小于开路电压的70%的时段，采样频率设定为F1=(1000/Tcharge) X 4, Tcharge 为充电总时间；
第二阶段为充电电压大于开路电压的70%且充电电流大于短路电流的65%的阶段，设定为 F2 = F1X4 ;
第三阶段为充电电流在短路电流的65%和33%之间的阶段，采样频率设定为F3 = Fl ；第四阶段为充电电流小于短路电流的33%的阶段，采样频率每采集40个点减半一次，直到采样时间结束。本发明的有益效果是，解决了数据分布不合理的问题，减小数据冗余，得到的I一V曲线更光滑，相关参数更加精确，稳定。可重复性的比较结果为匀速采样得到的最大功率点电流可重复性为5. 5%，最大功率点电压可重复性为5. 9%，最大功率可重复性为I. 41%，填充因子可重复性为I. 41% ;变速采样得到的最大功率点电流可重复性为2. 7%，最大功率点电压可重复性为2. 8%，最大功率可重复性为O. 37%，填充因子可重复性为O. 37%。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图I是本发明的总体设计框图。图2是本发明的电流电压采集原理图。图3是本发明的电流电压采集结构图。图4是实现本发明方法的流程图。附图2标识PV为光伏电池，SI、S2、S3为MOS开关管，Rl为电流采样电阻，R2为电容放电电阻，R3、R4为电压采样电阻，C为电容，P1、P2分别为电流电压采集节点。附图4标识 为充电电压，U1为开路电压，I0为充电电流，I1为短路电流，F1、F2、F3均为采样频率。
具体实施例方式在图I中，主要控制模块对测量的整个进程进行控制。在主要控制模块的控制下，环境参数采集模块对温度和光强参数进行采集，显示模块可以对当前被测电池的开路电压、短路电流以及填充因子进行显示，初始化模块实现对电流和电压信号的程控放大系数进行最佳的配置，从而充分利用A/D的分辨率，并测量光伏电池的开路电压和短路电流，根据开路电压和短路电流的大小计算出充电时间，以及初始采样频率，采样模块主要是完成对信号的变频采样，根据充电的进程，提供不同的采样率，存储模块的作用是在采集完成之后，将FPGA内FIFO中的数据存储到Flash存储器里，RS232串行接口模块实现本仪器与PC机的通信。在图2中，三个MOS开关管(SI、S2、S3)控制电路的工作状态，实现对光伏电池PV开路电压、短路电流、以及I一V曲线的测量。测量短路电流时，MOS开关管SI导通，MOS开关管S2断开，电流直接从光伏电池PV的正极通过电流采样电阻Rl流回负极，由于电流采样电阻Rl阻值很小，光伏电池PV可视为处在短路的状态，此时可从电流采集节点Pl采集到短路电流的大小。测量开路电压时，MOS开关管SI和MOS开关管S2均断开，由于电压采集电阻阻值较大，光伏电池PV可被视为开路，此时可从电压采集节点P2采集得到开路电压的大小。在对电容C充电测量I一V曲线之前，要对电容C进行放电，此时S3导通，电容C通过电容放电电阻R2放电。在测量I—V曲线时，MOS开关管SI断开，MOS开关管S2导通，MOS开关管S3断开，光伏电池PV对电容C充电，直到电容C端电压达到光伏电池PV的开路电压，此过程中，在电流采集节点Pl和电压采集节点P2进行电流和电压的高频采样，便能得到I一V曲线。在图3中，一种变频高速采样手持式光伏电池测试仪，包括电容、电流电压采集点(P1、P2)、M0S开关管、FPGA芯片、ADC芯片、程控放大芯片PGA202、程控放大芯片PGA203，所述的FPGA芯片选用EP2C8T144C6，所述的ADC芯片选用AD9245-40，所述的EP2C8T144C6结合所述的ADC芯片AD9245-40设计。所述的电流电压采集点(P1、P2)接入所述的程控放大芯片的级联电路输入端，级联电路的输出接入所述的ADC芯片的模拟输入端口，所述的ADC芯片的14位输出接入所述的FPGA芯片的I/O输入端口 ；所述的FPGA芯片控制电流电压采集所述的三个MOS开关管(SI、S2、S3)、所述程控放大芯片的级联放大系数，以及提供所述ADC芯片的采样时钟。
所述的程控放大芯片可以选用PGA202和PGA203两种型号。在图4中，实现所述的变频高速采样手持式光伏电池测试仪的方法分为四个阶段
第一阶段为充电电压Utl小于开路电压U1的70%的时段，采样频率设定为F1=(1000/Tcharge) X 4, Tcharge 为充电总时间；
第二阶段为充电电压U0大于开路电压U1的70%且充电电流Itl大于短路电流I1的65%的阶段，设定为F2 = F1X4 ； 第三阶段为充电电流Itl在短路电流I1的65%和33%之间的阶段，采样频率设定为F3=Fl ；
第四阶段为充电电流Itl小于短路电流I1的33%的阶段，采样频率每采集40个点减半一次，直到米样时间结束。
权利要求
1.一种变频高速采样手持式光伏电池测试仪，包括电容、电流电压采集点(P1、P2)、MOS开关管(SI、S2、S3)、FPGA芯片、ADC芯片、程控放大芯片，其特征在于，所述的电流电压采集点(P1、P2)接入所述的程控放大芯片的级联电路输入端，级联电路的输出接入所述的ADC芯片的模拟输入端口，所述的ADC芯片的14位输出接入所述的FPGA芯片的I/O输入端□。
2.根据权利要求I所述的变频高速采样手持式光伏电池测试仪，其特征在于，所述的FPGA芯片控制电流电压采集所述的三个MOS开关管(SI、S2、S3)、所述程控放大芯片的级联放大系数，以及提供所述ADC芯片的采样时钟。
3.实现权利要求I所述的变频高速采样手持式光伏电池测试仪的方法，其特征在于，实现所述的变频高速采样手持式光伏电池测试仪的方法分为四个阶段 第一阶段为充电电压小于开路电压的70%的时段，采样频率设定为F1=(1000/Tcharge) X 4, Tcharge 为充电总时间； 第二阶段为充电电压大于开路电压的70%且充电电流大于短路电流的65%的阶段，设定为 F2 = F1X4 ; 第三阶段为充电电流在短路电流的65%和33%之间的阶段，采样频率设定为F3 = Fl ；第四阶段为充电电流小于短路电流的33%的阶段，采样频率每采集40个点减半一次，直到采样时间结束。
全文摘要
本发明公开了一种用于光伏电池测试的变频高速采样手持式测试仪及其实现方法。本发明采用所述PFGA芯片EP2C8T144C6结合所述ADC芯片AD9245-40设计，所述的电流电压采集点(P1、P2)接入所述程控放大芯片的级联电路输入端，级联电路的输出接入所述AD9245-40的模拟输入端口，所述AD9245-40的14位输出接入所述EP2C8T144C6的I/O输入端口。本测试仪最高采样率可达32MHz，并采用变频采样的方法，解决了数据分布不合理的问题，减小了数据冗余，得到的I—V曲线更光滑，相关参数更加精确，稳定。
文档编号G01R31/36GK102818995SQ201110152478
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者曾祥斌 申请人:华中科技大学