一种低成本小功率mppt充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用在小功率中的MPPT充电方法，更具体地说，是一种利用单片机资源和外部分离元器件配合一定的算法实现MPPT充电的方法。
【背景技术】
[0002]太阳光，是一种最常见且清洁的可再生能源，人们开始逐渐重视太阳能技术的应用和开发，其中，太阳能充电的最大功率点跟踪(MPPT)技术便因此而诞生。目前，具有MPPT技术的太阳能充电控制器多使用在中、大功率的充电情况中，其方案多是“DSP+分离器件”或“可编程器件+MPPT专用集成电路”构成，因其成本较高，很难在对成本敏感的小功率产品或普通消费产品中进行使用。本发明便是因此而诞生，除了在成本上有很大优势外，同时还解决了现有技术存在的一些欠缺的地方，如:
[0003]I)现有中大功率的MPPT技术若应用在小功率条件下，其效率并不高。
[0004]2)是否适应在光照弱的情况下进行充电，且不出现负冲现象。
[0005]3)当用户购置一块较大功率的PV充电板，要对多个小功率终端进行充电时，是否能够适应。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种低成本小功率MPPT充电方法，包含了一套硬件电路和在和由单片机软件实现的两种方法。
[0007]硬件电路由带AD采样和PffM输出的单片机、短路和反接保护电路、Buck型DC/DC变换电路、可控恒流源、电平转换和MOS驱动电路、自学习型无输入失调放大电路等构成；其中软件的两种方法是后端电流跟踪法和并机下均衡充电法。
[0008]在所述硬件电路中，包括用于防止外部PV电池板短路或误操作正负反接的短路和反接保护电路。
[0009]所述后端电流跟踪法是流过蓄电池的电流越大，其充电功率越大，通过后端的充电电流来反映最大功率点的跟踪情况。
[0010]所述后端电流跟踪法有两个步骤，a.在开始阶段扫描速度，加快启动的速度；b.在电流扰动跟踪阶段可以根据电流大小调整扰动的范围，以及扰动的速度。
[0011]所述并机下均衡充电法是当增加脉宽时，检测到PV输入电压小于等于该值时，将停止继续增加脉宽，改为降低脉宽，继续扰动。
[0012]本发明的有益效果是:保证了控制的精准，且更加简化了充电的跟踪技术，也降低了成本，拓展了 MPPT的应用范围。
【附图说明】
[0013]图1是本发明小功率MPPT电路原理示意图；
[0014]图2是本发明短路和反接保护电路示意图；
[0015]图3是本发明简易的可控恒流源的电路示意图；
[0016]图4是本发明利用单片机内部结构构成的可控恒流源的电路示意图；
[0017]图5是本发明后端电流法跟踪最大功率点流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]图1中，使用了集成AD采样和PffM的单片机，短路和反接保护电路用于防止外部PV电池板短路或误操作正负反接，导致可充电电池大电流反灌输入端，损毁硬件。通常串一个二极管可有效防止这种情况，但二极管在正常工作时他的正向压降会带来功率损耗，因此本发明采用了场效应管及附属电路代替了二极管。
[0019]图2中，当接入PV后，PV输入电压高于蓄电池电压一定幅度，此时PV的电压应大于等于蓄电池电压+Q2发射极与基极导通电压+Ql内置二极管导通电压，这时候Q2开始导通，同时通过R7导致Ql栅极正偏，Ql也导通了，由于Ql的导通短路了内部二极管，因此几乎两端无压降，加大了 PV的正极与可充电池的正极之间的压差，加深了 Q2的导通电流，形成导通的正反馈，从而稳定了导通状态。PV接入后，且电压满足上述条件，将通过R9给单片机一个高电位，单片机可以根据这个高电位产生中断，由低功耗模式唤醒到正常模式，开始准备MPPT充电。当PV输入拔掉后，PV电压下降，当降到“蓄电池电压+Q2发射极与基极导通电压”以下时，Q2难以维持导通状态而转入截止，同时导致Ql也截止，Ql的截止会使下次导通的电压提高(内部二极管的压降)，从而稳定了截止状态。当PV反接时，Ql是截止的，且内部二极管也是处于反偏不导通的，由于不构成回路，内部器件得到了保护(包括Q2的be结的反偏保护)。
[0020]图3中，R11、DU D2构成一个简易的的电压基准，给Q4提供偏置，使Ibe近视恒定，因此流过RlO的电流也近视恒定(Q3与Q4组成一个达林顿管，为了提高放大倍数)。当Sffl接通后，流过Rll的偏置电流被短路，Q3和Q4处于截止，因此恒流源断开，通常SWl可以用一个MOS管或者三极管来实现控制。
[0021]图4中，一般多数单片机的I/O 口都具备图4所示的内部结构，I/O 口会接一个到电源和地的保护二极管(用于静电保护等)，I/o的高低电平输出靠内部的MOS管通断来实现，对比图3来看，图4中单片机内部的二极管D2’可与图3的D2有等同效果，若单片机输出为高电平时，I/O 口 a处就和单片机VDD导通，单片机电源端VDD就是蓄电池的正极，也就相当于短路掉D2’，使得Q4几乎处于关断。
[0022]图5中，通过电流进行进行跟踪有两个步骤，MPPT启动时，需要将脉宽由最窄到最宽进行扫描，即流程图中的MPPT阶段1，以较快的速度找到最大功率点。然后进入电流扰动跟踪阶段(流程图中的MPPT阶段2与阶段3来回交替)。在实际应用中，可以根据实际情况灵活调整流程中的几个参数以使该方法更加优秀的工作:可开始阶段扫描速度，加快启动的速度。在电流扰动跟踪阶段可以根据电流大小调整扰动的范围，以及扰动的速度。而这些调整需要和硬件的参数配置结合起来进行优化。(如Buck变换电路的滤波电容大小将影响我们跟踪的速度)，本发明还在单片机的软件部分采用了均衡方法实现产品并机充电方法。当用户购置一块较大功率的PV充电板，要对多个小功率终端进行充电时，如果各个终端都使用MPPT技术进行充电，那么会出现个别终端独享能量以及使充电的工作状态严重偏离最大功率点的情况。为此，我们在软件执行MPPT时，增加了一个输入电压的限制条件(为了能够检测PV输入电压，我们在硬件上增加了图1的R4、R5取样电路)，当增加脉宽时，检测到PV输入电压小于等于该值时，将停止继续增加脉宽，改为降低脉宽，继续扰动。这样就避免了某一个终端将PV的充电能量拽死。并且这个限定值将起到均衡充电的作用。限定值定义如下:并联限定值=Kl+自身电池电压*K2 ;K1和Κ2是一个与PV电池板和蓄电池相关的常数。由该公式可看出，当自身电池电压越高(意为着充得的能量更多)，其限定值越高，导致脉宽增加被限制，而其他充电较少的终端其值比较低，将促使他们主动获得更多的能量，最终达到均衡。
【主权项】
1.一种低成本小功率MPPT充电方法，包括硬件电路和在和由单片机软件实现的两种方法，其特征在于:硬件电路由带AD采样和PffM输出的单片机、短路和反接保护电路、Buck型DC/DC变换电路、可控恒流源、电平转换和MOS驱动电路、自学习型无输入失调放大电路等构成；其中软件的两种方法是后端电流跟踪法和并机下均衡充电法。2.根据权利要求1所述的一种低成本小功率MPPT充电方法，其特征在于:在所述硬件电路中，包括用于防止外部PV电池板短路或误操作正负反接的短路和反接保护电路。3.根据权利要求1所述的一种低成本小功率MPPT充电方法，其特征在于:所述后端电流跟踪法是流过蓄电池的电流越大，其充电功率越大，通过后端的充电电流来反映最大功率点的跟踪情况。4.根据权利要求3所述的一种场效应管的高频率低功耗的驱动方法，其特征在于:所述后端电流跟踪法有两个步骤，a.在开始阶段扫描速度，加快启动的速度；b.在电流扰动跟踪阶段可以根据电流大小调整扰动的范围，以及扰动的速度。5.根据权利要求1所述的一种低成本小功率MPPT充电方法，其特征在于:所述并机下均衡充电法是当增加脉宽时，检测到PV输入电压小于等于该值时，将停止继续增加脉宽，改为降低脉宽，继续扰动。
【专利摘要】本发明涉及一种低成本小功率MPPT充电方法，包括硬件电路和在和由单片机软件实现的两种方法，硬件电路由带AD采样和PWM输出的单片机、短路和反接保护电路、Buck型DC/DC变换电路、可控恒流源、电平转换和MOS驱动电路、自学习型无输入失调放大电路等构成；其中软件的两种方法是后端电流跟踪法和并机下均衡充电法。
【IPC分类】H01M10/44
【公开号】CN105226335
【申请号】CN201410291231
【发明人】陈小莉
【申请人】陈小莉
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月25日