一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统的制作方法

本实用新型属于一种照明系统，具体涉及一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统。

背景技术：

太阳能发电作为一种具有广阔应用前景的绿色可再生能源已经成为国内外研究的热点。受气候环境影响，光伏发电系统的输出功率是间歇的，因而一定容量的储能装置必不可少。铅酸蓄电池由于技术成熟、成本价格相对较低，成为光伏发电系统大量应用的储能元件，然而，蓄电池有严格的充放电电流限制，因而实现光伏电池最大功率跟踪与优化蓄电池充放电过程往往不能兼顾；此外，由于光伏阵列输出功率的随机波动性，蓄电池往往存在大量的充放电小循环，造成其容量过早失效，严重影响寿命，增加系统成本。光伏电池受气候环境的影响输出功率具有不稳定和不可预测的特征，如果直接用光伏电池给蓄电池充电，在光伏电池输出功率不足的情况下，蓄电池将经常处于小电流充放电状态中，势必加快蓄电池的老化，缩短其循环使用寿命。

在光伏电池输出功率不稳定和不可预测性以及储能控制低效性的前提下，提高可再生能源和新能源的开发利用具有实际应用意义。LED作为新一代绿色光源，具有高效节能的特点。受外界条件及系统自身因素的影响，光伏发电系统的输出特性具有明显的非线性。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池的输出功率随输出电压的变化成单凸峰曲线，光伏电池只有工作在曲线的顶点处时才会输出最大功率，即最大功率点跟踪(MPPT)。最大功率点受温度、光照强度、负载特性等影响会发生变化，因此实时调整光伏电池的工作点，使其输出始终保持在最大功率点处，能大大提高光伏发电系统的工作效率，可见设计高效稳定的最大功率点跟踪电路具有一定的工程价值。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供的一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，它能解决现有铅酸蓄电池储能的光伏发电系统最大功率跟踪与优化蓄电池充放电过程往往不能兼顾的问题。

实用新型的目的是这样实现的：

一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，它包括光伏电池阵列，光伏电池阵列分别与DC/DC变换器以及光伏控制器连接，DC/DC变换器与蓄电池连接，蓄电池与负载、并网以及LED照明装置连接，光伏控制器与并联控制器连接，并联控制器与蓄电池的输出端连接，光伏控制器的输出端与大功率电容连接，大功率电容与LED照明装置连接。

上述光伏控制器为光伏专用MPPT控制芯片，它的型号为SM72441，光伏控制器与型号为SM72295的光伏全桥驱动芯片连接，光伏全桥驱动芯片驱动四个全控型开关器件MOS管，构成同步降压电路。

上述光伏控制器的输入输出对称。

上述LED照明装置包括型号为XL6005的驱动芯片。

上述LED照明装置包括至少2个相并联的LED灯组，每个LED灯组包括至少2颗相串联的LED灯。

本实用新型能带来以下技术效果：

1)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，将超级大功率电容与蓄电池一起构成有源式混合储能结构，既能发挥超级电容功率密度大的优点，满足光伏电池MPPT的充电要求，又能减少蓄电池充放电小循环的发生，优化蓄电池充放电管理。

2)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，在基于上述构成的混合储能光伏发电系统下，在光伏电池和负载之间配置一个功率变换器，采用外加电路和控制策略对输出功率加以控制使其输出功率最大，变换器在光伏电池和负载之间起电压适配作用，其内部集成MPPT算法，大大节约了系统的开发时间和成本。

3)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，通过光伏专用MPPT控制芯片内部集成算法来采集光伏电池的输出电压和电流，控制PWM的占空比，考虑到控制芯片的带负载能力有限，再采用光伏全桥驱动芯片将输出的4路PWM信号放大后再驱动MOS管，这样大大缩短了系统的控制时间，减少了功耗，提高了系统的效率，使得跟踪更加的智能化。

4)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，通过外部电阻分压器设置最大输出电压和最大输出电流，避免了重复使用编程的微控制器，大大降低了系统的开发时间及成本。

5)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，考虑到智能化照明系统，设计中不仅使用四个MOS管替代续流二极管，而且在输入输出的电路中运用对称形式，减小了功耗，提高了系统效率且方案简单可行。

6)所述一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，在光伏照明系统驱动电路中，采用N串2并混联的连接方式，在实际应用中，可根据特定照明场合的需要，选择合适的LED数目，不仅实现了对照明系统太阳能电池最大输出功率的实时跟踪，提高了光伏系统的平均充电效率，而且满足LED驱动电路稳定高效率运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中充电控制电路示意图；

图3为本实用新型中光伏控制器与驱动芯片连接的示意图；

图4为本实用新型中LED照明装置的电路图。

具体实施方式

如图1和图2所示光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统，它包括光伏电池阵列1，光伏电池阵列1分别与DC/DC变换器2以及光伏控制器3连接，DC/DC变换器2与蓄电池4连接，蓄电池4与负载5、并网6以及LED照明装置9连接，光伏控制器3与并联控制器7连接，并联控制器7与蓄电池4的输出端连接，光伏控制器3的输出端与大功率电容8连接，大功率电容8与LED照明装置9连接。

如图3所示，光伏控制器3为光伏专用MPPT控制芯片，它的型号为SM72441，光伏控制器3与型号为SM72295的光伏全桥驱动芯片13连接，光伏全桥驱动芯片驱动四个全控型开关器件MOS管，构成同步降压电路。

所述光伏控制器3的输入输出对称。

如图4所示，LED照明装置包括型号为XL6005的驱动芯片10。

所述LED照明装置包括至少2个相并联的LED灯组11，每个LED灯组11包括至少2颗相串联的LED灯12。

如图2所示，以光伏专用MPPT控制芯片SM72441为核心设计了光伏充电控制电路，该电路采用光伏全桥驱动芯片SM72295驱动四个全控型开关管MOS管，并且构成 同步Buck降压电路，外交电路和控制策略在光伏电池和负载之间起电压适配作用，其输出电压U_o和输入电压U_in之比可以在一定范围内调节，使光伏电池达到最大功率。

该控制电路主要从阵列式光伏电池进行电能的供应，输入端PV+、PV—分别为电源的正负极，在输入端和输出端分别并联具有滤波和储能专用的大功率电容C_in和C_out；所述的MPPT控制器，根据采样值V_in、I_in对蓄电池进行充电保护，且控制输出不同占空比的PWM，能够控制4路PWM栅极驱动信号，实现对DC/DC变换器中开关管的通断控制；电路设计中采用同步Buck降压电路和用四个全控型器件MOS管代替二极管，通过控制MOS管的通断来设置Gate1/Gate2/Gate3/Gate4的状态。所述芯片SM72441通过外部的电阻分压器Resn_in设置最大输出电压与最大输出电流，保证了对输出最大功率点的跟踪，从而最大限度的提高光伏电池的输出功率。

所述光伏专用MPPT控制芯片的AVIN和AVOUT引脚分别采样光伏电池的输出电压和蓄电池的充电电压，经过电流检测放大器放大电路后，送入SM72441经过内部MPPT运算，输出4路PWM。考虑到SM72441带负载能力有限，其输出驱动不了MOS管，同时考虑到照明系统的智能化，设计选择全桥驱动芯片SM72295驱动四个全控型器件MOS管，主要是将SM72441输出的4路PWM信号放大后再驱动MOS管，目的是通过控制MOS管的通断来设置Gate1/Gate2/Gate3/Gate4的状态，设计中在输入输出的电路中运用的对称形式计，来提高系统效率。

所述的一种光伏发电MPPT方式的高效稳定照明智能控制系统如图3所示，本设计采用LED驱动芯片XL6005，输入端的输入直流电压为12V，LED驱动电路的限流电阻R设置为0.5Ω，且两端并联2个滤波作用的C_in、C_out电容；在所述C_in端串联电感L，所述电感L为升压电感；所述二极管D为整流二极管；所述驱动芯片XL6005的反馈端FB引脚的阈值电压为0.22V，目的是为了保护LED照明系统阵列和对二极管两端电压进行稳压；所述的电阻R和电阻R_S为限流电阻，所述电阻R_S用来设定LED的工作电流为I _LED＝0.22(V)/R_S；所述电阻R与驱动芯片引脚连接，对所述驱动芯片XL6005的E_S进行使能控制；所述驱动芯片XL6005的SW引脚为转换引脚，主要是电源开关输入作用，最后一端GND引脚直接接地；所述LED照明系统阵列在实验中根据串联在电路中LED数目N的不同，方便进行测试每一个LED驱动电路的工作效率，因此在实际应用中，可根据特定照明场合的需要，选择合适的LED数目，系统能满足特定照明场合的需要。

采用上述结构，将超级大功率电容8与蓄电池4一起构成混合储能结构，应用在光伏发电系统的蓄电池充放电管理和LED照明系统中，一方面：蓄电池4不仅给负载5和并网6提供电能，而且还可以将充足的电能输送到LED照明装置9；另一方面，以光伏控制器3为核心，与光伏全桥驱动芯片13连接，结合LED照明装置9的驱动芯片来设计驱动电路，从而实现太阳能输出最大功率点跟踪，此时上述超级大功率电容8将最大的电能进行存储，给LED照明装置9直接供电。因此，上述两方面相结合，确保了LED照明系统电能的双保险，从而提高了太阳能光伏LED智能化控制照明系统的高效性与稳定性。