一种三电平MPPT太阳能控制器的制作方法

本发明涉及太阳能控制器技术领域，尤其涉及一种三电平mppt太阳能控制器。

背景技术：

太阳能电池作为光伏发电系统中重要的元件，主要功能是将太阳能转换为电能，供后级电池或负载使用。对于太阳能电池，其输出功率-电压特性是非线性，在一定的环境条件下，存在一个最大功率输出，称之为最大功率点(maximunpowerpoint，mpp)，最大功率点跟踪(maximunpowerpointtracking，mppt)技术控制系统就是寻找太阳能电池的最大功率点，使太阳能电池工作在最大功率点处，来提高太阳能电池的转换效率。mppt太阳能控制器适用于离网太阳能充电应用，它防止电池被太阳能模组过度充电和被负载过度放电。控制器采用智能跟踪算法，最大限度地提高从太阳能光伏模块获取的能量，对电池充电，同时，低电压断开功能防止电池过度放电。虽然市面上的mppt控制器种类繁多，但是存在输入电压范围窄，电池充电效率低，滤波器件尺寸较大等问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种三电平mppt太阳能控制器，解决了现有的mppt控制器存在输入电压范围窄，电池充电效率低，滤波器件尺寸较大的问题。

本发明提供一种三电平mppt太阳能控制器，包括光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元、负载控制保护单元；

所述光伏电源、所述光伏防反接保护单元、所述三电平mppt控制器变换单元、所述电池反接保护单元依次连接，所述电池反接保护单元与蓄电池连接，所述负载控制保护单元与所述电池反接保护单元、负载连接；

所述光伏防反接保护单元用于防止所述光伏电源反接造成太阳能控制器的损坏；

所述三电平mppt控制器变换单元用于协调所述太阳能电池板、所述蓄电池、所述负载的工作；

所述电池防反接保护单元用于防止所述蓄电池反接造成太阳能控制器的损坏；

所述负载控制保护单元用于防止所述负载过大、反接、短路造成太阳能控制器的损坏。

进一步地，所述三电平mppt控制器变换单元采用输入输出共地的buck三电平变换器。

进一步地，所述buck三电平变换器包括第一开关管、第二开关管、飞跨电容、第一续流二极管、第二续流二极管、滤波电感、滤波电容，所述光伏电源、所述第一开关管、第二开关管、滤波电感、滤波电容形成串联回路，所述负载与所述滤波电容并联，所述第一续流二极管的负极连接在所述第二开关管与所述滤波电感之间，所述第一续流二极管的正极与所述第二续流二极管的负极连接，所述第二续流二极管的正极连接在所述滤波电容与所述光伏电源之间，所述飞跨电容连接在所述第一开关管与所述第二续流二极管的负极之间。

进一步地，所述三电平mppt控制器变换单元的工作过程包括四个模态：

第一模态：所述第一开关管、第二开关管导通，所述第一续流二极管、第二续流二极管关断，所述光伏电源通过所述第一开关管、第二开关管给负载提供能量，滤波电感的电流上升，输出电压上升；

第二模态：所述第一开关管、第一续流二极管关断，所述第二开关管、第二续流二极管导通，所述飞跨电容通过所述第二开关管向负载提供能量，滤波电感的电流线性下降，输出电压下降；

第三模态：所述第一开关管、第二开关管导通，所述第一续流二极管、第二续流二极管关断，所述光伏电源通过所述第一开关管、第二开关管给负载提供能量，滤波电感的电流上升，输出电压上升；

第四模态：所述第一开关管、第一续流二极管导通，所述第二开关管、第二续流二极管关断，所述光伏电源通过所述第一开关管给所述飞跨电容充电，所述飞跨电容的电压上升，滤波电感的电流线性下降，输出电压下降。

进一步地，所述第一续流二极管负极与所述第二续流二极管正极之间的电压波形有三个电平，三个电平分别为0、1/2光伏电源电压、光伏电源电压。

进一步地，所述第一开关管、所述第二开关管采用交错控制方式，驱动信号的占空比相同，但相位相差180°。

进一步地，所述第一开关管、所述第二开关管为mos场效应管、三极管或绝缘栅双极型晶体管。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种三电平mppt太阳能控制器，包括光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元、负载控制保护单元；光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元依次连接，电池反接保护单元与蓄电池连接，负载控制保护单元与电池反接保护单元、负载连接；光伏防反接保护单元用于防止光伏电源反接造成太阳能控制器的损坏；三电平mppt控制器变换单元用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作；电池防反接保护单元用于防止蓄电池反接造成太阳能控制器的损坏；负载控制保护单元用于防止负载过大、反接、短路造成太阳能控制器的损坏。本发明的开关管、续流二极管的电压应力均为输入光伏电源电压的一半，得到的三电平电压波形与传统的buckmppt控制器相比，在同等的输入输出条件情况下，三电平mppt太阳能控制器的滤波电感减少了原来的1/4，滤波电容减少到原来的1/2，很好的解决了传统的mppt控制器效率低、滤波元件尺寸大以及电磁干扰的问题，支持更宽的光伏电源的输入电压范围，能有效地降低充电电流纹波、减小了滤波元件尺寸，提高了充电效率以及减小了整机尺寸。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种三电平mppt太阳能控制器拓扑结构图；

图2为本发明实施例的三电平mppt控制器变换单元电路拓扑图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种三电平mppt太阳能控制器，如图1所示，包括光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元、负载控制保护单元；

光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元依次连接，电池反接保护单元与蓄电池连接，负载控制保护单元与电池反接保护单元、负载连接；实际工作中，光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元、负载控制保护单元与系统控制单元连接，系统控制单元与段码屏显示单元连接。

光伏防反接保护单元用于防止光伏电源反接造成太阳能控制器的损坏；

三电平mppt控制器变换单元用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作；

电池防反接保护单元用于防止蓄电池反接造成太阳能控制器的损坏；

负载控制保护单元用于防止负载过大、反接、短路造成太阳能控制器的损坏。

在一实施例中，优选的，三电平mppt控制器变换单元采用输入输出共地的buck三电平变换器。如图2所示，优选的，buck三电平变换器包括第一开关管、第二开关管、飞跨电容、第一续流二极管、第二续流二极管、滤波电感、滤波电容，图2中，光伏电源作为输入电源，以uin表示，第一开关管以s1表示，第二开关管以s2表示，飞跨电容以c2表示，第一续流二极管以d1表示，第二续流二极管以d2表示，滤波电感以lf表示，滤波电容以c1表示，光伏电源、第一开关管、第二开关管、滤波电感、滤波电容形成串联回路，负载与滤波电容并联，第一续流二极管的负极连接在第二开关管与滤波电感之间，第一续流二极管的正极与第二续流二极管的负极连接，第二续流二极管的正极连接在滤波电容与光伏电源之间，飞跨电容连接在第一开关管与第二续流二极管的负极之间。优选的，第一开关管、第二开关管采用交错控制方式，驱动信号的占空比相同，但相位相差180°。优选的，第一开关管、第二开关管为mos场效应管、三极管或绝缘栅双极型晶体管。优选的，三电平mppt控制器变换单元的工作过程包括四个模态：

第一模态：第一开关管、第二开关管导通，第一续流二极管、第二续流二极管关断，光伏电源通过第一开关管、第二开关管给负载提供能量，滤波电感的电流上升，输出电压上升；

第二模态：第一开关管、第一续流二极管关断，第二开关管、第二续流二极管导通，飞跨电容通过第二开关管向负载提供能量，滤波电感的电流线性下降，输出电压下降；

第三模态：第一开关管、第二开关管导通，第一续流二极管、第二续流二极管关断，光伏电源通过第一开关管、第二开关管给负载提供能量，滤波电感的电流上升，输出电压上升；

第四模态：第一开关管、第一续流二极管导通，第二开关管、第二续流二极管关断，光伏电源通过第一开关管给飞跨电容充电，飞跨电容的电压上升，滤波电感的电流线性下降，输出电压下降。至此，第一续流二极管负极与第二续流二极管正极之间的电压波形有三个电平，三个电平分别为0、1/2光伏电源电压、光伏电源电压。第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管的电压应力均为输入电压的一半；输出滤波器上得到三电平电压波形，与传统的buckmppt控制器相比，在同等的输入输出条件情况下，三电平mppt太阳能控制器的滤波电感减少了原来的1/4，滤波电容减少到原来的1/2，很好地解决了传统mppt控制器的效率低、滤波元件尺寸大以及电磁干扰的问题，三电平mppt太阳能控制器能够支持更宽的光伏电源的输入电压范围，能有效地解决降低充电电流纹波，减小了滤波器尺寸，从而提高充电效率以及减小了整机尺寸。

本发明提供一种三电平mppt太阳能控制器，包括光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元、负载控制保护单元；光伏电源、光伏防反接保护单元、三电平mppt控制器变换单元、电池反接保护单元依次连接，电池反接保护单元与蓄电池连接，负载控制保护单元与电池反接保护单元、负载连接；光伏防反接保护单元用于防止光伏电源反接造成太阳能控制器的损坏；三电平mppt控制器变换单元用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作；电池防反接保护单元用于防止蓄电池反接造成太阳能控制器的损坏；负载控制保护单元用于防止负载过大、反接、短路造成太阳能控制器的损坏。本发明的开关管、续流二极管的电压应力均为输入光伏电源电压的一半，得到的三电平电压波形与传统的buckmppt控制器相比，在同等的输入输出条件情况下，三电平mppt太阳能控制器的滤波电感减少了原来的1/4，滤波电容减少到原来的1/2，很好的解决了传统的mppt控制器效率低、滤波元件尺寸大以及电磁干扰的问题，支持更宽的光伏电源的输入电压范围，能有效地降低充电电流纹波、减小了滤波元件尺寸，提高了充电效率以及减小了整机尺寸。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。