一种最大功率点跟踪电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种最大功率点跟踪电路，其中，光电耦合器OP1的输入端正极、电解电容CE1的正极以及变压器T1的初级的同名端与电源输入端VIN+连接，MOS管QN1的漏极与变压器T1的初级的末端连接，MOS管QN1的栅极与电源管理芯片U1的驱动输出端连接，电源管理芯片U1的反馈端通过光电耦合器OP2的输出端与地对接；变压器T1的次级分别与电源输出端Vout和光电耦合器OP1的输出端正极连接，光电耦合器OP1的输出端负极与电压采集输出端连接，光电耦合器OP1的输出端正极还与光电耦合器OP2的输入端正极连接，光电耦合器OP2的输入端负极与可控稳压源U2的负极连接，可控稳压源U2的参考端通过分压电路分别与三极管Q1的集电极和电源输出端Vout连接，三极管Q1的基极与PWM控制端连接。
【专利说明】
一种最大功率点跟踪电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及开关电源领域，特别是涉及一种最大功率点跟踪电路，一种隔离风力发电电源最大功率点跟踪电路。
【背景技术】
[0002]最大功率点跟踪，即MPPT，现在市场上有很多实现功率跟踪的方法多样，如最优叶尖速比法、功率信号反馈法、爬山搜索法、三点比较法、基于风速估计的最优叶尖速比法、模糊逻辑搜索法、最优转矩法、占空比扰动法、正弦小信号扰动法和极值搜索法等。
[0003]上述方法各有优缺点。其中，占空比扰动法跟本实用新型相似。占空比扰动法实际上也是一种特殊的爬山法，它与正弦小信号扰动法一样都是针对于直驱式风力发电系统控制的一种方法。在这种风电系统的应用中，同步发电机和电网之间的接口通常采用PWM型的AC /DC斩波器，斩波器具有变换阻抗的作用，通过调整PffM信号的占空比d来调节斩波器的输入电阻，实现发电机输入、输出特性与负载阻抗相匹配，使发电机工作在最佳工作点，从而控制风力机转速，实现最大功率输出。
[0004]现有技术的最大缺点是:由于风能的随意性以及一些参数的不确定性，调整占空比d时仍然存在着调整步长大小的选择问题。若步长过大，输出功率在Pmax点附近波动就会加大，造成功率损失，降低风能转换效率，系统稳态误差变大;如果步长过小，跟踪时间就会拉长，影响系统的动态响应特性。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种最大功率点跟踪电路。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种最大功率点跟踪电路，至少包括电解电容CEl、电源管理芯片Ul、M0S管QNl、变压器Tl、光电耦合器OPl、光电耦合器0P2和可控稳压源U2。
[0007]其中，所述光电耦合器OPI的输入端正极、电解电容CEI的正极以及变压器TI的初级的同名端与电源输入端VIN+连接，MOS管QNl的漏极与变压器TI的初级的末端连接，MOS管QNl的栅极与电源管理芯片Ul的驱动输出端连接，电源管理芯片Ul的反馈端通过光电耦合器0P2的输出端与地对接。
[0008]所述变压器Tl的次级分别与电源输出端Vout和光电耦合器OPl的输出端正极连接，光电耦合器OPI的输出端负极与电压采集输出端连接，光电耦合器OPI的输出端正极还与光电親合器0P2的输入端正极连接，光电親合器0P2的输入端负极与可控稳压源U2的负极连接，可控稳压源U2的参考端通过分压电路分别与三极管Ql的集电极和电源输出端Vout连接，三极管Ql的基极与PffM控制端连接。
[0009 ]电耦合器OPl的输入端负极、电解电容CE I的负极、M0S管QNl的源极、可控稳压源U2的正极和三极管QI的发射极均与地对接。
[0010]在上述技术方案上，进一步的，所述光电耦合器OPl的输出端正与电源输出端Vout之间还连接有线性稳压调节电路。
[0011]在上述任一技术方案上，进一步的，所述三极管Ql的基极与PffM控制端之间还连接有滤波电路。
[0012]在上述任一技术方案上，进一步的，所述PffM控制端与单片机的PffM输出端连接。
[0013]在上述任一技术方案上，进一步的，所述电压采集输出端与单片机的数据采集端连接。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型通过检测电解电容CEl上的电压，从而实现检测电源输入端VIN+的功率，避免直接检测电源输入端VIN+的电压和电流。本实用新型还实现了初次级隔离，提高了系统的可靠性。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型所提出的最大功率点跟踪电路。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0017]如图1所示，该实施例描述了一种最大功率点跟踪电路，至少包括电解电容CEl、电源管理芯片Ul、M0S管QNl、变压器Tl、光电耦合器OPl、光电耦合器0P2和可控稳压源U2。所述可te稳压源U2可米用TL431可彳精當稳压源。
[0018]其中，所述光电耦合器OPl的输入端正极、电解电容CEl的正极以及变压器Tl的初级的同名端与电源输入端VIN+连接，MOS管QNl的漏极与变压器TI的初级的末端连接，MOS管QNl的栅极与电源管理芯片Ul的驱动输出端连接，电源管理芯片Ul的反馈端通过光电耦合器0Ρ2的输出端与地对接。
[0019]所述变压器Tl的次级分别与电源输出端Vout和光电耦合器OPl的输出端正极连接，光电耦合器OPI的输出端负极与电压采集输出端连接，光电耦合器OPI的输出端正极还与光电親合器0Ρ2的输入端正极连接，光电親合器0Ρ2的输入端负极与可控稳压源U2的负极连接，可控稳压源U2的参考端通过分压电路分别与三极管Ql的集电极和电源输出端Vout连接，三极管Ql的基极与PffM控制端连接。
[0020]电耦合器OPl的输入端负极、电解电容CEl的负极、M0S管QNl的源极、可控稳压源U2的正极和三极管QI的发射极均与地对接。
[0021]在上述技术方案上，进一步的，所述光电親合器OPl的输出端正与电源输出端Vout之间还连接有线性稳压调节电路。
[0022]在上述任一技术方案上，进一步的，所述三极管Ql的基极与PffM控制端之间还连接有滤波电路。
[0023]在上述任一技术方案上，进一步的，所述PffM控制端与单片机的PffM输出端连接。
[0024]在上述任一技术方案上，进一步的，所述电压采集输出端与单片机的数据采集端连接。所述的电源输出端Vou t可连接多种负载及充电电池。
[0025]本实用新型不仅适用于风力发电，也适用于其他可变能源，例如太阳能取电，输电线路地线取电等等。
[0026]本实用新型的工作原理是:
[0027]首先，通过变压器Tl对初次级的能量传递进行隔离，再通过光电耦合器0P2(即附图1中的0P2A和0P2B)对次级电压Vout反馈，做占空比控制信号初次级隔离。
[0028]电解电容CEl上的电压通过光电耦合器0P1(即附图1中的OPlA和0P1B)，从电压采集输出端采样取得信号WIND_V0LT_T0_ADA给单片机，整个风力发电充电控制器就成为一个隔离型的控制器。
[0029]其次，当风机转动，输出三相交流电，通过整流滤波单元进行整理滤波处理，形成近似直流的VIN+，通过电阻RI限制流过光电耦合器OPI的输入端的电流，让光电耦合器OPI工作在线性区，改变光电耦合器OPl的输出端的等效内阻，电阻R12和光电耦合器OPl的输出端的节点处，通过线性稳压，该处电压为一个固定的设定值，这个值可以通过电阻RlO和Rll调解，电压采集输出端采样取得的信号WIND_V0LT_T0_ADA，其电压为光电耦合器OPI的输出端、电阻R13及电阻R14分压得到，经过单片机采样，取得实时的VIN+的电压值。
[0030]然后，通过单片机向Pmi控制端P4_l输出一个PWM信号，通过电阻R2、电阻R3、电容Cl和电容C2将这个P丽信号平滑成一个直流电平来控制三极管Ql，通过电阻R4和电阻R5让三极管Ql工作在线性区，这样就能线性调整可控稳压源U2的反馈电压Vref，再通过光电耦合器0P2的输入端，改变电源管理芯片Ul的驱动输出端，来调解MOS管QNl的导通和关断的时间，从而改变次级电压Vout。
[0031]假设我们设定电源管理芯片Ul在VIN+为18V时启动，Vout设定为22V，蓄电池最低电压为23V，此时不对蓄电池充电。
[0032]当风机继续转动，单片机通过WIND_V0LT_T0_ADA检测到VIN+上升到22V，此时通过P4_l端升高三极管Ql的基极电压，导致可控稳压源U2的Vref电压下降，流过光电耦合器0P2的输入端的电流增加，光电耦合器0P2的输出端的等效内阻变低，电源管理芯片Ul增大PWM，提升MOS管QNl的导通时间，从而提升次级电压Vout。
[0033]如果次级蓄电池电压为Vb，等效内阻为r，当Vout电压超过Vb时，则充电电流Ib=(Vout-Vb)/rο
[0034]如果次级电压Vout继续升高，充电电流Ib也会继续增大，则VIN+电压就会降低，一旦低过22V，P4j端就会降低三极管Ql的基极电压，降低次级电压Vout，从而减小充电电流Ib0
[0035]当风速很大时，如VIN+超过25V，则P4_l端的改变量将变为之前的3倍。
[0036]综上所述，本实用新型通过检测整流后电解电容CEl上的电压，再通过隔离型光耦将该电压反应到次级，由单片机采样。当电解电容上电压超过单片机设定值，则增大占控比；当电解电容上电压低于单片机设定值，则减小占空比，以达到隔离风力发电电源MPPT，实现对蓄电池充电功率匹配，达到风能的最大利用效率。
[0037]如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型的一种最大功率点跟踪电路。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的一种最大功率点跟踪电路，还可以在不脱离本【实用新型内容】的基础上做出各种改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【主权项】
1.一种最大功率点跟踪电路，其特征在于:至少包括电解电容CEl、电源管理芯片Ul、MOS管QNl、变压器Tl、光电耦合器OPl、光电耦合器0P2和可控稳压源U2; 其中，所述光电耦合器OPl的输入端正极、电解电容CEl的正极以及变压器Tl的初级的同名端与电源输入端VIN+连接，MOS管QNl的漏极与变压器Tl的初级的末端连接，MOS管QNl的栅极与电源管理芯片Ul的驱动输出端连接，电源管理芯片Ul的反馈端通过光电耦合器0P2的输出端与地对接； 所述变压器Tl的次级分别与电源输出端Vout和光电耦合器OPl的输出端正极连接，光电親合器OPI的输出端负极与电压米集输出端连接，光电親合器OPI的输出端正极还与光电耦合器0P2的输入端正极连接，光电耦合器0P2的输入端负极与可控稳压源U2的负极连接，可控稳压源U2的参考端通过分压电路分别与三极管Ql的集电极和电源输出端Vout连接，三极管Ql的基极与PWM控制端连接； 电耦合器OPl的输入端负极、电解电容CEl的负极、MOS管QNl的源极、可控稳压源U2的正极和三极管QI的发射极均与地对接。2.根据权利要求1所述的一种最大功率点跟踪电路，其特征在于:所述光电耦合器OPl的输出端正与电源输出端Vout之间还连接有线性稳压调节电路。3.根据权利要求1所述的一种最大功率点跟踪电路，其特征在于:所述三极管Ql的基极与PffM控制端之间还连接有滤波电路。4.根据权利要求1所述的一种最大功率点跟踪电路，其特征在于:所述PWM控制端与单片机的PffM输出端连接。5.根据权利要求1所述的一种最大功率点跟踪电路，其特征在于:所述电压采集输出端与单片机的数据采集端连接。
【文档编号】H02M3/335GK205509858SQ201620277805
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】薛苏, 宋昌林, 陈方春
【申请人】四川汇源光通信有限公司