专利名称：太阳能电池最大功率跟踪控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池最大功率跟踪(MPPT)控制装置。
技术背景太阳能是无污染、取用不竭的绿色能源，但太阳能电池转换效率低， 价格昂贵。太阳能电池研究的重要方向之一是提高其能量转换效率。太 阳能电池的功率输出受日照强度和工作温度等因素的影响，在一定的日 照强度和工作温度下，太阳能电池具有唯一的最大功率点。当太阳能电 池工作在该点时，能输出当前工作温度和日照强度下的最大功率。为最大限度利用太阳能电池所产生的能量，降低系统造价，在以太 阳能电池为能源的通信电源系统中，通常希望负载在额定容量范围内变 动时，太阳能电池输出功率始终保持在峰值，即希望负载能自动跟踪太 阳能电池输出的最大功率点。但由于太阳能电池的工作温度和日照强度 都在不断地发生变化，导致负载实际取用功率的工作点与太阳能电池所 能提供的最大功率点间产生相当差距。目前，以太阳能电池为能源的通 信电源系统尚不具备自动跟踪太阳能电池最大功率点的功能，使负载无 法充分利用太阳能电池在当前工作温度和日照强度下提供的最大功率， 从而造成了能源和设备投资的浪费。 实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能电池 最大功率跟踪控制装置，使负载所取用的功率始终跟随太阳能电池输出 的最大功率点，达到节省能源和降低设备造价的目的。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下-它包括接在负载主供电回路上的电压采样电路、电流采样电路，一 个根据电压采样信号和电流采样信号进行供电功率计算和比较前、后采 样功率大小及最终给出功率调节信号的微处理器， 一个可根据所述微处理器输出的功率调节信号输出不同占空比调节脉冲的斩波器， 一个接在主供电回路上的DC-DC变换器，它用于根据斩波器输出的调节脉冲调节 负载取用功率的大小，使负载取用功率始终跟踪太阳能电池输出的最大 功率。本实用新型进一步改进的技术方案如下在主供电回路上接有一个限电流保护采样电路和输出电压采样电 路，它们的输出端通过与门与斩波器的控制输入端相接。本装置设有蓄电池端电压的采样电路，该采样电路的输出端接微处 理器的一个输入端，微处理器将蓄电池端电压的采样信号与内设的阈值 比较、并根据比较结果送出一个控制信号，该控制信号的输出端与充放 电控制电路的输入端相接，所述的充放电控制电路由电子开关和继电器 连接构成，它用于切断或接通蓄电池与负载的连接。通过上述技术方案可以看出，本实用新型通过实时采集太阳能电池 主供电回路的功率来调整其供电回路功率的占空比，等效调节了负载的 阻抗，使负载取用的功率(即伏/秒面积)得以改变，可始终跟随太阳能 电池输出的最大功率点。同时，为了防止过压和过流情况造成的损坏， 本实用新型还设置了保护电路，它们可在主供电回路出现过压或过流情 况时关闭功率占空比的调节，使太阳能电池供电系统处于保护状态。本 实用新型的优点是节约了能源、降低了设备投资。
图1.本实用新型的原理方框图。图2.本实用新型的电路原理图。图3.太阳能电池在不同结温和光照条件下的伏安特性曲线图。
具体实施方式
参见图3，图中示出太阳能电池在不同结温和光照条件下的伏安特 性曲线，其中交点a'、 b'、 c'、 d'、 e'分别是各曲线上的最大功率点，L是 负载特性曲线，交点a、 b、 c、 d、 e是负载在不同伏安特性曲线上的实 际工作点。由图可见，负载的实际工作点与太阳能电池所能提供的最大 功率点不在一个位置上。如果在太阳能电池和负载间加入阻抗变换器，使得变换后的负载工作点正好和太阳能光伏电池的最大功率点重合，亦 即实现了负载取用功率跟踪太阳能电池最大功率的功能。参见图1、 2，本实用新型具体实现的方案如下本装置包括接在负载供电回路1上的电压采样电路2和电流采样电路14，所述的电压采样 电路2是一个由电阻RM2、 RM3、 RM4串联构成的电阻分压器，它对太 阳能电池的端电压TYN进行分压，并从电阻RM4上检测太阳能电池的 电压，该电压被送入微处理器芯片UM1的ll脚；所述的电流采样电路 14由一个运算放大器U3B构成，由采样电阻FLQ1将供电回路中的电流 转换成电压信号送入运算放大器U3B，回路中的电流在额定的范围内变 化时，运算放大器U3B输出0 5V的电流采样信号送到微处理器4的 17脚。所述的微处理器4是一个带有A/D和D/A转换器的单片机芯片 UM1，它先将采集来的电压、电流信号(1、 V)转换成数字信号并进行 运算。每采集一次，即计算一次主供电回路的功率，并与前一次采集计 算的功率值进行比较，如果两次比较的差值A-户^AP〉0时，单片机认 为功率调节的方向应增大，随即输出一个继续增大的电压信号，经过D/A 转换后送入斩波器5;如果两次比较的差值A-P^AP〈0，单片机认为 功率调节的方向应减小，单片机输出一个反向的调节电压信号，经过D/A 转换后送入斩波器5;所述的斩波器由芯片U3及外围元件连接构成，单 片机输出的调节电压通过一个射随器U2C送入斩波器芯片U3的调节控 制端(2脚)，所述的斩波器芯片U3根据该调节电压从其11、 14脚输出 相应占空比的控制脉冲，该脉冲信号通过功率推挽放大电路7的功率放 大和隔离变压器8耦合后送入DC-DC变换器6，该DC-DC变换器由MOS 管Tl、 T2构成，它根据该脉冲改变其导通与截止的频率，使主供电回 路中的功率(即伏/秒面积)得以改变，等效调节了负载的阻抗，使负载 取用的功率始终跟随太阳能电池输出的最大功率点。再参见图l、 2，所述的与门9由二极管D3、 D4、 DM1组成，所述 的斩波器芯片U3的16脚可提供一个正向电压，它通过电阻R20和与门 9的输出端(即芯片的2脚)相接。在主供电回路上设有一个限电流保 护采样电路3，它主要由电压比较器U2B构成，它的负输入端采集电流采样电阻FLQ1上的电压，当电流采样点A的电压超过额定值时，该电 压比较器U2B输出一个零电压，该零电压通过与门9后，将斩波器芯片 U3的调节控制端(2脚)置为零电平，使其关闭斩波输出，则太阳能电 池处于恒流定压的保护状态。在主供电回路上还接有一个输出电压采样 电路IO,该电路由一个射随器U2D和电压比较器U2A构成，电压比较 器U2A的负输出端接一个电阻分压器，该电阻分压器由电阻R16、 R27、 电位器RW2串联构成，它用于对输出端电压V0的采样，电压比较器 U2A的正输入端接一个射随器U2D，该射随器的输入端与另一个电阻分 压器相接，该分压器提供一个比较基准电压，当所检测的输出端电压超 过该基准电压时，则比较器U2A输出一个零电平，该零电平通过与门9 将斩波器芯片U3的调节控制端(2脚)置为零电平，使其关闭斩波输出， 则太阳能电池恒压输出。本装置设有一个蓄电池的充放电控制电路11，在蓄电池的端电压处 接有一个电压采样电路13，该电路给出蓄电池的端电压信号，并且该采 样信号被送入所述的微处理器4，微处理器4对蓄电池端电压进行采样。 无光照时，微处理器4控制该充放电控制电路11导通，则继电器开关 D6闭合，蓄电池向负载供电；为防止过放电对蓄电池产生的永久性损害， 微处理器4将蓄电池的采样电压与预设于单片机内的放电阈值相比较， 若采样值低于放电阈值，控制该充放电控制电路ll截止，则继电器开关 D6切断负载，保护蓄电池免受过放损害。正常光照充电时，为防止过充 电对蓄电池产生的永久性损害，微处理器4将蓄电池采样电压与存储于 单片机内的充电阈值相比较，若采样值达到充电阈值，则微处理器将斩 波器关闭，使太阳能电池进入恒流定压状态，保护蓄电池免受过充损害。本装置在微处理器4上还接有一个RS232通信接口电路12，它是一 个标准的串入/串出接口电路。其作用是通过网络由控制服务器向用户提 供该装置的工作参数，如太阳能电池的输入电压、输出电压、供电回路 总电流、负载电流及机内温度等。
权利要求1.一种太阳能电池最大功率跟踪控制装置，其特征是它包括接在负载主供电回路(1)上的电压采样电路(2)、电流采样电路(14)，一个根据电压采样信号和电流采样信号进行供电功率计算和比较前、后采样功率大小及最终给出功率调节信号的微处理器(4)，一个可根据所述微处理器(4)输出的功率调节信号输出不同占空比调节脉冲的斩波器(5)，一个接在主供电回路上的DC-DC变换器(6)，它用于根据斩波器(5)输出的调节脉冲调节负载取用功率的大小，使负载取用功率始终跟踪太阳能电池输出的最大功率。
2. 根据权利要求l所述的太阳能电池最大功率跟踪控制装置，其特 征是在主供电回路上接有一个限电流保护采样电路(3)和输出电压采 样电路(10)，它们的输出端通过与门(9)与斩波器(5)的控制输入端 相接。
3. 根据权利要求1或2所述的太阳能电池最大功率跟踪控制装置， 其特征是本装置设有蓄电池端电压的采样电路(13)，该采样电路的输 出端接微处理器(4)的一个输入端，微处理器(4)将蓄电池端电压的 采样信号与内设的阈值比较、并根据比较结果送出一个控制信号，该控制信号的输出端与充放电控制电路(11)的输入端相接，所述的充放电 控制电路由电子开关和继电器连接构成，它用于切断或接通蓄电池与负 载的连接。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能电池最大功率跟踪(MPPT)控制装置。它由电压-电流采样电路、微处理器、斩波器及DC-DC变换器等部分组成，它通过实时采集太阳能电池输出的瞬时功率并调整其占空比，改变负载取用功率(即伏/秒面积)，使负载始终跟随太阳能电池输出的最大功率点，从而节约了能源、降低了设备投资。
文档编号G05F1/67GK201084042SQ20072003280
公开日2008年7月9日 申请日期2007年9月20日 优先权日2007年9月20日
发明者余新洛 申请人:陕西新通智能科技有限公司