一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，属于电力电子应用【技术领域】。该模拟控制电路包括一个模拟乘法器、两个微分器、两个比较器、一个同或逻辑门（XNOR）和一个D触发器。本发明基于扰动观察法，通过比较光伏电池输出电流的变化率和输出功率的变化率，利用简单实用的模拟控制电路，仅需采样光伏电池的输出电流和电压，基于on/off控制光伏电池输出端电容的充放电，使光伏电池输出电流（或电压）达到最大功率点电流（或电压），实现了真正意义上的MPPT。本发明成果能应用于太阳能光伏发电系统中，具有良好的工程应用价值。
【专利说明】一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，属于电力电子应用【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光伏电池输出特性具有强烈的非线性特征，且受太阳光照强度和环境温度的改变而改变。在一定的太阳光照强度和环境温度下，光伏电池可以有不同的输出电流，但只有在某一特定的输出电流时其对应的输出功率才能达到最大值，此时光伏电池工作在最大功率点。因此，在太阳能光伏发电系统中，为了提高光伏电池的电能转换能力，必须实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，即实现光伏电池最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)。近些年来,各国学者针对该问题进行了大量有意义的研究工作并提出了很多实现方法。
[0003]目前最常用MPPT方法主要有两种，即电导增量法(Incremental Conductance)和扰动观察法(Perturb & Observe)。电导增量法是通过比较光伏电池阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，从而改变其输出电压来达到最大功率点。该方法控制精确，能快速适应气候条件的变化，但是对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，否则将不可避免的产生误差。扰动观察法是每隔一定的时间改变光伏电池的工作电压，实时观察比较改变前后两点的输出功率值以改变调节电压的方向，最终稳定在最大功率点附近。尽管扰动观察法会导致光伏电池阵列的实际工作点在最大功率点附近小幅振荡，造成一定的微功率损失，但该方法只需要测量电流和电压两个参数，因此易于实现并得到广泛应用。
[0004]在一定的太阳光强和环境温度下，光伏电池具有唯一的最大功率点。由于光伏电池随负载的不同而输出不同的功率，因此不能将其直接与负载相连。为了使光伏电池给负载提供最大功率，必须在光伏电池和负载之间加入一个阻抗变换器(一般米用DC/DC变换器)，通过适当的控制算法对该变换器进行控制，使得变换后的工作点正好对应光伏电池的最大功率点。通常的做法是利用微处理器以及相应的接口、驱动电路对DC/DC变换器进行数字化控制来实现。但数字化控制也存在一些不足:数字控制的实时性较模拟电路而言要慢一些，另外精度和效率也稍差一些。如果能用简单的模拟电路来实现，也可以节省成本，简化控制。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有光伏电池最大功率点跟踪控制电路存在的不足，提出一种实现光伏电池最大功率点跟踪的|吴拟控制电路。
[0006]本发明采用如下技术方案:
一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，本发明提出的模拟控制电路通过硬件电路来简单实现，包括一个模拟乘法器、两个微分器、两个比较器、一个同或逻辑门(XNOR)和一个D触发器。光伏电池米样电流Jpv与电容C1的一端相连，C1的另一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，运算放大器OPl的同向输入端接地，电阻/P1的一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，/P1的另一端与运算放大器OPl的输出端相连，运算放大器OPl的输出端与比较器Compl的反相输入端相连，比较器Compl的同相输入端接地，模拟乘法器AD633的一个输入端与光伏电池米样电流Jpv相连，AD633的另一个输入端与光伏电池米样电压Kpv相连，AD633的输出端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，运算放大器0P2的同向输入端接地，电阻弋的一端与运算放大器0P2的反向输入端相连，弋的另一端与运算放大器0P2的输出端相连，运算放大器0P2的输出端与比较器Comp2的反相输入端相连，比较器Comp2的同相输入端接地，比较器Compl的输出端与同或逻辑门XNOR的一个输入端相连，比较器Comp2的输出端与同或逻辑门XNOR的另一个输入端相连，XNOR的输出端与D触发器的D输入端相连4触发器的时钟信号输入端Clk外接周期为IOus的时钟信号4触发器的0输出端输出驱动信号驱动主电路的功率管
[0007]本发明的有益效果是:
该电路基于扰动观察法，通过比较光伏电池输出电流的变化率和输出功率的变化率，利用简单实用的模拟电路，仅需采样光伏电池的输出电流和电压，基于on/off控制光伏电池输出端电容的充放电，使光伏电池输出电流(或电压)达到最大功率点电流(或电压)，实现了真正意义上的MPPT。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是Buck DC-DC变换器主电路图；
图2是最大功率点跟踪模拟控制电路图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0010]本发明具体实施采用Buck DC-DC变换器作为主电路来实现光伏电池最大功率点跟踪，用于负载端48V铅酸蓄电池的充电，如图1所示，图中'D炉为防反充二极管、?ν为储能电容、Q1为功率管、仏为续流二极管、Z1为电感、C0为输出滤波电容、为负载电阻、Ipv为光伏电池电流、Kpv为光伏电池电压、J。为负载电流、K。为输出电压。光伏电池的功率-电流特性如图2所示，图中-.Ρ?为光伏电池输出功率、Jpv为光伏电池输出电流、Z7m为光伏电池最大功率点功率、/m为光伏电池最大功率点电流、Js。为光伏电池短路电流、MPP对应最大功率点。设K。。为光伏电池的开路电压、Km为光伏电池最大功率点(MPP)的电压。在输出电流I=Im时，对应最大功率点(MPP)，此时斜率cnv/d/pv=0，光伏电池输出最大功率叉。
[0011]为了实现图1系统的最大功率点跟踪(MPPT)，相对于传统的Buck电路，在太阳能光伏发电系统中，需要在光伏电池输出侧并联一个储能电容 叭，当开关管 关断时，可以保证光伏电池输出电流连续，不会造成其工作时断时续，始终处于最佳工作状态，从而避免功率的损失。通过控制Buck DC-DC变换器开关管Q的通断来控制储能电容Cpv的充放电，使光伏电池的输出电压达到Kpv=匕，也即最终实现Jpv=Jm。
[0012]在图2所示的光伏电池最大功率点左侧，Jpv〈人，如果/ 和Jpv同时减小(即#ρν/dt〈0且d/pv/dt〈0)，或者同时增大(即d/ dtX)且d/pv/dt>0)，此时开通开关管Q，电容?ν被放电，则输出电压Kpv将减小至匕，输出电流Jpv将增加至Jm ;在最大功率点的右侧，/pv>/m,如果Z7pv增大而Zpv减小(d//dtX)且d/pv/dt〈0),或者/pv减小而Jpv增大(d//diXO且d/pv/dt>0)，此时关断开关管Q，电容Cpv被充电，则输出电压Fpv将增加至K1,输出电流Jpv将减小至人。其运行原理可归纳为下表所示。
【权利要求】
1.一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，其特征在于:包括一个模拟乘法器、两个运算放大器、两个比较器、一个同或逻辑门、一个D触发器；所述模拟控制电路用于通过比较光伏电池输出电流的变化率和输出功率的变化率，基于on/off控制光伏电池输出端电容的充放电，使光伏电池输出电流或电压达到最大功率点电流或电压。
2.根据权利要求1所述的一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，其特征在于:光伏电池米样电流Zpv与电容C1的一端相连，C1的另一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，运算放大器OPl的同向输入端接地，电阻ZP1的一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，R1的另一端与运算放大器OPl的输出端相连，运算放大器OPl的输出端与比较器Compl的反相输入端相连，比较器Compl的同相输入端接地,模拟乘法器AD633的一个输入端与光伏电池米样电流Zpv相连，AD633的另一个输入端与光伏电池米样电压Kpv相连,AD633的输出端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与运算放大器OPl的反向输入端相连，运算放大器0P2的同向输入端接地，电阻弋的一端与运算放大器0P2的反向输入端相连，弋的另一端与运算放大器0P2的输出端相连，运算放大器0P2的输出端与比较器Comp2的反相输入端相连，比较器Comp2的同相输入端接地，比较器Compl的输出端与同或逻辑门XNOR的一个输入端相连，比较器Comp2的输出端与同或逻辑门XNOR的另一个输入端相连，XNOR的输出端与D触发器的D输入端相连4触发器的时钟信号输入端外接周期为IOus的时钟信号触发器的Q输出端输出驱动信号驱动主电路的功率管0。
3.根据权利要求1或2所述的一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，其特征在于:采用Buck DC-DC变换器作为主电路来实现光伏电池最大功率点跟踪。
4.根据权利要求3所述的一种实现光伏电池最大功率点跟踪的模拟控制电路，其特征在于:所述Buck DC-DC变换器包括一个功率管0、一个续流二极管仏、一个电感Z1和一个输出滤波电容;所述功率管0的输入端与光伏电池的正极相连，输出端与电感Z1的一端相连，电感Z1的另一端与输出滤波电容G相连，续流二极管仏的负极与功率管0的输出端相连，续流二极管仏的正极分别与`光伏电池的负极以及输出滤波电容G相连。
【文档编号】G05F1/67GK103440019SQ201310361634
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】廖志凌, 崔晓晨, 张春龙 申请人:江苏大学