网络型mppt太阳能充电控制器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法，所述控制器包括DSP主控制模块、多路半桥驱动器模块、多相位同步整流模块、电压/电流采样模块、内部485通讯模块、输入/输出模块，以及分别为上述各个模块供电的系统供电模块，其中，所述多路半桥驱动器模块一端与DSP主控制模块的输出端相连，另一端与的多相位同步整流模块相连，多相位同步整流模块的输出端与电压/电流采样模块相连，电压/电流采样模块的输出端与DSP主控制模块的输入端相连，所述DSP主控制模块通过内部485通讯模块与输入/输出模块相连。
【专利说明】网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法，属于新能源发电系统控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前市场上的太阳能充电控制器大部分是采用串联型PWM充电方式，由于不带电感充电管理，所以当光伏电池板输出电流大的情况下，无法实现对蓄电池充电进行限流，无法实现最大功率点跟踪，由于没有合适的通讯接口，也不能进行组网控制。
[0003]有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法，本案由此产生。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法，可以实现更大的功率输出，同时具有结构紧凑、安装方便，不需要复杂的现场布线等特点。
[0005]为了实现上述目的，本发明的解决方案是:
网络型MPPT太阳能充电控制器，包括DSP主控制模块、多路半桥驱动器模块、多相位同步整流模块、电压/电流采样模块、内部485通讯模块、输入/输出模块，以及分别为上述各个模块供电的系统供电模块，其中，所述多路半桥驱动器模块一端与DSP主控制模块的输出端相连，另一端与的多相位同步整流模块相连，多相位同步整流模块的输出端与电压/电流采样模块相连，电压/电流采样模块的输出端与DSP主控制模块的输入端相连，所述DSP主控制模块通过内部485通讯模块与输入/输出模块相连。
[0006]作为优选，所述输入/输出模块包括通过内部485通讯模块与DSP主控制模块相连的ARM从控制电路，以及与ARM从控制电路相连的按键输入电路、液晶显示电路和无线通Ih电路。
[0007]作为优选，所述DSP主控制模块采用TI公司的DSP28035芯片，DSP28035自带丰富的PWM功能，用于错相输出，实现分时并联充电。
[0008]作为优选，所述多路半桥驱动器模块采用IR公司的IR2110驱动芯片，通过自举的方式实现半桥驱动，从而不需要隔离电源实现驱动。
[0009]作为优选，所述多相位同步整流模块包括数个与多路半桥驱动器模块相连的MOSFET管，以及与MOSFET管串联的电感，多个MOSFET管组成半桥，通过多路半桥驱动器模块错相驱动输出后，再通过电感汇合，实现能量的分时输送，实现更大输出功率。所述MOSFET管可以采用IR公司的型号为IRFB4110的MOSFET管。
[0010]作为优选，所述电压/电流采样模块包括数个与多相位同步整流模块相连的运算放大器，以及与运算放大器相连的分压电阻和采样电阻，实时采样蓄电池电压和多相位同步整流模块多路充电电流，并将采集到的电压信息和电流信息反馈给DSP主控制模块，实现最大MPPT跟踪。
[0011]作为优选，内部485通讯模块采用maxim公司的max485芯片，实现ARM从控制模块对DSP主控制模块的充电管理功能设置和实时信息读取。
[0012]作为优选，ARM从控制电路采用st公司的stm32fl03cbt6。Stm32f 103cbt6采用cortex-m3内核,运行功耗很低，主频高达72M,性价比高。
[0013]作为优选，按键输入电路采用6*6_的按钮，可以实现用户输入设置。
[0014]作为优选，液晶显示电路采用0CMJ2X8C液晶模块，并口通讯，功耗低，自带中文字库，性价比高。
[0015]作为优选，无线通信电路采用Silabs出品的工作于低于IGHz频段的无线数传芯片SI4432，基于SI4432的组网采用主从结构，多信道传输技术，实现对充电器状态的监视和充电器工作模式的设置。
[0016]作为优选，所述系统供电模块采用DC-DC buck控制芯片。
[0017]上述网络型MPPT太阳能充电控制器的控制方法，包括如下步骤:
1)首先，用户根据需求通过按键输入电路输入相关指令，并通过ARM从控制电路和内部485通讯模块传输到DSP主控制模块；
2)接着，DSP主控制模块产生多路错相的PWM波形，输出到多路半桥驱动器模块，多路半桥驱动器模块的驱动芯片驱动多相位同步整流模块的多路半桥MOSFET管，实现错相并联，再通过电感汇合，实现能量的分时输送，达到更大输出功率；
3)DSP主控模块同时通过电压/电流采样模块实时采集蓄电池电压和多相位同步整流模块的每路充电电流大小，并实现最大MPPT跟踪:DSP主控模块的最大功率跟踪算法采用变步长扰动法，当输出点离最大功率点较远时采用大的步长，当输出点接近最大功率点时采用小的步长，当采集到输出电流从大变小时，就认为已经跟踪到了最大输出功率点；
4)DSP主控模块再通过内部485通讯模块将相关指令发送给ARM从控制电路，最后通过液晶显示模块和/或无线通信模块进行显示和通信，实现DSP主控制模块的参数设定和数据读取，以及无线通讯的组网功能。
[0018]上述网络型MPPT太阳能充电控制器及其控制方法充电采用DC-DC方式，通过对多个同步buck电路进行错相并联，实现对蓄电池的高效充电管理，相比于单相buck电路，错相并联可以实现更大的功率输出，同时可以有效的减小电感的体积，多相位同步整流模块效率高达98% ;同时通过输入/输出模块实现参数设定、数据读取、无线网络监控，不需要复杂的现场布线。
[0019]以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实施例的网络型MPPT太阳能充电控制器模块框图；
图2为本实施例的网络型MPPT太阳能充电控制器供电模块电路图；
图3为本实施例的网络型MPPT太阳能充电控制器DSP主控制模块电路图；
图4为本实施例的多路半桥驱动器模块电路图；
图5为本实施例的多相位同步整流模块电路图；
图6为本实施例的电压/电流采样模块电路图；
图7为本实施例的内部485通讯模块电路图； 图8为本实施例的ARM从控制模块电路图；
图9为本实施例的按键输入电路原理图；
图10为本实施例的液晶显不电路原理图；
图11为本实施例的无线通信电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，网络型MPPT太阳能充电控制器，包括DSP主控制模块1、多路半桥驱动器模块2、多相位同步整流模块3、电压/电流采样模块4、内部485通讯模块5、输入/输出模块6，以及分别为上述各个模块供电的系统供电模块，其中，所述多路半桥驱动器模块2 —端与DSP主控制模块I的输出端相连，另一端与的多相位同步整流模块3相连，多相位同步整流模块3的输出端与电压/电流采样模块4相连，电压/电流采样模块4的输出端与DSP主控制模块I的输入端相连，所述DSP主控制模块I通过内部485通讯模块5与输入/输出模块6相连。所述输入/输出模块6包括通过内部485通讯模块5与DSP主控制模块I相连的ARM从控制电路61，以及与ARM从控制电路61相连的按键输入电路62、液晶显示电路63和无线通信电路64。本实施例所述的网络型MPPT太阳能充电控制器为3路，也可以根据需求调整为2路、4路、5路、6路等。
[0022]如图2所示，系统供电模块采用L4971 BUCK控制器，可以实现12V稳压，然后通过buck-boost控制器mc34063实现把12v转换成_12v,再通过ETA2821 buck控制器把12v转换成5v,再通过Ido芯片稳压到3.3v。
[0023]如图3所示，所述DSP主控制模块I采用型号为dsp28035的芯片，DSP主控制模块主要用于输出6路错相PWM信号到多路半桥驱动器模块2，然后通过自带的12位ADC实现电压和电流的采样反馈。
[0024]如图4所示，多路半桥驱动器模块2原理是电平转移芯片1νχ3245首先接收DSP主控制模块输入的3.3v的6路PWM信号转换为5v电平，5v的6路PWM信号通过IR公司的IR2110半桥驱动芯片进行信号放大，电平转移芯片1νχ3245并联三个IR2110，每路错相120度，信号放大后驱动多相位整流模块3实现能量的分时输送。
[0025]如图5所示，多相位同步整流模块3采用IR公司的IRFB4110 MOSFET管组成3路半桥，通过3路半桥驱动器错相驱动输出后，通过20A，100UH的3个电感汇合输出到蓄电池，为了使蓄电池电压保持稳定，输出电容采用100uf /10v的电解电容。
[0026]如图6所示，电压电流采样模块4实时采集蓄电池电压，以及多相位同步整流模块3的三路充电电流，并将采集到的电压/电流信号反馈给DSP主控制模块，实现最大MPPT跟踪。为了使采样更加精密，采用0P2117高精度，低失调的高档运算放大器实现电压和电流的检测，通过分压电阻和采样电阻分别实现电压和电流信号的调理，把电压和电流信号调理到DSP主控制模块合适的输入范围。
[0027]如图7所示,485通讯模块5采用maxim公司的max485芯片，实现ARM从控制模块对DSP主控制模块的充电管理功能设置和实时信息读取。
[0028]如图8所示，ARM从控制模块采用st公司的stm32f 103cbt6，Stm32f 103cbt6采用cortex-m3内核,运行功耗很低，主频高达72M,性价比高。
[0029]如图9所示，按键输入模块采用6*6mm的按钮，可以实现用户输入设置。
[0030]如图10所示，液晶显示模块采用0CMJ2X8C液晶模块，并口通讯，功耗低，自带中文字库，性价比高。
[0031]如图11所示，无线通信模块采用SI4432无线通讯模块，工作在433Mhz，实现无线组网，通讯距离达1000米，局部区域可以通过gprs组网汇合到服务器，实现了低成本的组网，避免了有线组网带来的高成本，不容易布局的弊端。
[0032]上述网络型MPPT太阳能充电控制器的控制方法，包括如下步骤:
1)首先，用户根据需求通过按键输入电路输入相关指令，并通过ARM从控制电路和内部485通讯模块传输到DSP主控制模块；
2)接着，DSP主控制模块产生多路错相的PWM波形，输出到多路半桥驱动器模块，多路半桥驱动器模块的驱动芯片驱动多相位同步整流模块的多路半桥MOSFET管，实现错相并联，再通过电感汇合，实现能量的分时输送，达到更大输出功率；
3)DSP主控模块同时通过电压/电流采样模块实时采集蓄电池电压和多相位同步整流模块的每路充电电流大小，并实现最大MPPT跟踪:DSP主控模块的最大功率跟踪算法采用变步长扰动法，当输出点离最大功率点较远时采用大的步长，当输出点接近最大功率点时采用小的步长，当采集到输出电流从大变小时，就认为已经跟踪到了最大输出功率点；
4)DSP主控模块再通过内部485通讯模块将相关指令发送给ARM从控制电路，最后通过液晶显示模块和/或无线通信模块进行显示和通信，实现DSP主控制模块的参数设定和数据读取，以及无线通讯的组网功能。
[0033]上述网络型MPPT太阳能充电控制器充电采用DC-DC方式，通过对多个同步buck电路进行错相并联，实现对蓄电池的高效充电管理，相比于单相buck电路，错相并联可以实现更大的功率输出，同时可以有效的减小电感的体积，多相位同步整流模块效率高达98%;同时通过输入/输出模块实现参数设定、数据读取，由于采用了无线网络监控，所以可以节约人力成本，可以通过将控制器的数据通过网关传输到服务器，可以随时随地监控控制器的状态，特别是在无人区更具有优势。
[0034]上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
【权利要求】
1.网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:包括DSP主控制模块、多路半桥驱动器模块、多相位同步整流模块、电压/电流采样模块、内部485通讯模块、输入/输出模块，以及分别为上述各个模块供电的系统供电模块，其中，所述多路半桥驱动器模块一端与DSP主控制模块的输出端相连，另一端与的多相位同步整流模块相连，多相位同步整流模块的输出端与电压/电流采样模块相连，电压/电流采样模块的输出端与DSP主控制模块的输入端相连，所述DSP主控制模块通过内部485通讯模块与输入/输出模块相连。
2.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述输入/输出模块包括通过内部485通讯模块与DSP主控制模块相连的ARM从控制电路，以及与ARM从控制电路相连的按键输入电路、液晶显示电路和无线通信电路。
3.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述DSP主控制模块采用TI公司的DSP28035芯片。
4.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述多路半桥驱动器模块采用IR公司的IR2110驱动芯片，通过自举的方式实现半桥驱动。
5.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述多相位同步整流模块包括数个与多路半桥驱动器模块相连的MOSFET管，以及与MOSFET管串联的电感，多个MOSFET管组成半桥，通过多路半桥驱动器模块错相驱动输出后，再通过电感汇合，实现能量的分时输送，实现更大输出功率。
6.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述电压/电流采样模块包括数个与多相位同步整流模块相连的运算放大器，以及与运算放大器相连的分压电阻和采样电阻，实时采样蓄电池电压和多相位同步整流模块多路充电电流，并将采集到的电压信息和电流信息反馈给DSP主控制模块，实现最大MPPT跟踪。
7.如权利要求2所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:内部485通讯模块采用maxim公司的max485芯片，实现ARM从控制模块对DSP主控制模块的充电管理功能设置和实时信息读取。
8.如权利要求2所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:ARM从控制电路采用st公司的stm32fl03cbt6 ;按键输入电路采用6*6mm的按钮，可以实现用户输入设置；液晶显示电路采用0CMJ2X8C液晶模块；无线通信电路采用Silabs出品的工作于低于IGHz频段的无线数传芯片SI4432。
9.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器，其特征在于:所述系统供电模块采用DC-DC buck控制芯片。
10.如权利要求1所述的网络型MPPT太阳能充电控制器的控制方法，包括如下步骤: 1)首先，用户根据需求通过按键输入电路输入相关指令，并通过ARM从控制电路和内部485通讯模块传输到DSP主控制模块； 2)接着，DSP主控制模块产生多路错相的PWM波形，输出到多路半桥驱动器模块，多路半桥驱动器模块的驱动芯片驱动多相位同步整流模块的多路半桥MOSFET管，实现错相并联，再通过电感汇合，实现能量的分时输送，达到更大输出功率； 3)DSP主控模块同时通过电压/电流采样模块实时采集蓄电池电压和多相位同步整流模块的每路充电电流大小，并实现最大MPPT跟踪:DSP主控模块的最大功率跟踪算法采用变步长扰动法，当输出点离最大功率点较远时采用大的步长，当输出点接近最大功率点时采用小的步长，当采集到输出电流从大变小时，就认为已经跟踪到了最大输出功率点； 4)DSP主控模块再通过内部485通讯模块将相关指令发送给ARM从控制电路，最后通过液晶显示模块和/或无线通信模块进行显示和通信，实现DSP主控制模块的参数设定和数据读取，以及无线通讯的组网功能。
【文档编号】H02J7/00GK104283260SQ201410512736
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】张权, 鲍仁强, 王 忠, 谈扬宁 申请人:浙江永升新能源科技有限公司