一种新型的MPPT算法及其硬件实现

摘要

本发明公开了一种新型的MPPT算法及其硬件实现，步骤为：采样测量当前太阳能电池板开路电压和蓄电池电压；当太阳能电池开路电压大于蓄电池电压，开启追踪，主控单元输出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A；PSMC1A经过与逻辑电路输出PWM1，PSMC1B和PSMC2A经过与逻辑电路输出PWM2；PWM1和PWM2经过驱动电路单元分别输出PWMH和PWML；PWMH和PWML驱动同步整流单元扫描太阳能电池板的P-V曲线，通过比较电流采样单元实时采样输出电流，获得太阳能电池板最大功率点。本发明能够准确、迅速找到太阳能电池板的最大功率点，且不受光照、温度、阴影遮挡等环境因素限制，追踪速度快、效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池板的最大功率点追踪技术领域，具体是一种新型的MPPT算法及其 硬件实现。

背景技术

由于太阳能电池板的输出特性是非线性的，主要受光照强度和温度等外界环境的影响， 最大功率点经常会发生变化。MPPT控制器目的是为了提高系统效率，力求根据不同的条件来 实时调整系统参数，使太阳能电池板时刻工作在最大工作功率点附近。

目前比较成熟的MPPT算法主要有扰动观察法、增量电导法、恒定电压法等，这些技术 一般都是以电压作为参考值进行调节的。其中应用最广的方法是扰动观察法，因其算法简单， 容易实现，对技术要求不高而应用极其广泛，但也有明显的缺点，扰动观察法的原理是扰动 电池板的输出电压，并按照使输出功率增加的原则来对系统进行控制，在稳态时，系统会在 最大功率点附近振荡运行而导致功率损失，且当光照强度或温度快速变化时系统容易出现误 判。此外，当太阳能电池板部分位置有阴影遮挡时，电池板的P-V曲线会有多个功率波峰点， 这种情况采用传统的追踪算法无法确定哪个波峰为最大功率点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的MPPT算法及其硬件实现，来避免上述技术的不足之 处。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型的MPPT算法的硬件实现，包括太阳能电池板、输入滤波单元、主控单元、逻辑 处理单元、驱动电路单元、同步整流单元、输出滤波单元、电流采样单元和蓄电池。

作为本发明进一步的方案：所述输入滤波单元包括电容C1，所述同步整流单元包括场效 应管Q1、场效应管Q2和肖特基二极管D1，所述输出滤波单元包括电感L1和电容C2，所述 电流采样单元包括电阻R1，所述太阳能电池板的负极接地，所述太阳能电池板的正极与电容 C1的正极连接，所述电容C1的负极接地，所述太阳能电池板的正极还与场效应管Q1的2脚 连接，所述场效应管Q1的3脚与场效应管Q2的2脚连接，所述场效应管Q2的3脚接地，所 述场效应管Q2的2脚与接地的肖特基二极管D1连接，所述场效应管Q2的2脚通过电感L1、 电阻R1与蓄电池的正极连接，所述电感L1的另一端通过电容C2接地，所述蓄电池的负极接 地；所述主控单元输出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A，所述PSMC1A经过逻辑处理单元处理成PWM1， 所述PSMC 1B和PSMC2A经过逻辑处理单元处理成PWM2，所述PWM1经过驱动电路单元输出PWMH， 所述PWM2经过驱动电路单元输出PWML，所述PWMH与场效应管Q1的1脚连接，所述PWML与 场效应管Q2的1脚连接。

所述的新型MPPT算法，步骤如下：

(1)采样测量获得当前太阳能电池板开路电压Vpv和蓄电池电压Vbat；

(2)比较太阳能电池板开路电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果当前太阳能电池 板开路电压Vpv小于蓄电池电压Vbat，则返回步骤(1)，如果当前太阳能电池的开路电压 Vpv大于蓄电池电压Vbat，则进行步骤(3)；

(3)开启追踪，主控单元输出一对频率为40KHZ互补的PWM：PSMC1A和PSMC1B，还输出 一路频率为4KHZ PWM：PSMC2A；

(4)PSMC1A经过与逻辑电路输出与PSMC1A同相位同幅度同频率的PWM1，PSMC1B和 PSMC2A经过与逻辑电路输出与PSMC2A同相位同幅度同频率的PWM2；

(5)PWM1和PWM2经过驱动电路单元分别输出同步整流单元中场效应管Q1和场效应管 Q2的驱动波形PWMH和PWML；

(6)驱动波形PWMH和PWML驱动同步整流单元扫描太阳能电池板的P-V曲线，通过比较 电流采样单元实时采样输出电流，获得太阳能电池板的最大功率点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够准确、迅速的找到太阳能电池板的最大功 率点，且不受光照、温度、阴影遮挡等环境因素的限制，追踪速度快、效率高。

附图说明

图1是新型MPPT算法的硬件实现框图；

图2是正常情况下电池板的P-V曲线；

图3是有阴影遮挡的电池板P-V曲线；

图4是开始追踪时占空比Dmin时的波形；

图5是追踪过程中占空比D_50％时的波形；

图6是追踪过程中占空比Dmax时的波形；

图7是追踪完成后异步模式转换为同步模式的波形；

图8是追踪完成后异步模式转换为同步模式的波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种新型的MPPT算法的硬件实现，包括太阳能电池板、 输入滤波单元、主控单元、逻辑处理单元、驱动电路单元、同步整流单元、输出滤波单元、 电流采样单元和蓄电池。所述输入滤波单元包括电容C1，所述同步整流单元包括场效应管Q1、 场效应管Q2和肖特基二极管D1，所述输出滤波单元包括电感L1和电容C2，所述电流采样单 元包括电阻R1，所述太阳能电池板的负极接地，所述太阳能电池板的正极与电容C1的正极 连接，所述电容C1的负极接地，所述太阳能电池板的正极还与场效应管Q1的2脚连接，所 述场效应管Q1的3脚与场效应管Q2的2脚连接，所述场效应管Q2的3脚接地，所述场效应 管Q2的2脚与接地的肖特基二极管D1连接，所述场效应管Q2的2脚通过电感L1、电阻R1 与蓄电池的正极连接，所述电感L1的另一端通过电容C2接地，所述蓄电池的负极接地；所 述主控单元输出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A，所述PSMC1A经过逻辑处理单元处理成PWM1，所 述PSMC1B和PSMC2A经过逻辑处理单元处理成，所述PWM1经过驱动电路单元输出PWMH，所 述PWM2经过驱动电路单元输出PWML，所述PWMH与场效应管Q1的1脚连接，所述PWML与场 效应管Q2的1脚连接。其中，主控单元用于产生控制信号，逻辑处理单元用于把主控单元产 生的信号进行逻辑处理，驱动电路单元用于驱动同步整流单元，同步整流单元用于扫描和异 步同步转换，电流采样单元用于进行实时采样输出电流，输入滤波单元和输出滤波单元用于 储存能量、进行滤波。

新型MPPT算法的步骤如下：首先采样测量获得当前太阳能电池板开路电压Vpv和蓄电池 电压Vbat，然后比较两个电压值的大小，如果当前太阳能电池板的开路电压Vpv小于蓄电池 电压Vbat，主控单元此时不输出控制信号，如果当前太阳能电池板的开路电压Vpv大于蓄电 池电压Vbat，则开启追踪，主控单元输出一对频率为40KHZ互补的PWM：PSMC1A和PSMC1B， 还输出一路频率为4KHZ的PWM：PSMC2A，PSMC1A经过与逻辑电路输出与PSMC1A同相位同幅 度同频率的PWM1，PSMC1B和PSMC2A经过与逻辑电路输出与PSMC2A同相位同幅度同频率的 PWM2，PWM1和PWM2经过驱动电路单元分别输出同步整流单元中场效应管Q1和场效应管Q2 的驱动波形PWMH和PWML，此时，同步整流单元场效应管Q1的驱动波形PWMH的占空比DH从 设定的最小占空比Dmin以一定的步长增大到设定的最大占空比Dmax，频率为40KHZ，场效应 管Q2的驱动波形PWML的占空比DL保持最小，频率为4KHZ，PWMH和PWML在此过程中的部分 波形如图4-图6所示。

整个扫描过程同步整流单元工作在异步模式，即场效应管Q1的开关频率为40KHZ，占空 比发生变化，而场效应管Q2的开关频率为4KHZ，占空比固定不变。场效应管Q1的驱动波形 PWMH的占空比从Dmin增大到Dmax的过程就是扫描整个太阳能电池板P-V曲线(如图2-图3 所示)的过程。在整个扫描过程中，电流采样单元时时采样输出电流，通过比较获得最大电 流Imax，Imax对应的占空比就是太阳能电池板最大功率点的占空比DMPP。

当扫描到太阳能电池板最大功率点后，如果当前电流采样单元采样到的电流值I1大于预 先设定的异步模式转换到同步模式标识电流值Ix，则需要把同步整流单元转换为同步模式， 即场效应管Q1和场效应管Q2的驱动波形频率都为40KHZ，相位相反，转换过程为：主控单 元以一定步长值增大PSMC2A的占空比直至PSMC2A占空比为100％，在该过程中PSMC2A与 PSMC1B通过逻辑单元电路输出PWM2，PWM2为在4KHZ周期内波形数量逐次增加与PSMC1B同 相位的PWM，直至经过驱动电路单元输出PWML，与PWMH完全同步，此过程中PWMH和PWML的 波形如图7所示。一旦当前电流采样单元采样到的电流值I1小于预先设定的同步模式转换到 异步模式标识电流值Iy，则又需要把同步整流单元转换为异步模式，转换过程为：主控单元 把PSMC2A的频率变为4KHZ，相位固定为设定的最小值，此过程中PWMH和PWML的波形如图8 所示。

本发明能够准确、迅速的找到太阳能电池板的最大功率点，且不受光照、温度、阴影遮 挡等环境因素的限制，追踪速度快、效率高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离 本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一 点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求 而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括 在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明 书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解 的其他实施方式。