一種新型的mppt算法及其硬件實(shí)現(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的MPPT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)，步驟為：采樣測(cè)量當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓和蓄電池電壓；當(dāng)太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓大于蓄電池電壓，開(kāi)啟追蹤，主控單元輸出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A；PSMC1A經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出PWM1，PSMC1B和PSMC2A經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出PWM2；PWM1和PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元分別輸出PWMH和PWML；PWMH和PWML驅(qū)動(dòng)同步整流單元掃描太陽(yáng)能電池板的P-V曲線(xiàn)，通過(guò)比較電流采樣單元實(shí)時(shí)采樣輸出電流，獲得太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確、迅速找到太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)，且不受光照、溫度、陰影遮擋等環(huán)境因素限制，追蹤速度快、效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種新型的MPPT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)追蹤【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種新型的MPPT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)。

【背景技術(shù)】
[0002]由于太陽(yáng)能電池板的輸出特性是非線(xiàn)性的，主要受光照強(qiáng)度和溫度等外界環(huán)境的影響，最大功率點(diǎn)經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化。MPPT控制器目的是為了提高系統(tǒng)效率，力求根據(jù)不同的條件來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使太陽(yáng)能電池板時(shí)刻工作在最大工作功率點(diǎn)附近。
[0003]目前比較成熟的MPPT算法主要有擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、恒定電壓法等，這些技術(shù)一般都是以電壓作為參考值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。其中應(yīng)用最廣的方法是擾動(dòng)觀察法，因其算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)技術(shù)要求不高而應(yīng)用極其廣泛，但也有明顯的缺點(diǎn)，擾動(dòng)觀察法的原理是擾動(dòng)電池板的輸出電壓，并按照使輸出功率增加的原則來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行而導(dǎo)致功率損失，且當(dāng)光照強(qiáng)度或溫度快速變化時(shí)系統(tǒng)容易出現(xiàn)誤判。此外，當(dāng)太陽(yáng)能電池板部分位置有陰影遮擋時(shí)，電池板的P-V曲線(xiàn)會(huì)有多個(gè)功率波峰點(diǎn)，這種情況采用傳統(tǒng)的追蹤算法無(wú)法確定哪個(gè)波峰為最大功率點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的MPPT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)，來(lái)避免上述技術(shù)的不足之處。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種新型的MPPT算法的硬件實(shí)現(xiàn)，包括太陽(yáng)能電池板、輸入濾波單元、主控單元、邏輯處理單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、同步整流單元、輸出濾波單元、電流采樣單元和蓄電池。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述輸入濾波單元包括電容Cl，所述同步整流單元包括場(chǎng)效應(yīng)管Ql、場(chǎng)效應(yīng)管Q2和肖特基二極管Dl，所述輸出濾波單元包括電感LI和電容C2，所述電流采樣單元包括電阻R1，所述太陽(yáng)能電池板的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極與電容Cl的正極連接，所述電容Cl的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極還與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Ql的3腳與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的3腳接地，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳與接地的肖特基二極管Dl連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳通過(guò)電感L1、電阻Rl與蓄電池的正極連接，所述電感LI的另一端通過(guò)電容C2接地，所述蓄電池的負(fù)極接地；所述主控單元輸出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A，所述PSMClA經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成PWMl，所述PSMC IB和PSMC2A經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成PWM2，所述PWMl經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWMH，所述PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWML，所述PWMH與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的I腳連接，所述PWML與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的I腳連接。
[0008]所述的新型MPPT算法，步驟如下:
[0009](I)采樣測(cè)量獲得當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv和蓄電池電壓Vbat ；
[0010](2)比較太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv和蓄電池電壓Vbat的大小，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv小于蓄電池電壓Vbat，則返回步驟(I)，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓Vpv大于蓄電池電壓Vbat，則進(jìn)行步驟(3)；
[0011](3)開(kāi)啟追蹤，主控單元輸出一對(duì)頻率為40KHZ互補(bǔ)的PWM:PSMC1A和PSMC1B，還輸出一路頻率為4KHZ PWM:PSMC2A ；
[0012](4) PSMClA經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMClA同相位同幅度同頻率的PWMl，PSMClB和PSMC2A經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMC2A同相位同幅度同頻率的PWM2 ；
[0013](5) PWMl和PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元分別輸出同步整流單元中場(chǎng)效應(yīng)管Ql和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的驅(qū)動(dòng)波形PWMH和PWML ；
[0014](6)驅(qū)動(dòng)波形PWMH和PWML驅(qū)動(dòng)同步整流單元掃描太陽(yáng)能電池板的P-V曲線(xiàn)，通過(guò)比較電流采樣單元實(shí)時(shí)采樣輸出電流，獲得太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:能夠準(zhǔn)確、迅速的找到太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)，且不受光照、溫度、陰影遮擋等環(huán)境因素的限制，追蹤速度快、效率高。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是新型MPPT算法的硬件實(shí)現(xiàn)框圖；
[0017]圖2是正常情況下電池板的P-V曲線(xiàn)；
[0018]圖3是有陰影遮擋的電池板P-V曲線(xiàn)；
[0019]圖4是開(kāi)始追蹤時(shí)占空比Dmin時(shí)的波形；
[0020]圖5是追蹤過(guò)程中占空比05(|%時(shí)的波形；
[0021 ]圖6是追蹤過(guò)程中占空比Dmax時(shí)的波形；
[0022]圖7是追蹤完成后異步模式轉(zhuǎn)換為同步模式的波形；
[0023]圖8是追蹤完成后異步模式轉(zhuǎn)換為同步模式的波形。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種新型的MPPT算法的硬件實(shí)現(xiàn)，包括太陽(yáng)能電池板、輸入濾波單元、主控單元、邏輯處理單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、同步整流單元、輸出濾波單元、電流采樣單元和蓄電池。所述輸入濾波單元包括電容Cl，所述同步整流單元包括場(chǎng)效應(yīng)管Ql、場(chǎng)效應(yīng)管Q2和肖特基二極管Dl，所述輸出濾波單元包括電感LI和電容C2，所述電流采樣單元包括電阻R1，所述太陽(yáng)能電池板的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極與電容Cl的正極連接，所述電容Cl的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極還與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Ql的3腳與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的3腳接地，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳與接地的肖特基二極管Dl連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳通過(guò)電感L1、電阻Rl與蓄電池的正極連接，所述電感LI的另一端通過(guò)電容C2接地，所述蓄電池的負(fù)極接地；所述主控單元輸出PSMC1A、PSMC1B和PSMC2A，所述PSMClA經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成PWMl，所述PSMClB和PSMC2A經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成，所述PWMl經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWMH,所述PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWML，所述PWMH與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的I腳連接，所述PWML與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的I腳連接。其中，主控單元用于產(chǎn)生控制信號(hào)，邏輯處理單元用于把主控單元產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，驅(qū)動(dòng)電路單元用于驅(qū)動(dòng)同步整流單元，同步整流單元用于掃描和異步同步轉(zhuǎn)換，電流采樣單元用于進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣輸出電流，輸入濾波單元和輸出濾波單元用于儲(chǔ)存能量、進(jìn)行濾波。
[0026]新型MPPT算法的步驟如下:首先采樣測(cè)量獲得當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv和蓄電池電壓Vbat，然后比較兩個(gè)電壓值的大小，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓Vpv小于蓄電池電壓Vbat，主控單元此時(shí)不輸出控制信號(hào)，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓Vpv大于蓄電池電壓Vbat，則開(kāi)啟追蹤，主控單元輸出一對(duì)頻率為40KHZ互補(bǔ)的PWM:PSMClA和PSMC1B，還輸出一路頻率為4KHZ的PWM:PSMC2A, PSMClA經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMClA同相位同幅度同頻率的PWM1，PSMC1B和PSMC2A經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMC2A同相位同幅度同頻率的PWM2，PWMl和PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元分別輸出同步整流單元中場(chǎng)效應(yīng)管Ql和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的驅(qū)動(dòng)波形PWMH和PWML，此時(shí)，同步整流單元場(chǎng)效應(yīng)管Ql的驅(qū)動(dòng)波形PWMH的占空比DH從設(shè)定的最小占空比Dmin以一定的步長(zhǎng)增大到設(shè)定的最大占空比Dmax，頻率為40KHZ，場(chǎng)效應(yīng)管Q2的驅(qū)動(dòng)波形PWML的占空比DL保持最小，頻率為4KHZ，PWMH和PWML在此過(guò)程中的部分波形如圖4-圖6所示。
[0027]整個(gè)掃描過(guò)程同步整流單元工作在異步模式，即場(chǎng)效應(yīng)管Ql的開(kāi)關(guān)頻率為40KHZ，占空比發(fā)生變化，而場(chǎng)效應(yīng)管Q2的開(kāi)關(guān)頻率為4KHZ，占空比固定不變。場(chǎng)效應(yīng)管Ql的驅(qū)動(dòng)波形PWMH的占空比從Dmin增大到Dmax的過(guò)程就是掃描整個(gè)太陽(yáng)能電池板P-V曲線(xiàn)(如圖2-圖3所示)的過(guò)程。在整個(gè)掃描過(guò)程中，電流采樣單元時(shí)時(shí)采樣輸出電流，通過(guò)比較獲得最大電流Imax，Imax對(duì)應(yīng)的占空比就是太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)的占空比DMPP。
[0028]當(dāng)掃描到太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)后，如果當(dāng)前電流采樣單元采樣到的電流值Il大于預(yù)先設(shè)定的異步模式轉(zhuǎn)換到同步模式標(biāo)識(shí)電流值Ix，則需要把同步整流單元轉(zhuǎn)換為同步模式，即場(chǎng)效應(yīng)管Ql和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的驅(qū)動(dòng)波形頻率都為40KHZ，相位相反，轉(zhuǎn)換過(guò)程為:主控單元以一定步長(zhǎng)值增大PSMC2A的占空比直至PSMC2A占空比為100%，在該過(guò)程中PSMC2A與PSMClB通過(guò)邏輯單元電路輸出PWM2，PWM2為在4KHZ周期內(nèi)波形數(shù)量逐次增加與PSMClB同相位的PWM，直至經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWML，與PWMH完全同步，此過(guò)程中PWMH和PWML的波形如圖7所示。一旦當(dāng)前電流采樣單元采樣到的電流值Il小于預(yù)先設(shè)定的同步模式轉(zhuǎn)換到異步模式標(biāo)識(shí)電流值Iy，則又需要把同步整流單元轉(zhuǎn)換為異步模式，轉(zhuǎn)換過(guò)程為:主控單元把PSMC2A的頻率變?yōu)?KHZ，相位固定為設(shè)定的最小值，此過(guò)程中PWMH和PWML的波形如圖8所示。
[0029]本發(fā)明能夠準(zhǔn)確、迅速的找到太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)，且不受光照、溫度、陰影遮擋等環(huán)境因素的限制，追蹤速度快、效率高。
[0030]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0031]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種新型的MPPT算法的硬件實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括太陽(yáng)能電池板、輸入濾波單元、主控單元、邏輯處理單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、同步整流單元、輸出濾波單元、電流采樣單元和蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的MPPT算法的硬件實(shí)現(xiàn)，其特征在于，所述輸入濾波單元包括電容Cl，所述同步整流單元包括場(chǎng)效應(yīng)管Q1、場(chǎng)效應(yīng)管Q2和肖特基二極管D1，所述輸出濾波單元包括電感LI和電容C2，所述電流采樣單元包括電阻R1，所述太陽(yáng)能電池板的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極與電容Cl的正極連接，所述電容Cl的負(fù)極接地，所述太陽(yáng)能電池板的正極還與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Ql的3腳與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的3腳接地，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳與接地的肖特基二極管Dl連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q2的2腳通過(guò)電感L1、電阻Rl與蓄電池的正極連接，所述電感LI的另一端通過(guò)電容C2接地，所述蓄電池的負(fù)極接地；所述主控單元輸出PSMC1A、PSMClB和PSMC2A,所述PSMClA經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成PWMl，所述PSMClB和PSMC2A經(jīng)過(guò)邏輯處理單元處理成PWM2，所述PWMl經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWMH，所述PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元輸出PWML，所述PWMH與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的I腳連接，所述PWML與場(chǎng)效應(yīng)管Q2的I腳連接。
3.一種如權(quán)利要求1-2任一所述的新型MPPT算法，其特征在于，步驟如下: (1)采樣測(cè)量獲得當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv和蓄電池電壓Vbat； (2)比較太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv和蓄電池電壓Vbat的大小，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓Vpv小于蓄電池電壓Vbat，則返回步驟(I)，如果當(dāng)前太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓Vpv大于蓄電池電壓Vbat，則進(jìn)行步驟(3)； (3)開(kāi)啟追蹤，主控單元輸出一對(duì)頻率為40KHZ互補(bǔ)的PWM=PSMClA和PSMC1B，還輸出一路頻率為 4KHZ PWM:PSMC2A ； (4)PSMCIA經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMCIA同相位同幅度同頻率的PWMl，PSMCIB和PSMC2A經(jīng)過(guò)與邏輯電路輸出與PSMC2A同相位同幅度同頻率的PWM2 ； (5)PWMl和PWM2經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元分別輸出同步整流單元中場(chǎng)效應(yīng)管Ql和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的驅(qū)動(dòng)波形PWMH和PWML ； (6)驅(qū)動(dòng)波形PWMH和PWML驅(qū)動(dòng)同步整流單元掃描太陽(yáng)能電池板的P-V曲線(xiàn)，通過(guò)比較電流采樣單元實(shí)時(shí)采樣輸出電流，獲得太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H02S40/30GK104378059SQ201410504089
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】谷朝棟, 曹紅澤, 李珂, 冉曉鵬 申請(qǐng)人:深圳碩日新能源科技有限公司