太阳能电池阵列分布式最大功率跟踪控制器

成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新产品

合作方式：技术转让、技术开发

参与活动：

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 0 项
已授权专利,其中:发明专利 1 项
专利号:
201310389103.7

成果简介

成果概况

本成果是适用于太阳能阵列分布式最大功率跟踪（DMPPT）结构的模拟MPPT控制器。该控制器由一个模拟MPPT芯片和少许外围电路组成，采用扰动-观察法来实现精确的跟踪, 并应用负反馈环路来增强其抗干扰性能，总体电路如图1所示。目前常使用的控制芯片是DSP、微控制器等通用芯片实现MPPT算法，芯片面积大，电路复杂。本成果中，设计一款模拟的MPPT控制芯片，具有体积小、成本低、功耗低、跟踪精度高的特点。

创新要点

本成果是针对太阳能电池阵列分布式最大功率跟踪，主要创新要点如下： 1，不同于市面上控制器多采用通用芯片，如DSP 、微控制器，本成果核心控制芯片采用模拟方式实现，电路结构简单、体积小、功耗低，成本显著减少，适合分布式MPPT在低成本下对大批量控制器的需求 2，芯片设计中，优化控制器环路补偿网络和信号传输延时等的影响，具有较高的稳定性，使控制器在各种非理想因素下也正常工作在稳定状态， 3，芯片使用改进型变步长的扰动算法，使控制器跟踪速度和精度都得到提升 4，加入burst模式功能，光照较低时，改变开关频率，显著提高太阳能电池板输出功率较低时控制器的转换效率 5，优化控制器在太阳能阵列中的环路稳定性，在阵列分布式跟踪中，克服了常规集总式MPPT在太阳能电池板失配情况下跟踪不到系统最大功率点的问题，使得阵列中每块电池板始终以最大功率输出，从而阵列的总输出功率得到明显提升 6，优化控制器的外围电路结构，使控制器在正常工作时，有较高的转换效率

主要技术指标

芯片工作温度范围：-40 ℃ ~ 85 ℃； MPPT跟踪精度：光照范围400 W/m2~1000 W/m2，温度0 ℃~40 ℃，跟踪精度在99%以上；芯片工作电压5V，功耗75mW； MPPT控制器效率不低于93%。

其他说明

本成果中，DMPPT芯片是MPPT控制器的核心部分，包含了反馈控制环路的部分电路和MPPT算法的实现电路。芯片绝大部分电路采用模拟电路设计实现，其余少部分电路用到了一些数字电路模块。在此芯片中，模拟电路模块负责MPPT算法的实现，反馈控制环路的部分模块的实现以及基准源、偏置电流等辅助功能模块的实现；而数字电路模块主要负责逻辑门的实现与触发器分频电路的实现。芯片正常上电后，采集太阳能电池的输出电压和电流，经过乘法器，计算出当前太阳能电池的输出功率，然后扰动参考电压，待新的环路稳定后，再次计算出当前太阳能电池的输出功率，然后对两次功率值进行比较，得出下一次参考电压的扰动方向。芯片采用5V电压供电，输入太阳能电池相关信号，输出PWM方波信号驱动外部MOS开关，同时，内部的过温保护、过压保护等电路在芯片发生异常时切断输出，保护芯片，提高芯片的可靠性。另外，在太阳能电池输出功率过低时，触发低功率报警模块报警，便于及时发现阵列中的故障模块，进一步提高太阳能电池阵列系统的可靠性。

完成人信息

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