專利名稱：一種新型的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種新型的太陽(yáng)能光伏最大功率 點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能路燈等太陽(yáng)能發(fā)電是利用P-N結(jié)的光生伏打效應(yīng)把太陽(yáng)能儲(chǔ)存在蓄電池 上再供使用。由于太陽(yáng)能光伏電池存在非線性特性，見(jiàn)圖3，在其工作范圍內(nèi)存在一個(gè)最大 輸出功率點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏電池只有在該點(diǎn)工作時(shí)，輸出功率為最大，它對(duì)蓄電池的充電功率 也最大。現(xiàn)有技術(shù)采用的單路調(diào)節(jié)電路(如電路圖1中沒(méi)有T2、D2和L2)，當(dāng)控制電路的 開(kāi)關(guān)管Tl在關(guān)斷時(shí)，此時(shí)太陽(yáng)能電池停止直接對(duì)蓄電池充電，只對(duì)電容Cl充電以備開(kāi)關(guān)管 開(kāi)通時(shí)向電感Ll供電，正由于此時(shí)太陽(yáng)能電池只對(duì)電容Cl充電，使電容Cl上電壓迅速上 升，太陽(yáng)能光伏電池的工作電壓偏離最大輸出功率點(diǎn)，其輸出功率將急驟下降，如圖3，再加 上用作開(kāi)關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)MOS管在開(kāi)和關(guān)的瞬間也有大量能量損耗，所以使用單路調(diào)節(jié)方式， 太陽(yáng)能電池的能量也就沒(méi)有被充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)目前太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)中的單路調(diào)節(jié)電路 的上述之不足，提出了一種雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明由雙路調(diào)節(jié)電路所構(gòu)成，一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和電感Ll串聯(lián)，其 兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管Dl到地，三者組成一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)；另一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS 管T2和電感L2串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管D2到地，三者組成另一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)，兩 路調(diào)節(jié)電路的首尾兩端分別并聯(lián)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2的并 聯(lián)點(diǎn)和電容Cl連接后接太陽(yáng)能電池PV的正極；電感Ll和電感L2的并聯(lián)點(diǎn)和電容C2連接 后接二極管D3，再通過(guò)二極管D3后接蓄電池的正極，系統(tǒng)使用單片機(jī)MCU進(jìn)行測(cè)試電壓和 輸出控制信號(hào)，其兩個(gè)電壓測(cè)試點(diǎn)Ul和U2分別取自二極管D3的前后兩端，其輸出控制信 號(hào)01和02分別供給P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2的柵極。用單片機(jī)MCU檢測(cè)二極管D3兩端的電壓、計(jì)算充電功率的等效值和輸出兩路PWM 控制信號(hào)，并保證兩路PWM控制周期信號(hào)在相位上相差180°?？刂品椒ㄖ饕ㄒ韵虏?驟A.先讀取U1、U2，計(jì)算充電功率的等效值；B.改變PWM脈寬；C.再次讀取U1、U2并計(jì)算充電功率的等效值；D.若充電功率同上次測(cè)試相比增加了，繼續(xù)以同樣方式增加或減少PWM脈寬；若 充電功率同上次測(cè)試相比減小了，則反方向改變PWM脈寬，如此反復(fù)循環(huán)，始終保證對(duì)太陽(yáng) 能光伏最大功率點(diǎn)的跟蹤。利用防反充二極管兩端的壓降作為充電電流的等效值，則計(jì)算充電功率的等效值的公式為二極管D3兩端的壓降和蓄電池上充電電壓的乘積，S卩(U1-U2)*U2。電路中的P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管代替，第一路調(diào)節(jié)電路中N溝 道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和電感Ll串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管Dl到太陽(yáng)能電池PV的 正極，三者組成一個(gè)丄形網(wǎng)絡(luò)，第二路調(diào)節(jié)電路中N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2和電感L2串聯(lián)， 其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管D2也到太陽(yáng)能電池PV的正極，三者也組成一個(gè)丄形網(wǎng)絡(luò)，兩 路并聯(lián)后，前端Tl和T2公共點(diǎn)接太陽(yáng)能板PV的負(fù)極和電容Cl的負(fù)極，后端電感Ll和電 感L2公共點(diǎn)接電容C3和二極管D3，再通過(guò)二極管D3后接蓄電池的負(fù)極。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、由于在現(xiàn)有的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)中增設(shè)了一路調(diào)節(jié)電路，避免了 在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)太陽(yáng)能沒(méi)有被充分利用的缺陷，有效地提高太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電效率。2、直接采用防反充電二極管D3兩端的壓降作為充電電流的等效值，避免了再在 充電回路增加取樣電阻來(lái)測(cè)試充電電流造成的額外功耗。


圖1為本雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)的電路圖。圖2為單片機(jī)提供的雙路控制PWM信號(hào)圖T1為關(guān)斷時(shí)間，T2為開(kāi)通時(shí)間，T1+T2 為PWM周期，Tl也為PWM脈寬時(shí)間。若系統(tǒng)中采用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管，Tl為開(kāi)通時(shí)間， T2為關(guān)斷時(shí)間。圖3太陽(yáng)能光伏電池的輸出功率曲線。圖4采用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管的雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)的電路 圖。圖5本發(fā)明提出的雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明由雙路調(diào)節(jié)電路所構(gòu)成，一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl、二極 管Dl和電感Ll組成一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)(該網(wǎng)絡(luò)組成了一個(gè)降壓式DC/DC變換網(wǎng)絡(luò)，場(chǎng)效應(yīng)MOS 管Tl作為開(kāi)關(guān)管，二極管Dl在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)起對(duì)電感Ll的續(xù)流作用，電感Ll作為電抗調(diào)節(jié) 儲(chǔ)能元件，下述的另一路的元件作用類同)；另一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2、二極管D2和 電感L2組成另一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)，兩路調(diào)節(jié)電路的首尾兩端分別并聯(lián)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl 和T2的并聯(lián)點(diǎn)和電容Cl連接后接太陽(yáng)能電池PV的正極；電感Ll和電感L2的并聯(lián)點(diǎn)和電 容C2 (電容C2同時(shí)作為兩路降壓式DC/DC變換網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)能電容)連接后接二極管D3 (起 防反充電作用)，再通過(guò)二極管D3后接蓄電池的正極。電路中使用的二極管D3，它在電路中一方面起防反充電作用，另一方面它具有如 下特性在一定范圍內(nèi)流過(guò)二極管的充電電流與在其兩端的壓降成正比，直接利用防反充 二極管兩端的壓降作為充電電流的等效值，避免了再在充電回路增加取樣電阻來(lái)測(cè)試充電 電流造成的額外功耗。系統(tǒng)利用單片機(jī)MCU的ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換)功能在二極管D3兩端采 樣電壓信號(hào)Ul和U2。這樣，計(jì)算充電功率的等效值就可直接用了二極管D3兩端的壓降和 蓄電池上的充電電壓的乘積來(lái)代替，即(U1-U2)*U2。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)計(jì)算充電功率的等效值計(jì)算，尋找太陽(yáng)能電池的最大功率輸出點(diǎn)，也就是找到最合適的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制信號(hào)的脈寬，同時(shí)輸出兩路PWM控制信號(hào)給兩 路調(diào)節(jié)電路的開(kāi)關(guān)管Tl和T2的柵極，并保證兩路PWM控制周期信號(hào)在相位上相差180°， 保證兩路調(diào)節(jié)電路的開(kāi)關(guān)管交錯(cuò)關(guān)斷，避免了在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)太陽(yáng)能沒(méi)有被充分利用的缺 陷，有效地提高太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電效率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的具體步驟參見(jiàn)圖5，先讀取 U1、U2，計(jì)算(U1-U2)*U2值，改變PWM脈寬，再次讀取U1、U2并計(jì)算(U1-U2) *U2值，若充電 功率增加，繼續(xù)以同樣方式(增加或減少)改變PWM脈寬；若充電功率減小，則反方向改變 PWM脈寬，始終保證對(duì)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)的跟蹤。上述系統(tǒng)中使用P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管作為開(kāi)關(guān)管，一般情況下，P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS 管的導(dǎo)通壓降大于N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管，本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是將P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管用N 溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管代替，這樣使開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降減小，進(jìn)一步減小系統(tǒng)自身的功耗，提高 太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電效率。使用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤 系統(tǒng)的電路為第一路調(diào)節(jié)電路由N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和二極管D1、電感Ll相連組成一 個(gè)丄形網(wǎng)絡(luò)；第二路調(diào)節(jié)電路由N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2和二極管D2、電感L2相連也組成 一個(gè)丄形網(wǎng)絡(luò)。兩路并聯(lián)后，前端N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2公共 點(diǎn)接太陽(yáng)能板PV的負(fù)極和電容Cl，后端電感Ll和電感L2公共點(diǎn)接電容C3和二極管D3。 若使用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管作為開(kāi)關(guān)管，計(jì)算充電功率的等效值的計(jì)算公式為(-Ul)*U2。
權(quán)利要求
1.一種新型的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于它由雙路調(diào)節(jié)電路所構(gòu) 成，一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和電感Ll串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管Dl到地， 三者組成一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)；另一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2和電感L2串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn) 接一個(gè)二極管D2到地，三者組成另一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)，兩路調(diào)節(jié)電路的首尾兩端分別并聯(lián)，P溝 道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl和P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2的并聯(lián)點(diǎn)和電容Cl連接后接太陽(yáng)能電池PV 的正極；電感Ll和電感L2的并聯(lián)點(diǎn)和電容C2連接后接二極管D3，再通過(guò)二極管D3后接蓄 電池的正極，系統(tǒng)使用單片機(jī)MCU進(jìn)行測(cè)試電壓和輸出控制信號(hào)，其兩個(gè)電壓測(cè)試點(diǎn)Ul和 U2分別取自二極管D3的前后兩端，其輸出控制信號(hào)01和02分別供給P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管 Tl和P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)的控制方法，其特 征在于用單片機(jī)MCU檢測(cè)二極管D3兩端的電壓、計(jì)算充電功率的等效值和輸出兩路PWM 控制信號(hào)，并保證兩路PWM控制周期信號(hào)在相位上相差180°，控制方法主要包括以下步 驟A.先讀取U1、U2，計(jì)算充電功率的等效值；B.改變PWM脈寬；C.再次讀取U1、U2并計(jì)算充電功率的等效值；D.若充電功率同上次測(cè)試相比增加了，繼續(xù)以同樣方式增加或減少PWM脈寬；若充電 功率同上次測(cè)試相比減小了，則反方向改變PWM脈寬，如此反復(fù)循環(huán)，始終保證對(duì)太陽(yáng)能光 伏最大功率點(diǎn)的跟蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙路調(diào)節(jié)太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)的控制方法，其特 征在于利用防反充二極管兩端的壓降作為充電電流的等效值，則計(jì)算充電功率的等效值 的公式為二極管D3兩端的壓降和蓄電池上充電電壓的乘積，S卩(U1-U2)*U2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于電路中的P 溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管用N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管代替，第一路調(diào)節(jié)電路中N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管Tl 和電感Ll串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管Dl到太陽(yáng)能電池PV的正極，三者組成一個(gè) 丄形網(wǎng)絡(luò)，第二路調(diào)節(jié)電路中N溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2和電感L2串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一 個(gè)二極管D2也到太陽(yáng)能電池PV的正極，三者也組成一個(gè)丄形網(wǎng)絡(luò)，兩路并聯(lián)后，前端Tl和 T2公共點(diǎn)接太陽(yáng)能板PV的負(fù)極和電容Cl的負(fù)極，后端電感Ll和電感L2公共點(diǎn)接電容C3 和二極管D3，再通過(guò)二極管D3后接蓄電池的負(fù)極。
全文摘要
一種新型的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)，它由雙路調(diào)節(jié)電路所構(gòu)成，一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T1和電感L1串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管D1到地，三者組成一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)；另一路由P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2和電感L2串聯(lián)，其兩者的連接點(diǎn)接一個(gè)二極管D2到地，三者組成另一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)，兩路調(diào)節(jié)電路的首尾兩端分別并聯(lián)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T1和P溝道場(chǎng)效應(yīng)MOS管T2的并聯(lián)點(diǎn)和電容C1連接后接太陽(yáng)能電池PV的正極。優(yōu)點(diǎn)是由于在現(xiàn)有的太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)中增設(shè)了一路調(diào)節(jié)電路，有效地提高太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電效率，避免了再在充電回路增加取樣電阻來(lái)測(cè)試充電電流造成的額外功耗。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102122903SQ20111008534
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者曾凡輝 申請(qǐng)人:湖北昊天低碳科技有限公司