本實(shí)用新型屬于一種照明系統(tǒng)，具體涉及一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能發(fā)電作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色可再生能源已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。受氣候環(huán)境影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是間歇的，因而一定容量的儲(chǔ)能裝置必不可少。鉛酸蓄電池由于技術(shù)成熟、成本價(jià)格相對(duì)較低，成為光伏發(fā)電系統(tǒng)大量應(yīng)用的儲(chǔ)能元件，然而，蓄電池有嚴(yán)格的充放電電流限制，因而實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率跟蹤與優(yōu)化蓄電池充放電過程往往不能兼顧；此外，由于光伏陣列輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)性，蓄電池往往存在大量的充放電小循環(huán)，造成其容量過早失效，嚴(yán)重影響壽命，增加系統(tǒng)成本。光伏電池受氣候環(huán)境的影響輸出功率具有不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)的特征，如果直接用光伏電池給蓄電池充電，在光伏電池輸出功率不足的情況下，蓄電池將經(jīng)常處于小電流充放電狀態(tài)中，勢(shì)必加快蓄電池的老化，縮短其循環(huán)使用壽命。

在光伏電池輸出功率不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)性以及儲(chǔ)能控制低效性的前提下，提高可再生能源和新能源的開發(fā)利用具有實(shí)際應(yīng)用意義。LED作為新一代綠色光源，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。受外界條件及系統(tǒng)自身因素的影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性具有明顯的非線性。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池的輸出功率隨輸出電壓的變化成單凸峰曲線，光伏電池只有工作在曲線的頂點(diǎn)處時(shí)才會(huì)輸出最大功率，即最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。最大功率點(diǎn)受溫度、光照強(qiáng)度、負(fù)載特性等影響會(huì)發(fā)生變化，因此實(shí)時(shí)調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使其輸出始終保持在最大功率點(diǎn)處，能大大提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，可見設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的最大功率點(diǎn)跟蹤電路具有一定的工程價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，它能解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤與優(yōu)化蓄電池充放電過程往往不能兼顧的問題。

實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，它包括光伏電池陣列，光伏電池陣列分別與DC/DC變換器以及光伏控制器連接，DC/DC變換器與蓄電池連接，蓄電池與負(fù)載、并網(wǎng)以及LED照明裝置連接，光伏控制器與并聯(lián)控制器連接，并聯(lián)控制器與蓄電池的輸出端連接，光伏控制器的輸出端與大功率電容連接，大功率電容與LED照明裝置連接。

上述光伏控制器為光伏專用MPPT控制芯片，它的型號(hào)為SM72441，光伏控制器與型號(hào)為SM72295的光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片連接，光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)四個(gè)全控型開關(guān)器件MOS管，構(gòu)成同步降壓電路。

上述光伏控制器的輸入輸出對(duì)稱。

上述LED照明裝置包括型號(hào)為XL6005的驅(qū)動(dòng)芯片。

上述LED照明裝置包括至少2個(gè)相并聯(lián)的LED燈組，每個(gè)LED燈組包括至少2顆相串聯(lián)的LED燈。

本實(shí)用新型能帶來以下技術(shù)效果：

1)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，將超級(jí)大功率電容與蓄電池一起構(gòu)成有源式混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，既能發(fā)揮超級(jí)電容功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，滿足光伏電池MPPT的充電要求，又能減少蓄電池充放電小循環(huán)的發(fā)生，優(yōu)化蓄電池充放電管理。

2)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，在基于上述構(gòu)成的混合儲(chǔ)能光伏發(fā)電系統(tǒng)下，在光伏電池和負(fù)載之間配置一個(gè)功率變換器，采用外加電路和控制策略對(duì)輸出功率加以控制使其輸出功率最大，變換器在光伏電池和負(fù)載之間起電壓適配作用，其內(nèi)部集成MPPT算法，大大節(jié)約了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間和成本。

3)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，通過光伏專用MPPT控制芯片內(nèi)部集成算法來采集光伏電池的輸出電壓和電流，控制PWM的占空比，考慮到控制芯片的帶負(fù)載能力有限，再采用光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片將輸出的4路PWM信號(hào)放大后再驅(qū)動(dòng)MOS管，這樣大大縮短了系統(tǒng)的控制時(shí)間，減少了功耗，提高了系統(tǒng)的效率，使得跟蹤更加的智能化。

4)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，通過外部電阻分壓器設(shè)置最大輸出電壓和最大輸出電流，避免了重復(fù)使用編程的微控制器，大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間及成本。

5)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，考慮到智能化照明系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中不僅使用四個(gè)MOS管替代續(xù)流二極管，而且在輸入輸出的電路中運(yùn)用對(duì)稱形式，減小了功耗，提高了系統(tǒng)效率且方案簡單可行。

6)所述一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，在光伏照明系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中，采用N串2并混聯(lián)的連接方式，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)特定照明場(chǎng)合的需要，選擇合適的LED數(shù)目，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明系統(tǒng)太陽能電池最大輸出功率的實(shí)時(shí)跟蹤，提高了光伏系統(tǒng)的平均充電效率，而且滿足LED驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定高效率運(yùn)行。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型中充電控制電路示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中光伏控制器與驅(qū)動(dòng)芯片連接的示意圖；

圖4為本實(shí)用新型中LED照明裝置的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)，它包括光伏電池陣列1，光伏電池陣列1分別與DC/DC變換器2以及光伏控制器3連接，DC/DC變換器2與蓄電池4連接，蓄電池4與負(fù)載5、并網(wǎng)6以及LED照明裝置9連接，光伏控制器3與并聯(lián)控制器7連接，并聯(lián)控制器7與蓄電池4的輸出端連接，光伏控制器3的輸出端與大功率電容8連接，大功率電容8與LED照明裝置9連接。

如圖3所示，光伏控制器3為光伏專用MPPT控制芯片，它的型號(hào)為SM72441，光伏控制器3與型號(hào)為SM72295的光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片13連接，光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)四個(gè)全控型開關(guān)器件MOS管，構(gòu)成同步降壓電路。

所述光伏控制器3的輸入輸出對(duì)稱。

如圖4所示，LED照明裝置包括型號(hào)為XL6005的驅(qū)動(dòng)芯片10。

所述LED照明裝置包括至少2個(gè)相并聯(lián)的LED燈組11，每個(gè)LED燈組11包括至少2顆相串聯(lián)的LED燈12。

如圖2所示，以光伏專用MPPT控制芯片SM72441為核心設(shè)計(jì)了光伏充電控制電路，該電路采用光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片SM72295驅(qū)動(dòng)四個(gè)全控型開關(guān)管MOS管，并且構(gòu)成 同步Buck降壓電路，外交電路和控制策略在光伏電池和負(fù)載之間起電壓適配作用，其輸出電壓U_o和輸入電壓U_in之比可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使光伏電池達(dá)到最大功率。

該控制電路主要從陣列式光伏電池進(jìn)行電能的供應(yīng)，輸入端PV+、PV—分別為電源的正負(fù)極，在輸入端和輸出端分別并聯(lián)具有濾波和儲(chǔ)能專用的大功率電容C_in和C_out；所述的MPPT控制器，根據(jù)采樣值V_in、I_in對(duì)蓄電池進(jìn)行充電保護(hù)，且控制輸出不同占空比的PWM，能夠控制4路PWM柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器中開關(guān)管的通斷控制；電路設(shè)計(jì)中采用同步Buck降壓電路和用四個(gè)全控型器件MOS管代替二極管，通過控制MOS管的通斷來設(shè)置Gate1/Gate2/Gate3/Gate4的狀態(tài)。所述芯片SM72441通過外部的電阻分壓器Resn_in設(shè)置最大輸出電壓與最大輸出電流，保證了對(duì)輸出最大功率點(diǎn)的跟蹤，從而最大限度的提高光伏電池的輸出功率。

所述光伏專用MPPT控制芯片的AVIN和AVOUT引腳分別采樣光伏電池的輸出電壓和蓄電池的充電電壓，經(jīng)過電流檢測(cè)放大器放大電路后，送入SM72441經(jīng)過內(nèi)部MPPT運(yùn)算，輸出4路PWM?？紤]到SM72441帶負(fù)載能力有限，其輸出驅(qū)動(dòng)不了MOS管，同時(shí)考慮到照明系統(tǒng)的智能化，設(shè)計(jì)選擇全橋驅(qū)動(dòng)芯片SM72295驅(qū)動(dòng)四個(gè)全控型器件MOS管，主要是將SM72441輸出的4路PWM信號(hào)放大后再驅(qū)動(dòng)MOS管，目的是通過控制MOS管的通斷來設(shè)置Gate1/Gate2/Gate3/Gate4的狀態(tài)，設(shè)計(jì)中在輸入輸出的電路中運(yùn)用的對(duì)稱形式計(jì)，來提高系統(tǒng)效率。

所述的一種光伏發(fā)電MPPT方式的高效穩(wěn)定照明智能控制系統(tǒng)如圖3所示，本設(shè)計(jì)采用LED驅(qū)動(dòng)芯片XL6005，輸入端的輸入直流電壓為12V，LED驅(qū)動(dòng)電路的限流電阻R設(shè)置為0.5Ω，且兩端并聯(lián)2個(gè)濾波作用的C_in、C_out電容；在所述C_in端串聯(lián)電感L，所述電感L為升壓電感；所述二極管D為整流二極管；所述驅(qū)動(dòng)芯片XL6005的反饋端FB引腳的閾值電壓為0.22V，目的是為了保護(hù)LED照明系統(tǒng)陣列和對(duì)二極管兩端電壓進(jìn)行穩(wěn)壓；所述的電阻R和電阻R_S為限流電阻，所述電阻R_S用來設(shè)定LED的工作電流為I _LED＝0.22(V)/R_S；所述電阻R與驅(qū)動(dòng)芯片引腳連接，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)芯片XL6005的E_S進(jìn)行使能控制；所述驅(qū)動(dòng)芯片XL6005的SW引腳為轉(zhuǎn)換引腳，主要是電源開關(guān)輸入作用，最后一端GND引腳直接接地；所述LED照明系統(tǒng)陣列在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)串聯(lián)在電路中LED數(shù)目N的不同，方便進(jìn)行測(cè)試每一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路的工作效率，因此在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)特定照明場(chǎng)合的需要，選擇合適的LED數(shù)目，系統(tǒng)能滿足特定照明場(chǎng)合的需要。

采用上述結(jié)構(gòu)，將超級(jí)大功率電容8與蓄電池4一起構(gòu)成混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電管理和LED照明系統(tǒng)中，一方面：蓄電池4不僅給負(fù)載5和并網(wǎng)6提供電能，而且還可以將充足的電能輸送到LED照明裝置9；另一方面，以光伏控制器3為核心，與光伏全橋驅(qū)動(dòng)芯片13連接，結(jié)合LED照明裝置9的驅(qū)動(dòng)芯片來設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)太陽能輸出最大功率點(diǎn)跟蹤，此時(shí)上述超級(jí)大功率電容8將最大的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，給LED照明裝置9直接供電。因此，上述兩方面相結(jié)合，確保了LED照明系統(tǒng)電能的雙保險(xiǎn)，從而提高了太陽能光伏LED智能化控制照明系統(tǒng)的高效性與穩(wěn)定性。