專(zhuān)利名稱(chēng)：用于實(shí)現(xiàn)mppt的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及是一種寬溫度范圍補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電MPPT實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于小功率光伏發(fā)電為小型電子設(shè)備提供電能。
背景技術(shù)：
隨著光伏發(fā)電技術(shù)的日漸成熟，直接利用太陽(yáng)能面板提供電力已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。傳統(tǒng)的恒壓跟蹤法(CVT)設(shè)計(jì)方法忽略環(huán)境溫度對(duì)太陽(yáng)面板開(kāi)路電壓的影響，僅通過(guò)設(shè)定正常環(huán)境溫度下太陽(yáng)能電池的最佳工作開(kāi)路電壓來(lái)保證光伏面板的能夠輸出最大功率，CVT方式具有控制簡(jiǎn)單、可靠性高、穩(wěn)定性好及易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但太陽(yáng)能面板一般在野外使用，四季和日夜溫差變化很大。以單晶硅太陽(yáng)面板為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高1°C時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率為O. 35% O. 45%。而傳統(tǒng)的CVT控制方法并不能隨環(huán)境溫度的改變跟蹤太陽(yáng)能面板的最大功率點(diǎn)，太陽(yáng)能面板利用率不高。在不同的光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度外部環(huán)境情況下，太陽(yáng)能面板的最大功率輸出點(diǎn)會(huì)有較大的變化，因此我們需要在傳統(tǒng)的CVT控制技術(shù)基礎(chǔ)上增加相關(guān)控制電路來(lái)克服環(huán)境溫度對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤的影響。利用采樣普通二極管隨溫度變化的壓降來(lái)提供光伏面板最大功率點(diǎn)的變化趨勢(shì)，但采樣電路精度要求高，控制復(fù)雜。而通過(guò)增加額外光伏面板判斷MPPT又不符合小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)體積和成本的限制，只能適用中大功率場(chǎng)合。隨著數(shù)字芯片的應(yīng)用，適用于中大功率光伏系統(tǒng)的MPPT技術(shù)較為成熟(如固定步長(zhǎng)干擾觀察法、電導(dǎo)法等方法)。受體積和成本的限制，適用于小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT技術(shù)則需要進(jìn)一步研究(家用微型逆變器、便攜式電子充電設(shè)備等應(yīng)用)。對(duì)于小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該綜合考慮太陽(yáng)能面板利用率、設(shè)備成本、使用效率和電路保護(hù)等問(wèn)題。太陽(yáng)能面板的輸出特性具有較強(qiáng)的非線性特征，隨著光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的不同，太陽(yáng)能面板端電壓、輸出電流和最大輸出功率都會(huì)產(chǎn)生很大的變化。目前性能優(yōu)良的小功率光伏發(fā)電設(shè)備價(jià)格偏高，限制了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在小功率場(chǎng)合的應(yīng)用。因此需要充分結(jié)合光伏面板的工作特性，研究適用于小功率場(chǎng)合的高性能、低成本太陽(yáng)能充電設(shè)備的控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)小功率太陽(yáng)能面板發(fā)電場(chǎng)合，提出了低成本、高效率的寬溫度范圍補(bǔ)償恒壓式太陽(yáng)能面板MPPT實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案
一種用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括溫度補(bǔ)償電路、動(dòng)態(tài)限流電路、Buck變換器；其中所述溫度補(bǔ)償電路用于實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，設(shè)定動(dòng)態(tài)限流電路的工作電壓，為動(dòng)態(tài)限流電路提供溫度補(bǔ)償信號(hào)；所述動(dòng)態(tài)限流電路根據(jù)溫度補(bǔ)償電路提供的溫度補(bǔ)償信號(hào)，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流；Buck變換器根據(jù)動(dòng)態(tài)限流電路動(dòng)態(tài)輸入的電流，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處，然后將太陽(yáng)能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載期望的輸出電壓。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述溫度補(bǔ)償電路由第一至第五電阻、穩(wěn)壓管、第一電容和比較器構(gòu)成，其中所述比較器的正相輸入端分別與第二電阻的一端、第三電阻的一端、第四電阻的一端連接；所述比較器的正相輸出端分別與第一電阻的一端、第二電阻的另一端，第三電阻的另一端、第五電阻的一端連接；所述比較器的反相輸入端分別與第一電阻的另一端、穩(wěn)壓管的陰極連接；所述比較器的反相輸出端分別與穩(wěn)壓管的陽(yáng)極、第四電阻的另一端、第一電容的一端連接后接地；所述比較器的電壓輸出端分別與第一電容的另一端、第五電阻的另一端連接；其中第二電阻為負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC，所述溫度補(bǔ)償電路通過(guò)負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，控制比較器的輸出電壓。進(jìn)一步的，本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述動(dòng)態(tài)限流電路由第六電阻、第二電容和第一 P溝道MOSFET相互并聯(lián)構(gòu)成；溫度補(bǔ)償電路通過(guò)控制第一 P溝道MOSFET的門(mén)極電壓，讓第一 MOSFET工作在線性區(qū)不同狀態(tài)獲得不同的電阻值，該電阻值與第六電阻并聯(lián)后共同構(gòu)成Buck變換器的限流電阻，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流，使太陽(yáng)能面板始終工作在最佳輸出電壓點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能面板工作的MPPT功能。進(jìn)一步的，本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述Buck變換器包括光伏面板、輸入電感、第七至第十電阻、第三至第六電容、續(xù)流二極管、第二 P溝道MOSFET及控制芯片；
其中所述控制芯片的第I引腳與動(dòng)態(tài)限流電路的輸出端連接；
所述光伏面板的一端分別與第七電阻的一端、第三電容的一端、第二 P溝道MOSFET的源極、第四電容的一端、第五電容的一端以及控制芯片的第8引腳連接；
所述第四電容的另一端與控制芯片的第7引腳連接；所述第五電容的另一端接地；所述光伏面板的另一端分別與第三電容的另一端、續(xù)流二極管的陽(yáng)極、第六電容的一端、第八電阻的一端、第十電阻的一端連接后接地；
所述第二 P溝道MOSFET的柵極與控制芯片的第6引腳連接；
所述第二 P溝道MOSFET的漏極分別與輸入電感的一端、續(xù)流二極管的陰極、控制芯片的第5引腳連接；
所述輸入電感的另一端分別與第六電容的另一端、第八電阻的另一端、第九電阻的一端連接；
所述第九電阻的另一端分別與第十電阻的另一端、控制芯片的第3引腳連接；
所述第七電阻的另一端與控制芯片的第2引腳連接；
所述控制芯片的第4引腳接地。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
本發(fā)明具有電路元件少、功率密度高及成本低的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)熱敏電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度并為動(dòng)態(tài)限流電路提供信號(hào)，利用控制P溝道MOSFET管的線性工作區(qū)調(diào)節(jié)限流電阻有利于實(shí)現(xiàn)高功率密度、高效率及太陽(yáng)能面板的MPPT。


圖I是本發(fā)明的原理框架示意圖。圖2是太陽(yáng)能面板電壓、電流和功率隨溫度變化示意圖。其中圖2 (a)為當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，在不同光照條件下對(duì)光伏面板輸出電氣特性的影響示意圖；圖2 (b)為當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，在不同環(huán)境溫度條件下對(duì)光伏面板輸出電氣特性的影響示意圖。圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)方法的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)301-溫度補(bǔ)償電路；302_動(dòng)態(tài)限流電路；303-Buck變換器電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
如圖I所示，其給出了本發(fā)明的原理框架圖。太陽(yáng)能光伏面板將光能轉(zhuǎn)化為電能并在輸出端形成輸出電壓；通過(guò)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC檢測(cè)環(huán)境溫度，為動(dòng)態(tài)限流電路提供基準(zhǔn)信號(hào)；動(dòng)態(tài)電阻限流環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)Buck變換器的限流電阻；Buck變換器通過(guò)控制輸入功率控制太陽(yáng)能面板輸出電壓；Buck變換器的輸出電壓為負(fù)載提供期望的工作電壓。如圖2所示了太陽(yáng)能面板的典型電氣特性圖，可見(jiàn)其輸出特性具有較強(qiáng)的非線性特征，隨著光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的不同，太陽(yáng)能面板端電壓、輸出電流和最大輸出功率都會(huì)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，在不同光照條件下對(duì)光伏面板輸出電氣特性的影響如圖2 (a)所示。不同的光照強(qiáng)度僅影響最大輸出電流，而對(duì)開(kāi)路電壓的影響可忽略不計(jì)。光照越強(qiáng)，面板可輸出最大功率點(diǎn)越高。且最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vpm可近似認(rèn)為不變；當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，在不同環(huán)境溫度條件下對(duì)光伏面板輸出電氣特性的影響如圖2 (b)所示。不同的環(huán)境溫度僅影響最大輸出電壓，而對(duì)短路電流的影響可忽略不計(jì)。環(huán)境溫度越低，面板可輸出最大功率點(diǎn)越高。最大功率點(diǎn)與其所對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vpm具有相同的線性變化趨勢(shì)。如圖3所示，其給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例的一種寬溫度范圍補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電MPPT實(shí)現(xiàn)方法示意圖?？驁D301的功能為提供寬溫度補(bǔ)償電路，由電阻R1-R5、穩(wěn)壓管Z1、電容Cl和比較器IC2構(gòu)成，其中R2為負(fù)溫度系數(shù)電阻(NTC)。溫度補(bǔ)償電路通過(guò)NTC電阻實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，控制比較器IC2的輸出電壓?？驁D302的功能為提供動(dòng)態(tài)限流電路，由電阻R6、電容C2和P溝道MOSFET Ql構(gòu)成。溫度補(bǔ)償電路控制Ql管的門(mén)極電壓，通過(guò)讓Ql管工作在線性區(qū)不同狀態(tài)獲得不同的電阻值，與電阻R6并聯(lián)后獲得不同的限流電阻?？驁D303的功能為將太陽(yáng)能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為期望的輸出電壓，由電阻R7-R10、電容C3-C6、電感LI、續(xù)流二極管D2、P溝道MOSFET Q2及控制芯片ICl構(gòu)成的Buck變換器。由Ql和電阻R6構(gòu)成ICl控制芯片的限流電阻，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能面板工作的MPPT功能。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例的具體參數(shù)如下
太陽(yáng)能面板輸入電壓為8VDC-19VDC ;輸出電壓5VDC ;輸出電流IA ;輸出濾波電感LI為68 μ H ;輸出濾波電容Cl為IOOOyF ;限流P溝道MOSFET為Si2343 ;主開(kāi)關(guān)管Q2為Si4485 ；ICl控制芯片為L(zhǎng)M25085，設(shè)定的開(kāi)關(guān)頻率為300kHz ；IC2控制芯片為比較器LM2903。在本發(fā)明中，Buck變換器為將太陽(yáng)能面板輸出電壓降至負(fù)載端期望電壓；所述溫度補(bǔ)償電路環(huán)節(jié)為檢測(cè)環(huán)境溫度，提供溫度補(bǔ)償信號(hào)；所述動(dòng)態(tài)限流電路環(huán)節(jié)為根據(jù)溫度補(bǔ)償電路提供的溫度補(bǔ)償信號(hào)，控制P溝道MOSFET的線性工作區(qū)，設(shè)定Buck變換器的輸入電流，將太陽(yáng)能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處。
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括溫度補(bǔ)償電路、動(dòng)態(tài)限流電路、Buck變換器；其中所述溫度補(bǔ)償電路用于實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，設(shè)定動(dòng)態(tài)限流電路的工作電壓，為動(dòng)態(tài)限流電路提供溫度補(bǔ)償信號(hào)；所述動(dòng)態(tài)限流電路根據(jù)溫度補(bǔ)償電路提供的溫度補(bǔ)償信號(hào)，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流；Buck變換器根據(jù)動(dòng)態(tài)限流電路動(dòng)態(tài)輸入的電流，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處，然后將太陽(yáng)能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載期望的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述溫度補(bǔ)償電路由第一至第五電阻(R1-R5)、穩(wěn)壓管(Zl)、第一電容(Cl)和比較器(IC2)構(gòu)成，其中所述比較器(IC2)的正相輸入端分別與第二電阻(R2)的一端、第三電阻(R3)的一端、第四電阻(R4)的一端連接；所述比較器(IC2)的正相輸出端分別與第一電阻(Rl)的一端、第二電阻(R2 )的另一端，第三電阻(R3 )的另一端、第五電阻(R5 )的一端連接；所述比較器(IC2)的反相輸入端分別與第一電阻(Rl)的另一端、穩(wěn)壓管(Zl)的陰極連接；所述比較器(IC2)的反相輸出端分別與穩(wěn)壓管(Zl)的陽(yáng)極、第四電阻(R4)的另一端、第一電容(Cl)的一端連接后接地；所述比較器(IC2)的電壓輸出端分別與第一電容(Cl)的另一端、第五電阻(R5)的另一端連接；其中第二電阻(R2)為負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC，所述溫度補(bǔ)償電路通過(guò)負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，控制比較器(IC2)的輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)態(tài)限流電路由第六電阻(R6)、第二電容(C2)和第一 P溝道MOSFET(Ql)相互并聯(lián)構(gòu)成；溫度補(bǔ)償電路通過(guò)控制第一 P溝道MOSFET (Ql)的門(mén)極電壓，讓第一 MOSFET (Ql)工作在線性區(qū)不同狀態(tài)獲得不同的電阻值，該電阻值與第六電阻(R6)并聯(lián)后共同構(gòu)成Buck變換器的限流電阻，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流，使太陽(yáng)能面板始終工作在最佳輸出電壓點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能面板工作的MPPT功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述Buck變換器包括光伏面板、輸入電感(LI)、第七至第十電阻(R7-R10)、第三至第六電容(C3-C6)、續(xù)流二極管(DI)、第二 P溝道MOSFET (Q2)及控制芯片(ICl); 其中所述控制芯片(ICl)的第I引腳與動(dòng)態(tài)限流電路的輸出端連接； 所述光伏面板的一端分別與第七電阻(R7)的一端、第三電容(C3)的一端、第二 P溝道MOSFET (Q2)的源極、第四電容(C4)的一端、第五電容(C5)的一端以及控制芯片(ICl)的第8引腳連接； 所述第四電容(C4)的另一端與控制芯片(ICl)的第7引腳連接；所述第五電容(C5)的另一端接地； 所述光伏面板的另一端分別與第三電容(C3)的另一端、續(xù)流二極管(Dl)的陽(yáng)極、第六電容(C6)的一端、第八電阻(R8)的一端、第十電阻(RlO)的一端連接后接地； 所述第二 P溝道MOSFET (Q2)的柵極與控制芯片(ICl)的第6引腳連接； 所述第二 P溝道MOSFET (Q2)的漏極分別與輸入電感(LI)的一端、續(xù)流二極管(Dl)的陰極、控制芯片(ICl)的第5引腳連接； 所述輸入電感(LI)的另一端分別與第六電容(C6)的另一端、第八電阻(R8)的另一端、第九電阻(R9)的一端連接； 所述第九電阻(R9)的另一端分別與第十電阻(RlO)的另一端、控制芯片(ICl)的第3引腳連接； 所述 第七電阻(R7)的另一端與控制芯片(ICl)的第2引腳連接； 所述控制芯片(ICl)的第4引腳接地。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于實(shí)現(xiàn)MPPT的寬溫度補(bǔ)償恒壓式光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括溫度補(bǔ)償電路、動(dòng)態(tài)限流電路、Buck變換器；其中所述溫度補(bǔ)償電路用于實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，為動(dòng)態(tài)限流電路提供溫度補(bǔ)償信號(hào)；所述動(dòng)態(tài)限流電路根據(jù)溫度補(bǔ)償電路提供的溫度補(bǔ)償信號(hào)，動(dòng)態(tài)控制Buck變換器的輸入電流；Buck變換器根據(jù)動(dòng)態(tài)限流電路動(dòng)態(tài)輸入的電流，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處，然后將太陽(yáng)能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載期望的輸出電壓。本發(fā)明用Buck做為直流變換器將太陽(yáng)能面板的輸出電壓降低至期望電壓，利用動(dòng)態(tài)限流電路實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏面板輸出電壓進(jìn)行控制，有利于實(shí)現(xiàn)高功率密度、高效率及太陽(yáng)能面板的MPPT。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102931836SQ201210385278
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者周巖, 于長(zhǎng)洋 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)