專利名稱：一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及是一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，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)生活的各個方面。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)。對于小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該綜合考慮太陽能面板利用率、設(shè)備成本、使用效率和電路保護等問題。太陽能面板的輸出特性具有較強的非線性特征，隨著光照強度和環(huán)境溫度的不同，太陽能面板端電壓、輸出電流和最大輸出功率都會產(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)備價格偏高，限制了太陽能發(fā)電技術(shù)在小功率場合的應(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合的高性能、低成本太陽能充電設(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)問題是針對小功率太陽能面板發(fā)電場合，提出了低成本、高效率的恒壓式太陽能面板MPPT實現(xiàn)方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，包括太陽能面板輸出電壓檢測電路、恒流源控制電路、Buck變換器電路；其中所述太陽能面板輸出電壓檢測電路為恒流源控制電路提供控制信號；所述恒流源控制電路為Buck變換器電路的控制芯片提供輸入電流動態(tài)控制信號，控制Buck變換器電路的輸入電流；Buck變換器電路用于控制太陽能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為期望的輸出電壓，將太陽能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處。作為本發(fā)明的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路進一步的優(yōu)化方案，所述恒流源控制電路動態(tài)改變Buck變換器控制芯片的限流電阻阻值，根據(jù)太陽能面板輸出電壓設(shè)定相應(yīng)Buck變換器的輸入電流，以保證太陽能面板工作在最大輸出功率點。作為本發(fā)明的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路進一步的優(yōu)化方案，恒流源控制電路為鏡像恒流源電路。作為本發(fā)明的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路進一步的優(yōu)化方案，所述恒流源控制電路包括電阻、限流電阻、電容、第一 NPN三極管和第二 NPN三極管；其中，所述電阻的一端與太陽能面板輸出電壓檢測電路的輸出端連接，電阻的另一端分別與所述第一 NPN三極管的基極、第二 NPN三極管的基極、第一 NPN三極管的集電極連接；所述第一NPN三極管的發(fā)射極與第二 NPN三極管的發(fā)射極連接，所述第二 NPN三極管的集電極分別與限流電阻的一端、電容的一端以及Buck變換器電路的控制芯片的一個輸入端連接，所述限流電阻的另一端、電容的另一端分別與Buck變換器電路的控制芯片的另一個輸入端連接；其中:太陽能面板輸出電壓檢測電路輸出電壓控制第一 NPN三極管的基極電流，通過讓第一 NPN三極管工作在線性區(qū)，使得在第一 NPN三極管集電極產(chǎn)生不同的工作電流；第二NPN三極管和第一 NPN三極管構(gòu)成鏡像恒流源，第二 NPN三極管的集電極上產(chǎn)生與第一 NPN三極管集電極相同的控制電流，進而在限流電阻上產(chǎn)生不同的壓降；
限流電阻構(gòu)成Buck變換器電路的控制芯片的限流電阻，由Buck變換器電路的控制芯片內(nèi)部固定的恒流源與第二 NPN三極管集電極流過的恒流源一起調(diào)節(jié)限流電阻上的電壓，動態(tài)控制Buck變換器電路的輸入電流，實現(xiàn)太陽能面板工作的MPPT功能。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，通過實時監(jiān)測太陽能面板輸出電壓為恒流源控制電路提供信號，恒流源控制電路通過調(diào)節(jié)流過限流電阻中的電流實現(xiàn)對Buck變換器輸入電流的控制，有利于實現(xiàn)高功率密度、高效率及太陽能面板的MPPT。與申請人申請的專利20121038 5278.6相比，本專利不受比較器供電電壓的限制，可以工作在更高太陽能面板輸出電壓條件下，同時恒流源控制電路的動態(tài)特性優(yōu)，精確度高。


圖1是本發(fā)明的原理框架示意圖。圖2是太陽能面板電壓、電流和功率隨溫度變化示意圖。圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實施例實現(xiàn)方法示意圖。圖中標號:301-太陽能面板輸出電壓檢測電路；302_恒流源控制電路；303_Buck變換器電路。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
恒壓跟蹤法(CVT)通過設(shè)定太陽能電池的最佳工作開路電壓來保證光伏面板的能夠輸出最大功率，CVT方式具有控制簡單、可靠性高、穩(wěn)定性好及易于實現(xiàn)等優(yōu)點。本發(fā)明主要應(yīng)用CVT技術(shù)以實現(xiàn)對太陽能面板最大輸出功率的控制。如圖1所示，其給出了本發(fā)明的原理框架圖。太陽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；通過太陽能面板輸出電壓檢測電路為恒流源控制電路提供基準信號；恒流源控制電路動態(tài)調(diào)節(jié)流過限流電阻的電流；Buck變換器通過控制輸入功率控制太陽能面板輸出電壓；Buck變換器的輸出電壓為負載提供期望的工作電壓。如圖2所示了太陽能面板的典型電氣特性圖，可見其輸出特性具有較強的非線性特征，隨著光照強度和環(huán)境溫度的不同，太陽能面板端電壓、輸出電流和最大輸出功率都會產(chǎn)生很大的變化。當環(huán)境溫度一定時，在不同光照條件下對光伏面板輸出電氣特性的影響如圖所示。不同的光照強度僅影響最大輸出電流，而對開路電壓的影響可忽略不計。光照越強，面板可輸出最大功率點越高。且最大功率點所對應(yīng)的輸出電壓Vpni可近似認為不變。如圖3所示，其給出了本發(fā)明的優(yōu)選實例的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路不意圖。框圖301的功能為提供太陽能面板輸出電壓檢測，由電阻R1-R4、穩(wěn)壓管Z1、電容Cl和比較器IC2構(gòu)成。當太陽能面板輸出電壓高于設(shè)定值，控制比較器IC2的輸出電壓也為高；當太陽能面板輸出電壓低于設(shè)定值，控制比較器IC2的輸出電壓也為低?？驁D302的功能為恒流源控制電路，由電阻R5-R6、電容C2和NPN三極管Ql和Q3構(gòu)成。太陽能面板輸出電壓檢測電路中IC2輸出電壓控制Ql管的基極電流，通過讓Ql管工作在線性區(qū)在集電極產(chǎn)生不同的工作電流。由于Ql和Q3管構(gòu)成鏡像恒流源，因此在Q3管的集電極上也產(chǎn)生相同的控制電流，在限流電阻R6上可產(chǎn)生不同的壓降?？驁D303的功能為將太陽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L1、續(xù)流二極管D1、P溝道MOSFET Q2及控制芯片ICl構(gòu)成的Buck變換器。電阻R6構(gòu)成ICl控制芯片的限流電阻，由控制芯片ICl內(nèi)部固定的恒流源與Q3集電極流過的恒流源一起調(diào)節(jié)R6上電壓，動態(tài)控制Buck變換器的輸入電流，實現(xiàn)太陽能面板工作的MPPT功能。本發(fā)明的優(yōu)選實例的具體參數(shù)如下:
太陽能面板輸入電壓可為12VDC-75VDC;輸出電壓12VDC;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 ;主開關(guān)管Q2為Si4485 ；IC1控制芯片為LM25085，設(shè)定的開關(guān)頻率為300kHz ；IC2控制芯片為比較器LM2903。在本發(fā)明中，Buck變換器為將太陽能面板輸出電壓降至負載端期望電壓；所述太陽能面板輸出電壓檢測提供控制輸出電壓信號；所述恒流源控制電路環(huán)節(jié)為根據(jù)太陽能面板輸出電壓檢測電路信 號，控制流過限流電阻上的電流，設(shè)定Buck變換器的最大輸入電流，將太陽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
1.一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，其特征在于:包括太陽能面板輸出電壓檢測電路、恒流源控制電路、Buck變換器電路；其中所述太陽能面板輸出電壓檢測電路為恒流源控制電路提供控制信號；所述恒流源控制電路為Buck變換器電路的控制芯片提供輸入電流動態(tài)控制信號，控制Buck變換器電路的輸入電流；Buck變換器電路用于控制太陽能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為期望的輸出電壓，將太陽能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，，其特征在于:所述恒流源控制電路動態(tài)改變Buck變換器控制芯片的限流電阻阻值，根據(jù)太陽能面板輸出電壓設(shè)定相應(yīng)Buck變換器的輸入電流，以保證太陽能面板工作在最大輸出功率點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，其特征在于:恒流源控制電路為鏡像恒流源電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，其特征在于: 所述恒流源控制電路包括第一電阻(R5)、第二電阻(R6)、電容(C2)、第一 NPN三極管(Ql)和第二 NPN三極管(Q3);其中，所述第一電阻(R5)的一端與太陽能面板輸出電壓檢測電路的輸出端連接，第一電阻(R5)的另一端分別與所述第一 NPN三極管(Ql)的基極、第二NPN三極管(Q3 )的基極、第一 NPN三極管(Ql)的集電極連接；所述第一 NPN三極管(Ql)的發(fā)射極與第二 NPN三極管(Q3)的發(fā)射極連接，所述第二 NPN三極管(Q3)的集電極分別與第二電阻(R6)的一端、電容(C2)的一端以及Buck變換器電路的控制芯片的一個輸入端連接，所述第二電阻(R6)的 另一端、電容(C2)的另一端分別與Buck變換器電路的控制芯片的另一個輸入端連接； 其中:太陽能面板輸出電壓檢測電路輸出電壓控制第一 NPN三極管(Ql)的基極電流，通過讓第一 NPN三極管(Ql)工作在線性區(qū)，使得在第一 NPN三極管(Ql)集電極產(chǎn)生不同的工作電流；第二 NPN三極管(Q3)和第一 NPN三極管(Ql)構(gòu)成鏡像恒流源，第二 NPN三極管(Q3)的集電極上產(chǎn)生與第一 NPN三極管(Ql)集電極相同的控制電流，進而在第二電阻(R6)上產(chǎn)生不同的壓降； 第二電阻(R6)構(gòu)成Buck變換器電路的控制芯片的限流電阻，由Buck變換器電路的控制芯片內(nèi)部固定的恒流源與第二 NPN三極管(Q3)集電極流過的恒流源一起調(diào)節(jié)第二電阻(R6)上的電壓，動態(tài)控制Buck變換器電路的輸入電流，實現(xiàn)太陽能面板工作的MPPT功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒流源控制光伏面板最大功率點跟蹤電路，包括太陽能面板輸出電壓檢測電路、恒流源控制電路、Buck變換器電路；其中所述太陽能面板輸出電壓檢測電路為恒流源控制電路提供控制信號；所述恒流源控制電路為Buck變換器的控制芯片提供輸入電流動態(tài)控制信號；Buck變換器用于控制太陽能面板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為期望的輸出電壓，將太陽能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處。本發(fā)明用Buck做為直流變換器將太陽能面板的輸出電壓降低至期望電壓，利用恒流源變阻控制電路實現(xiàn)對Buck變換器的輸入電流進行控制，有利于實現(xiàn)高功率密度、高效率及太陽能面板的MPPT。
文檔編號G05F1/67GK103226374SQ201310147299
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者周巖, 劉赟, 郭瀚哲, 石劍橋, 謝俊 申請人:南京郵電大學