一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，屬于電力電子應用【技術領域】。該模擬控制電路包括一個模擬乘法器、兩個微分器、兩個比較器、一個同或邏輯門（XNOR）和一個D觸發器。本發明基于擾動觀察法，通過比較光伏電池輸出電流的變化率和輸出功率的變化率，利用簡單實用的模擬控制電路，僅需采樣光伏電池的輸出電流和電壓，基于on/off控制光伏電池輸出端電容的充放電，使光伏電池輸出電流（或電壓）達到最大功率點電流（或電壓），實現了真正意義上的MPPT。本發明成果能應用于太陽能光伏發電系統中，具有良好的工程應用價值。
【專利說明】一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，屬于電力電子應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光伏電池輸出特性具有強烈的非線性特征，且受太陽光照強度和環境溫度的改變而改變。在一定的太陽光照強度和環境溫度下，光伏電池可以有不同的輸出電流，但只有在某一特定的輸出電流時其對應的輸出功率才能達到最大值，此時光伏電池工作在最大功率點。因此，在太陽能光伏發電系統中，為了提高光伏電池的電能轉換能力，必須實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，即實現光伏電池最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,簡稱MPPT)。近些年來,各國學者針對該問題進行了大量有意義的研究工作并提出了很多實現方法。
[0003]目前最常用MPPT方法主要有兩種，即電導增量法(Incremental Conductance)和擾動觀察法(Perturb & Observe)。電導增量法是通過比較光伏電池陣列的電導增量和瞬間電導來改變控制信號，從而改變其輸出電壓來達到最大功率點。該方法控制精確，能快速適應氣候條件的變化，但是對硬件的要求特別是傳感器的精度要求比較高，否則將不可避免的產生誤差。擾動觀察法是每隔一定的時間改變光伏電池的工作電壓，實時觀察比較改變前后兩點的輸出功率值以改變調節電壓的方向，最終穩定在最大功率點附近。盡管擾動觀察法會導致光伏電池陣列的實際工作點在最大功率點附近小幅振蕩，造成一定的微功率損失，但該方法只需要測量電流和電壓兩個參數，因此易于實現并得到廣泛應用。
[0004]在一定的太陽光強和環境溫度下，光伏電池具有唯一的最大功率點。由于光伏電池隨負載的不同而輸出不同的功率，因此不能將其直接與負載相連。為了使光伏電池給負載提供最大功率，必須在光伏電池和負載之間加入一個阻抗變換器(一般米用DC/DC變換器)，通過適當的控制算法對該變換器進行控制，使得變換后的工作點正好對應光伏電池的最大功率點。通常的做法是利用微處理器以及相應的接口、驅動電路對DC/DC變換器進行數字化控制來實現。但數字化控制也存在一些不足:數字控制的實時性較模擬電路而言要慢一些，另外精度和效率也稍差一些。如果能用簡單的模擬電路來實現，也可以節省成本，簡化控制。

【發明內容】

[0005]本發明針對現有光伏電池最大功率點跟蹤控制電路存在的不足，提出一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的|吳擬控制電路。
[0006]本發明采用如下技術方案:
一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，本發明提出的模擬控制電路通過硬件電路來簡單實現，包括一個模擬乘法器、兩個微分器、兩個比較器、一個同或邏輯門(XNOR)和一個D觸發器。光伏電池米樣電流Jpv與電容C1的一端相連，C1的另一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，運算放大器OPl的同向輸入端接地，電阻/P1的一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，/P1的另一端與運算放大器OPl的輸出端相連，運算放大器OPl的輸出端與比較器Compl的反相輸入端相連，比較器Compl的同相輸入端接地，模擬乘法器AD633的一個輸入端與光伏電池米樣電流Jpv相連，AD633的另一個輸入端與光伏電池米樣電壓Kpv相連，AD633的輸出端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，運算放大器0P2的同向輸入端接地，電阻弋的一端與運算放大器0P2的反向輸入端相連，弋的另一端與運算放大器0P2的輸出端相連，運算放大器0P2的輸出端與比較器Comp2的反相輸入端相連，比較器Comp2的同相輸入端接地，比較器Compl的輸出端與同或邏輯門XNOR的一個輸入端相連，比較器Comp2的輸出端與同或邏輯門XNOR的另一個輸入端相連，XNOR的輸出端與D觸發器的D輸入端相連4觸發器的時鐘信號輸入端Clk外接周期為IOus的時鐘信號4觸發器的0輸出端輸出驅動信號驅動主電路的功率管
[0007]本發明的有益效果是:
該電路基于擾動觀察法，通過比較光伏電池輸出電流的變化率和輸出功率的變化率，利用簡單實用的模擬電路，僅需采樣光伏電池的輸出電流和電壓，基于on/off控制光伏電池輸出端電容的充放電，使光伏電池輸出電流(或電壓)達到最大功率點電流(或電壓)，實現了真正意義上的MPPT。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是Buck DC-DC變換器主電路圖；
圖2是最大功率點跟蹤模擬控制電路圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0010]本發明具體實施采用Buck DC-DC變換器作為主電路來實現光伏電池最大功率點跟蹤，用于負載端48V鉛酸蓄電池的充電，如圖1所示，圖中'D爐為防反充二極管、?ν為儲能電容、Q1為功率管、仏為續流二極管、Z1為電感、C0為輸出濾波電容、為負載電阻、Ipv為光伏電池電流、Kpv為光伏電池電壓、J。為負載電流、K。為輸出電壓。光伏電池的功率-電流特性如圖2所示，圖中-.Ρ?為光伏電池輸出功率、Jpv為光伏電池輸出電流、Z7m為光伏電池最大功率點功率、/m為光伏電池最大功率點電流、Js。為光伏電池短路電流、MPP對應最大功率點。設K。。為光伏電池的開路電壓、Km為光伏電池最大功率點(MPP)的電壓。在輸出電流I=Im時，對應最大功率點(MPP)，此時斜率cnv/d/pv=0，光伏電池輸出最大功率叉。
[0011]為了實現圖1系統的最大功率點跟蹤(MPPT)，相對于傳統的Buck電路，在太陽能光伏發電系統中，需要在光伏電池輸出側并聯一個儲能電容 叭，當開關管 關斷時，可以保證光伏電池輸出電流連續，不會造成其工作時斷時續，始終處于最佳工作狀態，從而避免功率的損失。通過控制Buck DC-DC變換器開關管Q的通斷來控制儲能電容Cpv的充放電，使光伏電池的輸出電壓達到Kpv=匕，也即最終實現Jpv=Jm。
[0012]在圖2所示的光伏電池最大功率點左側，Jpv〈人，如果/ 和Jpv同時減小(即#ρν/dt〈0且d/pv/dt〈0)，或者同時增大(即d/ dtX)且d/pv/dt>0)，此時開通開關管Q，電容?ν被放電，則輸出電壓Kpv將減小至匕，輸出電流Jpv將增加至Jm ;在最大功率點的右側，/pv>/m,如果Z7pv增大而Zpv減小(d//dtX)且d/pv/dt〈0),或者/pv減小而Jpv增大(d//diXO且d/pv/dt>0)，此時關斷開關管Q，電容Cpv被充電，則輸出電壓Fpv將增加至K1,輸出電流Jpv將減小至人。其運行原理可歸納為下表所示。
【權利要求】
1.一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，其特征在于:包括一個模擬乘法器、兩個運算放大器、兩個比較器、一個同或邏輯門、一個D觸發器；所述模擬控制電路用于通過比較光伏電池輸出電流的變化率和輸出功率的變化率，基于on/off控制光伏電池輸出端電容的充放電，使光伏電池輸出電流或電壓達到最大功率點電流或電壓。
2.根據權利要求1所述的一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，其特征在于:光伏電池米樣電流Zpv與電容C1的一端相連，C1的另一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，運算放大器OPl的同向輸入端接地，電阻ZP1的一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，R1的另一端與運算放大器OPl的輸出端相連，運算放大器OPl的輸出端與比較器Compl的反相輸入端相連，比較器Compl的同相輸入端接地,模擬乘法器AD633的一個輸入端與光伏電池米樣電流Zpv相連，AD633的另一個輸入端與光伏電池米樣電壓Kpv相連,AD633的輸出端與電容C2的一端相連，電容C2的另一端與運算放大器OPl的反向輸入端相連，運算放大器0P2的同向輸入端接地，電阻弋的一端與運算放大器0P2的反向輸入端相連，弋的另一端與運算放大器0P2的輸出端相連，運算放大器0P2的輸出端與比較器Comp2的反相輸入端相連，比較器Comp2的同相輸入端接地，比較器Compl的輸出端與同或邏輯門XNOR的一個輸入端相連，比較器Comp2的輸出端與同或邏輯門XNOR的另一個輸入端相連，XNOR的輸出端與D觸發器的D輸入端相連4觸發器的時鐘信號輸入端外接周期為IOus的時鐘信號觸發器的Q輸出端輸出驅動信號驅動主電路的功率管0。
3.根據權利要求1或2所述的一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，其特征在于:采用Buck DC-DC變換器作為主電路來實現光伏電池最大功率點跟蹤。
4.根據權利要求3所述的一種實現光伏電池最大功率點跟蹤的模擬控制電路，其特征在于:所述Buck DC-DC變換器包括一個功率管0、一個續流二極管仏、一個電感Z1和一個輸出濾波電容;所述功率管0的輸入端與光伏電池的正極相連，輸出端與電感Z1的一端相連，電感Z1的另一端與輸出濾波電容G相連，續流二極管仏的負極與功率管0的輸出端相連，續流二極管仏的正極分別與`光伏電池的負極以及輸出濾波電容G相連。
【文檔編號】G05F1/67GK103440019SQ201310361634
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】廖志凌, 崔曉晨, 張春龍 申請人:江蘇大學