【正文】 sh； 512 字節(jié) RAM；內(nèi)置 4K的 EEPROM；四個(gè) IO 口。 控制模塊電路設(shè)計(jì) 控制部分電路的 MCU采用 51系列單片機(jī)，外部擴(kuò)展 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC2543， 同時(shí)接入液晶顯示 屏 ， 以便 直觀了解整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輸出信息。 11 從整個(gè)轉(zhuǎn)換部分電路的設(shè)計(jì)來看，其最大的缺陷就是在于LM7805上面的功率損耗嚴(yán)重，但是相對(duì)系統(tǒng)效率的提升來說還是很小的。 此處采用三 端 集成穩(wěn)壓 LM7805 雖然 給整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來 了 方便，但是其功耗相對(duì) DCDC變換來說大了不少，最主要的是熱損耗。此處電阻 R3=10kΩ 用于泄流，防止控制信號(hào)的電流過大而損壞場(chǎng)效應(yīng)管。 Q1為 IRFZ48N， N型場(chǎng)效應(yīng) MOSFET，導(dǎo)通電阻 RDS（ on） =Ω ；柵級(jí)和源級(jí)最大承受電壓為 VDSS=55V；柵極最大承受電流ID=64A，導(dǎo)通電阻小，可以減少在導(dǎo)通時(shí)的功率損耗，其它參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。選取 電阻阻值 大主要是考慮到不影響負(fù)載的功率。 此處的電流檢測(cè)采用的是電流檢測(cè)模塊 ACS712ELC20A，模塊以 +5V供電，可以測(cè)量正負(fù) 20安電流，對(duì)應(yīng)模擬量輸出 100mV/A，其輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，通過 A/D采樣將其轉(zhuǎn)換為電流；沒有檢測(cè)電流通過時(shí)，輸出的的電壓是 VCC/2。如圖 ，太陽(yáng)能電池板輸出的是直流電壓，電容 C C2用來防止輸出的電壓干擾，降低輸出紋波，由于輸出的電壓最大能達(dá)到 25V，因此，電容的耐壓值選擇 50V，留有一定余量。電路中開關(guān) 管 導(dǎo)通 與關(guān)斷 時(shí)間比例的 改變，對(duì)太陽(yáng)能電池板而言表現(xiàn)為輸出阻抗的改變，從而影響其輸出特性。所以硬件的設(shè)計(jì)包括控制核心、 DCDC、電壓采樣、電流檢測(cè)等幾個(gè)大的模塊 ， 如圖。 方式 恒壓法 擾動(dòng)觀察法 電導(dǎo)增量法 工作原理 斷開太陽(yáng)能電池板負(fù)載，測(cè)量開路電壓，將輸出電壓設(shè)置在78%開路電壓處 擾動(dòng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓，并監(jiān)測(cè)功率的變化 擾動(dòng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓，并監(jiān)控工作點(diǎn)處電導(dǎo)與電導(dǎo) 變化率的關(guān)系 優(yōu)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低 硬件成本低，算法實(shí)現(xiàn)容易 誤判率低，跟蹤精度高 缺點(diǎn) 功率浪費(fèi)嚴(yán)重，跟蹤精度低，不能適應(yīng)環(huán)境的變化 不能判定何時(shí)達(dá)到最大功率點(diǎn)，因此會(huì)存在震蕩 硬件要求高，算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 9 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 方案的設(shè)計(jì)是通過監(jiān)測(cè) 太陽(yáng)能電池板的實(shí)時(shí)輸出功率 。根據(jù)此方案的原 理，本系統(tǒng)既需要硬件電路對(duì)太陽(yáng)能電池板的信號(hào)進(jìn)行處理，也需要 程序來進(jìn)行擾動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)算法。 這種方法 硬件成本低 、 算法實(shí)現(xiàn)容易。接下來對(duì)這幾種方法的各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比 ，如表 所示 ，最終選擇 出 本 設(shè)計(jì)的最佳 方案。在實(shí)際應(yīng)用中，方程 式 23很難滿足，工程應(yīng)用中引入一個(gè)誤差因子 E，當(dāng) dIdV IV E （ 式 26） 滿足 式 26，就可認(rèn)為 式 23成立，從而得出最大功率點(diǎn)。由圖 ，在最大功率點(diǎn)處其斜率為零。在7 調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池 板 工作點(diǎn)時(shí)，依據(jù)這個(gè)參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié) [9]。 其具體方法是：先測(cè)太陽(yáng)能電池 板 第 i時(shí)刻的電壓 Vi和電流 Ii，由 式 21計(jì)算出功率 Pi，然 后與第 i1時(shí)刻的功率進(jìn)行比較。 方案二：擾動(dòng)觀察法。由圖 ，在同一溫度條件下，不同光照下的最大功率點(diǎn)幾乎在一條垂直線上，這表示著最大功率點(diǎn)應(yīng)該是對(duì)應(yīng)著某一個(gè)固定電壓值的，這就是恒壓法的理論 [8]。 6 本 設(shè)計(jì)所使用的電池板 的 參數(shù)：開路電壓 Voc=，短路電流Isc=，最大功率點(diǎn)電壓 Vmp=，最大功率點(diǎn)電流 Imp=，圖 直觀 地 描述 出了 太陽(yáng)能電池板 的輸出 特性。 從圖 ： 同一光照強(qiáng)度下， 在 一個(gè) 輸出 電壓范圍內(nèi)其 輸出 電流基本上保持不變 ；然而 在某個(gè) 輸出電壓 值之后其 輸出 電流 急劇下降 ，根據(jù)功率的定義式： P（ W） =U（ V） *I（ A） （ 式 21） I（A）U （V ）252020105200W /m2400W /m2600W /m2800W /m21000 W/m2M1M2 圖 常 溫下太陽(yáng)能電池板在不同光照下的輸出伏安特性曲線 P(W)U （V ）1020304050252020105200W /m2400W /m2600W /m2800W /m21000 W/m2 圖 常溫下太陽(yáng)能電池板在不同光照下的輸出功率曲線 結(jié)合 式 21與圖 ：在常溫下，某個(gè)光照強(qiáng)度時(shí)太陽(yáng)能電池板的輸出總存在一個(gè)最大功率點(diǎn)。 太陽(yáng)能電池板特性 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)要依據(jù)太陽(yáng)能電池板的特性來進(jìn)行，如圖 5 和圖 所示分別為太陽(yáng)能電池板在不同光照強(qiáng)度下的輸出電壓 電流以及功率關(guān)系曲線圖。 本設(shè)計(jì)方案論證的重心 放在最大功率跟蹤 控制 的算法上面，關(guān)于主控芯片的選取，利用 51 系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 只有在知道太陽(yáng)能電池板的特性 的情況下，才能找準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向，然后再根據(jù)方向?qū)ふ衣窂健? 通過分析以上指標(biāo)，初步確定系統(tǒng)所需的核心元器件有： CPU、場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管、液晶顯示屏 。 根據(jù) MPPT思想，設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，能夠使太陽(yáng)能電池板以最大功率輸出，從而達(dá)到提升轉(zhuǎn)換效率的目的。 但是在設(shè)計(jì)一個(gè)新的系統(tǒng)的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)考慮到新系 統(tǒng)是否能最終給人們帶來更好的價(jià)值，這個(gè) 就需要去綜合各個(gè)方面 進(jìn)行 考慮 。所以， 可以 考慮 下一步來設(shè)計(jì) “最強(qiáng)光強(qiáng)點(diǎn)跟蹤 ”控制 器 。雖然在一天當(dāng)中太陽(yáng) 的 光照強(qiáng)度是不變的，但是 可以讓太陽(yáng)能電池板接收的 光照一直保持在最強(qiáng)狀態(tài)。 現(xiàn)在在效率方面的提升也只是局限 于其它環(huán)境條件不變 的 情況，如光強(qiáng)、溫度等，其成本 也還是 比較高 的，接下來要向多方面努力改進(jìn)。 電壓采樣使用電阻分壓，電流采樣使用電流檢測(cè)模塊ACS712ELC20A[7]。 采用 51單片機(jī) STC89C52RC作為主控芯片，控制輸出 PWM 信號(hào)、 A/D 轉(zhuǎn)換以及液晶顯示 。 原理圖與 PCB圖的設(shè)計(jì)采用 電子 CAD繪圖軟件 Protel 99 SE[4]。除了這些 MPPT控制器外，也還有一些普通的控 制器，但是普通的控制器只能做到將效率提升到 50%左右，這樣的效果不是很明顯，當(dāng)然其售價(jià)也要便宜很多，目前 MPPT 控制器也正在逐步替代普通控制器。比如說美國(guó)德州儀器半導(dǎo)體的 MPPT控制 IC：SM72442，通過輸出四路 PWM（脈沖寬度調(diào)制）波來控制轉(zhuǎn)換電路的輸出，集成了 12位的 A/D（模擬 數(shù)字）轉(zhuǎn)換器， 8個(gè)模擬通道，能夠使轉(zhuǎn)換效率提高到 %[2]。 目前國(guó)內(nèi)外在太陽(yáng)能領(lǐng)域的研究成績(jī)各有千秋，有已經(jīng)成功面市的各類產(chǎn)品，淘寶 網(wǎng) 上的 MPPT（ Maximum Peak Power Tracking）控制器，其售價(jià)在幾百到幾千元不等 ， 根 據(jù)賣家介紹能提升不少的效率。根據(jù)所要達(dá)到的目的，比較三種方案2 的可行性，最終來確定系統(tǒng)方案。然而，由于太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)在只能達(dá)到 20%左右，這樣就造成了5元錢買不到 1瓦特的功率，太陽(yáng)能的利用成本也就顯得更加高了。 目前太陽(yáng)能的應(yīng)用主要是通過太陽(yáng)能硅光電 池 將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能以供人類所需。人類生活用電也不例外，在太陽(yáng)光照充足的偏遠(yuǎn)地區(qū)，通過當(dāng)前的 水、火電網(wǎng)進(jìn)行電能輸送成本實(shí)在太高，而且偏遠(yuǎn)地區(qū)的住房分散，要實(shí)現(xiàn)輸電就更加麻 煩了。如今的一些路燈都實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能跟風(fēng)能結(jié)合供電，大城市綠化帶、風(fēng)景區(qū)等亦是如此。 關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能 電池板 ； 最大功率跟蹤； 微 型 控制器；脈寬調(diào)制 Design and Implementation of the Maximum Power Point Tracking Controller Abstract Due to low efficiency and high cost of solar panel reasons have resulted in the application of solar energy is difficult to popularize .Aim at low paper describes that a microcontroller was used to design a maximum power point tracking(MPPT)