CN104485883A - 太阳能电池板最大功率输出器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池板最大功率输出器，其包括用于与太阳能电池板连接以将太阳能电池板输出的电能提供给负载设备的BOOST电路以及用于采集负载设备工作功率的功率检测电路，所述BOOST电路、功率检测电路均与控制电路连接；控制电路能调节BOOST电路的输出功率，在BOOST电路提高输出功率后，通过功率检测电路检测负载设备的工作功率同样升高时，控制电路持续调节BOOST电路的输出功率，直至功率检测电路检测负载设备的工作功率保持稳定。本发明结构紧凑，能实现太阳能电池板最大功率输出，大大提高了太阳能电池板的利用效率，最大实现太阳能即发即用，适应范围广，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种最大功率输出器，尤其是一种太阳能电池板最大功率输出器，属于光伏发电的技术领域。
背景技术
太阳能放电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、无噪音以及维护简单等特点显示出广阔的发展空间。但在实际应用中，由于太阳能电池板特性具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载等情况影响，在一定的光照强度和环境温度下，太阳能电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，太阳能电池的输出功率才达到最大值，这时太阳能电池的工作点就达到了输出功率-输出电压曲线的最高点，即最大功率点（Maximum Power Point，MPP）。
太阳能电池板作为电源提供能量，由于其自身特点，有串并联电阻及二级管的自身特性，和负载情况，其功率输出并不能最大化。由于太阳能属于即发即用型，若不用，则能源白白流失，若设备工作在额定电压下，其功率是一定的，若太阳能功率大于设备额定消耗，则设备不能把太阳能的能源用完就会造成浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种太阳能电池板最大功率输出器，其结构紧凑，能实现太阳能电池板最大功率输出，大大提高了太阳能电池板的利用效率，最大实现太阳能即发即用，适应范围广，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述太阳能电池板最大功率输出器，包括用于与太阳能电池板连接以将太阳能电池板输出的电能提供给负载设备的BOOST电路以及用于采集负载设备工作功率的功率检测电路，所述BOOST电路、功率检测电路均与控制电路连接；控制电路能调节BOOST电路的输出功率，在BOOST电路提高输出功率后，通过功率检测电路检测负载设备的工作功率同样升高时，控制电路持续调节BOOST电路的输出功率，直至功率检测电路检测负载设备的工作功率保持稳定。
所述BOOST电路包括用于与太阳能电池板连接的光伏板接口SOLAR P1，所述光伏板接口SOLAR P1的VCC1端与电容C1的一端、稳压二极管D1的阴极端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R1的一端连接，电容C1的另一端、稳压二极管D1的阳极端以及电容C2的另一端均接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端、电容C8的一端以及控制电路的输入端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与稳压二极管D2的阴极端、功率MOS管Q1的漏极端以及双二极管芯片U6对应的阳极端连接，稳压二极管D2的阳极端接地，功率MOS管Q1的栅极端与稳压二极管D5的阴极端、发光二极管D6的阳极端以及电阻R7的一端连接，稳压二极管D5的阳极端接地，发光二极管D6的阴极端接地，功率MOS管Q1的源极端接地，双二极管芯片U6的阴极端与电容C3的一端、电容C4的一端以及电阻R2的一端连接，电容C3的另一端、电容C4的另一端均接地。
所述功率检测电路包括用于与双二极管芯片U6的阴极端连接的电阻R4以及电阻R2，电阻R4的一端、电阻R2的一端均与双二极管芯片U6的阴极端连接，电阻R4的另一端与电容C5的一端、电阻R6的一端连接以及控制电路的输入端连接，电阻R6的另一端以及电容C5的另一端接地；
电阻R2的一端与型号为MAX4070的电流检测芯片U1的R-端连接，电阻R2的另一端与电流检测芯片U1的R+端、稳压二极管D3的阴极端、稳压二极管D4的阴极端以及负载设备接口OUTPUT P1连接，稳压二极管D3的阳极端以及稳压二极管D4的阳极端均接地，电流检测芯片U1的SH端与所述电流检测芯片U1的DL端连接，电流检测芯片U1的GND端接地，电流检测芯片U1的OUT端与控制电路连接，电流检测芯片U1的ROUT端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端可变电阻R10的一端以及电容C7的一端连接，电容C7的另一端以及可变电阻R10的另一端均接地。
所述控制电路包括控制芯片U2，所述控制芯片U2采用型号为STC15W401AS的芯片，控制芯片U2的P1.2/ADC2端与电容C5的一端连接，控制芯片U2的P1.3/ADC3端与电阻R3的另一端连接，控制芯片U2的P1.4/ADC4端与电流检测芯片U1的OUT端连接，控制芯片U2的P1.1/ADC1端通过与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与MOS驱动芯片U3的VIN端连接，MOS驱动芯片U3采用型号为N531的芯片，所述MOS驱动芯片U3的VOUT端与电阻R7的另一端连接，MOS驱动芯片U3的GND端接地，MOS驱动芯片U3的VCC端与电压芯片U5的Vin端、电容C12的一端、电容C11的一端以及电感L2的一端连接；
电容C11的另一端以及电容C12的另一端均接地，电感L2的另一端与稳压二极管D7的阴极端以及嗲呀芯片U4的OUTPUT端连接，电压芯片U4采用型号为AM2575hv-12V的芯片，电压芯片U5采用型号为7805的芯片，电压芯片U4的VIN端与光伏板接口SOLAR P1的VCC1端连接，电压芯片U4的Grand端接地，电压芯片U4的ON/OFF端接地，电压芯片U4的FeedBack端与电容C11的一端以及电感L2的一端连接；电压芯片U5的Gnd端接地，电压芯片U5的OUT端与电容C10的一端、电容C9的一端、电流检测芯片U1的VCC端以及控制芯片U2的VCC端连接。
本发明的优点：控制电路能调节BOOST电路的输出功率，在BOOST电路提高输出功率后，通过功率检测电路检测负载设备的工作功率同样升高时，控制电路持续调节BOOST电路的输出功率，直至功率检测电路检测负载设备的工作功率保持稳定，结构紧凑，能实现太阳能电池板最大功率输出，大大提高了太阳能电池板的利用效率，最大实现太阳能即发即用，适应范围广，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电路原理图。
附图标记说明：1-控制电路、2-BOOS电路以及3-功率检测电路。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能实现太阳能电池板最大功率输出，大大提高了太阳能电池板的利用效率，最大实现太阳能即发即用，本发明包括用于与太阳能电池板连接以将太阳能电池板输出的电能提供给负载设备的BOOST电路2以及用于采集负载设备工作功率的功率检测电路3，所述BOOST电路2、功率检测电路3均与控制电路1连接；控制电路1能调节BOOST电路2的输出功率，在BOOST电路2提高输出功率后，通过功率检测电路3检测负载设备的工作功率同样升高时，控制电路1持续调节BOOST电路2的输出功率，直至功率检测电路3检测负载设备的工作功率保持稳定。
具体地，在太阳能电池板的输出电压大于负载设备的额定电压下，为了最大可能地消耗太阳能电池板的输出功率，所以要提高负载设备的电压，进而提高负载设备工作功率，使负载设备工作在非额定功率下，最大化消耗太阳能能源。总上述可知，本发明的最大功率输出器对负载设备是有一定的要求的，一是要负载设备工作电压功率要范围大，负载设备与太阳能电池板功率匹配，设备功率小于等于太阳能电池板的功率，二是负载设备有一定的过负荷能力，尤其适用于电动机和蓄电池。
本发明实施例中，通过功率检测电路3来检测负载设备的工作功率，在调节BOOST电路2的输出功率下，控制电路1判断BOOST电路输出功率升高情况下，功率检测电路3检测的负载设备的工作功率是否升高，当负载设备的工作功率也升高时，说明还可以继续调节BOOST电路2的输出功率，当提高BOOST电路2的输出功率，而功率检测电路2检测负载设备的工作功率稳定不变时，则说明负载设备工作在太阳能电池板的最大功率输出状态，从而提高了太阳能电池板输出电能的利用率。
如图2所示，所述BOOST电路2包括用于与太阳能电池板连接的光伏板接口SOLAR P1，所述光伏板接口SOLAR P1的VCC1端与电容C1的一端、稳压二极管D1的阴极端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R1的一端连接，电容C1的另一端、稳压二极管D1的阳极端以及电容C2的另一端均接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端、电容C8的一端以及控制电路1的输入端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与稳压二极管D2的阴极端、功率MOS管Q1的漏极端以及双二极管芯片U6对应的阳极端连接，稳压二极管D2的阳极端接地，功率MOS管Q1的栅极端与稳压二极管D5的阴极端、发光二极管D6的阳极端以及电阻R7的一端连接，稳压二极管D5的阳极端接地，发光二极管D6的阴极端接地，功率MOS管Q1的源极端接地，双二极管芯片U6的阴极端与电容C3的一端、电容C4的一端以及电阻R2的一端连接，电容C3的另一端、电容C4的另一端均接地。
所述功率检测电路3包括用于与双二极管芯片U6的阴极端连接的电阻R4以及电阻R2，电阻R4的一端、电阻R2的一端均与双二极管芯片U6的阴极端连接，电阻R4的另一端与电容C5的一端、电阻R6的一端连接以及控制电路1的输入端连接，电阻R6的另一端以及电容C5的另一端接地；
电阻R2的一端与型号为MAX4070的电流检测芯片U1的R-端连接，电阻R2的另一端与电流检测芯片U1的R+端、稳压二极管D3的阴极端、稳压二极管D4的阴极端以及负载设备接口OUTPUT P1连接，稳压二极管D3的阳极端以及稳压二极管D4的阳极端均接地，电流检测芯片U1的SH端与所述电流检测芯片U1的DL端连接，电流检测芯片U1的GND端接地，电流检测芯片U1的OUT端与控制电路1连接，电流检测芯片U1的ROUT端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端可变电阻R10的一端以及电容C7的一端连接，电容C7的另一端以及可变电阻R10的另一端均接地。
所述控制电路1包括控制芯片U2，所述控制芯片U2采用型号为STC15W401AS的芯片，控制芯片U2的P1.2/ADC2端与电容C5的一端连接，控制芯片U2的P1.3/ADC3端与电阻R3的另一端连接，控制芯片U2的P1.4/ADC4端与电流检测芯片U1的OUT端连接，控制芯片U2的P1.1/ADC1端通过与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与MOS驱动芯片U3的VIN端连接，MOS驱动芯片U3采用型号为N531的芯片，所述MOS驱动芯片U3的VOUT端与电阻R7的另一端连接，MOS驱动芯片U3的GND端接地，MOS驱动芯片U3的VCC端与电压芯片U5的Vin端、电容C12的一端、电容C11的一端以及电感L2的一端连接；
电容C11的另一端以及电容C12的另一端均接地，电感L2的另一端与稳压二极管D7的阴极端以及嗲呀芯片U4的OUTPUT端连接，电压芯片U4采用型号为AM2575hv-12V的芯片，电压芯片U5采用型号为7805的芯片，电压芯片U4的VIN端与光伏板接口SOLAR P1的VCC1端连接，电压芯片U4的Grand端接地，电压芯片U4的ON/OFF端接地，电压芯片U4的FeedBack端与电容C11的一端以及电感L2的一端连接；电压芯片U5的Gnd端接地，电压芯片U5的OUT端与电容C10的一端、电容C9的一端、电流检测芯片U1的VCC端以及控制芯片U2的VCC端连接。
具体地，双二极管芯片U6采用型号为30200CT的芯片，采用TD220封装。太阳能电池板的输出端与光伏板接口SOLAR P1连接，以提供整个电路所需的电压VCC1。电压芯片U4将电压VCC1转换为+12V的电压，以提供MOS驱动芯片U3的工作电压。且电压芯片U4与电压芯片U5配合，通过电压芯片U5转换后，提高电流检测芯片U1以及控制芯片U2所需的+5V电压。控制芯片U2的P3.1/TxD/T2端、P3.0/RxD/INT4/ 端与接口P1连接，以通过接口P1实现数据通讯。
进一步地，电容C7与电阻R9连接的一端还与TEM P1接口连接，以通过TEM P1接口与温度传感器连接，以向控制芯片U2输入负载设备或整个功率输出器的工作温度值。电阻R9与电容C7连接的一端还与控制芯片U2的P1.5/ADC5端连接，以将温度传感器的检测温度值输入至控制芯片U2内。
本发明Boost电路2工作在连续模式下，BOOST电路2的输出电压Vout。、输入电压Vin关系公式为Vout=(1+Don/Doff)Vin ，Don为功率MOS管Q1的导通时间，Doff为功率MOS管Q1的关断时间。Vin与太阳能电池板的输出电压VCC1。
上电检测正常后，通过控制芯片U2的P1.1/ADC1端发出PWM脉冲，所述PWM脉冲的频率为20k-50kHz，通过MOS驱动芯片U3对功率MOS管Q1导通状态进行调节，调节BOOST电路2的输出电压。电阻R4与电阻R6构成构成分压电路，控制芯片U2的P1.2/ADC2端与电阻R6连接，以检测BOOST电路2的输出电压值，通过电流检测芯片U1来得到负载设备的工作电流值，所述电压值以及工作电流值均输入控制芯片U2内，从而能得到负载设备工作功率，即实现了功率采集。
初始上电时，控制芯片U2采集负载设备的工作频率定义为初始功率，然后微调提高脉冲的占空比，即提高BOOST电路1的输出功率；然后再采集一次负载设备的工作功率，若此时的工作功率比初始功率大，就继续上调PWM占空比；若负载设备的工作功率下降，则向下调1%的PWM占空比。若负载设备的工作功率上升或下降范围在1%以内，则认为功率稳定，不调动，如此反复调节，因为控制芯片U2运算速度快，一般0.5-2s,即可达到功率稳定区域，从而实现太阳能电池板最大功率输出。
Claims (4)
1.一种太阳能电池板最大功率输出器，其特征是：包括用于与太阳能电池板连接以将太阳能电池板输出的电能提供给负载设备的BOOST电路（2）以及用于采集负载设备工作功率的功率检测电路（3），所述BOOST电路（2）、功率检测电路（3）均与控制电路（1）连接；控制电路（1）能调节BOOST电路（2）的输出功率，在BOOST电路（2）提高输出功率后，通过功率检测电路（3）检测负载设备的工作功率同样升高时，控制电路（1）持续调节BOOST电路（2）的输出功率，直至功率检测电路（3）检测负载设备的工作功率保持稳定。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大功率输出器，其特征是：所述BOOST电路（2）包括用于与太阳能电池板连接的光伏板接口SOLAR P1，所述光伏板接口SOLAR P1的VCC1端与电容C1的一端、稳压二极管D1的阴极端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R1的一端连接，电容C1的另一端、稳压二极管D1的阳极端以及电容C2的另一端均接地，电阻R3的另一端与电阻R5的一端、电容C8的一端以及控制电路（1）的输入端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与稳压二极管D2的阴极端、功率MOS管Q1的漏极端以及双二极管芯片U6对应的阳极端连接，稳压二极管D2的阳极端接地，功率MOS管Q1的栅极端与稳压二极管D5的阴极端、发光二极管D6的阳极端以及电阻R7的一端连接，稳压二极管D5的阳极端接地，发光二极管D6的阴极端接地，功率MOS管Q1的源极端接地，双二极管芯片U6的阴极端与电容C3的一端、电容C4的一端以及电阻R2的一端连接，电容C3的另一端、电容C4的另一端均接地。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池板最大功率输出器，其特征是：所述功率检测电路（3）包括用于与双二极管芯片U6的阴极端连接的电阻R4以及电阻R2，电阻R4的一端、电阻R2的一端均与双二极管芯片U6的阴极端连接，电阻R4的另一端与电容C5的一端、电阻R6的一端连接以及控制电路（1）的输入端连接，电阻R6的另一端以及电容C5的另一端接地；
电阻R2的一端与型号为MAX4070的电流检测芯片U1的R-端连接，电阻R2的另一端与电流检测芯片U1的R+端、稳压二极管D3的阴极端、稳压二极管D4的阴极端以及负载设备接口OUTPUT P1连接，稳压二极管D3的阳极端以及稳压二极管D4的阳极端均接地，电流检测芯片U1的SH端与所述电流检测芯片U1的DL端连接，电流检测芯片U1的GND端接地，电流检测芯片U1的OUT端与控制电路（1）连接，电流检测芯片U1的ROUT端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端可变电阻R10的一端以及电容C7的一端连接，电容C7的另一端以及可变电阻R10的另一端均接地。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池板最大功率输出器，其特征是：所述控制电路（1）包括控制芯片U2，所述控制芯片U2采用型号为STC15W401AS的芯片，控制芯片U2的P1.2/ADC2端与电容C5的一端连接，控制芯片U2的P1.3/ADC3端与电阻R3的另一端连接，控制芯片U2的P1.4/ADC4端与电流检测芯片U1的OUT端连接，控制芯片U2的P1.1/ADC1端通过与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与MOS驱动芯片U3的VIN端连接，MOS驱动芯片U3采用型号为N531的芯片，所述MOS驱动芯片U3的VOUT端与电阻R7的另一端连接，MOS驱动芯片U3的GND端接地，MOS驱动芯片U3的VCC端与电压芯片U5的Vin端、电容C12的一端、电容C11的一端以及电感L2的一端连接；
电容C11的另一端以及电容C12的另一端均接地，电感L2的另一端与稳压二极管D7的阴极端以及嗲呀芯片U4的OUTPUT端连接，电压芯片U4采用型号为AM2575hv-12V的芯片，电压芯片U5采用型号为7805的芯片，电压芯片U4的VIN端与光伏板接口SOLAR P1的VCC1端连接，电压芯片U4的Grand端接地，电压芯片U4的ON/OFF端接地，电压芯片U4的FeedBack端与电容C11的一端以及电感L2的一端连接；电压芯片U5的Gnd端接地，电压芯片U5的OUT端与电容C10的一端、电容C9的一端、电流检测芯片U1的VCC端以及控制芯片U2的VCC端连接。
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