MCU/SoC提高太陽能板效率

　　圖3.太陽能電池的V-I特點

　　圖4說明了太陽能電池功率和電壓的對比圖?？梢钥闯?，對于短路電流(Isc，功率圖最左面點)，和開路電壓(Voc，功率圖最右面點)，面板輸出功率都為零。在某一個點，稱為最大功率點，輸送到面板的功率是最大的。MPPT算法的目標是使太陽能面板工作在這一點上，輸出最大功率。

　　圖4 功率與電壓對比圖

　　面板輸出連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器單元，其將面板電壓轉(zhuǎn)換成一個適合電池充電的可用電壓。DC-DC單元包括由MOSFET、電感、濾波器。操作DC-DC轉(zhuǎn)換器必要的開關脈沖(PWM)由MCU產(chǎn)生。緊接著DC-DC單元的是一個MOSFET開關，用于通過面板改變負載。正如之前的解釋，對于給定的溫度和日照，面板輸出功率隨連接的負載變化而變化，對于某個特定負載，功率傳輸最大?？勺冐撦d也可稱為可變操作點。我們的目標是跟蹤這個變化的最大功率點。

　　用于來跟蹤最大功率點機制的流程圖如圖5所示:

　　圖5 MPPT算法的流程圖

　　這個MPPT設計方法是基于PV陣列輸出電壓或電流規(guī)則的，或者基于相應的參考電壓或電流信號，要么是常數(shù)或來自PV光伏陣列輸出特性(例如，功率和功率變化)。該方法的一個變化是直接使用dc/dc轉(zhuǎn)換器占空比作為控制參數(shù)，強制導數(shù)dP/dD為零，這里P是PV陣列輸出功率，D是占空比。因此只需要一個控制環(huán)路。

　　最常用的擾動觀察法是最MPPT算法。在該方法中，連接MOSFET(隔開面板和電池)的PWM的占空比變化量很少，只有幾dW。如果這少量變化增加了。面板電壓和電流會測量到，相應的功率變化dP也會觀察到。如果變化是正的，那么擾動是正確的方向，我們繼續(xù)在相同的方向擾動(例如，增加占空比)。如果功率改變是負的，那么就要翻轉(zhuǎn)顛倒擾亂方向(例如，減少占空比責任周期)然后繼續(xù)工作。這種算法的主要目的是總是提升功率曲線，以達到從太陽能電池輸出最大功率。通過這種方式，我們可以使太陽能電池板總是工作在提供最大功率的點上。

　　如果還沒有實現(xiàn)MPPT系統(tǒng)，連接到面板的負載總是一成不變的，它不可能工作在最大功率點。因此，它將不再從面板捕獲最大功率。

　　電池健康管理：

　　因為太陽能板暴露在太陽下的時間大約為半天，這個期間它可以用來給電池充電。對于大多數(shù)市面上能買得到的鉛酸電池，充電需要10-12小時，這和有陽光的時間大約是相同的。然而，為了提高電池的使用壽命，可以采用下面的方法。通常，電池充電要經(jīng)歷三個階段，如圖7所示：

　　?恒流充電或大量充電階段

　　?頂部充電階段

　　?浮充電階段

　　讓我們以一個12V鉛酸電池充電為例。電池電平通過MCU內(nèi)置的ADC模塊連續(xù)監(jiān)測。如果電池電壓小于標稱值，那么稱為“接受電壓Accept Voltage”的適當充電電壓應用于電池，隨溫度而變化。應用于電池的接受電壓電壓使用PWM驅(qū)動的大功率晶體管切換，從DC-DC電源轉(zhuǎn)換器輸出。在這期間，充電電流不變。在鉛酸電池情況下，我們可以稱之為大量充電階段。一旦電池電壓達到標稱值，電池就已經(jīng)充了70%?，F(xiàn)在還要繼續(xù)充電，直到電流降到大約電池額定電流的3%。這可通過前面介紹的持續(xù)PWM充電方式實現(xiàn)。這個充電階段稱為頂部充電階段。當充電電流降到額定電流的3%，電池完全充滿。頂部充電階段用來保持電池健康。如果沒有頂部充電階段，電池會逐漸失去完全充電的能力。

　　充電完成后，為了維持充電電平，電池采用PWM波形形式的合適電壓(稱為浮充電壓)。浮充電壓通常用于自放電補償(通過鉛和其他寄生效應)。電池的浮充電壓和接受電壓隨溫度變化而變化。MCU連續(xù)讀取溫度傳感器的輸出，然后確定接受電壓和浮充電壓。他們的值由MCU產(chǎn)生的PWM波形控制。

　　還要確保電池不要長時間進行頂部充電。電池必須要有相反地浮充電，因為電池可能無法容忍過渡充電。在片內(nèi)RTC的幫助下，這很容易實施。脈沖充電電池充電的優(yōu)勢是，我們避免了很多化學效應，例如硫酸鹽化作用，有毒氣體等等。還要以避免電池在50攝氏度以上充電。溫度傳感器就是用于此用途。