一種基于MCU控制的光伏電池測(cè)試儀設(shè)計(jì)

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　針對(duì)光伏電池的輸出特性和測(cè)量的特殊要求，為對(duì)光伏電池I-V和P-V特性實(shí)時(shí)、自動(dòng)檢測(cè)，設(shè)計(jì)了基于STC-12C5A60S2單片機(jī)的光伏電池特性測(cè)試儀。測(cè)試儀原理框圖如圖2所示，MCU通過D／A轉(zhuǎn)換電路和電壓反饋，跟蹤調(diào)節(jié)柵極電壓VGS。通過A／D轉(zhuǎn)換電路和電流取樣，準(zhǔn)確檢測(cè)光伏電池兩端輸出的電流和電壓值。單片機(jī)通過串口與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和顯示。

　　2．2 MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路

　　場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。采用型號(hào)為IRFP150的功率MOSFET管模擬可變電阻器，因其具有超低導(dǎo)通電阻，柵極電壓VGS=10V時(shí)，RDS =0．030Ω。并聯(lián)FET起到擴(kuò)容的作用，在外加散熱片的情況下，可以通過15 A以上的電流。為了減少雜散電感和寄生振蕩，使并聯(lián)MOSFET管均流，采用統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)源，并加獨(dú)立的柵極電阻。

　　2．3 MCU測(cè)控電路和電源補(bǔ)償

　　微控器采用高性能STC-12C5AS2單片機(jī)。鑒于測(cè)量精度的要求和擴(kuò)展方便，采用高速12位串行接口模／數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX187和數(shù)／模轉(zhuǎn)換器TLV5616。當(dāng)基準(zhǔn)電壓為4．096 V時(shí)，最小分辨率為1 mV。精密單電源運(yùn)算放大器OP777，控制MOSFET管柵極電壓。

　　為了穩(wěn)定控制柵極電壓，通過電流取樣信號(hào)反饋和控制電壓信號(hào)組成差分放大器，由此組成了一個(gè)閉環(huán)的柵極電壓跟蹤調(diào)節(jié)器，如圖4所示。

　　為準(zhǔn)確測(cè)量光伏電池的短路電流，加入1．5 V補(bǔ)償電源，采用TI公司低電壓大電流電源模塊PTH05010制作。若電壓測(cè)量值為U1，光伏電池兩端實(shí)際電壓為U=U1-1．5，當(dāng)U1=1．5 V時(shí)，可測(cè)得光伏電池的短路電流。

　　2．4 輔助電路

　　測(cè)試儀供電電路有12 V和5 V兩種，分別供給單電源運(yùn)放和其他芯片。為了兼顧供電效率和電源質(zhì)量，采用降壓式DC／DC控制器MAX1745(效率90％以上)，結(jié)合低壓差穩(wěn)壓器(LDO)TLV1117(線性穩(wěn)壓紋波很小)，設(shè)計(jì)了5～12V電路。DC／DC電路開關(guān)頻率最高300 kHz，電源最大功率50 W。