帶MPPT功能太陽能充電控制器

本次設(shè)計利用DC-DC升壓電路提供給BQ2000的電池充電系統(tǒng)，并且利用STC12C5204AD單片機編程產(chǎn)生PWM來跟蹤最大功率(MPPT)輸出。本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、各波形良好，測量結(jié)果精確，符合各項設(shè)計要求?！娟P(guān)鍵詞】DC-DC升壓電路，BQ2000,STC12C5204AD，最大跟蹤功率?！続bstract】This design using DC - DC BQ2000 pressor circuit provides the battery systems, and to use STC12C5204AD microcontroller programming produce to track the maximum power (PWM MPPT) output. This system circuit structure is simple, the waveform is good, accurate measurement results, accord with the design requirements.【 key words 】 DC - DC BQ2000, STC12C5204AD,MPPT.一、 方案設(shè)計與論證1.1系統(tǒng)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要分四大部分，DC-DC升壓電路，MPPT單片機控制電路，電池充電電路。太陽能電池板DC-DC升壓電路BQ2000充電電路STC12C5204AD單片機電壓、電流采樣電路蓄電池AD轉(zhuǎn)換PWM圖1系統(tǒng)原理框圖太陽能電池板輸出電壓通過LM2577芯片升壓，再將DCDC升壓電路輸出的電壓傳送給BQ2000電池充電系統(tǒng)，從而完成對蓄電池的充電。由于要完成MPPT，采用電阻分壓的方式采樣太陽能電池板輸入電壓，結(jié)合霍爾電流傳感器采樣電流，通過LM358組成的同相比例放大電路放大采樣電流，采樣后的電壓、電流通過單片機自身AD轉(zhuǎn)換處理輸出一個脈寬調(diào)制信號控制DC-DC升壓電路的動態(tài)電阻，實現(xiàn)了對DC-DC升壓電路的控制，從而達(dá)到了最大功率輸出。2、 理論計算分析與模塊的設(shè)計2.1 DC-DC升壓電路及動態(tài)電阻調(diào)整電路電路圖如圖2所示，利用LM1577可以構(gòu)成一種升壓型穩(wěn)壓電源。設(shè)計實例的輸入指標(biāo)是：輸入電壓范圍：4V-20V，輸出穩(wěn)定電壓Vo=13V，最大輸出電流Iomax=3A。為了實現(xiàn)MPPT，在下圖A點并聯(lián)了動態(tài)電阻調(diào)整電路，如圖3所示。圖2 DC-DC升壓電路 圖3動態(tài)電阻調(diào)整電路單片機產(chǎn)生PWM經(jīng)二極管整流，再經(jīng)電容濾波，變換成直流后驅(qū)動直流電壓控制晶體管9013的集電極和發(fā)射極的動態(tài)電阻，從而達(dá)到調(diào)整DC-DC的輸出電壓。電位器R3起加快晶體管的導(dǎo)通與截止。2.2電流采樣放大電路。由于單片機需要采樣輸入端的電壓和電流信號來計算功率，電壓信號采取的是電阻分壓來獲取比較容易，但是電流采樣比較困難，本設(shè)計采取HFB06DS5霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)換獲取電流參數(shù)，該傳感器能夠?qū)⑤斎?-6A的電流轉(zhuǎn)換成0-0.625V的電壓表示電流，其線性度小于千分之二。由于采樣的信號處于毫伏級別，而單片機內(nèi)部只有8位AD，精度較低，因此利用同向比例運算放大電路對其輸出的信號進行放大21倍，再傳送至單片機P1.6口AD轉(zhuǎn)換。如圖4所示： 圖4電流采樣放大電路2.3 MPPT單片機控制電路。 圖5 單片機最小系統(tǒng)由于需跟蹤最大功率MPPT，我們用宏晶科技生產(chǎn)的自帶的AD功能及PWM功能STC12C5204AD單片機對太陽能輸入電壓及電流進行采樣，算出其該時刻的功率，然后將其與上時刻的功率進行比較，再調(diào)節(jié)脈寬，使輸出電壓始終保持在最大功率。2.4電池充電管理電路。如圖6所示：圖6電池充電管理電路BQ2000是一個可編程，集成度龐大的IC。適用于Ni-Cd、Li-Mh、LiIon的智能管理充電芯片。在電池類型檢測后，bq2000采用限流充電方式對鎘鎳或鎳氫電池快充電。在快充電期間，bq2000通過監(jiān)測充電時間，溫度和內(nèi)部中止充電電壓標(biāo)準(zhǔn)值。接著快充電期，如果選擇充電中止，則電池中止充電。這時只要BAT端子仍然低于VMCV值，則隨著充電期的結(jié)束，緊接著進入涓流充電。在本設(shè)計中，0.05歐的R15電阻用來控制充電電流，三、系統(tǒng)數(shù)據(jù)測試 （1）MPPT功率跟蹤數(shù)據(jù)測試測得數(shù)據(jù)表明，當(dāng)負(fù)載或開路電壓發(fā)生變化時，MPPT控制器總能夠調(diào)節(jié)電路的等效阻抗，使負(fù)載的等效電阻和電源內(nèi)阻相等，進而負(fù)載上獲得最大功率。測試數(shù)據(jù)如表1所示。太陽能電動勢11.012.013.014.015.016.017.018.019.020.0DC_DC輸入電壓6.256.546.787.257.397.788.198.869.1110.01DC_DC輸出電壓15.0715.3615.5215.7915.916.4016.6917.017.7518.74（2）充電電路性能測試四、 總結(jié)及改進本設(shè)計系統(tǒng)具有模塊化，功能獨立，但又緊密聯(lián)系，符合設(shè)計指標(biāo)。從本次設(shè)計中，我們充分體會到了理論與實踐的重要性，擴展了我們很多的深層的在社會中很實用知識。當(dāng)然我們也認(rèn)識到自己的很多不足之處，在以后的學(xué)習(xí)與實踐中我們會更加努力的不斷提高自己，砥礪自己。同時也解到了團隊分工合作的重要作用。由于時間有限，系統(tǒng)難免存在缺陷，有待將來改進。本次系統(tǒng)研發(fā)的過程使我們收益匪淺，我們一定會更加努力，力爭做得更好，謝謝我們指導(dǎo)老師在我們設(shè)計調(diào)試中給于我們熱心的幫助，和生活中給于我們的深切的關(guān)懷。開始in