新型光伏MPPT寬壓、高效控制方案

主控MCU采用瑞薩ARM內(nèi)核RA2系列

議程

• MPPT方案簡介

• 控制部分

• 信號采樣部分

• 主功率部分

• 輔助電源模塊

• 性能試驗(yàn)

MPPT方案簡介

MPPT控制器

MPPT控制器全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，是通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)能夠?qū)⑻柲茈姵匕灏l(fā)出的直流電有效地貯存在蓄電池中，可有效地解決常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)及旅游地區(qū)的生活和工業(yè)用電，不產(chǎn)生環(huán)境污染。

MPPT控制器的功能

MPPT控制器能夠?qū)崟r(shí)偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最大功率輸出對蓄電池充電。應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、負(fù)載的工作，是光伏系統(tǒng)的大腦。

與傳統(tǒng)的太陽能控制板比，理論上講，使用MPPT控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高50%，跟據(jù)實(shí)際的測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%

MPPT關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)格：

1.輸出功率：300W

2.輸入電壓：18V～72V

3.輸出電壓：12V～60V可調(diào)

4.最大轉(zhuǎn)化效率：96%

瑞薩關(guān)鍵器件：

1.單片機(jī)：R7FA2E1A72DFL

2.電源芯片：ISL81801、RAA212831

3.四通道運(yùn)放：ISL28413

目標(biāo)市場：

戶外供電、儲能充電、應(yīng)急電源等。

系統(tǒng)由主功率部分、控制部分和信號采樣部分組成，如圖所示。

MCU控制部分包含太陽能最大功率追蹤、輸出電壓控制、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等。

控制部分

1.主控MCU-瑞薩R7FA2E1A72DFL ，采用Cortex-M23內(nèi)核、48MHz、48Pin、高可靠。

2.此方案采用創(chuàng)新性的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(MPPT)，顯著提高太陽能利用率，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%。并且通過智能掃描整個(gè)I-V 曲線，幾秒鐘就可以跟蹤到光伏電池最大功率點(diǎn)。

信號采樣部分

信號采樣使用瑞薩ISL28413四通道軌對軌高精度放大器，對太陽板輸出電壓電流及MPPT輸出電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行快速采樣。

ISL28413特點(diǎn)：

1.rail-to-rail input and output

2.低功耗：130uA MAX

3.增益帶寬GBW：2MHz

4.輸入偏置電流：20pA MAX

5.工作溫度：-40°C to +125°C

主功率-控制部分

主功率模塊控制芯片采用瑞薩ISL81801，通過調(diào)節(jié)ISL81801的輸入和輸出電壓、電流反饋，可以使此MPPT方案匹配18V～72V的各種太陽能板，同時(shí)具備可調(diào)節(jié)的從12V～60V輸出，支持市面上各種鋰電池、鉛酸電池、膠體電池等。

瑞薩ISL81801電源芯片，最大支持80V耐壓，支持雙向升降壓。具備頻率可調(diào)節(jié)，支持CC、CV模式輸出。單芯片可以達(dá)到400W以上輸出，支持多芯片級聯(lián)，輸出更高功率。

功率板模塊

功率板模塊，利用ISL81801調(diào)節(jié)占空比，控制四路MOS實(shí)現(xiàn)MPPT模塊保持最大功率輸出，給各類電池充電。也可以實(shí)現(xiàn)CC模式下，直接穩(wěn)定電壓輸出，供用電器直接使用。并且?guī)в?a target="_blank">接口檢測，防短路控制，過壓和過流控制功能。

輔助電源模塊

1.輔助電源模塊采用瑞薩多路輸出DCDC RAA212831。

2.RAA212831最高可以80V輸入，帶1路DCDC和兩路LDO。

3.RAA212831主要給單片機(jī)R7FA2E1A72DFL和ADC芯片供電，同時(shí)也給ISL81801提供電源，在輸入電壓高時(shí)有效降低ISL81801的發(fā)熱量。

性能試驗(yàn)

最大功率點(diǎn)追蹤測試