一种光伏发电MPPT控制器的高效供电电源的制作方法

本实用新型涉及一种供电电源，具体涉及一种用于太阳能最小发电系统的稳压供电。

背景技术：

随着当代社会的能源紧张趋势愈演愈烈，造成的环境污染也不能小觑，太阳能光伏发电有着良好的发展前景。但是，光伏电池效率低和受外界环境影响远远地着制约光伏发电的应用，而MPPT技术可以直接在复杂的环境下使光伏电池输出最大功率，在普通的线性电气系统设备中，需要MPPT控制系统对光伏电池进行DC-DC控制并与负载恰当匹配，使负载阻抗等于供电系统的阻抗，这样就可以确保获得最大功率输出。同时，除了上述问题外，在基于光伏发电MPPT控制器的最小系统上存在诸多的技术难点，主要有并网系统的供电电压扰动问题，由于太阳能光伏发电的输出功率会随季节、日照、温度、天气等自然因素而变化，输出功率非常不稳定，从而最小系统的电压会发生波动，造成采集电流的失真。当光伏电池阵列规模不断的增大和外界环境变化更加恶劣时，其输出也呈现多峰值状态，对主系统的供电产生了较大的干扰，而且增加了系统的计算量，需要更多的高速运算器或者低耗芯片来保证光伏发电的可靠性，而这些元器件对精度要求较高、信号干扰要小，否则会出现误判以致整个光伏发电系统的瘫痪和功率的损失。为了克服上述问题，光伏发电MPPT控制器采用稳定可靠的稳压电源尤其重要，这就需要对开关型稳压供电电源设计电路功耗高、电容电感不匹配或者采集电流电路不稳定等问题进行研发研究，同时，还可以减少造成负载能力差、输出夹杂高频谐波、纹波大等负效应，大大的影响着光伏发电后续直流转交流部分(DC—AC电路)的工作。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种输出电压比输入电压低、输出纹波小、电路简单；同时具备工作产生的噪声低、反应速度快等特点的用于太阳能最小发电系统供电电源。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种光伏发电MPPT控制器的高效供电电源，它包括用于隔离式DC-DC转换的集成稳压器、线性稳压器、电压输出及单向测量电流并联监视器、内置MPPT的单片机；它还包括光伏阵列电池，光伏阵列电池的电压引线与集成稳压器的电压输入端引脚和并联监视器的共模正向电压输入端引脚直接连接。

上述所述集成稳压器的型号为LM34925，线性稳压器的型号为TLV704，监视器的型号为INA270，电池引线接口输入端并联电容C1和电容C2，所述电容C1电容大于电容C2的容量；光伏阵列电池的电压引线S+与集成稳压器的电压输入端连接，光伏阵列电池的电压引线S+与电阻R3串联后再与集成稳压器的引脚4连接。

上述集成稳压器的第6引脚依次与开关二极管D1、电感L2串联后与线性稳压器的第2引脚连接。

上述线性稳压器的第3引脚与3.3V接线端连接，3.3V接线端与电容C8并联，电容C8另一端接地。

上述光伏阵列电池的电压引线S+通过串联可变电阻R8接入监视器的第8引脚，监视器的第1引脚和第8引脚通过电容C10并联连接，且监视器的第1引脚串联可变电阻R7，电阻R7另一端接入测试负载Load，另一端直接接地。

上述监视器的引脚3和引脚4共同接滤波电容C9，C9另一端直接接地。

上述监视器的第6引脚上并联设有电容C11和电容C12，电容C11和电容C12并联构成最小旁路滤波器。

本实用新型一种光伏发电MPPT控制器的高效供电电源，技术效果如下：

1)、考虑到光伏发电MPPT控制器系统的高效性，在单片机以及重要元器件芯片的选型上采用超低功耗类型，最小系统由集成稳压器/线性稳压器/监视器/内置MPPT的单片机等硬件电路构成，不仅能够稳定的实现各项功能，而且各个部分相互联系且不会互相干扰。

2)、采用混合信号MPPT微控制器作为最小系统的控制核心，通过提供全面、通用的片上外设，只需接上光伏控制系统的供电电源电路，大大简化了最小系统的电路配置。

3)、光伏阵列电池的电压引线S+，大容量电容C1与小容量电容C2进行并联，前者消除低频干扰，后者消除高频干扰，并联在一起的主要目的为了滤波，提供一个抗干扰、稳定性强的滤波电路。

4)、单片机的电源电压采用3.3V，先经过高效的开关电源U1降压到10V，在经过U2线性稳压到单片机U4的电压，可以避免直接的线性稳压造成输入电压过高，消耗过大的影响。

5)、采样电阻通过差分电压放大芯片U3放大合适的倍数后进行信号采集，外接RC滤波电路即可接入单片机U4进行AD采集，有利于最小系统的最大功率点跟踪，提高了精确度和减少了误判。

6)、大容量电容C6与小容量电容C7的并联电路，前者消除低频干扰，后者消除高频干扰，把两种电容并联起来的电路工作效果更好，整个电路组合是个滤波电路，抗干扰能力强，5V稳压的效果最好。

附图说明

图1是本实用新型电源电路图。

图2是本实用新型电流检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，一种光伏发电MPPT控制器的高效供电电源，它包括用于隔离式DC-DC转换的集成稳压器1、线性稳压器2、电压输出及单向测量电流并联监视器3、内置MPPT的单片机4；它还包括光伏阵列电池，光伏阵列电池的电压引线与集成稳压器1的电压输入端引脚和并联监视器3的共模正向电压输入端引脚直接连接。

所述集成稳压器1的型号为LM34925，线性稳压器2的型号为TLV704，监视器3的型号为INA270，电池引线接口输入端并联电容C1和电容C2，所述电容C1电容大于电容C2的容量；光伏阵列电池的电压引线S+与集成稳压器1的电压输入端连接，光伏阵列电池的电压引线S+与电阻R3串联后再与集成稳压器1的引脚4连接。

所述集成稳压器1的第6引脚依次与开关二极管D1、电感L2串联后与线性稳压器2的第2引脚连接。

所述线性稳压器2的第3引脚与3.3V接线端连接，3.3V接线端与电容C8并联，电容C8另一端接地。

所述光伏阵列电池的电压引线S+通过串联可变电阻R8接入监视器3的第8引脚，监视器3的第1引脚和第8引脚通过电容C10并联连接，且监视器的第1引脚串联可变电阻R7，电阻R7另一端接入测试负载Load，另一端直接接地。

所述监视器3的引脚3和引脚4共同接滤波电容C9，C9另一端直接接地。

所述监视器3的第6引脚上并联设有电容C11和电容C12，电容C11和电容C12并联构成最小旁路滤波器。

如图1所示，光伏阵列的电池电压引线接口S+直接给U1供电，电压大小一般为7.5V—100V。采用两级滤波形式，在输入端并联电容C1和电容C2，电容C1比电容C2的容量大，并联在一起的主要目的为了滤波。引线接口S+与U1的引脚2直接相连，通过串联电阻R3与U1的引脚4相连，所述电阻R3起限流的作用。引线接口S+通过并联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和R2进行分流再与U1引脚3相连。所述U1引脚7连接电容C3进行滤波,电容C3和引脚8相连，引脚7接入电容C3后和引脚8一起与电感L1串联。所述U1的输入引脚6接入电容C6和开关二极管D1，根据二极管的单向导通性，如果引脚6出现输入信号电压的正负反接情况，此时二极管D1不导通，则不会对集成稳压器U1产生影响，可以确保引脚6的输入信号电压稳定和减少干扰。所述电感L1和二极管D1并联连接再与电感L2串联，电感L2接入线性稳压芯片U2的引脚2。在电感L1和电感L2连线之间需要并联电阻R4，电阻R4串联电阻R5。所述U1的引脚5需要与并联电容C5和电阻R5连接，实现RC滤波电路，所述电阻R5另一端接到电感L1和电感L2连线之间。所述稳压电源引线接口VCC端串联电容C7，电容C6与电阻R6串联后再并联电容C7，电容C7和电阻R6的另一端一起直接接地，所述稳压电源引线接口VCC端用于外设电路、传感器部分、IC芯片、人机交换部分、无线通信等部分供电，整个电路组合是个滤波电路，抗干扰能力强，5V稳压的效果最好。

由于所述MPPT控制器单片机U4的电源电压采用3.3V，但是蓄电池电压要求较高，如果直接用线性稳压电源会造成输入电压过高，消耗太大，因此先经过高效的开关电源U1降压到10V，再经过U2线性稳压到3.3V，将信号输入给U4芯片。

所述3.3V接线端与电容C8并联，电容C8另一端接地，该电源电路大大简化了最小系统的电路配置。

图1电气元件的参数如下：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6分别为：127kΩ、8.25kΩ、130kΩ、7.32kΩ、1kΩ、3Ω；电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8分别为1uF、0.1uF、0.01uF、1uF、3nF、1uF、0.47uF、1uF；电感L1和电感L2均为150uH；开关二极管D1：IN4148；5V稳压电源供电引线接口：VCC。

如图2所示，为了获取负载放电电流、蓄电池充电电流，需要电流采集电路，通过芯片U3采样电阻进行差分电压放大14倍后进行信号采集，外接RC滤波电路把信号接入单片机U4。所述U3能够敏感的测量电压输出并监视单侧电流，随时启用筛选功能。S+供电端通过串联电阻R8接入U3引脚8,U3的引脚1和引脚8通过电容C10并联连接，且引脚1串联电阻R7，电阻R7另一端接入测试负载Load，另一端直接接地。所述电阻R7和R8为可变电阻，插入引脚8和引脚1应连接分流电阻，供电旁路电容目的是为了输入信号的稳定。

所述U3的引脚3和引脚4共同接滤波电容C9，C9另一端直接接地。

图2电气元件的参数如下：可变电阻R7、电阻R8均为105；电容C9、电容C10、电容C11、电容C12分别为10nF、0.1uF、0.01uF、0.1uF；5V稳压电源供电引线接口：VCC。

所述U3的输入端引脚6接入稳压电源引线接口VCC，接入大容量电容C12与小容量电容C11的并联电路，可以有效的消除噪音。所述U3的输出引脚5将采集后的信号通过输出引脚5接入到U4单片机。电容C11和C12并联构成最小旁路滤波组合，有利于最小系统的最大功率点跟踪，提高最小系统的精确度。

采用上述结构,以内置MPPT的单片机U4为核心，设计由隔离式DC-DC转换的集成稳压器U1、线性稳压器U2、电压输出及单向测量电流并联监视器U3组成的外接电路，构建了最小系统MPPT方式下的稳定供电模式。整个电路输入端以太阳能电池作为电源输入端，由于光伏阵列电池电压高，首先经过集成稳压器U1进行降压，再采用线性稳压芯片U2将电压稳定在3.3V，便可为内置MPPT的单片机U4提供输入电压。同时在图1的电源电路中考虑到其他有源芯片的供电，特别设计5V稳压电源引线接口VCC端,有效的提高了光伏电池的的利用效率，最后结合图2的电流检测电路，可以根据随时可能改变的光伏阵列电池电压、电流大小，通过对信号的放大、采集、滤波处理，由内置MPPT的单片机U4接收并发送处理信号，随时对系统的最大功率点进行跟踪，极大的提高了太阳能光伏电池的最小控制系统的供电效率。