MPPT |百度图书馆

背景介绍随着社会的发展，可再生能源的应用越来越普及. 其中，太阳能是一种清洁，安全和绿色的可再生能源，被认为是世界上最有前途的新能源技术之一. 传统的路灯由高压干线供电，必须铺设大量电缆，并且必须挖出大量电缆沟. 这势必会增加整个系统的安装成本和维护成本. 太阳能路灯不需要铺设复杂的线路，只需要一个安装底座即可，节省了安装成本，太阳能路灯使用免费的太阳能作为能源，绿色环保，无需支付电费. 收费. 因此，太阳能路灯将在城市道路，工业园区，绿化带，广场等场所的照明中带来明显的优势. 右图显示了太阳能路灯在城市道路上的应用. 太阳能光伏（PV）面板转换效率低，通常约为18％，因此太阳能是一种宝贵的资源. 为了充分利用太阳能，有必要使用高转换率的太阳能控制器来跟踪太阳能，以最大程度地将太阳能转换为电能. 使用控制方法来实现光伏面板的最大功率输出操作的技术称为最大功率点跟踪（MPPT）技术. 目前使用的大多数太阳能路灯控制器采用串联PWM脉宽调制，太阳能利用率约为60％，大大浪费了宝贵的太阳能.

MPPT技术的使用可以大大提高太阳能的利用率，因此采用MPPT技术实现的太阳能路灯控制器具有广阔的市场前景. 系统结构MPT612是首款为恩智浦推出的太阳能光伏电池应用提供最大功率点跟踪的低功耗集成电路. 基于MPT612的太阳能路灯控制器的转换效率高达98％，大大提高了太阳能的利用率. 它具有光伏应用中光伏面板所需的硬件功能，包括电压和电流测量以及面板参数配置，从而大大简化了硬件和软件设计并提高了开发速度. 太阳能路灯系统的框图如图1所示. 从图中可以看出，路灯控制器是整个系统的核心. 控制器的质量决定了整个系统的性能. （图2）显示了基于MPT612的太阳能路灯控制器系统的框图. 控制器使用降压和降压-升压拓扑. 这两种拓扑的选择取决于输入和输出电压与效率之间的关系. 当光伏面板的电压大于电池电压时，采用高效的Buck拓扑结构，转换效率高达98％；当光伏面板的电压小于电池电压时，采用可以实现降压-升压的Buck-Boost拓扑，但此时，电路效率会略有下降，最大转换效率可以达到93 ％.

MPT612通过控制PWM开关的占空比来实现对PV输入电压的干扰，然后检测PV的电压和电流以确定下一个干扰的方向，从而使PV电压保持在附近最大功率点并达到有效的最大功率. 点跟踪. 在实施MPPT的同时，监视电池电压和电流以实现科学的电池充电管理. 另外，它可以通过负载控制电路有效地管理负载. （图1）太阳能路灯系统框图（图2）MPT612太阳能路灯控制器系统框图MPPT简介MPPT控制的意义将太阳能转换为电能的成本相对较高. 1W光伏面板的成本约为12元，因此光伏面板的转换电能非常宝贵. 传统方式利用率不高，浪费了大量能源. 通过MPPT算法实现的太阳能控制器可以显着提高太阳能的利用率，但是其增加的硬件成本远远低于浪费的光伏板成本，因此MPPT控制的意义显而易见. MPPT控制的概念（图3）72串280W光伏面板的I-V特性曲线和P-V特性曲线. 图3显示了72串280W光伏面板的I-V特性和P-V特性曲线. 从图中可以看出，它具有很强的非线性，既没有恒压源也没有恒流源.

同时，从其P-V特性曲线可以看出，在一定的日照强度的前提下，其输出功率类似于具有开口的抛物线. 与抛物线的顶点对应的功率是太阳光强度下光伏面板的最大功率点，相应的电压称为最大功率点电压. 为了提高太阳能转换效率，必须使系统在PV面板的最大功率点附近运行. 最大功率点的跟踪控制本质上是一个自优化过程，即通过测量电流，电压和功率，确定当前工作点和峰值点之间的位置关系mppt控制器芯片，以及工作点电压（或调整电流使其达到峰值. 功率点靠得很近，因此光伏系统在峰值功率点附近工作. MPT612算法实现的原理常用的MPPT算法包括恒压法，干扰观测法和电导增量法. 下表显示了它们的工作原理，优点和缺点. 方法恒压法干扰观察法电导增量法断开光伏阵列的负载并测量开路干扰光伏阵列工作点的原始工作电压，然后将工作电压设置为开路电压的76％. 优点和缺点实现低压的简单而复杂，并监视功率增量以定位MPP扰动PV阵列工作点的电压，并监视电导率和工作点处的电导变化率之间的关系以定位MPP. 硬件成本低，算法容易误判，跟踪精度高. 硬件要求高，算法实现复杂，功耗大；跟踪精度低，无法确定何时达到MPP. 它可以适应环境的变化. 因此，会有振荡. 由于恒压法精度较低，而电导率增量法对硬件的要求较高，因此MPT612采用干扰观测法.

传统的扰动观测方法容易产生振荡和误判. MPT612在传统的干扰观察方法中增加了一些改进机制，以有效地改善误判和振荡的发生. 在两个MPPT采样周期的中间添加一个新的采样点，并使用新的采样点确定当前工作点是否处于最大功率点，从而防止最大功率点附近发生振荡并提高能量利用率. 另外，通过新增加的采样点，可以判断其I-V变化趋势，从而避免了由于外部环境变化（例如太阳辐照度和温度变化）而引起的误判. 当PV面板部分阴影时，P-U曲线上将出现多个局部最大功率点. 它的MPT612集成了本地最大功率点处理机制，以防止由本地最大功率点引起的误判. 解决方案优势传统的太阳能路灯控制器使用串联PWM脉冲宽度调制. 该方法的原理是通过调节电路中MOS管的占空比来调节充电电流. 这种方法的优点是电路简单，成本低，但存在一些无法克服的缺点: PV面板电压必须大于电池电压才能为电池充电；光伏板的电压必须接近电池电压，否则太阳能利用率将大大降低；由于采用串联PWM控制方式，光伏面板通过双MOS管直接与电池连接，充电纹波电流大，影响电池寿命. 当太阳辐射急剧变化时，太阳能利用率很低.

NXP的MPT612是首款为使用光伏（PV）电池的应用提供最大功率点跟踪的低功率集成电路. 为了进一步简化开发并最大化系统执行效率，MPT612提供了恩智浦正在申请专利的MPPT算法，易于使用的API接口功能以及特定于应用程序的软件库. 由MPT612芯片组成的太阳能控制系统，转换效率可以达到98％以上，大大提高了太阳能的利用率. 基于MPT612的太阳能路灯控制系统的优点是: λ???????????????光伏面板输入电压范围宽，可以大于电池电压，也可以小于电池电压；太阳能利用率显着提高，最高转换效率高达98％以上；灵活的功能添加，MPT612基于ARM7TDMI-S内核，MPPT算法以软件库的形式发布，用户可以根据自己的需要添加新功能；科学的电池管理方法，充电曲线可以包括: 升压快速充电，吸收式补充充电，浮动恒压浮动充电，均衡平衡充电；丰富的外设，易于扩展的功能，具有UART，I2C，SPI，RTC，定时器，ADC和其他外设；易于开发，可以通过API函数调用软件库中的MPPT算法，用户无需关心算法的实现.

功能特性高转换效率，高达98％；支持所有类型的光伏面板，例如单晶硅，多晶硅，非晶硅等；光伏面板的宽输入电压范围: 9〜25V或18〜50V；支持各种蓄电池，如铅酸蓄电池，磷酸铁锂蓄电池，镍氢蓄电池等；各种电压类型的电池，例如12V，24V，36V，48V等；科学的电池充电管理，可以配置两阶段充电方式，三阶段充电方式，四阶段充电方式；丰富的负载工作模式: 如时间控制，纯光控制，光控+时间控制，手动，调试模式，长开模式；良好的电路保护功能，包括光伏反接保护，光伏过流保护，电池反接保护mppt控制器芯片，电池过压保护，电池过放电保护，负载过流保护，负载短路保护等；支持电源的补充开关功能；支持串口通讯功能. 市场应用面对日益严重的能源短缺，开发和使用可再生能源将成为必要. 随着太阳能应用的快速发展，太阳能路灯的使用将越来越广泛，市场将越来越大. 基于MPT612的太阳能路灯控制器可应用于太阳能路灯，太阳能庭院灯，太阳能草坪灯，太阳能交通灯，太阳能充电器等场合. 控制器的转换效率，可靠性和稳定性是衡量其性能的重要指标. MPT612高达98％的转换效率，单芯片和高可靠性，使其成为太阳能路灯控制器的理想选择.

MPPT优点: 优点: 最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）系统是一种电气系统，可通过调整电气模块的工作状态来使光伏面板输出更多的功率. 图1示出了光伏电池输出功率Pb与输出电压ub和输出电流ib之间的关系. 在图中，A是通用控制器在12V下操作光伏电池并仅输出53W的功率点（通用功率点）； B是MPPT控制器，它可使光伏电池始终在最大功率点工作，从而输出高达75W（最大功率点）的功率点.

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