一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的光伏控制器的實(shí)現(xiàn)

圖中充電主回路采用的是BUCK型降壓電路，適合本試驗(yàn)用25 W光伏電池給13.5 V超級(jí)電容器組的獨(dú)立光伏系統(tǒng)。BUCK變換器的工作原理是通過斬波形式將平均輸出電壓降低，通過調(diào)節(jié)占空比來達(dá)到調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓的目的，使其輸出電壓能夠保持在最大功率點(diǎn)的電壓處。工作過程中，開關(guān)管Q反復(fù)導(dǎo)通和截止，兩種不同狀態(tài)的切換，將光伏電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖形式的電壓，再經(jīng)過L，C濾波，形成直流電壓輸出。

采用降壓斬波電路作為MPPT控制的主回路，是考慮到降壓斬波電路容易控制，完全可以實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤功能。以本系統(tǒng)為例說明：系統(tǒng)選用25 W光伏電池，最大功率點(diǎn)電壓為17.5 V。光伏電池電壓受光照及溫度的影響，即使是在惡劣的環(huán)境下S=200 W／m2，T=70℃，最大功率點(diǎn)電壓也為14.4 V，大于13.5 V的超級(jí)電容器組，因此完全能夠達(dá)到MPPT功能。

系統(tǒng)所用的單片機(jī)為Silicon 公司生產(chǎn)的C8051F310單片機(jī)。C8051F310芯片是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP- 51內(nèi)核(可達(dá)25 MIPS)；全速，非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))；真正10位200 kS／s的25通道單端／差分ADC；具有高精度可編程的24.5 MHz內(nèi)部振蕩器；16 kB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，1 280 B片內(nèi)RAM；硬件實(shí)現(xiàn)的SMBUS／I2C，增強(qiáng)型SPI串行接口和增強(qiáng)型UART；4個(gè)通用的16位定時(shí)器；具有5個(gè)捕捉，比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器／定時(shí)器電池(PCA)，每個(gè)模塊都可以獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)8位或16位脈寬調(diào)制功能；具有19個(gè)I／O端口(容許5 V輸入)；2.7～3.6 V的工作電壓，70％的指令執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)間周期，具有擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，是一款功能強(qiáng)大，性價(jià)比高的芯片。

該控制器通過單片機(jī)A／D采樣通道將從主回路采樣到的光伏電池電壓，電流及超級(jí)電容器組端電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)化采到單片機(jī)內(nèi)，并計(jì)算出光伏電池的輸出功率。然后根據(jù)MPPT控制方法，從單片機(jī)口輸出一個(gè)頻率約為24 kHz的PWM波，此脈沖波通過光耦TLP250來驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，最終達(dá)到利用MPPT控制來給超級(jí)電容器充電。