打造智能光伏，從LPC5536開(kāi)始！

在之前的博文《恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案，技術(shù)大咖們看過(guò)來(lái)》中，我們對(duì)恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案進(jìn)行了總體介紹，相信大家對(duì)光伏發(fā)電的原理以及恩智浦的方案已經(jīng)有了大致的了解。本文將會(huì)對(duì)其硬件方案進(jìn)行更加詳細(xì)的介紹。

硬件組成

按照硬件功能，可以將該方案的硬件電路分成下面四個(gè)部分：

1 電源電路 (POWER) 

2 最大功率點(diǎn)跟蹤電路 (MPPT)

3 單片機(jī)控制電路 (MCU)

4 充電控制電路 (CHARGE)

其中，電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供所需的電壓，電源電路框圖如下圖所示。電源有4個(gè)輸入通道：光伏板、外接電源、Vbus (MPPT OUT可以通過(guò)焊接方式與Vbus進(jìn)行連接)以及電池，通過(guò)二極管連接并輸入到Vin，作為DC/DC的輸入。其中，10V用于柵極驅(qū)動(dòng)，為MPPT電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；3.3V用于MCU相關(guān)的電路，通過(guò)BUCK電路降壓到5V然后經(jīng)LDO獲得。

圖1：電源電路框圖

圖中部分元器件的選型如下表所示：

其余三個(gè)部分的電路框圖如下圖所示：

圖2：其余三個(gè)部分電路框圖

MPPT電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用同步BOOST，通過(guò)PWM控制柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)MOSFET從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。輸入端接18V光伏板，分別通過(guò)電流采樣調(diào)理電路采集輸入端電壓和電流，并傳入MCU的ADC完成信號(hào)采集；輸出端可以直接連接到負(fù)載上，或者通過(guò)焊接的方式跨接到Vbus上，方便進(jìn)行調(diào)試，輸出端同樣也包含了類似的電壓電流采樣電路。

充電控制電路使用SC8802芯片，支持1~6節(jié)鋰電池的充放電，通過(guò)控制四開(kāi)關(guān)管BUCK-BOOST對(duì)充電功率進(jìn)行調(diào)整。MCU可以通過(guò)GPIO和PWM對(duì)充電芯片進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)充電功能的開(kāi)關(guān)，并控制充電電流。

MCU控制電路主要包括MCU最小系統(tǒng)、人機(jī)交互相關(guān)外設(shè)（屏幕和按鍵）以及一些接口，屏幕采用1.47英寸的SPI LCD，通過(guò)3個(gè)按鍵進(jìn)行控制。另外，板載LM75B溫度傳感器，和MCU通過(guò)一組I2C接口進(jìn)行通訊。SWD接口用于程序的下載和調(diào)試，2組UART接口用于串口調(diào)試，4個(gè)預(yù)留的GPIO用于測(cè)試及附加功能。

圖中部分元器件的選型如下表所示：

將所用到的MCU資源進(jìn)行總結(jié)，共使用了5x ADC、4x PWM、1x SPI、1x I2C、1x SWD、2x UART、11x I/O，另外預(yù)留了4個(gè)接口，可以用作4x I/O或者2x PWM和2x ADC，具體情況如下表所示： 

電路測(cè)試

圖3：電路實(shí)物圖

因?yàn)锽OOST是本方案中實(shí)現(xiàn)MPPT功能的主拓?fù)洌訫OSFET的驅(qū)動(dòng)效果直接影響了最終的控制效果。下面對(duì)BOOST拓?fù)渲蠱OSFET的驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)行測(cè)量。

由于DC/DC電路很容易產(chǎn)生干擾，需要盡可能減小接地環(huán)路的面積，使用示波器的接地彈簧進(jìn)行測(cè)量，低邊MOSFET的驅(qū)動(dòng)波形如圖4(a) 所示，高邊MOSFET的驅(qū)動(dòng)波形如圖4(b) 所示：

圖4(a)：低邊MOSFET驅(qū)動(dòng)波形

圖4(b)：高邊MOSFET驅(qū)動(dòng)波形

本文小結(jié)

本文聚焦恩智浦基于LPC5536光伏MPPT方案的硬件設(shè)計(jì)部分，展現(xiàn)了如何通過(guò)組件與電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

后續(xù)我們將介紹該方案的軟件設(shè)計(jì)部分，共同見(jiàn)證這一高效光伏MPPT解決方案的完整面貌！