MCU/SoC提高太阳能板效率

压(Voc，功率图最右面点)，面板输出功率都为零。在某一个点，称为最大功率点，输送到面板的功率是最大的。MPPT算法的目标是使太阳能面板工作在这一点上，输出最大功率。

　　图4 功率与电压对比图

　　面板输出连接到DC-DC转换器单元，其将面板电压转换成一个适合电池充电的可用电压。DC-DC单元包括由MOSFET、电感、滤波器。操作DC-DC转换器必要的开关脉冲(PWM)由MCU产生。紧接着DC-DC单元的是一个MOSFET开关，用于通过面板改变负载。正如之前的解释，对于给定的温度和日照，面板输出功率随连接的负载变化而变化，对于某个特定负载，功率传输最大。可变负载也可称为可变操作点。我们的目标是跟踪这个变化的最大功率点。

　　用于来跟踪最大功率点机制的流程图如图5所示:

　　图5 MPPT算法的流程图

　　这个MPPT设计方法是基于PV阵列输出电压或电流规则的，或者基于相应的参考电压或电流信号，要么是常数或来自PV光伏阵列输出特性(例如，功率和功率变化)。该方法的一个变化是直接使用dc/dc转换器占空比作为控制参数，强制导数dP/dD为零，这里P是PV阵列输出功率，D是占空比。因此只需要一个控制环路。

　　最常用的扰动观察法是最MPPT算法。在该方法中，连接MOSFET(隔开面板和电池)的PWM的占空比变化量很少，只有几dW。如果这少量变化增加了。面板电压和电流会测量到，相应的功率变化dP也会观察到。如果变化是正的，那么扰动是正确的方向，我们继续在相同的方向扰动(例如，增加占空比)。如果功率改变是负的，那么就要翻转颠倒扰乱方向(例如，减少占空比责任周期)然后继续工作。这种算法的主要目的是总是提升功率曲线，以达到从太阳能电池输出最大功率。通过这种方式，我们可以使太阳能电池板总是工作在提供最大功率的点上。

　　如果还没有实现MPPT系统，连接到面板的负载总是一成不变的，它不可能工作在最大功率点。因此，它将不再从面板捕获最大功率。

　　电池健康管理：

　　因为太阳能板暴露在太阳下的时间大约为半天，这个期间它可以用来给电池充电。对于大多数市面上能买得到的铅酸电池，充电需要10-12小时，这和有阳光的时间大约是相同的。然而，为了提高电池的使用寿命，可以采用下面的方法。通常，电池充电要经历三个阶段，如图7所示：

　　?恒流充电或大量充电阶段

　　?顶部充电阶段

　　?浮充电阶段

　　让我们以一个12V铅酸电池充电为例。电池电平通过MCU内置的ADC模块连续监测。如果电池电压小于标称值，那么称为“接受电压Accept Voltage”的适当充电电压应用于电池，随温度而变化。应用于电池的接受电压电压使用PWM驱动的大功率晶体管切换，从DC-DC电源转换器输出。在这期间，充电电流不变。在铅酸电池情况下，我们可以称之为大量充电阶段。一旦电池电压达到标称值，电池就已经充了70%。现在还要继续充电，直到电流降到大约电池额定电流的3%。这可通过前面介绍的持续PWM充电方式实现。这个充电阶段称为顶部充电阶段。当充电电流降到额定电流的3%，电池完全充满。顶部充电阶段用来保持电池健康。如果没有顶部充电阶段，电池会逐渐失去完全充电的能力。

　　充电完成后，为了维持充电电平，电池采用PWM波形形式的合适电压(称为浮充电压)。浮充电压通常用于自放电补偿(通过铅和其他寄生效应)。电池的浮充电压和接受电压随温度变化而变化。MCU连续读取温度传感器的输出，然后确定接受电压和浮充电压。他们的值由MCU产生的PWM波形控制。

　　还要确保电池不要长时间进行顶部充电。电池必须要有相反地浮充电，因为电池可能无法容忍过渡充电。在片内RTC的帮助下，这很容易实施。脉冲充电电池充电的优势是，我们避免了很多化学效应，例如硫酸盐化作用，有毒气体等等。还要以避免电池在50摄氏度以上充电。温度传感器就是用于此用途。

　　图6电池充电

　　可以使用一颗片上系统(SoC)实现我们谈到的整个系统，比如赛普拉斯的混合信号芯片PSoC，其具备可编程模拟和可编程数字逻辑。所需的外部组件仅仅是一个二极管和DC-DC转换器的电感，以及用来平衡电池和PV模块电压的电阻。

　　图7:PSoC实现示意图

　　PSoC包含的跨阻放大器(TIA)组件可以提供基于放大器的和对数电流-电压转换增益，并具有阻抗增益，用户可以选择带宽。放大器的增益可以使用反馈电阻器设置，可以通过固件选择20ΩK、30ΩK、40ΩK、80ΩK、150ΩK、250ΩK、500ΩK和1MΩ。光电二极体通常输出体现为电容，并联一个反馈电容可以保证其稳定性。TIA有满足这个要求的可编程反馈电容。二极管的特性可能会随环境条件而变化。可以通过PSoC编程来适应这些变化的条件。

输出电压是使用20-bit Delta Sigma ADC数