带MPPT功能太阳能充电控制器

本次设计利用DC-DC升压电路提供给BQ2000的电池充电系统，并且利用STC12C5204AD单片机编程产生PWM来跟踪最大功率(MPPT)输出。本系统电路结构简单、各波形良好，测量结果精确，符合各项设计要求。【关键词】DC-DC升压电路，BQ2000,STC12C5204AD，最大跟踪功率。【Abstract】This design using DC - DC BQ2000 pressor circuit provides the battery systems, and to use STC12C5204AD microcontroller programming produce to track the maximum power (PWM MPPT) output. This system circuit structure is simple, the waveform is good, accurate measurement results, accord with the design requirements.【 key words 】 DC - DC BQ2000, STC12C5204AD,MPPT.一、 方案设计与论证1.1系统方案系统结构如图1所示，主要分四大部分，DC-DC升压电路，MPPT单片机控制电路，电池充电电路。太阳能电池板DC-DC升压电路BQ2000充电电路STC12C5204AD单片机电压、电流采样电路蓄电池AD转换PWM图1系统原理框图太阳能电池板输出电压通过LM2577芯片升压，再将DCDC升压电路输出的电压传送给BQ2000电池充电系统，从而完成对蓄电池的充电。由于要完成MPPT，采用电阻分压的方式采样太阳能电池板输入电压，结合霍尔电流传感器采样电流，通过LM358组成的同相比例放大电路放大采样电流，采样后的电压、电流通过单片机自身AD转换处理输出一个脉宽调制信号控制DC-DC升压电路的动态电阻，实现了对DC-DC升压电路的控制，从而达到了最大功率输出。2、 理论计算分析与模块的设计2.1 DC-DC升压电路及动态电阻调整电路电路图如图2所示，利用LM1577可以构成一种升压型稳压电源。设计实例的输入指标是：输入电压范围：4V-20V，输出稳定电压Vo=13V，最大输出电流Iomax=3A。为了实现MPPT，在下图A点并联了动态电阻调整电路，如图3所示。图2 DC-DC升压电路 图3动态电阻调整电路单片机产生PWM经二极管整流，再经电容滤波，变换成直流后驱动直流电压控制晶体管9013的集电极和发射极的动态电阻，从而达到调整DC-DC的输出电压。电位器R3起加快晶体管的导通与截止。2.2电流采样放大电路。由于单片机需要采样输入端的电压和电流信号来计算功率，电压信号采取的是电阻分压来获取比较容易，但是电流采样比较困难，本设计采取HFB06DS5霍尔电流传感器转换获取电流参数，该传感器能够将输入0-6A的电流转换成0-0.625V的电压表示电流，其线性度小于千分之二。由于采样的信号处于毫伏级别，而单片机内部只有8位AD，精度较低，因此利用同向比例运算放大电路对其输出的信号进行放大21倍，再传送至单片机P1.6口AD转换。如图4所示： 图4电流采样放大电路2.3 MPPT单片机控制电路。 图5 单片机最小系统由于需跟踪最大功率MPPT，我们用宏晶科技生产的自带的AD功能及PWM功能STC12C5204AD单片机对太阳能输入电压及电流进行采样，算出其该时刻的功率，然后将其与上时刻的功率进行比较，再调节脉宽，使输出电压始终保持在最大功率。2.4电池充电管理电路。如图6所示：图6电池充电管理电路BQ2000是一个可编程，集成度庞大的IC。适用于Ni-Cd、Li-Mh、LiIon的智能管理充电芯片。在电池类型检测后，bq2000采用限流充电方式对镉镍或镍氢电池快充电。在快充电期间，bq2000通过监测充电时间，温度和内部中止充电电压标准值。接着快充电期，如果选择充电中止，则电池中止充电。这时只要BAT端子仍然低于VMCV值，则随着充电期的结束，紧接着进入涓流充电。在本设计中，0.05欧的R15电阻用来控制充电电流，三、系统数据测试 （1）MPPT功率跟踪数据测试测得数据表明，当负载或开路电压发生变化时，MPPT控制器总能够调节电路的等效阻抗，使负载的等效电阻和电源内阻相等，进而负载上获得最大功率。测试数据如表1所示。太阳能电动势11.012.013.014.015.016.017.018.019.020.0DC_DC输入电压6.256.546.787.257.397.788.198.869.1110.01DC_DC输出电压15.0715.3615.5215.7915.916.4016.6917.017.7518.74（2）充电电路性能测试四、 总结及改进本设计系统具有模块化，功能独立，但又紧密联系，符合设计指标。从本次设计中，我们充分体会到了理论与实践的重要性，扩展了我们很多的深层的在社会中很实用知识。当然我们也认识到自己的很多不足之处，在以后的学习与实践中我们会更加努力的不断提高自己，砥砺自己。同时也解到了团队分工合作的重要作用。由于时间有限，系统难免存在缺陷，有待将来改进。本次系统研发的过程使我们收益匪浅，我们一定会更加努力，力争做得更好，谢谢我们指导老师在我们设计调试中给于我们热心的帮助，和生活中给于我们的深切的关怀。开始in