【方案分享】新型光伏MPPT宽压、高效控制方案

 

 

 

新型光伏MPPT宽压、高效控制方案

主控MCU采用瑞萨ARM内核RA2系列

 

 

       

议程

• MPPT方案简介

• 控制部分

• 信号采样部分

• 主功率部分

• 辅助电源模块

• 性能试验

 

MPPT方案简介

MPPT控制器

 

MPPT控制器全称“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器，是通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。

 

 

MPPT控制器的功能

 

MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。

与传统的太阳能控制板比，理论上讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，跟据实际的测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%

 

 

MPPT关键设计规格：

 

1.输出功率：300W

2.输入电压：18V～72V

3.输出电压：12V～60V可调

4.最大转化效率：96%

 

瑞萨关键器件：

 

1.单片机：R7FA2E1A72DFL

2.电源芯片：ISL81801、RAA212831

3.四通道运放：ISL28413

 

目标市场：

 

户外供电、储能充电、应急电源等。

 

系统由主功率部分、控制部分和信号采样部分组成，如图所示。

MCU控制部分包含太阳能最大功率追踪、输出电压控制、过压保护、过流保护等。

 

 

控制部分

1.主控MCU-瑞萨R7FA2E1A72DFL ，采用Cortex-M23内核、48MHz、48Pin、高可靠。

2.此方案采用创新性的最大功率点跟踪技术(MPPT)，显著提高太阳能利用率，转换效率高达96%。并且通过智能扫描整个I-V 曲线，几秒钟就可以跟踪到光伏电池最大功率点。

 

 

信号采样部分

信号采样使用瑞萨ISL28413四通道轨对轨高精度放大器，对太阳板输出电压电流及MPPT输出电压、电流等参数进行快速采样。

 

ISL28413特点：

 

1.rail-to-rail input and output

2.低功耗：130uA MAX

3.增益带宽GBW：2MHz

4.输入偏置电流：20pA MAX

5.工作温度：-40°C to +125°C

 

 

主功率-控制部分

主功率模块控制芯片采用瑞萨ISL81801，通过调节ISL81801的输入和输出电压、电流反馈，可以使此MPPT方案匹配18V～72V的各种太阳能板，同时具备可调节的从12V～60V输出，支持市面上各种锂电池、铅酸电池、胶体电池等。

 

 

瑞萨ISL81801电源芯片，最大支持80V耐压，支持双向升降压。具备频率可调节，支持CC、CV模式输出。单芯片可以达到400W以上输出，支持多芯片级联，输出更高功率。

 

功率板模块

功率板模块，利用ISL81801调节占空比，控制四路MOS实现MPPT模块保持最大功率输出，给各类电池充电。也可以实现CC模式下，直接稳定电压输出，供用电器直接使用。并且带有接口检测，防短路控制，过压和过流控制功能。

 

 

辅助电源模块

1.辅助电源模块采用瑞萨多路输出DCDC RAA212831。

2.RAA212831最高可以80V输入，带1路DCDC和两路LDO。

3.RAA212831主要给单片机R7FA2E1A72DFL和ADC芯片供电，同时也给ISL81801提供电源，在输入电压高时有效降低ISL81801的发热量。

 

 

性能试验

最大功率点追踪测试