BUCK降压电路在太阳能电池最大功率点追踪中的作用

BUCK 降压电路在太阳能电池最大功率点追踪 MPPT 中的作用王士莹一、太阳能电池的 I-U 特性及 P-U 特性由上图可知， 随着外加负载阻值的增大， 太阳能电池板的端电压会不断增大，而电流则是减小的。 如果端电压是线性增大的， 则电流是非线性减小的。 在这个过程中， 电压与电流的乘积会有一个最大值， 这个最大值只在某一点出现， 这一点就叫作最大功率点 Maximum Power Point。 为了使太阳能电池板的发电能力最大发挥，需要找到这个最大功率点，并使太阳能电池板工作在这个做大功率点，这个过程就叫做最大功率点追踪 Maximum Power Point Tracing。二、 BUCK 电路在负载为电阻时的最大功率点追踪中的作用分析现假设有一太阳能电池板，其在某一光照及温度条件下的开路电压为 60V；可调功率电阻功率不受限制，阻值在 0 到无穷大之间调节；SOLAR 可调功率电阻第 1步 ， 首先先将可调功率电阻的阻值调到 0 欧姆， 则电池板输出的电压为0，电流为最大电流。继续调节可调功率电阻的阻值到无穷大，则电池板输出的电压为开路电压 60V，电流为 0。在这个过程中必定有一个功率的最大值点，这一点就是最大功率点。假设在最大功率点时的电压为 60V*0.7645.6V ，电流为1A， 则最大功率为 45.6V*1A45.6W ， 最大功率点处的可调功率电阻阻值为 45.6欧姆。第 2步 ，将功率电阻的阻值固定为 20 欧姆，该电阻上流过 1.51A 的电流可产生 45.6W 的功率， 此时电阻两端的电压为 30.2V。 太阳能电池板在最大功率点出的输出电压是 45.6V， 而 20 欧姆电阻的电压是 30.2V， 因此需要以降压电路把45.6V 无功率损失地将为 30.2V，开关电源中的 BUCK 降压电路可实现此功能。故该电路形式如下图所示BUCK 电路在电路中起阻抗变换的作用，通过调节占空比，使总负载达到太阳能电池板最大功率点对负载的要求即 45.6 欧姆，其中功率电阻为 20 欧姆，那么 BUCK 电路的等效电阻为 45.6 欧姆 -20 欧姆 25.6 欧姆。在最大功率点，太阳能电池输出的电压为 45.6V， 20 欧姆功率电阻两端的电压为 30.2V， 则 BUCK 等效电阻两端的电压为 45.6V -30.2V 15.4V。有一点需要特别说明的是，虽然 BUCK 电路等效电阻为 25.6 欧姆，也有电压电流，但却不会消耗功率。为什么会这样呢这就是开关电路的好处了。当BUCK 电路上有电压的时候电流为 0，当有电流的时候压降又是 0，故其上的功SOLAR 功率电阻BUCK 降压PWM 率总体为 0。第 3步 ， 最大功率点的追踪。 假如由于光照条件的变化， 在最大功率点处太阳能电池提供的电流不到 1A 了，只有 0.8A，最大功率为 45.6V*0.8A36.48W ，则在最大功率点下 20 欧姆功率电阻的电流为 1.35A，其端电压为 27V。控制器将通过减小 PWM 的占空比，使总电阻的阻值增大到 45.6V/0.8A57 欧姆。相应的 ， Buck 等 效 电 阻 的 阻 值 为 57 欧 姆 -20 欧 姆 37 欧姆 ， 端 电 压 增 大 为45.6V-27V18.6V。BUCK 电路通过 PWM 占空比的减小一方面使其等效电阻增大使电流下降，另一方面要保证功率电阻上的功率输出， 故其等效电路阻值的增大比例要大于其端电压的增大比例。3、 BUCK 电路在负载为蓄电池时的最大功率点追踪中的作用分析参考文献1、光伏并网系统中 MPPT 常用算法及控制策略