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。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 DC－ DC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。二、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 Vo13V，最大输出电流 Iomax3A。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。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 1 L1IuHC11uFD11N5281R 220 kR 42KR12.2KC20.03 uFC 268 0uFIN OUTGNDSW ITCHFBC OMPV inLM2 577A图 2 DC-DC升压电路Q 1N PN 1R 35 KR 22 0 0R 41 KIN4 1 4 8C 1Iu FR 35. 1 KPW M_ INP UTG NDA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2 R 25kR 110 0 kR410 KP1 .6V outG NDV inI1 in INI1 inI2 in I3 inI1 ou tI2 ou t I3 ou tV in-图 4 电流采样放大电路2.3 MPPT 单片机控制电路。P2. 2P2. 3RSTP3. 0P3. 1XTAL 1XTAL 2P3. 2P3. 3P3. 4P3. 5P2. 4P2. 5GND P2. 6P2. 7P3. 7P1. 0P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7P2. 0P2. 1VCCST C1 2 C52 0 4 ADU1XT1 1. 0 59 2 MHzC13 0PC23 0PVCCR11 0KC33 0u F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3 R 21.5 kR4249 kR311. 5kR 62 20R 71 80R1 2200 kR 920kR5 1 00 kR1 11.8 MD1414 8D 24 14 8D 4R EDSNS1TS 5VSS2RC 6LED3VCC 7BAT4MOD 8IC 2*C8220 uC 60.3 3 uC10.1 uC 54.7 pC 70.1 uC42.2 nC3220 uD 35.1 VL14 7uQ 29 01 4R 1 41 80R 81 00 k5VGNDGNDR3 61 MQ1VMOSFET-PR4 0180D54 14 8C100 0 PQ 19 01 4D1 N41 4 8R 1 50.0 5C32 20uVCCOUT-OUT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 、 Li Ion 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。（ 2）充电电路性能测试太阳能电动势11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 DC_DC输入电压6.25 6.54 6.78 7.25 7.39 7.78 8.19 8.86 9.11 10.01 DC_DC输出电压15.07 15.36 15.52 15.79 15.9 16.40 16.69 17.0 17.75 18.74 4 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。附录 1、测量模块软件流程图开始initADC 初化PWM_INIT初化调用延 delay5000 为 PWM赋初值调用电压采 adpro1 调用电流采 adpro2 保存前一次功率计算比较调整 PWM输出最大功率调用延时程序 delay100