新型光伏MPPT寬壓、高效控制方案

主控MCU采用瑞薩ARM內核RA2系列

議程

• MPPT方案簡介

• 控制部分

• 信號采樣部分

• 主功率部分

• 輔助電源模塊

• 性能試驗

MPPT方案簡介

MPPT控制器

MPPT控制器全稱“最大功率點跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，是通過調節電氣模塊的工作狀態，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統能夠將太陽能電池板發出的直流電有效地貯存在蓄電池中，可有效地解決常規電網不能覆蓋的偏遠地區及旅游地區的生活和工業用電，不產生環境污染。

MPPT控制器的功能

MPPT控制器能夠實時偵測太陽能板的發電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統以最大功率輸出對蓄電池充電。應用于太陽能光伏系統中，協調太陽能電池板、蓄電池、負載的工作，是光伏系統的大腦。

與傳統的太陽能控制板比，理論上講，使用MPPT控制器的太陽能發電系統會比傳統的效率提高50%，跟據實際的測試，由于周圍環境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%

MPPT關鍵設計規格：

1.輸出功率：300W

2.輸入電壓：18V～72V

3.輸出電壓：12V～60V可調

4.最大轉化效率：96%

瑞薩關鍵器件：

1.單片機：R7FA2E1A72DFL

2.電源芯片：ISL81801、RAA212831

3.四通道運放：ISL28413

目標市場：

戶外供電、儲能充電、應急電源等。

系統由主功率部分、控制部分和信號采樣部分組成，如圖所示。

MCU控制部分包含太陽能最大功率追蹤、輸出電壓控制、過壓保護、過流保護等。

控制部分

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

2.此方案采用創新性的最大功率點跟蹤技術(MPPT)，顯著提高太陽能利用率，轉換效率高達96%。并且通過智能掃描整個I-V 曲線，幾秒鐘就可以跟蹤到光伏電池最大功率點。

信號采樣部分

信號采樣使用瑞薩ISL28413四通道軌對軌高精度放大器，對太陽板輸出電壓電流及MPPT輸出電壓、電流等參數進行快速采樣。

ISL28413特點：

1.rail-to-rail input and output

2.低功耗：130uA MAX

3.增益帶寬GBW：2MHz

4.輸入偏置電流：20pA MAX

5.工作溫度：-40°C to +125°C

主功率-控制部分

主功率模塊控制芯片采用瑞薩ISL81801，通過調節ISL81801的輸入和輸出電壓、電流反饋，可以使此MPPT方案匹配18V～72V的各種太陽能板，同時具備可調節的從12V～60V輸出，支持市面上各種鋰電池、鉛酸電池、膠體電池等。

瑞薩ISL81801電源芯片，最大支持80V耐壓，支持雙向升降壓。具備頻率可調節，支持CC、CV模式輸出。單芯片可以達到400W以上輸出，支持多芯片級聯，輸出更高功率。

功率板模塊

功率板模塊，利用ISL81801調節占空比，控制四路MOS實現MPPT模塊保持最大功率輸出，給各類電池充電。也可以實現CC模式下，直接穩定電壓輸出，供用電器直接使用。并且帶有接口檢測，防短路控制，過壓和過流控制功能。

輔助電源模塊

1.輔助電源模塊采用瑞薩多路輸出DCDC RAA212831。

2.RAA212831最高可以80V輸入，帶1路DCDC和兩路LDO。

3.RAA212831主要給單片機R7FA2E1A72DFL和ADC芯片供電，同時也給ISL81801提供電源，在輸入電壓高時有效降低ISL81801的發熱量。

性能試驗

最大功率點追蹤測試