[發明專利]一種實現高精度MPPT技術的模擬控制系統電路

有效

• 申請號: 202010621491.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111949064B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王國軍;廖陸威;曹成榮;盧興軍;孫清文;許祺峰
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

一種實現高精度MPPT技術的模擬控制系統電路，包括：電壓采樣電路、電流采樣電路、功率采集電路、電壓增降檢測電路、基準產生電路、PWM控制電路；電壓采樣電路采集太陽陣輸出電壓，電流采樣電路采集太陽陣輸出電流，功率采集電路演算出太陽電池陣輸出功率，電壓增降檢測電路檢測功率采集電路和電壓采樣電路的輸出電壓增降，基準產生電路和PWM控制電路用于控制太陽電池的輸出電壓。本發明可以通過分立元器件實現，無需微處理器，成本低廉，控制精度高且易于工程實現。

技術領域

本發明涉及一種實現高精度MPPT技術的模擬控制系統電路，屬于航天電源控制器技術領域，尤其涉及高精度MPPT模擬控制電技術。

背景技術

航天器(衛星、飛船、空間站、探測器等)需要太陽能電池(簡稱光伏電池)接受太陽的光能，并直接轉化為電能供用電載荷使用。一個完整的航天器電源系統包括太陽能電池帆板、蓄電池組和電源控制器。其中太陽能電池帆板的技術和制造成本最高，為了控制整個電源系統的成本，需要減少太陽能電池帆板的面積，這就要求更加高效地利用太陽能電池產生的電能。充電效率的提高則是能源利用率提高的關鍵因素。

目前國內飛行器中配套的充電分流電路，根據蓄電池或者用電載荷的特性利用部分太陽能電池產生的電能，多余的能量由分流電路消耗。其能源的利用率低下，在特定用電條件下需要較大的太陽電池帆板面積。

根據太陽能電池的功率輸出特性，MPPT(max power point trace，最大功率點跟蹤)技術逐漸用以取代傳統的充電分流電路。太陽能電池在特定的光照條件下呈現出特定的V-I輸出曲線如圖5所示，總體上表現為輸出電壓與輸出電流負相關，但又存在明顯的輸出功率拐點。在恒流源區域，太陽能電池的輸出電壓變化伴隨微小的輸出電流變化，其輸出功率與輸出電壓正相關；在恒壓源區域，輸出電壓變化伴隨極大的輸出電流變化，其輸出功率與輸出電壓負相關。因此在特定的光照條件下，太陽能電池輸出功率的拐點在恒流源區域與恒壓源區域的交界處。MPPT技術通過控制太陽能電池的輸出電壓使其始終工作于最大功率點附近，提高了能源的利用率，有效降低太陽能電池帆板的面積，從而在總體上控制電源分系統的成本。

MPPT控制可以由多種算法實現，如擾動觀察法、電導增量法。這些算法需要復雜的數字運算電路，通常采用DSP和微處理器實現，成本高昂，并且數字電路不太適用于輻射條件惡劣的太空環境中。目前純模擬實現的MPPT控制技術主要采用恒定電壓法，由于太陽能電池的最大功率點通常為開路電壓的0.78倍處，通過采集某單片太陽能電池的開路電壓，并控制整組太陽能電池的輸出電壓在開路電壓的0.78倍附近實現MPPT控制，無需DSP和微處理器，但控制精度難以保證。但該方法損失了一定的太陽電池片用于檢測開路電壓，且控制精度通常無法保證。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出了一種實現高精度MPPT技術的模擬控制系統電路，解決現有的MPPT模擬控制技術精度較低的問題，且電路結構簡單，易于工程實現。

本發明的技術方案是：

一種實現高精度MPPT技術的模擬控制系統電路，包括：電壓采樣電路、電流采樣電路、功率采集電路、電壓增降檢測電路A、電壓增降檢測電路B、基準產生電路和PWM控制電路；

電壓采樣電路和基準產生電路之間通過電壓增降檢測電路A連接；功率采集電路和基準產生電路之間通過電壓增降檢測電路B連接；

電壓采樣電路采集太陽電池陣的輸出電壓作為采樣電壓V_sense，電壓采樣電路將所述采樣電壓V_sense分別傳輸給PWM控制電路、電壓增降檢測電路A和功率采集電路；

電流采樣電路采集太陽電池陣的輸出電流作為采樣電流I_sense，并傳輸給功率采集電路；