[發明專利]一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法

在審

• 申請號: 202211290218.6
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115549578A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 張宇峰;滕孝銘;楊睿陌;朱浠文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02S40/30
• 分類號: H02S40/30;H02J7/35;G05F1/67;H02M3/157;H02M3/158
• 代理公司: 哈爾濱奧博專利代理事務所(普通合伙) 23220
• 代理人: 葉以方

1.一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片，其特征在于，所述芯片具體包括：輸入電壓調節DC-DC升壓轉換電路、混合MPPT算法控制電路、V_ramp電壓調節控制電路、MPPT算法選擇電路、基準電壓控制電路、太陽能光伏電池輸出電流檢測電路、零電流識別電路和過壓/欠壓保護電路；

太陽能光伏電池的輸出連接太陽能光伏電池輸出電流檢測電路，太陽能光伏電池輸出電流檢測電路用于確定此時的光照強度并在其后連接MPPT算法選擇電路使得所述芯片能夠根據不同的光照選擇兩種不同的MPPT算法，MPPT算法選擇電路后連接混合MPPT算法控制電路，該混合MPPT算法控制電路用于確保芯片在啟動與穩定工作階段都保持高效率，同時太陽能光伏電池的輸出還連接V_ramp電壓調節控制電路來控制太陽能光伏電池板輸出電壓變化；所述輸入電壓調節DC-DC升壓轉換電路用于穩定光伏電池輸出電壓；所述基準電壓控制電路用于在瞬態響應階段輸出V_ramp，在穩定工作階段輸出瞬態階段下混合MPPT算法控制電路產生的V_MPPT，混合MPPT算法控制電路產生此時對應的最大功率點電壓；所述零電流識別電路控制輸入電壓調節DC-DC升壓轉換電路的工作模式為連續導通模式CCM還是斷續導通模式DCM；所述過壓/欠壓保護電路用于對芯片進行過壓或欠壓保護。

2.根據權利要求1所述的芯片，其特征在于，所述輸入電壓調節DC-DC升壓轉換電路將輸入端電壓接入反饋控制電路來構成負反饋使得太陽能光伏電池的輸出電壓保持在最大功率點，轉換器中的恒定導通時間控制電路能夠使芯片在脈沖寬度調制與脈沖頻率調制間切換，同時配合零電流識別電路讓整個芯片在連續導通模式與斷續導通模式之間切換。

3.根據權利要求1所述的芯片，其特征在于，所述混合MPPT算法控制電路包括基于脈沖集成的ORPI算法電路、瞬態增強型開路電壓SRE-FOCV算法電路以及開路電壓FOCV算法電路，前兩個電路都與MPPT算法選擇電路連接，并受其輸出信號控制，確保芯片可根據不同光照水平自動切換合適的最大功率點跟蹤MPPT方案和控制方法以及在追蹤最大功率點MPPT瞬態響應階段只有一個MPPT算法電路進行工作，而開路電壓FOCV算法電路與V_ramp電壓調節控制電路連接，使整個芯片在上電時能進行最大功率點跟蹤從而過渡到正常工作狀態。

4.根據權利要求3所述的芯片，其特征在于，輸入電壓調節DC-DC升壓轉換電路穩定光伏電池輸出電壓，功率開關管驅動信號在每個周期內有固定的導通時間T_on，關斷時間受光伏電池恢復到最大功率點電壓時間決定，設定最小關斷時間，此時占空比最大，決定了對輸出端可充電電池可以充到的電壓最大值；在輸出電壓未達到最大值前，為脈沖頻率調制PFM，關斷時間隨著輸出電壓增加而自動變小，工作頻率逐漸增加；在輸出電壓達到最大值后，輸出電壓保持穩定，為脈沖寬度調制PWM；強光時，太陽能光伏電池輸出電流大，使電感電流在整個工作周期內都大于0，工作在連續導通模式CCM，當光照強度降低到一定程度，零電流識別電路檢測到零電感電流時，DC-DC升壓轉換電路自動切換到斷續導通模式DCM，且隨著光強減小，當電感電流降為0并穩定后，對輸入電容的充電電流越小，太陽能光伏電池板輸出電壓恢復到設定值的時間越長，工作頻率越來越低。

5.根據權利要求4所述的芯片，其特征在于，所述基于脈沖集成的ORPI算法電路由脈沖積分器、高精度快速動態比較器、高精度電容放大器、采樣/保持電路以及最大功率點MPP更新電路組成；所述ORPI算法為GMPPT算法，在寬掃描范圍內通過脈沖積分器計算光伏電池輸出功率，準確追蹤其最大功率工作點電壓。

6.根據權利要求5所述的芯片，其特征在于，所述高精度快速動態比較器選用三個增益為6的運算放大器來替代單一的高增益運放以及一個可以快速鎖定邏輯狀態的高速鎖存器。