[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

本發明提出一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。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。該接口電路相對于傳統的光伏能量管理接口電路，優點主要體現在可以通過根據光強實現自動選擇對應的MPPT算法，該芯片也可應用于其他光伏模塊或管理其他形式的能量，如振動能或射頻能量，根據不同能量的最大輸出功率點不同，動態調節其內部MPPT算法電路所外接的組件，實現對多種環境能量的高效管理。

技術領域

本發明屬于光伏能量管理技術領域，特別是涉及一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。

背景技術

在物聯網領域中(Internet ofThings)，隨著移動便攜式設備具備越來越多的功能，越來越多的電子產品被集成到一個依賴于自身電池供電的微系統中，便攜設備的續航能力成為了限制系統功能集成度和用戶體驗的一個重要因素，如何實現系統自供能循環往復運行成為了當前主流研究方向。通過在電源管理系統中收集環境能量是延長電池壽命的有效方法，而光伏(PV)能源成為這些可再生能源中的一個最有前途的替代能源，因為它用途廣泛，免費，環保，運營和維護成本較少，所以在所有的可再生能源中占主導地位。但是，這些可再生能源在儲存和利用上存在諸多缺點。為了更好的管理收集到的光伏能量，通常采用最大功率追蹤技術(Maxim Power Point Tracking,MPPT)使光伏陣列在外界環境改變時始終能保持當前狀態下所能達到的最大輸出功率，提高了收集到的光伏能量利用率和效率。通過采用混合MPPT算法提高MPPT算法追蹤效率。在高光照強度時，基于脈沖集成的(ORPI)算法電路工作，通過掃描光伏陣列的輸出電壓和輸出電流計算輸出功率，準確追蹤其最大功率工作點電壓。弱光時，瞬態增強型開路電壓(SRE-FOCV)算法電路工作，減小算法電路消耗的功耗，使太陽能電池板的輸出功率變得很低時，也能快速追蹤最大功率點電壓。保證了在不同的光照水平下，混合MPPT算法控制電路提供較高的跟蹤效率和在較大的功率范圍內的功率效率。

目前國內能量收集芯片拓撲結構，在實際使用中，帶來了如下幾個問題：

1.國內能量收集電源管理接口電路一般都是由嵌入式器件與單片機組合到PCB板上，雖然原理簡單，門檻低，容易實現基本功能，但是各模塊沒有集成的ASIC芯片，占用面積大，不具備發展前景。

2.目前商用的具有MPPT功能的芯片MPPT算法比較老舊，無法準確保證以最大功率輸出。雖然有各種各樣的改進和MPPT算法新模型的提出，但是電路復雜，容錯性低，做成成品后投入商用的工作穩定性還需檢驗。

目前半導體工藝的日益進步使電路的供電電壓逐步降低、功耗逐步減小，但其能量供應問題還未得到妥善解決。實際中，從自然環境中收集到的能量很微弱且不穩定，不能直接作為電源驅動，導致無線微傳感器網絡、可植入穿戴型醫療電子設備和工業自動化傳感器等新興應用電源能量受限。因此環境能量管理芯片具有很大的應用場景，需要設計高效的能量管理電路對收集到的新型可再生能源進行管理并最小化能量傳輸損耗實現長運行壽命，低成本和高效率的自供能系統。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術中的問題。本發明提出了一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出一種基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片，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；