基于DSP的光伏電池最大功率點跟蹤系統

2 MPPT基本原理
MPPT的實現實質上是一個動態自尋優過程，通過對陣列當前輸出電壓與電流的檢測，得到當前陣列輸出功率，再與已被存儲的前一時刻功率相比較，舍小取大，再檢測，再比較，如此周而復始。MPPT控制系統的DC-DC變換的主電路采用Boost升壓電路。圖4為Boost變換器的主電路，電路由開關管T、二極管D、電感L、電容C組成。工作的原理為在開關T導通時，二極管D反偏，太陽能電池陣列向電感L存儲電能；當開關T斷開時，二極管導通，由電感L和電池陣列共同向負載充電，同時還給電容C充電，電感兩端的電壓與輸入電源的電壓疊加，使輸出端產生高于輸入端的電壓。Boost電路輸入輸出的電壓關系為： V0=VI／(1-D) (1)

當Boost變換器工作在電流連續條件下時，從式(1)可以得到其變壓比僅與占空比D有關而與負載無關，所以只要有合適的開路電壓，通過改變．Boost變換器的占空比D就能找到與太陽能電池最大功率點相對應的VI。

3 MPPT控制的實現
3．1 控制算法
目前實現太陽能MPPT常用的算法有擾動觀察法(PO)和電導增量法(INC)。前者的算法結構簡單、檢測參數少，應用較普遍，但在最大功率點附近，其波動較大；后者的算法波動較小，但較為復雜，跟蹤過程需花費相當長的時間去執行A／D轉換。
系統采用自適應擾動觀察法，通過對擾動觀察法的改進，引進一個變步長參數λ(k)來解決在最大功率點附近波動大的問題，其中λ(k)=ε|△P|式中ε是一個恒定的常數，自適應擾動觀察法的程序流程圖如圖5所示。圖中e決定了跟蹤精度，λ(k)為占空比步長，決定功率變化的步長，η為擾動方向控制系數，取值為1。當|△P|e時，認為系統已經達到最大功率點附近，λ(k)的值將自動調節變小來滿足動態調節步長的要求。

3．2 硬件實現
控制電路使用TI公司的TMS320F2812 DSP作為主控制芯片，其快速的運算能力、豐富的外設資源能為整個控制系統提供一個良好的平臺。DSP是整個控制系統的核心，它接受采樣電路送來的模擬信號，按照控制算法對采樣信號進行處理，然后產生所需要的PWM波形，經驅動放大后控制主電路功率開關管的通斷，從而實現MPPT。TMS320F2812在時鐘頻率150MHz下，其時鐘周期僅為6．67ns，8通道16位PWM脈寬調制，2×8通道12位A／D轉換模塊，一次A／D轉換最快轉換周期僅為200ns。TMS320F2812 DSP芯片的這些特點能夠滿足MPPT控制精度和速度的要求。
采用其中兩路A／D轉換輸入通道作為太陽能電池的輸出電流和電壓的采集通道，經過MPPT控制產生驅動PWM波形控制DC-DC開關管的導通時間，其控制的框圖如圖6所示。