一種基于超級電容器儲能的光伏控制器的實現

圖中充電主回路采用的是BUCK型降壓電路，適合本試驗用25 W光伏電池給13.5 V超級電容器組的獨立光伏系統。BUCK變換器的工作原理是通過斬波形式將平均輸出電壓降低，通過調節占空比來達到調節光伏電池輸出電壓的目的，使其輸出電壓能夠保持在最大功率點的電壓處。工作過程中，開關管Q反復導通和截止，兩種不同狀態的切換，將光伏電池輸出的直流電壓轉換為脈沖形式的電壓，再經過L，C濾波，形成直流電壓輸出。

采用降壓斬波電路作為MPPT控制的主回路，是考慮到降壓斬波電路容易控制，完全可以實現最大功率跟蹤功能。以本系統為例說明：系統選用25 W光伏電池，最大功率點電壓為17.5 V。光伏電池電壓受光照及溫度的影響，即使是在惡劣的環境下S=200 W／m2，T=70℃，最大功率點電壓也為14.4 V，大于13.5 V的超級電容器組，因此完全能夠達到MPPT功能。

系統所用的單片機為Silicon 公司生產的C8051F310單片機。C8051F310芯片是完全集成的混合信號片上系統型MCU芯片，具有高速、流水線結構的8051兼容的CIP- 51內核(可達25 MIPS)；全速，非侵入式的在系統調試接口(片內)；真正10位200 kS／s的25通道單端／差分ADC；具有高精度可編程的24.5 MHz內部振蕩器；16 kB可在系統編程的FLASH存儲器，1 280 B片內RAM；硬件實現的SMBUS／I2C，增強型SPI串行接口和增強型UART；4個通用的16位定時器；具有5個捕捉，比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數器／定時器電池(PCA)，每個模塊都可以獨立地實現8位或16位脈寬調制功能；具有19個I／O端口(容許5 V輸入)；2.7～3.6 V的工作電壓，70％的指令執行時間為一個或兩個系統時間周期，具有擴展的中斷系統，是一款功能強大，性價比高的芯片。

該控制器通過單片機A／D采樣通道將從主回路采樣到的光伏電池電壓，電流及超級電容器組端電壓，經轉化采到單片機內，并計算出光伏電池的輸出功率。然后根據MPPT控制方法，從單片機口輸出一個頻率約為24 kHz的PWM波，此脈沖波通過光耦TLP250來驅動開關管，最終達到利用MPPT控制來給超級電容器充電。