之前为大家带来的恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案,技术大咖们看过来!主要对恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案进行了总体介绍,相信大家对光伏发电的原理以及我们的方案已经有了大致的了解,这一篇将会对硬件方案进行更加详细的介绍。
硬件组成
按照硬件功能,可以将硬件电路分成下面四个部分:
电源电路 (POWER)
最大功率点跟踪电路 (MPPT)
单片机控制电路 (MCU)
充电控制电路 (CHARGE)
其中,电源电路为整个系统提供所需的电压,电源电路框图如下图所示,电源有4个输入通道:光伏板、外接电源、Vbus (MPPT OUT可以通过焊接方式与Vbus进行连接)以及电池,通过二极管连接并输入到Vin,作为DC/DC的输入。其中,10V用于栅极驱动,为MPPT电路提供驱动信号;3.3V用于MCU相关的电路,通过BUCK电路降压到5V然后经LDO获得。
图1 电源电路框图
图中部分元器件的选型如下表所示:
其余三个部分的电路框图如下图所示:
图2. 其余三个部分电路框图
MPPT电路拓扑结构采用同步BOOST,通过PWM控制栅极驱动器驱动MOSFET从而实现最大功率点跟踪。输入端接18V光伏板,分别通过电流采样调理电路采集输入端电压和电流,并传入MCU的ADC完成信号采集;输出端可以直接连接到负载上,或者通过焊接的方式跨接到Vbus上,方便进行调试,输出端同样也包含了类似的电压电流采样电路。
充电控制电路使用SC8802芯片,支持1~6节锂电池的充放电,通过控制四开关管BUCK-BOOST对充电功率进行调整。MCU可以通过GPIO和PWM对充电芯片进行控制,实现充电功能的开关,并控制充电电流。
MCU控制电路主要包括MCU最小系统、人机交互相关外设(屏幕和按键)以及一些接口,屏幕采用1.47英寸的SPI LCD,通过3个按键进行控制。另外,板载LM75B温度传感器,和MCU通过一组I2C接口进行通讯。SWD接口用于程序的下载和调试,2组UART接口用于串口调试,4个预留的GPIO用于测试及附加功能。
图中部分元器件的选型如下表所示:
将所用到的MCU资源进行总结,共使用了5x ADC,4x PWM,1x SPI,1x I2C,1x SWD,2x UART,11x I/O,另外预留了4个接口,可以用作4x I/O或者2x PWM和2x ADC,具体情况如下表所示:
电路测试
图3. 电路实物图
因为BOOST是本方案中实现MPPT功能的主拓扑,所以MOSFET的驱动效果直接影响了最终的控制效果,下面对BOOST拓扑中MOSFET的驱动波形进行测量。由于DC/DC电路很容易产生干扰,需要尽可能减小接地环路的面积,使用示波器的接地弹簧进行测量,低边MOSFET的驱动波形如图4(a)所示,高边MOSFET的驱动波形如图4(b)所示:
a)低边MOSFET驱动波形
b)高边MOSFET驱动波形
图4. MOSFET驱动波形
小结
本文聚焦恩智浦基于LPC5536光伏MPPT方案的硬件设计部分,展现了如何通过组件与电路设计实现高效稳定的太阳能转换系统。后续我们将介绍该方案的软件设计部分,共同见证这一高效光伏MPPT解决方案的完整面貌!
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