精粗调合 光伏控制器PWM 控制新方案

方案优势及特点：

本方案将太阳能电池分成N个独立的太阳能子阵，只令一路子阵采用PWM控制作为精调，其余子阵采用普通开关控制作为粗调，具有控制电流精度高、稳压效果好、动态热损耗小、体积和重量小、成本低、易于实现等优点，特别适合大功率应用。

本控制器的微处理器采用的是C8051F020单片机，如图1所示。

通过外部2个电流传感器和电压检测电路，分别经过微处理器内部AD转换获取光伏电流、负载电流和蓄电池电压等参数。微处理器同时发出N个开关控制信号，其中第1个信号由微处理器内部的PWM控制单元产生，第2~N个信号由微处理器内部的普通数字I/O口（非PWM）产生。当第i个功率电子器件被控制导通时，第i个光伏子阵给蓄电池充电，并为负载供电，对蓄电池充电控制的原则是在不同的时段进行不同的恒压充电。充电过程分为强充、均充、吸收和浮充4个过程，除强充外，均充、吸收和浮充3个阶段都是恒压控制，对蓄电池的恒压控制可以采用各种智能控制算法，本控制器具体采用的是PI（比例积分）调节算法，再配合精粗调组合PWM控制方法综合实现。

控制系统传递函数结构如图2所示


VS是蓄电池电压设定值，VO是蓄电池电压实际输出值，二者之差△V输入PI调节器，得到期望输出电流IO,对IO采用精粗调组合PWM实现，实现流程图如图3所示。

即：将IO除以（I/N），取余数得到j,取整数得到m.再令第1路光伏子阵列的PWM占空比为j,令其余光伏子阵列中有m个导通，剩余的光伏子阵列断开，则得到精确的IO输出：IO=（j/K+m）×（I/N）。该电流提供给蓄电池和负载，通过PI算法维持蓄电池输出电压VO为恒压。在一个由6路光伏子阵组成的控制系统里，其第1路光伏子阵的PWM电压、电流和总光伏电流波形如图4所示。


这里的电压是指功率电子开关两端电压，而在一个相对时间里，第2路到第6路光伏子阵电压和电流变化很少（除非粗调有动作），否则就是直线。

本方案只有1个光伏子阵列采用PWM控制，其余的光伏子阵列仍然采用普通的开关控制，与全部光伏阵列并联后进行总的PWM控制相比，这种精粗调组合实现的PWM精确控制其PWM开关能量损耗减少了（N-1）/N（N为光伏子阵列个数），缩小了散热片体积；由于仍然采用多个独立的光伏子阵列分别控制，在相同的电压等级下，对功率开关器件的电流等级要求很低，可以采用低成本的功率开关器件并联实现1个子阵，降低了成本，同时又兼有对全部光伏阵列进行PWM控制的高精度电流输出，经测试系统稳压输出符合国家标准。由于参与PWM斩波的电流小，电磁兼容性好，已经通过了电磁兼容标准测试，并取得CE认证。已在-48 V标称电压、30 A~400 A电流范围的系列光伏控制器上得到实际应用。运行实践表明，此方案完全达到了预期设计效果。

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