3 電路工作原理
目前，市場上絕大部分太陽能路燈都是通過防電流倒灌二極管將蓄電池與太陽能板直接相連以充電的。圖3 示出傳統(tǒng)的充電電路。
圖3 傳統(tǒng)的充電電路
這種做法的弊端是它將使太陽能板的輸出電壓Uarr 被蓄電池箝位在其電動(dòng)勢12V 左右，也即其工作點(diǎn)被限制在圖2 的Q 點(diǎn)，這將使太陽能板的輸出功率Parr 大幅度降低。
在太陽能板與蓄電池組中加入DC/DC電路，通過對其進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)Uarr，從而使其穩(wěn)定在圖2 的P 點(diǎn)，以便能有效利用太陽能板的可輸出功率。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，太陽電池的最佳工作電壓與其開路電壓之間存在一個(gè)特定的比例關(guān)系，基于該思想產(chǎn)生了恒壓跟蹤MPPT策略，但在非標(biāo)準(zhǔn)條件下，其實(shí)用性較差。利用擾動(dòng)開關(guān)管的工作占空比D，直至輸出功率Parr 達(dá)到最大的擾動(dòng)觀察法，在尋找MPP 上更具通用性。
對于Buck 電路，存在UarrD=Ubat 關(guān)系，所以：
式中Ubat ---蓄電池電壓
式（1）代入得：
由圖2 可知，在MPP 時(shí)，dParr /dUarr=0，（d2Parr /dUarr2）《0，因此可由式（3）和式（4）化簡為：
因此，輸出功率和D 的關(guān)系與圖2 中的P 和U關(guān)系相似。從而可通過擾動(dòng)D，實(shí)現(xiàn)輸出功率的變化，并尋找出MPP.由于輸出電壓即蓄電池的充電電壓短期內(nèi)變化不大，在進(jìn)行D 擾動(dòng)尋找MPP 期間可近似認(rèn)為恒定，因此輸出功率的大小直接反應(yīng)在輸出電流即蓄電池的充電電流上，通過采樣該充電電流值，從而判斷出輸出功率隨D 擾動(dòng)的變化情況，以便進(jìn)行MPPT.為了提高控制精度和驅(qū)動(dòng)能力，單片機(jī)與開關(guān)管間加入了D/A 轉(zhuǎn)換和PWM芯片，圖4 示出其主電路拓?fù)洹?/p>
4 最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）
電路尋找MPP 的工作原理可簡述為：通過不斷改變開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的D，直至蓄電池的充電電流達(dá)到最大，此刻即可認(rèn)為太陽電池的輸出功率達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)太陽電池的最大功率點(diǎn)追蹤。在尋找MPP 過程中，根據(jù)D 的擾動(dòng)情況，輸出功率有3 類模式，對應(yīng)9 種大小關(guān)系。
圖5 示出輸出功率隨D 擾動(dòng)的變化情況
根據(jù)上述模式變化，擾動(dòng)開關(guān)管的D，當(dāng)檢測到當(dāng)前輸出功率與D 的大小關(guān)系為模式2 時(shí)，即可認(rèn)為已搜尋到MPP，同時(shí)將以該D 進(jìn)行工作。
考慮到溫度及光照條件的改變，太陽電池的輸出參數(shù)不斷變化，同時(shí)導(dǎo)致MPP 的漂移，單片機(jī)在經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，將再一次做D的擾動(dòng)，搜尋新的MPP，以保證太陽電池的最大功率輸出，從而有效利用太陽能。
根據(jù)上述分析，編制了相關(guān)程序。圖6 示出其設(shè)計(jì)流程。
圖6 軟件設(shè)計(jì)流程圖
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在晴日里不同時(shí)刻的MPP 處，電路工作的D 均變化不大。因此，為了避免搜尋過程中造成尋找時(shí)間太久及帶來的能量浪費(fèi)，下一時(shí)刻進(jìn)行MPP 追蹤的搜尋起點(diǎn)設(shè)定為上一次MPP 時(shí)的D 值。