恩智浦推出一种基于LPC5536的光伏MPPT控制方案-德赢Vwin官网网

概述

在不断增长的能源需求以及持续变化的气候条件下，能源消费结构正加速向低碳化发展，可再生能源在整个能源中的占比不断提高。太阳能是一种优质的可再生能源，可以通过光伏电池将光能转化为电能。在转化的过程中，为了提升能量的利用率，需要给光伏电池配置功率优化器，从而实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT），因此，也可以称之为MPPT控制器。下面将会对恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案进行介绍。

光伏相关原理介绍

硅基太阳能电池是目前市场上主流的光伏电池产品，其中的有效结构是P-N结，当太阳光照射P-N结时，由于光生伏打效应，产生光电子-空穴对，在P-N结内建电场的作用下形成光生电场，从而实现光能到电能的转换。根据光伏电池的原理进行模型简化，可以得到如下模型：

图1. 光伏电池简化模型

需要说明的是：

IL是光伏电池受到光照后产生的光电流；

由于光电流相对于P-N结正向偏置，因此在向负载输出时有一部分电流会流经P-N结，等效为电流ID；

由于光伏电池自身的缺陷，有一部分电流会在内部消耗掉，等效为并联电阻Rp；

由于光伏电池连接处以及线路上会产生一定的损耗，可以将其等效为串联电阻Rs。

通过对光伏电池的模型进行分析，可以得到它的I-V特性曲线以及P-V特性曲线，如下图所示：

图2. 光伏电池特性曲线说明如下：

光伏电池在最大功率点Pmpp时的输出功率最大；

I-V曲线与纵轴的交点是光伏电池的短路电流Isc，当负载短路时，测得的输出电流即为短路电流；

I-V/P-V曲线与横轴的交点是光伏电池的开路电压Voc，当负载开路时，测得的输出电压即为开路电压；

光伏电池的输出特性主要受到光照强度和温度的影响，光照强度主要影响光伏电池的短路电流，温度主要影响光伏电池的开路电压。

在温度为25℃，不同的光强条件下，光伏电池的P-V特性曲线如图所示，最大功率随光强的增大而增大。

图3. 光伏电池不同光强条件下的P-V特性曲线

在光强为1000W/m2，不同的温度条件下，光伏电池的P-V特性曲线如图所示，最大功率随温度的升高而减小。

图4. 光伏电池不同温度条件下的P-V特性曲线

在实际应用中，由于外界条件的变化，光伏电池无法始终工作在最大功率点，从而产生能量的浪费。通过DC/DC电路以及MPPT算法，可以动态改变输出状态，使得光伏电池始终工作在最大功率点附近，从而实现能量的高效利用。

MPPT的主流控制算法主要包括比例系数法（如开路电压比例系数法、短路电流比例系数法等）、扰动观察法（Perturb and Observe, P&O）和电导增量法（IncrementalConductance，INC）等。

在本方案中，使用扰动观察法实现了MPPT控制。

光伏电池的P-V特性曲线是以最大功率点为峰值的单一峰值函数，在扰动观察法中，通过周期性地施加扰动，使得光伏电池的工作点在P-V特性曲线上移动，根据光伏电池输出电压变化（ΔV）和光伏电池输出功率变化（ΔP）的情况判断正确的电压变化方向，使得光伏电池的工作点逐渐向最大功率点移动，并在最大功率点附近工作，从而实现MPPT控制。

图5. 扰动观察法原理

在曲线的左段，当工作点朝着最大功率点移动时，ΔP>0，ΔV>0，此时需要继续增大输出电压，直到ΔP<0；

在曲线的右段，当工作点朝着最大功率点移动时，ΔP>0，ΔV<0，此时需要继续减小输出电压，直到ΔP<0。

由以上分析可知：

①若ΔP>0，ΔV>0，需要增大光伏电池输出电压；

②若ΔP<0，ΔV>0，需要减小光伏电池输出电压；

③若ΔP>0，ΔV<0，需要减小光伏电池输出电压；

④若ΔP<0，ΔV<0，需要增大光伏电池输出电压。

因此，可以直接通过判断ΔP*ΔV的符号来进行输出电压的控制，若ΔP*ΔV>0，增大控制电压，若ΔP*ΔV<0，减小控制电压，算法流程图如下图所示：

图6. 扰动观察法流程图

恩智浦光伏MPPT控制方案分析

在光伏系统中，根据光伏系统是否接入电网，可以分为离网型光伏系统和并网型光伏系统。MPPT控制器作为系统的前端部分，对光伏电池转换的电能进行预处理，提升能量的利用率，并使用电池作为储能设备，将多余的电能储存起来。本方案以离网型光伏系统为研究对象进行设计，输出端可以连接电池和直流负载。

a) 离网型光伏系统

b) 并网型光伏系统

图7. 光伏系统框结构图

下图是恩智浦光伏MPPT方案的系统框图：

图8. 恩智浦光伏MPPT方案系统框图

方案组成：

主控MCU: LPC5536*；

- 基于Cortex-M33内核

- 主频最高150MHz

- 256 KB 的片上flash及128KB的片上SRAM

- 2x 16位ADC模块，最高2Msps采样率，每个ADC模块支持最多8差分或者16单端通道

- 2x FlexPWM模块，每个FlexPWM模块有4个子模块，每个子模块可用于控制一个半桥

- 其他丰富的外设以及GPIO

- 提供HVQFN48，HTQFP64以及HLQFP100等多种封装

* Other recommendedproducts:

光伏板；

系统的能源输入，通过辅助电源为系统供电

电压及电流采样电路；

采集Boost电路的输入及输出端的电压电流信息，为MPPT控制提供所需参数。电压采样通过分压电阻得到，电流采样通过采样电阻以及电流采样放大器得到，最终均输入到LPC5536的ADC模块进行采集

Boost电路；

实现MPPT控制的核心部分。经MPPT算法计算后转化为PWM占空比，通过栅极驱动器驱动Boost电路中的MOSFET，实现对光伏电池输出的控制

充电芯片；

管理24V电池的充电过程，可以通过LPC5536实现开关控制以及充电电流控制

24V电池；

储能系统常用的电池包，用于存储光伏电池转化的电能，并为直流负载提供电源

按键及LCD；

按键和LCD分别作为人机交互的输入和界面显示，方便用户进行系统参数的设置以及观察系统的运行状态

小结

本文介绍了光伏的相关原理和恩智浦光伏MPPT方案，敬请留待下一篇介绍该方案的硬件设计部分。

审核编辑：刘清

声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表德赢Vwin官网网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。举报投诉

串联电阻

串联电阻

+关注

关注
1

文章
191

浏览量
14784
光伏电池

光伏电池

+关注

关注
5

文章
258

浏览量
32614
恩智浦

恩智浦

+关注

关注
14

文章
5857

浏览量
107283
电池充电

电池充电

+关注

关注
9

文章
463

浏览量
74278
MPPT控制

MPPT控制

+关注

关注
0

文章
16

浏览量
7947

原文标题：恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案，技术大咖们看过来！

文章出处：【微信号：NXP_SMART_HARDWARE，微信公众号：恩智浦MCU加油站】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

恩智浦MCX N系列NPU电弧检测技术解析

或者储能系统的早期故障能够有效检测，大大减少火灾发生的机率。恩智浦MCX N系列NPU的电弧检测技术广泛应用于各种需要电弧检测的场合，如：电力系统：用于监测和检测电力系统中的电弧故障，及时采取措施防止故障扩大。工业控制

发表于 12-19 09:43 •299次阅读

<b class='flag-5'>恩</b>智<b class='flag-5'>浦</b>MCX N系列NPU电弧检测技术解析

恩智浦发布首个UWB无线BMS解决方案

汽车市场值得信赖的创新解决方案合作伙伴恩智浦半导体发布新一代无线电池管理系统（BMS）解决方案，恩

发表于 11-26 17:36 •598次阅读

光伏逆变器负载的功能和优势

用户分析系统的运行情况，优化系统的运行策略。光伏逆变器还具有环保优势，与传统的火力发电相比，太阳能发电是一种清洁的能源，不会产生任何污染。而光伏逆变器作为太阳能发电系统的核心设备，其

发表于 11-21 12:58

恩智浦半导体推出全新S32J系列高性能以太网交换机和网络控制器

S32J系列采用与恩智浦新型S32微控制器和处理器通用的交换机内核-恩智浦NETC，可作为一个扩

发表于 10-25 14:22 •509次阅读

恩智浦半导体推出S32J系列以太网交换机和网络控制器

2024年10月22日，恩智浦半导体（NXP Semiconductors N.V.，纳斯达克股票代码：NXPI）隆重推出其全新S32J系列高性能以太网交换机和网络控制器。该系列采用了

发表于 10-24 11:53 •542次阅读

关于光伏逆变器的MPPT

光伏逆变器的MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪）测试是验证逆变器是否能够追踪并保持在光伏电池最大输

发表于 09-23 09:53 •890次阅读

恩智浦成功通过汽车连接联盟(CCC)认证

恩智浦半导体近日宣布，其单芯片NFC和嵌入式安全元件解决方案SN220已通过汽车连接联盟（简称CCC）2023年12月推出的数字钥匙认证。这标志着恩

发表于 07-26 10:55 •914次阅读

MPPT控制器的工作原理和作用

随着可再生能源技术的不断发展，太阳能光伏系统因其清洁、可再生的特性而备受关注。在太阳能光伏系统中，MPPT（Maximum Power Po

发表于 06-03 17:18 •4559次阅读

光伏储能常用芯片型号推荐

光伏储能系统是一种利用太阳能发电并将其存储以备后用的系统。在这种系统中，芯片扮演着至关重要的角色，负责控制和优化能量的流动。以下是一些常用的

发表于 04-29 14:25 •3319次阅读

恩智浦全新车载无线充电系统方案

恩智浦的无线充电整体方案设计横跨多个产品线，是包括应用层软件、库文件、控制器、NFC读卡器及功率器件等在内的完整系统级解决方案。

发表于 04-26 10:56 •453次阅读

恩智浦宣布推出全新的S32N系列车辆超级集成处理器

恩智浦（NXP）宣布推出全新的S32N系列车辆超级集成处理器，为汽车制造商提供了一种灵活、安全、实时的解决方案，以满足不断变化的中央计算需求

发表于 04-02 10:47 •997次阅读

太阳能光伏防雷器，光伏浪涌保护器的解决方案

的原理、作用、行业应用解决方案、工程案例和相关的国标，旨在为光伏系统的防雷设计提供参考。 1. 光伏防雷器原理

发表于 03-26 09:31 •712次阅读

恩智浦推出全新面向工业与物联网应用的MCX微控制器产品组合

恩智浦推出全新面向工业与物联网应用的MCX微控制器产品组合，赋能安全边缘计算，其中MCX N系列为用户带来高能效多任务处理、AI加速、智能外设与灵活的开发体验。

发表于 03-21 13:33 •1678次阅读

MPPT光伏控制系统电源/485/232/ 100M/USB2.0/CAN接口防护保护

关于光伏MPPT控制系统，常有客户前来东沃电子咨询其浪涌静电防护问题。众所周知，MPPT控制系统

发表于 03-01 16:18 •805次阅读

恩智浦推出基于LPC860的系列解决方案

在恩智浦丰富的微控制器产品组合中，基于Arm Cortex-M0+的LPC800 MCU是非常有特色的一个产品系列，其不仅显著提升了性能，还

发表于 01-26 10:14 •682次阅读