基于Buck-Boost雙向變換器的光伏路燈控制器設(shè)計(jì)

引言

光伏行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇,利潤(rùn)率逐漸降低,各大廠家都在壓縮成本。同為光伏產(chǎn)品的光伏路燈控制器,成本控制壓力巨大。常見(jiàn)控制器多采用充電和放電回路相互獨(dú)立或部分獨(dú)立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)雖控制方便,但成本較高。結(jié)合實(shí)際工況,白天控制器為蓄電池充電,夜晚蓄電池放電,點(diǎn)亮路燈,這兩個(gè)過(guò)程相互獨(dú)立且永不同時(shí)發(fā)生,基于此,本文提出一種充電和放電共用同一回路的硬件拓?fù)?大大降低了產(chǎn)品成本:結(jié)合同步整流技術(shù),進(jìn)一步提高了產(chǎn)品效率。

1設(shè)計(jì)原理

1.1電路原理

本文所述控制器設(shè)計(jì)方案如圖1所示,PV端子為太陽(yáng)能輸入接口,LED1為路燈,Battery為蓄電池。在單片機(jī)控制下,白天太陽(yáng)能為蓄電池充電,03斷開,路燈放電回路關(guān)閉,04/05打開,充電回路開啟。在充電模式下,等效原理圖如圖2所示,雙向變換器工作在BUCK狀態(tài)。

夜晚蓄電池放電,點(diǎn)亮路燈。在單片機(jī)控制下,04關(guān)閉,斷開充電回路,03/05打開,放電回路開啟。蓄電池內(nèi)的能量被轉(zhuǎn)移到路燈上。

在放電模式下,等效原理圖如圖3所示,雙向變換器工作在BoosT狀態(tài)。

1.2主要器件選型

1.2.1單片機(jī)選型

考慮成本及單片機(jī)資源,選擇意法半導(dǎo)體32位控制器sTM32F030K6T,最高主頻48MHz,供電電壓3.3V,8通道、12位AD轉(zhuǎn)換器、4個(gè)定時(shí)器、32個(gè)引腳,PWM及AD采樣完全滿足要求。

1.2.2MOSFET選型

MOSFET的選擇綜合耐壓、電流、導(dǎo)通電阻、成本等因素,主電路中5個(gè)MOSFET均選擇國(guó)內(nèi)廠家深圳銳駿公司生產(chǎn)的RU75N08s,75V/80A,通態(tài)電阻8mQ。

1.2.3電感參數(shù)計(jì)算

開關(guān)頻率的選擇直接影響電感值和體積大小,開關(guān)頻率越高,功率變換器的功率密度更大,體積更小,成本較小,同時(shí)功率器件發(fā)熱越大,電感溫升越高。本設(shè)計(jì)中開關(guān)頻率選擇為100kHz。電感值由下式估算:

式中,K為紋波系數(shù):Uin為輸入電壓:Uout為輸出電壓:T為開關(guān)周期:Iout為輸出電流。

1.2.4MOSFET驅(qū)動(dòng)回路設(shè)計(jì)

采用IR公司的驅(qū)動(dòng)芯片IR2110s驅(qū)動(dòng)同步整流MOSFETO1、O2,IR2110s驅(qū)動(dòng)電流2.5A,推挽驅(qū)動(dòng),通過(guò)外部電容實(shí)現(xiàn)自舉電源,原理如圖4所示。

1.3軟件設(shè)計(jì)

軟件主程序主要完成上電初始化、系統(tǒng)自檢及必要的安全保護(hù)。主要功能均在中斷程序中運(yùn)行,軟件共分為四種模式:白天模式,實(shí)現(xiàn)充電功能:夜晚模式,完成放電功能:調(diào)試模式,實(shí)現(xiàn)控制器運(yùn)行參數(shù)修改:低功耗模式,控制器暫停工作但保持通信功能。工作流程如圖5所示。

2經(jīng)濟(jì)性分析

樣機(jī)完成后,測(cè)試性能優(yōu)良,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝試用半年,效果良好,完全滿足現(xiàn)有市場(chǎng)應(yīng)用需求。且經(jīng)成本統(tǒng)計(jì),與其他產(chǎn)品相比較,節(jié)約成本達(dá)30%以上,在如今光伏市場(chǎng)利潤(rùn)單薄的行業(yè)趨勢(shì)下,這項(xiàng)成本優(yōu)勢(shì)無(wú)疑雪中送炭。

3結(jié)語(yǔ)

綜上,基于Buck-Boost雙向變換器的光伏路燈控制器體積小巧,成本優(yōu)勢(shì)突出,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用證明,效果顯著,各項(xiàng)參數(shù)均滿足應(yīng)用需求,這些優(yōu)勢(shì)為此款產(chǎn)品的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。