引言

光伏行業(yè)競爭日益加劇,利潤率逐漸降低,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。常見控制器多采用充電和放電回路相互獨立或部分獨立的拓撲結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)雖控制方便,但成本較高。結(jié)合實際工況,白天控制器為蓄電池充電,夜晚蓄電池放電,點亮路燈,這兩個過程相互獨立且永不同時發(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撲,大大降低了產(chǎn)品成本:結(jié)合同步整流技術(shù),進一步提高了產(chǎn)品效率。

1設(shè)計原理

1.1電路原理

本文所述控制器設(shè)計方案如圖1所示,PV端子為太陽能輸入接口,LED1為路燈,Battery為蓄電池。在單片機控制下,白天太陽能為蓄電池充電,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,點亮路燈。在單片機控制下,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單片機選型

考慮成本及單片機資源,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個定時器、32個引腳,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MOSFET均選擇國內(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,同時功率器件發(fā)熱越大,電感溫升越高。本設(shè)計中開關(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)動回路設(shè)計

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

1.3軟件設(shè)計

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。主要功能均在中斷程序中運行,軟件共分為四種模式:白天模式,實現(xiàn)充電功能:夜晚模式,完成放電功能:調(diào)試模式,實現(xiàn)控制器運行參數(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)濟性分析

樣機完成后,測試性能優(yōu)良,經(jīng)現(xiàn)場安裝試用半年,效果良好,完全滿足現(xiàn)有市場應(yīng)用需求。且經(jīng)成本統(tǒng)計,與其他產(chǎn)品相比較,節(jié)約成本達30%以上,在如今光伏市場利潤單薄的行業(yè)趨勢下,這項成本優(yōu)勢無疑雪中送炭。

3結(jié)語

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)勢突出,經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用證明,效果顯著,各項參數(shù)均滿足應(yīng)用需求,這些優(yōu)勢為此款產(chǎn)品的推廣奠定了堅實的基礎(chǔ)。