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一種低輸入電壓的微型太陽能充電器

2021年電子技術應用第4期

楊煬1，2，劉青2，王子才1，張華2

1.哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150001；2.深圳航天科技創新研究院，廣東深圳518057

摘要： 分析了移動便攜式太陽能發電應用中太陽能電池陣列受照情況的特點及其對有效輸出功率的影響，指出該類應用中應盡可能減少陣列的串聯數，增加并聯數以減少部分遮擋或受照不均勻造成的功率損失。針對這一需求，采用LT8490控制器，設計了一款具有最大功率點跟蹤功能的升降壓太陽能充電模塊，通過分析控制器的工作原理，提出了一種拓展輸入電壓下限的方法，使其能更好地解決移動便攜式應用中減少串聯數導致陣列輸出電壓較低的問題。實驗測試表明，該方法可行有效，設計的微型太陽能充電模塊能滿足移動便攜式應用中太陽能電池陣列串聯數較少、輸出電壓較低的要求。

關鍵詞： 便攜式太陽能充電最大功率點跟蹤 Buck-Boost拓撲

中圖分類號： TM921.5
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200898
中文引用格式： 楊煬，劉青，王子才，等. 一種低輸入電壓的微型太陽能充電器[J].電子技術應用，2021，47(4)：121-125.
英文引用格式： Yang Yang，Liu Qing，Wang Zicai，et al. Low input voltage small form factor solar power charging module[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：121-125.

Low input voltage small form factor solar power charging module

Yang Yang1，2，Liu Qing2，Wang Zicai1，Zhang Hua2

1.Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China； 2.Shenzhen Academy of Aerospace Technology，Shenzhen 518057，China

Abstract： This paper analyzes the characteristics of solar array illumination in mobile and portable solar power generation applications and its impact on output power. It is pointed out that in such applications, the number of solar cells in series should be reduced as much as possible, and the number of parallel connections should be increased to reduce partial shading or non-unified illumination. In response to this demand, the LT8490 controller is used to design a Buck-Boost solar charging module with Maximum Power Point Tracking(MPPT) function. A method to extend the lower limit of the input voltage is proposed to make it better to solve the problem of lower array output voltage caused by reducing the number of solar cells in series. Experimental tests show that the method is feasible and effective. The proposed solar power charging module can meet the requirements of fewer solar cells in series and lower output voltage in mobile and portable applications.

Key words : portable solar power charging；maximum power point tracking；Buck-Boost topology

0 引言

太陽能發電，也稱光伏發電，是利用半導體材料的光伏效應，吸收太陽光中光子的能量并轉換為電能，是一種易于獲取、清潔環保的可再生能源。近年來，隨著新型太陽能電池的出現以及傳統太陽能電池生產工藝的改進，太陽能電池的轉換效率在不斷提高^[1]，且生產成本也在逐步降低，與之配套的電力電子設備方案日趨成熟可靠。在光伏發電補貼政策力度逐漸減弱的大環境下，光伏裝機容量仍在快速增加，也從側面說明光伏發電經濟性能已趨近于傳統發電方式^[2-3]。

除了用于并網發電，太陽能發電由于其使用限制較少且隨處可及，在個人消費電子、戶外探險、單兵裝備場合作為戶外能源補充具有顯著優勢。目前光伏發電的電源變換器研究主要集中在單臺幾千瓦到百千瓦量級，對于移動便攜式應用中需要的幾十瓦到百瓦級的電源變換器研究較少。并網光伏發電中，太陽能電池安裝在固定的地點，其受照情況穩定，即使附近有遮擋物，其遮擋陰影也是規律性緩慢變化的，可通過太陽能電池陣列的合理配置降低遮擋影響^[4-5]，并采用最大功率點跟蹤方法使太陽能電池陣列持續以最大功率輸出^[6-7]。在移動便攜式應用中，存在光照情況變化頻繁、太陽能電池陣列易受隨機遮擋等特點。對此，已有研究團隊研發了一些針對性的產品^[8-9]。

本文首先分析移動便攜式光伏發電中陰影遮擋造成的影響以及減少該影響所應采用的太陽能電池陣列配置方式，并據此設計適用的電源變換器總體方案。采用LT8490作為控制器，設計了一款具有最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT)功能的微型太陽能充電模塊，提出了一種拓展LT8490輸入電壓下限的方法，最終通過實驗測試，驗證了該方法的可行性。

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作者信息：

楊煬1，2，劉青2，王子才1，張華2

(1.哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150001；2.深圳航天科技創新研究院，廣東深圳518057)

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