摘要：太陽能電池輸出曲線具有非線性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)太陽能充電器對(duì)太陽能電池的利用效率低。文章在經(jīng)過數(shù)學(xué)模型分析基礎(chǔ)上，提出采用改變占空比使充電電流最大的MPPT跟蹤策略，大幅提高太陽能電池利用率。同時(shí)通過BUCK電路與SPCE061單片機(jī)對(duì)充電過程進(jìn)行監(jiān)控，采用三段式算法保證鋰電池性能，提高其壽命。最后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了該方案的實(shí)用性和有效性。

0引言

太陽能的綠色與可再生特性，使其在低碳和能源緊缺的今日備受關(guān)注。鋰電池因比能量高、自放電低的特性，逐漸取代鉛酸電池成為主流。由目前常用的太陽能電池的輸出特性可知，太陽能電池在一定的光照度和溫度下，既非恒流源，亦非恒壓源，其最大功率受負(fù)載影響。而鋰電池可看作一個(gè)小負(fù)載電壓源。如不加控制直接將二者連接，則將太陽能電池的工作電壓箝位于鋰電池工作電壓，無法高效利用能源。

本文采用SPCE061單片機(jī)，利用MPPT技術(shù)使太陽能電池工作于最大功率點(diǎn)，并且對(duì)鋰電池的充電過程進(jìn)行控制，延長(zhǎng)鋰電池使用壽命，保證充電安全。

1最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)原理（MaximumPowerPointTracking簡(jiǎn)稱MPPT）

太陽能電池有著非線性的光伏特性，所以即使在同一光照強(qiáng)度下，由于負(fù)載的不同也會(huì)輸出不同的功率。

其電壓、電流與功率在光照度1kW/m2，T=25℃條件下的輸出曲線如圖1所示。其短路電流isc與開路電壓uoc由生產(chǎn)商給出，Pmpp為該條件下的最大功率點(diǎn)。

由于太陽能電池受到光強(qiáng)、光線入射角度、溫度等多種因素的影響，最大功率相應(yīng)改變，對(duì)應(yīng)最大功率點(diǎn)的輸出電壓、輸出電流和內(nèi)阻也在不停變化。因此，需要使用基于PWM的可調(diào)DC/DC變換器，使負(fù)載相應(yīng)改變，才能使太陽能電池工作在最大功率點(diǎn)上。

2電路工作原理

圖2示出太陽能充電器的原理框圖。其中微控制器采用凌陽公司生產(chǎn)的SPCE061A單片機(jī)，該單片機(jī)含有7個(gè)10位ADC（模-數(shù)轉(zhuǎn)換器）并內(nèi)置了PWM功能，大大簡(jiǎn)化電路復(fù)雜程度，提高穩(wěn)定性。電壓采樣電路與電流采樣電路通過ADC將電壓值與電流值送入MCU，MCU根據(jù)MPPT算法計(jì)算PWM控制BUCK電路完成對(duì)充電過程的控制。

圖3為BUCK變換器電路。由MOSFET管Q3、電感L1與繼流二極管D1構(gòu)成典型的BUCK降壓DC/DC變換器，Q1和Q2組成MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路，Uout輸出至鋰電池正極。

圖4為電流采樣電路。Rsense用一小阻值精密電阻作為采樣電阻，通過將電阻兩端電壓使用差分放大器輸送到SPCE061的A/D端進(jìn)行采樣。為使采樣精確，避免電源線與地線干擾，使用線性光耦HCNR200進(jìn)行隔離。