[发明专利]一种基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法

说明书

本发明提出一种基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。所述芯片具体包括：输入电压调节DC‑DC升压转换电路、混合MPPT算法控制电路、V_ramp电压调节控制电路、MPPT算法选择电路、基准电压控制电路、太阳能光伏电池输出电流检测电路、零电流识别电路和过压/欠压保护电路。该接口电路相对于传统的光伏能量管理接口电路，优点主要体现在可以通过根据光强实现自动选择对应的MPPT算法，该芯片也可应用于其他光伏模块或管理其他形式的能量，如振动能或射频能量，根据不同能量的最大输出功率点不同，动态调节其内部MPPT算法电路所外接的组件，实现对多种环境能量的高效管理。

技术领域

本发明属于光伏能量管理技术领域，特别是涉及一种基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。

背景技术

在物联网领域中(Internet ofThings)，随着移动便携式设备具备越来越多的功能，越来越多的电子产品被集成到一个依赖于自身电池供电的微系统中，便携设备的续航能力成为了限制系统功能集成度和用户体验的一个重要因素，如何实现系统自供能循环往复运行成为了当前主流研究方向。通过在电源管理系统中收集环境能量是延长电池寿命的有效方法，而光伏(PV)能源成为这些可再生能源中的一个最有前途的替代能源，因为它用途广泛，免费，环保，运营和维护成本较少，所以在所有的可再生能源中占主导地位。但是，这些可再生能源在储存和利用上存在诸多缺点。为了更好的管理收集到的光伏能量，通常采用最大功率追踪技术(Maxim Power Point Tracking,MPPT)使光伏阵列在外界环境改变时始终能保持当前状态下所能达到的最大输出功率，提高了收集到的光伏能量利用率和效率。通过采用混合MPPT算法提高MPPT算法追踪效率。在高光照强度时，基于脉冲集成的(ORPI)算法电路工作，通过扫描光伏阵列的输出电压和输出电流计算输出功率，准确追踪其最大功率工作点电压。弱光时，瞬态增强型开路电压(SRE-FOCV)算法电路工作，减小算法电路消耗的功耗，使太阳能电池板的输出功率变得很低时，也能快速追踪最大功率点电压。保证了在不同的光照水平下，混合MPPT算法控制电路提供较高的跟踪效率和在较大的功率范围内的功率效率。

目前国内能量收集芯片拓扑结构，在实际使用中，带来了如下几个问题：

1.国内能量收集电源管理接口电路一般都是由嵌入式器件与单片机组合到PCB板上，虽然原理简单，门槛低，容易实现基本功能，但是各模块没有集成的ASIC芯片，占用面积大，不具备发展前景。

2.目前商用的具有MPPT功能的芯片MPPT算法比较老旧，无法准确保证以最大功率输出。虽然有各种各样的改进和MPPT算法新模型的提出，但是电路复杂，容错性低，做成成品后投入商用的工作稳定性还需检验。

目前半导体工艺的日益进步使电路的供电电压逐步降低、功耗逐步减小，但其能量供应问题还未得到妥善解决。实际中，从自然环境中收集到的能量很微弱且不稳定，不能直接作为电源驱动，导致无线微传感器网络、可植入穿戴型医疗电子设备和工业自动化传感器等新兴应用电源能量受限。因此环境能量管理芯片具有很大的应用场景，需要设计高效的能量管理电路对收集到的新型可再生能源进行管理并最小化能量传输损耗实现长运行寿命，低成本和高效率的自供能系统。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中的问题。本发明提出了一种基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片及其控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于混合MPPT算法的光伏能量管理芯片，所述芯片具体包括：输入电压调节DC-DC升压转换电路、混合MPPT算法控制电路、V_ramp电压调节控制电路、MPPT算法选择电路、基准电压控制电路、太阳能光伏电池输出电流检测电路、零电流识别电路和过压/欠压保护电路；