阶梯逐级限流太阳能控制器的研制

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1、阶梯逐级限流太阳能控制器的研制王志鹏1，陈瑞霞2，王振华1，周俊华1（1.许继电气股份有限公司，河南许昌461000；2.郑州大学西亚斯国际学院，河南郑州451150）摘要：开发了一种太阳能控制器，充电模式采用阶梯逐级限流控制方式，各充电回路电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态。该模式能够根据蓄电池的电量自动调整充电电流的大小，既满足了蓄电池的充电电流-电压规律，又能控制蓄电池不过充和过放，具有可靠性高、无纹波、适合任何控制对象等优点。所开发的系统已通过中试和型式试验，目前运行稳定，系统额定电压48V，

2、4路充电控制回路，每支充电回路的额定充电电流15A，回路压降小于0.13V。关键词：太阳能电池组件；阶梯逐级限流；回差控制中图分类号：TM615文献标识码：ADevelopmentofphotovoltaiccontrollerwiththefunctionofstage-by-stagecurrent-limitingWANGZhi-peng1，CHENRui-xia2，WANGZhen-hua1，ZHOUJun-hua1（1.XJElectricCo.,Ltd，XuchangHenan461000，China；2.

3、SiasInternationalUniversity,ZhengzhouHenan451150，China）Abstract：Asolarcontrollerbasedonthecontrolmodeofstage-by-stagecurrent-limiting，usinghysteresiscontrolforeachchargecircuitbydetectingvoltagetopreventtheswitchfromoscillation，isdeveloped.Thiscontrolmodewithadv

4、antagesofhighreliability，non-rippleandapplicabletoanyobjectisabletoadjustthechargecurrentautomaticallyaccordingtobatterycapacity，compliedwiththecurrent-voltageruleandpreventbatteryfromoverchargeandoverdischarge.Thisdevelopedsystemwith48Vratedvoltagehasfourcharge

5、circuits，eachofwhichhas15Aratedchargecurrentandlessthan0.13Vvoltagedrop，passedthroughpilotscaleexperimentandtypetest.Keywords:photovoltaicmodule；stage-by-stagecurrent-limiting；hysteresiscontrol太阳能控制器是连接太阳能电池方阵、各种用电设施和蓄电池组的控制中心，通过对系统输入输出功率的调节与分配，实现太阳能光伏系统的各种控制功能。

6、太阳能组件在光照一定的情况下可近似为一个恒流源，若对蓄电池直接充电，则相当于恒流充电。在充电后期若充电电流仍不变，这时由于大部分电流用于电解水，电解液析出气泡过多而显沸腾状，这不仅消耗电能，而且容易使极板上的活性物质大量脱落，温度过高，造成极板弯曲，蓄电池容量迅速下降而提前报废。许多具有最大功率点跟踪（MPPT）功能的太阳能控制器[1~5]虽然能实现最大功率跟踪，但大多局限于较小电流充电（10A以下），因为充电电流越大，选择合适电感的困难就越大，而电感不能选择过大，充电电流必然存在纹波，且电感值越小，纹波越大。控制器不

7、但应当具备良好的充电控制器功能，而且还要具备各种保护功能，如反向放电保护和极性反接保护。因此，为了提高控制器的性能，必须依据蓄电池和太阳能电池的具体特性合理地设计充电电路和实施充电算法。1电路原理非MPPT充电回路[6]通常采用防反二极管串联，用一个MOSFET管作为控制开关，虽然此方法设计简单，能够利用二极管串联实现反向放电保护和极性反接保护功能，但缺点是：在正常充电的情况下，防反二极管上将产生功耗，不但加大了充电回路压降（太阳能电池组件与蓄电池之间的电压），而且如果充电电流比较大，还需要增加散热片以防止二极管长期过

8、热而烧坏。为了克服上述缺点，可以采用防反二极管与太阳能电池组件反向并联，两个共栅源极串联的N沟道MOSFET管作为充电控制开关。本设计的阶梯逐级限流太阳能控制器采用共正极控制方式，即n路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，利用电流霍尔传感器对共正极母线电流进行采样，n路太阳能电池组件的负极分别通过两个共栅源极串联的MOSFET