圖4所示是擾動(dòng)觀察法的控制流程圖。從圖4中可以看出，如果儲(chǔ)能設(shè)備得到的功率增加，則按原方向擾動(dòng)光伏電池工作點(diǎn)，否則，要向相反的方向擾動(dòng)。當(dāng)W1-W2W0時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前W1和W2的功率相當(dāng)，其中W0為較小的功率閾值。通過擾動(dòng)使儲(chǔ)能設(shè)備最終獲得最大功率，而此時(shí)光伏電池的輸出功率可能不在最大功率點(diǎn)處，但是，在這種情況下，當(dāng)前光伏電池的輸出功率與BUCK轉(zhuǎn)換器的效率乘積最大，即儲(chǔ)能設(shè)備獲得的功率最大，因此光伏功率與效率的比值最優(yōu)，從而使儲(chǔ)能設(shè)備得到的功率最大。

4 儲(chǔ)能設(shè)備的選取與充電管理
隨著鋰離子化學(xué)電池在各種電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的使用越來越普遍，鋰電池充電的創(chuàng)新解決方案也越來越多。為了獲得最大程度的系統(tǒng)靈活度，我們可以使用旨在提高充電速率和電池壽命的獨(dú)特充電算法，利用微處理器來控制電池充電過程，此方法還能在更高電壓的電池組中實(shí)施。
這里的儲(chǔ)能設(shè)備選擇鋰電池，是由于其良好的充放電特性，且被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品。鋰電池有靈活的充電方式，但是鋰電池充電過程中連續(xù)最大充電電流不能超過lC(C是電池標(biāo)稱容量對(duì)照電流的一種表示方法)，否則會(huì)造成對(duì)鋰電池的損壞。其充電截止電壓為4．2 V(有的鋰電為4．1 V，主要是由于電極材料的不同導(dǎo)致的截止電壓不同)，充電狀態(tài)由MSP430進(jìn)行嚴(yán)格的控制，可保證充電安全和電池的使用壽命。由于過度充電和過度放電都會(huì)導(dǎo)致鋰電池壽命的大大縮短，因此，對(duì)電池的實(shí)時(shí)監(jiān)控也是設(shè)計(jì)中必不可少的。

5 MPPT變換器效率及硬件電路設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)光伏電池MPPT變換器的關(guān)鍵除了高效的控制程序外，還包括MPPT變換器的效率問題。而MPPT變換器的效率主要依賴于BUCK轉(zhuǎn)換器的效率。假設(shè)MPPT變換器使光伏電池工作在最大功率點(diǎn)處，由于MPPT變換器的效率很低，此時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備獲得的功率也并不高!因?yàn)橛邢喈?dāng)大的一部分功率浪費(fèi)在了MPPT變換器及其它供電設(shè)備(比如單片機(jī)控制器等)上。

圖5所示是一種常用的MPPT變換器設(shè)計(jì)方案，經(jīng)筆者測(cè)試，該類設(shè)計(jì)方案主要存在以下幾個(gè)問題：其一是在高速開關(guān)頻率下，開關(guān)管會(huì)出現(xiàn)振鈴效應(yīng)和拖尾現(xiàn)象，從而使得開關(guān)管上的功耗增大，電路的效率降低；其二，此電路為非同步整流電路，在電路工作的過程中，續(xù)流二極管會(huì)消耗一定功耗，降低了電路的效率；其三，在PWM驅(qū)動(dòng)方面要專門為開關(guān)管設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，并且驅(qū)動(dòng)電路要有獨(dú)立的電源，由于光伏系統(tǒng)的電源并非穩(wěn)定的電源，這樣就增加了電路設(shè)計(jì)的困難及復(fù)雜度。
該類變換器的工作原理為：通過單片機(jī)輸出PWM信號(hào)來控制驅(qū)動(dòng)電路，并通過驅(qū)動(dòng)電路控制功率管使光伏電池輸出最大功率。但是，由于電路自身硬件結(jié)構(gòu)的限制，其效率很難達(dá)到80％以上，而且當(dāng)單片機(jī)的PWM輸出占空比較低時(shí)，光伏電池的平均功率很難通過MPPT變換器向儲(chǔ)能設(shè)備提供，這樣就造成了光伏電池功率的嚴(yán)重浪費(fèi)。當(dāng)MPPT變換器的效率在80％以下時(shí)，即使光伏電池工作在最大功率點(diǎn)處，儲(chǔ)能設(shè)備得到的功率也很低，因而失去了MPPT變換器的實(shí)際利用價(jià)值。
鑒于以上問題，本文提出基于TI公司生產(chǎn)的TPS62050芯片來實(shí)現(xiàn)MPPT變換器功能的方案。該芯片內(nèi)部集成了開關(guān)功率管，是一款典型的BUCK轉(zhuǎn)換器，且其同步降壓型的控制電路異常高效，其典型效率圖如圖6所示。

對(duì)于所有的BUCK轉(zhuǎn)換器來說，效率與輸入輸出電壓差成反比，而且在輕負(fù)載情況下，固定頻率PWM轉(zhuǎn)換器的效率還將顯著降低。在這種情況下，TPS62050提供了節(jié)電模式(PFM模式)以提高其效率。根據(jù)工作情況，通過單片機(jī)MSP430控制轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載電流條件下使用PFM模式，而在較重負(fù)載電流條件下，則使用PWM模式，這樣可使轉(zhuǎn)換器在寬泛的輸出電流下保持很高的效率。