基于改進型H橋DC?DC拓撲的MPPT控制電路制造技術

本發明專利技術公開了一種基于改進型H橋DC?DC拓撲的MPPT控制電路，包含太陽陣工作電壓采樣模塊、太陽陣工作電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、母線電流采樣模塊、過壓保護模塊、邏輯模塊、MPPT模式驅動模塊和直通模式驅動模塊，屬于太陽能無人機電源系統DC?DC電路的控制技術領域。所提出的MPPT控制電路，自行判定選擇DC?DC電路的工作模式，并通過直通模式的過渡可以有效地使MPPT模式下的Buck與Boost兩種調節方式進行平滑切換，從而保證了系統的穩定性。本發明專利技術實現了MPPT模式與直通模式的統一控制，實時跟蹤太陽電池陣輸出最大功率點，提高了太陽電池陣的利用率，并增強了無人機電源系統的供電輸出能力，為以太陽能無人機為代表的臨近空間飛行器的能量供給提供參考與幫助。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于太陽能無人機電源系統DC-DC電路的控制
，具體涉及一種基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT控制電路。
技術介紹
作為太陽能無人機的核心組成部分，太陽能無人機電源系統主要任務是在飛行期間為無人機提供高品質、高可靠的連續電源，滿足全機動力負載的功率需求。與以往空間電源系統相比，太陽能無人機電源系統具有超大規模、超高功率、多能源綜合等特點，不僅需要實現大功率輸出，而且為了提高系統穩定性和能源效率，對DC-DC電路的拓撲結構及其控制策略提出了更高的要求。現如今，在控制策略方面，針對太陽能無人機飛行環境特殊、工況復雜的情況，國內外逐漸采用最大功率點跟蹤（MPPT）技術，實時、準確、穩定地跟蹤太陽電池陣的輸出最大功率點，提高了太陽電池陣的利用率，并增強了無人機電源系統的供電輸出能力。而在DC-DC電路的拓撲結構方面，由于無人機在飛行過程中受環境溫度影響，太陽電池陣工作電壓隨環境溫度改變而發生較大的變化，故使用同時兼有降壓（Buck）與升壓（Boost）調節方式的H橋拓撲，便于實現寬輸入電壓范圍的功率轉換。普通的H橋拓撲雖運用了先進的同步整流技術，使得DC-DC轉換效率有了顯著的提高，但該拓撲本身存在著一個缺陷：在Buck與Boost兩種調節方式切換的瞬間，開關管的占空比會發生跳變，意味著輸出電壓在調節方式切換時將產生較大的脈動，從系統的穩定性角度考慮不可取。為了克服此缺陷，對原有的H橋拓撲結構進行改進，如果可以在DC-DC電路輸入與輸出之間連接一個MOS管，建立額外的直通模式，就能夠利用直通模式的過渡，有效地使Buck與Boost兩種調節方式進行平滑切換。目前單獨基于H橋DC-DC拓撲的控制電路已逐漸成熟，但是缺乏結合直通模式的統一控制方式，其難點在于Buck調節、直通模式及Boost調節之間的相互轉換。此外，在太陽能無人機電源系統領域內，將MPPT控制策略運用于改進型H橋拓撲的DC-DC電路也是一項技術瓶頸。因此，如何基于改進型H橋DC-DC拓撲，實現MPPT模式（Buck與Boost調節）與直通模式的MPPT統一控制是一個亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是基于改進型H橋DC-DC拓撲，提供一種MPPT控制電路，實現MPPT模式與直通模式的統一控制。為了達到上述目的，本專利技術提供一種基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT控制電路，其中包含邏輯模塊、過壓保護模塊，以及連接改進型H橋DC-DC拓撲電路的以下模塊：太陽陣工作電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的太陽陣工作電壓Ump進行采樣并分壓的信號，輸出至所述邏輯模塊；太陽陣工作電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的太陽陣工作電流Imp進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；母線電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的母線電壓Uo進行采樣并分壓的信號，分別輸出至所述過壓保護模塊及邏輯模塊；其中，所述母線電壓采樣模塊對母線電壓Uo的分壓比例，與所述太陽陣工作電壓采樣模塊對太陽陣工作電壓Ump的分壓比例相同；母線電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的母線電流Io進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；MPPT模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM1~PWM4，向改進型H橋DC-DC拓撲電路中構成H橋的MOS管Q1~Q4同時輸出相應的驅動信號Gate1~Gate4；直通模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM5，向改進型H橋DC-DC拓撲電路中直接連接輸入端與輸出端的MOS管Q5，輸出相應的驅動信號Gate5；其中，所述過壓保護模塊，根據其從所述母線電壓采樣模塊接收到的信號，將采樣到的母線電壓Uo與設定的基準值進行比較，向所述邏輯模塊輸出母線電壓Uo是否高于基準值的比較結果；所述邏輯模塊，接收Ump、Imp、Uo和Io的采樣信號及所述比較結果，來判定選擇改進型H橋DC-DC拓撲電路的工作模式，在MPPT模式或直通模式中進行切換，輸出與MPPT模式或直通模式相應的控制信號PWM1~PWM5，提供給所述MPPT模式驅動模塊及直通模式驅動模塊。優選地，當Ump與Uo的數值相差在2%以內時，或者當過壓保護模塊輸出表示母線電壓Uo高于基準值的比較結果時，所述邏輯模塊將工作模式由MPPT模式切換至直通模式并輸出相應的控制信號，以使MPPT模式驅動模塊和直通模式驅動模塊相應生成基于直通模式下的驅動信號，以控制MOS管Q1~Q4處于常斷狀態，且MOS管Q5處于常通狀態。優選地，從進入直通模式起到一個設定時間的計時結束后，若判斷計時結束與計時開始時相比，改進型H橋DC-DC拓撲電路的輸出功率變化超過2%，則所述邏輯模塊將工作模式由直通模式切換至MPPT模式并輸出相應的控制信號，以使MPPT模式驅動模塊和直通模式驅動模塊相應生成：基于MPPT模式下Buck調節的驅動信號，使MOS管Q1作為開關管、Q2作為同步整流管、Q3處于常通狀態、Q4處于常斷狀態、Q5處于常斷狀態；或者，基于MPPT模式下Boost調節的驅動信號，使MOS管Q1處于常通狀態、Q2處于常斷狀態、Q3作為同步整流管、Q4作為開關管、Q5處于常斷狀態；其中，MOS管Q1~Q4分別位于H橋的輸入端上橋臂、輸入端下橋臂、輸出端上橋臂、輸出端下橋臂。優選地，所述太陽陣工作電壓采樣模塊對太陽陣工作電壓Ump進行分壓，轉換為0~5V范圍的電壓信號，并通過差分跟隨將轉換后的電壓信號輸出至邏輯模塊。優選地，所述太陽陣工作電流采樣模塊進行高邊電流檢測，并通過閉環霍爾傳感器對太陽陣工作電流Imp進行采樣，并轉化為0~5V范圍的電壓信號輸出至邏輯模塊。優選地，所述母線電壓采樣模塊對母線電壓Uo進行分壓，轉換為0~5V范圍的電壓信號，并通過差分跟隨將轉換后的電壓信號分別輸出至過壓保護模塊及邏輯模塊。優選地，所述母線電流采樣模塊進行高邊電流檢測，并通過閉環霍爾傳感器對母線電流Io進行采樣，并轉化為0~5V范圍的電壓信號輸出至邏輯模塊。優選地，所述過壓保護模塊，使用電壓比較電路判別采樣到的母線電壓Uo是否高于基準值，當母線電壓Uo高于基準值時輸出高電平，反之輸出低電平。優選地，所述MPPT模式驅動模塊通過自舉方式輸出驅動信號Gate1和Gate3；所述直通模式驅動模塊通過自舉方式輸出驅動信號Gate5。本專利技術提供的基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT控制電路，其有益效果為：能夠自行判定選擇DC-DC電路的工作模式，并通過直通模式的過渡有效地使MPPT模式下的Buck與Boost兩種調節方式進行平滑切換，保證了太陽能電源系統的穩定性。此外MPPT控制電路實現了MPPT模式與直通模式的統一控制，實時跟蹤太陽電池陣輸出最大功率點，提高了太陽電池陣的利用率，并增強了無人機電源系統的供電輸出能力，為以太陽能無人機為代表的臨近空間飛行器的能量供給提供參考與幫助。附圖說明圖1太陽能無人機電源系統組成框圖；圖2是改進型H橋DC-DC拓撲結構圖；圖3是本專利技術的基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT控制電路原理框圖；圖4是本專利技術的MPPT模式與直通模式切換條件圖。具體實施方式下面結合附圖與實例對本專利技術提供的基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于改進型H橋DC?DC拓撲的MPPT控制電路，其特征在于，包含邏輯模塊、過壓保護模塊，以及連接改進型H橋DC?DC拓撲電路的以下模塊：太陽陣工作電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC?DC拓撲電路中的太陽陣工作電壓Ump進行采樣并分壓的信號，輸出至所述邏輯模塊；太陽陣工作電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC?DC拓撲電路中的太陽陣工作電流Imp進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；母線電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC?DC拓撲電路中的母線電壓Uo進行采樣并分壓的信號，分別輸出至所述過壓保護模塊及邏輯模塊；其中，所述母線電壓采樣模塊對母線電壓Uo的分壓比例，與所述太陽陣工作電壓采樣模塊對太陽陣工作電壓Ump的分壓比例相同；母線電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC?DC拓撲電路中的母線電流Io進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；MPPT模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM1?~?PWM4，向改進型H橋DC?DC拓撲電路中構成H橋的MOS管Q1~Q4同時輸出相應的驅動信號Gate1?~?Gate4；直通模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM5，向改進型H橋DC?DC拓撲電路中直接連接輸入端與輸出端的MOS管Q5，輸出相應的驅動信號Gate5；其中，所述過壓保護模塊，根據其從所述母線電壓采樣模塊接收到的信號，將采樣到的母線電壓Uo與設定的基準值進行比較，向所述邏輯模塊輸出母線電壓Uo是否高于基準值的比較結果；所述邏輯模塊，接收Ump、Imp、Uo和Io的采樣信號及所述比較結果，來判定選擇改進型H橋DC?DC拓撲電路的工作模式，在MPPT模式或直通模式中進行切換，輸出與MPPT模式或直通模式相應的控制信號PWM1~?PWM5，提供給所述MPPT模式驅動模塊及直通模式驅動模塊。...

【技術特征摘要】
1.一種基于改進型H橋DC-DC拓撲的MPPT控制電路，其特征在于，包含邏輯模塊、過壓保護模塊，以及連接改進型H橋DC-DC拓撲電路的以下模塊：太陽陣工作電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的太陽陣工作電壓Ump進行采樣并分壓的信號，輸出至所述邏輯模塊；太陽陣工作電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的太陽陣工作電流Imp進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；母線電壓采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的母線電壓Uo進行采樣并分壓的信號，分別輸出至所述過壓保護模塊及邏輯模塊；其中，所述母線電壓采樣模塊對母線電壓Uo的分壓比例，與所述太陽陣工作電壓采樣模塊對太陽陣工作電壓Ump的分壓比例相同；母線電流采樣模塊，將其對改進型H橋DC-DC拓撲電路中的母線電流Io進行采樣的信號，輸出至所述邏輯模塊；MPPT模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM1~PWM4，向改進型H橋DC-DC拓撲電路中構成H橋的MOS管Q1~Q4同時輸出相應的驅動信號Gate1~Gate4；直通模式驅動模塊，根據其從所述邏輯模塊處接收到的控制信號PWM5，向改進型H橋DC-DC拓撲電路中直接連接輸入端與輸出端的MOS管Q5，輸出相應的驅動信號Gate5；其中，所述過壓保護模塊，根據其從所述母線電壓采樣模塊接收到的信號，將采樣到的母線電壓Uo與設定的基準值進行比較，向所述邏輯模塊輸出母線電壓Uo是否高于基準值的比較結果；所述邏輯模塊，接收Ump、Imp、Uo和Io的采樣信號及所述比較結果，來判定選擇改進型H橋DC-DC拓撲電路的工作模式，在MPPT模式或直通模式中進行切換，輸出與MPPT模式或直通模式相應的控制信號PWM1~PWM5，提供給所述MPPT模式驅動模塊及直通模式驅動模塊。2.根據權利要求1所述的MPPT控制電路，其特征在于，當Ump與Uo的數值相差在2%以內時，或者當過壓保護模塊輸出表示母線電壓Uo高于基準值的比較結果時，所述邏輯模塊將工作模式由MPPT模式切換至直通模式并輸出相應的控制信號，以使MPPT模式驅動模塊和直通模式驅動模塊相應生成基于直通模式下的驅動信號，以控制MOS管Q1~Q4處于常斷狀態，且M...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王霄，董寶磊，劉濤，何小斌，董宇，藍建宇，
申請(專利權)人：上海空間電源研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31