光伏发电的嵌入式系统电源设计
3．2 最大功率跟踪模块
光伏发电系统中的太阳能电池板在一定的条件下具有唯一的最大功率点，当太阳能电池板工作在该点时能输出当前条件下的最大功率。但由于太阳能电池板的输出特性受负载、光强、温度等因素的影响，其输出电压和电流均在发生变化，从而使输出功率不稳定，即最大功率点时刻在变化，导致光伏系统效率降低。
因此，跟踪太阳能电池板输出的最大功率点是提高光伏系统效率的关键。当太阳电池工作电压小于最大功率点电压Umax时，输出功率随太阳电池端电压上升而增加；工作电压大于最大功率点电压Umax时，输出功率随太阳电池端电压上升而减少。实现最大功率点跟踪实质上是一个自寻优过程，即通过控制太阳电池端电压，使电池能在各种不同外部环境下智能地输出最大功率，不断获得最大功率输出。
DC-DC变换器是一种通过控制电压将不可控的直流输入变为可控的直流输出的变换电路。对于线性电路来说，当负载电阻等于电源内阻时，电源有最大功率输出。虽然太阳电池和DC-DC变换电路都是非线性的，但在极短的时间内可认为是线性电路。因此，只要调节DC-DC转换电路的等效电阻使它始终等于太阳能电池板的内阻，就可实现太阳电池的最大功率输出，也就实现了太阳电池的最大功率点跟踪。当负载电阻等于太阳能电池板内阻时，负载两端的电压恰好等于输出电压的一半，因此在实际应用中，通常采用调节负载两端的电压来实现最大功率点跟踪。光伏发电系统中将DC-DC变换器接入太阳能电池板的输出回路，并通过嵌入式系统中的单片机对DC-DC变换器的输入、输出电压进行采样计算，同时产生控制脉冲信号调节DC-DC转换器内部开关管占空比来改变其负载大小，使得负载电压为太阳能电池板输出电压的1／2来实现最大功率点跟踪。由于采用升降压式(Buck-Boost)DC-DC转换电路，这种最大功率功率跟踪电路又称为Buck-Boost电路，如图4所示。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/150084.htm
为使晶体管T工作在开关状态，通过单片机在其基极与发射极之间施加周期一定、高电平存在时间可调的驱动控制信号。在一个周期中晶体管导通时间与周期之比称为占空比，当太阳能输出电压发生变化时，只要适当调节Buck-Boost电路的占空比就可保证太阳能电池板输入铅酸电池的电压稳定。
3．3 双电源切换模块
太阳能绿色环保，取之不尽用之不竭，但却受到环境因素的制约。长时间的阴雨天气，光照时间不足势必造成铅酸电池电能耗尽无法补充，导致光伏发电系统瘫痪，甚至会对系统硬件结构照成无法逆转的破坏。对于安置在恶劣环境下的嵌入式系统，它的电源供给需要应对各种极端情况。双电源切换功能的引入极大地增强了供电的稳定性。
双电源切换电路包括充电电路和放电电路，如图5所示。充电控制电路利用光耦控制场效应管的栅极电压，当ChargeUpControl端口的控制电平为低时，光耦TLP521-1导通，栅极电平为低，MOS管IRLML6402导通；反之MOS管断开，从而达到控制太阳能电池板电压输出的充电电压对电池充电的效果。放电控制电路同样利用光耦控制场效应管的栅极电压，当Diseharge端口的控制电平为低时，光耦导通，栅极电平为低，MOS管导通；反之MOS管断开，从而达到控制电池输出电压的效果。
需要注意的是在放电电路中接入了一个220μF的旁路电容，在光耦未导通之前，电池通过R2电路对C1进行充电，这个过程大概需要10 min，使得MOS管的栅极保持高电平，让充电通路保持断路，从而起到在封装前保护电池和充电回路的作用；而在光耦导通时，由于栅极沿着光耦接地低电平，使得MOS管导通，此时，充电电路正常工作，而电容C1则不发挥作用。
ChargeUpControl和Discharge控制电平均由单片机根据电池电压检测结果而提供。设定好一定的监测电压值，当电池电压下降到某个值时控制开启充电回路关闭放电回路，当电池电压上升到某个值时控制开启放电回路关闭充电回路。当安置两路这种充放电电路时，通过控制电平的调配，即可实现两块电池轮流充电供电。
双电源切换模块的引入极大地提高了光伏发电系统在恶劣环境下的稳定性。
结语
本文以光伏发电为基础，配合集成电路搭建了一种嵌入式系统电源。在传统光伏发电系统节能环保的基础上加入了智能充电控制芯片、最大功率跟踪、双电源切换功能，最大限度地延长了蓄电池的使用寿命，极大地提高了电源供电的效率，增强了系统的稳定性，对于工作在野外极端环境、恶劣条件下的嵌入式系统具有较高的使用和推广价值。
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