使用MCU或SOC可以簡(jiǎn)便地提高太陽(yáng)能板的效率

　　今天，人們比以往任何時(shí)候都更關(guān)心礦石燃料排放和傳統發(fā)電和可再生能源所導致的環(huán)境問(wèn)題。在可再生資源中，主要是太陽(yáng)能板和風(fēng)力發(fā)電。他們的優(yōu)勢是可保持并且無(wú)污染，但他們的安裝成本較高，并且在大多數應用中，他們的負載接口需要電源調節器(dc/dc 或dc/ac轉換)。光電模塊(PV模塊)還有相對較低的轉換效率。

　　使用高效率電源調節可以減少整體系統成本，旨在從PV模塊提取最大限度的能量(使用最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)--MPPT)?，F有的面板系統也存在缺點(diǎn)，一整天只能導向一個(gè)方向，不能總是直接面對太陽(yáng)光。

　　在這篇文章中，我們將討論的技術(shù)是，如何在系統級提高太陽(yáng)能面板效率，包括太陽(yáng)能電池板最大受光定位，最大限度地從太陽(yáng)能板提取現有電力，以及智能電池壽命管理。

　　框圖

　　圖1.框圖

　　我們從框圖中可以看到，該系統的主要部件是一個(gè)MCU或一個(gè)片上系統(SoC)。系統的全部智能都來(lái)源于這顆芯片，它是可重構和可升級的。在太陽(yáng)能面板中，兩個(gè)光電二極體保持與面板平面垂直，其輸出反饋到MCU(MCU)。這些二極管和直流電機確定面板方位。根據二極管輸入，MCU控制直流馬達使太陽(yáng)能電池板定位到可以收到最大光的方向。這兩個(gè)用于陽(yáng)光跟蹤的光電二極體是反向偏壓的，這意味著(zhù)通過(guò)這些二極管的反向電流隨入射光而變化。在白天，反向電流在10uA和 75uA之間變化。逆向暗電流(當沒(méi)有光線(xiàn)入射光電二極體)只有幾nA。

　　跨阻放大器(TIA)用于將反向電流轉換成等效電壓。放大器的增益使用反饋電阻設置。光電二極體經(jīng)常有大量輸出電容。這需要在TIA并聯(lián)反饋電容，從而保證穩定性并提供帶寬限制減少寬帶噪聲。TIA的輸出電壓Vout，由下列公式?jīng)Q定:

　　這里Rfb是電阻反饋，Iin是二極管電流，Vref是連接到運算放大器正極的參考電壓。

　　輸出電壓是使用一個(gè)片上模數轉換器數字化的。由于反向電流很小(數十uA)，ADC必須能夠分辨較小的電壓，所以需要精確的參考電壓。每一個(gè)傳感器的輸出要經(jīng)過(guò)固件IIR濾波器濾波，清除任何光強度的突然變化。系統中使用一個(gè)ADC可測量到多個(gè)電壓。兩個(gè)二極管對應的數字化值不斷地比較。如果兩個(gè)值之間的差異在一個(gè)預定的門(mén)限內，面板位置保持不動(dòng)。如果差超過(guò)門(mén)限，面板朝強度高的方向傾斜，直到差進(jìn)入門(mén)限范圍內。這樣我們就可以定位面板朝最大光強度的方向。

　　直流電機使用MCU產(chǎn)生的PWM信號來(lái)驅動(dòng)。PWM占空比決定電機旋轉速度。保持占空比較低，這是為了有緩慢而精確的運動(dòng)。隨著(zhù)面板定位好自身方向接受最強光，PWM占空比逐漸降低。一個(gè)可行的案例是一個(gè)65535 step的16位PWM。采用這樣小的step，就可以從黎明到黃昏都能準確地追蹤陽(yáng)光。

　　電機運動(dòng)時(shí)電流是幾十mA。MCU的GPIO不能提供足夠的源電流來(lái)驅動(dòng)電機。要有一個(gè)電機驅動(dòng)芯片來(lái)增大。驅動(dòng)有H橋結構，其允許電機電流方向的數字控制，因此電機方向也可控制。驅動(dòng)可以提供1A的電流。還要注意，跟蹤機制是這樣的，電機是定期的(每隔幾分鐘)間歇脈沖。因此，驅動(dòng)電機的平均電流相當小。

　　有兩個(gè)開(kāi)關(guān)連接到MCU。這些開(kāi)關(guān)當面板旋轉到極限位置(東和西)時(shí)觸發(fā)，他們決定面板的最大旋轉限度。在MCU上有一個(gè)輔助實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其保持時(shí)間跟蹤，所以一旦太陽(yáng)下山，光強明顯變弱的時(shí)候，面板重新回到初始位置，面向東方。第二天，面板接著(zhù)追蹤太陽(yáng)并處理。