基于数控电流源的太阳电池I‑V特性曲线测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于数控电流源的太阳电池I‑V测试系统，其包括：微控制器、数控电流源模块、采样模块。数控电流源模块与微控制器连接，用于将微控制器输出的电压信号转化为数字可控的电流信号；太阳电池与数控电流源模块连接，数控电流源模块产生的电流流过太阳电池；采样模块与太阳电池连接，用于采样太阳电池两端电压；微控制器与采样模块连接，对采样数据进行处理，得到测试结果。本发明专利技术解决了现有太阳电池I‑V测试仪器测量精度低以及成本高昂的问题。

The solar battery controlled current source I test system based on V curve

The invention provides a solar battery controlled current source I V testing system, based on which includes micro controller, digital control current source module, sampling module. NC current source module is connected with the micro controller for micro controller output voltage signal into a current signal digital controlled; solar cell and controlled current source module is connected, current flowing through the solar cell module generates a digital control current source; sampling module is connected with the solar battery, solar battery for sampling voltage; the microcontroller is connected with the sampling module for processing sampling data, and get the test result. The invention solves the solar cell I V test instrument for measuring low precision and high cost of the problem.

【技术实现步骤摘要】
基于数控电流源的太阳电池I-V特性曲线测试系统
本专利技术涉及太阳电池测量
，特别涉及一种基于数控电流源的太阳电池I-V特性曲线测试系统。
技术介绍
随着社会的发展，人们对能源的需求日渐增大。根据国际能源署于2016年11月16日发布的最新报告《世界能源展望2016》，到2040年时全球能源需求将增加30％。到2040年将近60％的新增发电装机容量将来自可再生能源，其中近半数来自风能和太阳能。随着光伏产业的发展，太阳电池的发展也达到了前所未有的高度。太阳电池的科学研究、工艺改进、产品定型、耐候试验等都离不开光伏I-V特性测试，它能够反映太阳电池转换效率、发现电池缺陷等。国内外在光伏I-V特性测试方面做了许多研究，但仍然存在诸多问题。如美国吉时利(keithley)公司的2400系列电源测量单元仪器，可选择标准或高电压、高电流、高功率或脉冲源模式系列，透过GPIB于4位半可达到每秒1700读数。国内的卓立汉光、上海赫爽、阳光电源及合肥科威尔等光伏测试及研发公司，均研究出了针对不同使用条件的I-V测试系统用于生产制备与现场测量。但是目前市面上的I-V测试系统存在成本高昂和测量精度较低等问题，无法满足日渐复杂的测量要求。因此设计一种满足市场需求的太阳电池I-V测试设备显得尤为重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统，解决了现有太阳电池I-V测试仪器测量精度低以及成本高昂的问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统，其包括：微控制器、数控电流源模块、采样模块。数控电流源模块与微控制器连接，用于将微控制器输出的电压信号转化为数字可控的电流信号；太阳电池与数控电流源模块连接，数控电流源模块产生的电流流过太阳电池；采样模块与太阳电池连接，用于采样太阳电池两端电压；微控制器与采样模块连接，对采样数据进行处理，得到测试结果。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统至少具有以下有益效果其中之一：(1)利用数控电流源模块中的射极跟随器电路，提高了输入阻抗，因此只需要从信号源中汲取较少的信号功率来激励一个给定的负载，保证测量结果的准确性；(2)在保证测量精度的同时，利用电流放大电路提高了测量范围；采用多个功率器件并联的拓扑结构，增加了功率模块的冗余度，同时提升了电路的可靠性；(3)加入了保护电路，减小瞬时浪涌电流对太阳电池的影响，防止太阳电池被毁坏；(4)太阳电池I-V测试系统操作简单、结构简单、成本低、体积小、功耗低。附图说明图1为本专利技术实施例基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统的结构框图。图2为本专利技术实施例数控电流源模块局部细节电路图。图3为本专利技术实施例电流放大模块局部细节电路图。图4为本专利技术实施例通讯模块局部细节电路图。图5为本专利技术实施例保护模块局部细节电路图。图6为本专利技术实施例供电模块局部细节电路图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的示例性实施例中，提供了一种基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统。图1为本专利技术实施例基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统的结构框图。如图1所示，本专利技术基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统包括：微控制器、数控电流源模块、采样模块，数控电流源模块与微控制器连接，用于将微控制器的输出电压信号转化为数字可控的电流信号；太阳电池与数控电流源模块连接，数控电流源模块产生的电流流过太阳电池；采样模块与太阳电池连接，用于采样太阳电池两端电压；微控制器与采样模块连接，对采样数据进行处理，得到测试结果。太阳电池接地。其中，微控制器选择使用STM32F4，其内置16位数字模拟转换器DAC产生数字可控电压信号。作为一种具体实施方式，电流流过太阳电池后，STM32F4内置16位数字模拟转换器DAC可以作为采样模块采样太阳电池两端电压。如图2所示，在数控电流源模块中，包括运算放大器A1、第一功率晶体管Q1、至少一个采样电阻。作为一种具体实施方式，选择使用两个采样电阻：第一采样电阻RS1和第二采样电阻RS2，本领域技术人员应当明白，采样电阻的个数并不局限于此，可以根据实际需要设置一个采样电阻或并联多个采样电阻，以获得不同电阻值。运算放大器A1的同相输入端与微控制器的内置数字模拟转换器输出端连接，运算放大器A1的反相输入端接地，第一功率晶体管Q1的基极与运算放大器A1的输出端连接，第一采样电阻RS1的第一端、第二采样电阻RS2的第一端均与第一功率晶体管Q1的发射极连接，第一功率晶体管Q1的集电极与电源模块连接，第一采样电阻RS1与第二采样电阻RS2并联后与太阳电池连接。为了防止测试系统不稳定，出现运放、自激震荡等情况，数控电流源模块还包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4，第一分压电阻R1的第一端与地连接、第二端与运算放大器A1的反相输入端连接；第二分压电阻R2的第一端与内置数字模拟转换器输出端连接、第二端与运算放大器A1的同相输入端连接；第三分压电阻R3的第一端与第一分压电阻R1的第二端连接、第二端分别与第一采样电阻RS1的第一端、第二采样电阻RS2的第一端连接；第四分压电阻R4的第一端与第二分压电阻R2的第二端连接、第二端分别与第一采样电阻RS1的第二端、第二采样电阻RS2的第二端连接。为了进一步放大第一功率晶体管Q1输出的电流，数控电流源模块还包括一功率晶体管组，其包括至少一个功率晶体管，作为一种具体实施方式，功率晶体管组包括两个功率晶体管：第二功率晶体管Q2、第三功率晶体管Q3。第二、第三功率晶体管Q2、Q3的基极与第一功率晶体管Q1的发射极连接、第一采样电阻RS1的第一端与第二、第三功率晶体管Q2、Q3的发射极连接、第二采样电阻RS2的第一端与第二、第三功率晶体管Q2、Q3的发射极连接；第二、第三功率晶体管Q2、Q3的集电极与电源模块连接。为了保护功率晶体管不会因流过的电流过大而被烧毁，分别在第一功率晶体管Q1、第二功率晶体管Q2、第三功率晶体管Q3的基极串联第一均流电阻R5、第二均流电阻R6、第三均流电阻R7。数控电流源模块的作用是将微控制器内置数字模拟转换器DAC的输出电压信号Vin加载到采样电阻两端，通过控制输出DAC信号的大小产生精确的电流信号，间接控制流过太阳电池的电流。具体工作方式和连接方法为，微控制器(选择使用STM32F4型号的微控制器，内置16位DAC产生数字可控电压信号)的内置DAC端口输出数字可控的电压Vin传输到运算放大器A1的V+端口与功率晶体管Q1组成的射极跟随器，由“虚短虚断”的原理，第一、第二采样电阻Rs1、Rs2电压正好是Vin，此时的输出电流为IO＝Vin/Rsample，Rsample表示采样电阻值(采样电阻为一个时，Rsample等于采样电阻的电阻值，采样电阻为多个时，Rsample等于多个采样电阻并联后的电阻值)。通过控制DAC输出电压信号Vin，便可以控制流过太阳电池的电流IO。在采样电路中，太阳电池的负极是接地的，因此只需要采样电路一端接在太阳电池的正极就可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数控电流源的太阳电池I‑V测试系统，其包括：微控制器；数控电流源模块，与微控制器连接，用于将微控制器输出的电压信号转化为数字可控的电流信号；太阳电池与数控电流源模块连接，数控电流源模块产生的电流流过太阳电池；采样模块，与太阳电池连接，用于采样太阳电池两端电压；微控制器与采样模块连接，对采样数据进行处理，得到测试结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于数控电流源的太阳电池I-V测试系统，其包括：微控制器；数控电流源模块，与微控制器连接，用于将微控制器输出的电压信号转化为数字可控的电流信号；太阳电池与数控电流源模块连接，数控电流源模块产生的电流流过太阳电池；采样模块，与太阳电池连接，用于采样太阳电池两端电压；微控制器与采样模块连接，对采样数据进行处理，得到测试结果。2.根据权利要求1所述的太阳电池I-V测试系统，其中，所述数控电流源模块包括：运算放大器，其同相输入端与微控制器的内置数字模拟转换器输出端连接、反相输入端接地；第一功率晶体管，其基极与运算放大器的输出端连接；至少一个采样电阻，每个采样电阻的第一端均与第一功率晶体管的发射极连接，每个采样电阻的第二端均与太阳电池连接。3.根据权利要求2所述的太阳电池I-V测试系统，其中，所述数控电流源模块还包括：一功率晶体管组，其每个功率晶体管的基极均与第一功率晶体管的发射极连接，每个功率晶体管的发射极同时与每个采样电阻的第一端连接。4.根据权利要求3所述的太阳电池I-V测试系统，其中，所述数控电流源模块还包括：第一分压电阻，其第一端与地连接、第二端与运算放大器的反相输入端连接；第二分压电阻，其第一端与所述内置数字模拟转换器输出端连接、第二端与运算放大器的同相输入端连接；第三分压电阻，其第一端与第一分压电阻的第二端连接、第二端同时与所述每个功率晶体管的发射极连接；第四分压电阻，其第一端与第二分压电阻的第二端连接、第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏都，韩培德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11