本发明专利技术公开了一种光伏电池供电的半导体制冷器阻抗匹配电路，包括采样模块、由模拟／数字信号转换单元、信号处理与控制单元、阻抗变换单元组成的阻抗匹配模块，其中阻抗变换单元与半导体制冷器串联。采样模块对光伏电池的输出电压和输出电流采样，将采样得到的模拟信号传送给阻抗匹配模块，阻抗匹配模块中的模拟／数字信号转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信号，信号处理与控制单元对数字信号进行处理并对阻抗变换单元输出ＰＷＭ控制信号，阻抗变换单元和半导体制冷器组成的等效负载在此ＰＷＭ控制信号的控制下与光伏电池达到阻抗匹配。本发明专利技术结构简单，能够使由光伏电池供电的半导体制冷器工作在最佳工作点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子电路
，尤其涉及一种光伏电池供电的半导体制冷器阻抗 匹配电路。
技术介绍
半导体制冷器作为一种新型的制冷器件，具有节能、环保、设备简单的特点。半导 体制冷器具有较好的阻性特性，所以为驱动带来了一定方便。然而，半导体制冷器由光伏电 池来供电时，由于光伏电池的输出电压与负载有关，电压波动性较大，所以无法保证光伏电 池与半导体制冷器始终工作在最佳工作点，使得半导体制冷器的利用效率不高。传统的解决方案是在半导体制冷器与光伏电池之间加入蓄电池作为中介，光伏电 池对蓄电池充电，蓄电池储存电能并通过DC-DC变换器对半导体制冷器供电。这样就需要 增加电池与电源管理模块，不仅增大体积和重量，也加大了电路的复杂程度。同时，长期处 于充放电状态对蓄电池性能也提出了很高的要求。因此，设计一种能根据光伏电池的电压 变化，自动匹配半导体制冷器与光伏电池之间阻抗的阻抗匹配电路是十分有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能够根据光伏电池瞬时电压调整以半导体制冷器为 核心的等效负载，使半导体制冷器的等效阻抗迅速与光伏电池板的工作状态达到最佳匹 配。一种光伏电池供电的半导体制冷器阻抗匹配电路，其特征在于，包括采样模块，包括电压采样模块和电流采样模块，分别对光伏电池的输出电压和输 出电流采样，由于本专利技术对光伏电池和半导体制冷器之间的阻抗匹配是基于最大功率点追 踪(MPPT)，故需对光伏电池的输出电压和输出电流采样，以计算出光伏电池的输出功率；阻抗匹配模块，由模拟/数字信号转换单元、信号处理与控制单元和与半导体制 冷器串联的阻抗变换单元组成；所述的模拟/数字信号转换单元将采样模块获取的采用信号由模拟信号转换为 数字信号；所述的信号处理与控制单元接收模拟/数字信号转换单元的输出信号，输出对阻 抗变换单元进行PWM模式控制的PWM控制信号。所述的电压采样模块为两个与光伏电池串联的电阻，采样信号取自两电阻的中间 节点；所述的电流采样模块为与光伏电池串联的电阻。所述的信号处理与控制单元为单片机，当电路中采用内部集成了模/数转换功能 的单片机时，所述的模拟/数字信号转换单元可与所述的信号处理与控制单元合并。所述的阻抗变换单元为功率开关管，该功率开关管在所述的信号处理与控制单元 输出的PWM控制信号的控制下导通或截止，从而改变半导体制冷器在电路中的等效负载， 使半导体制冷器与光伏电池之间达到最佳阻抗匹配。本专利技术的匹配电路结构简单，负载的变化对光伏电池电压的变化响应较快，成本 低，能够使由光伏电池供电的半导体制冷器工作在最佳工作点，提高光伏电池输出电能的 利用效率。附图说明图1是本专利技术的电路框图；图2是本专利技术一种实施例的电路图。具体实施例方式如图1所示，一种光伏电池供电的半导体制冷器阻抗匹配电路，包括电压采样模 块、电流采样模块和由模拟/数字信号转换单元、信号处理与控制单元、阻抗变换单元组成 的阻抗匹配模块，其中阻抗变换单元与半导体制冷器串联。电压采样模块、电流采样模块对 光伏电池的输出电压和输出电流采样，将采样得到的模拟信号传送给阻抗匹配模块；阻抗匹配模块中的模拟/数字信号转换单元将接收到的模拟信号转换为数字信 号，信号处理与控制单元对数字信号进行处理，得到光伏电池的输出功率，并对阻抗变换单 元输出基于MPPT的PWM控制信号，阻抗变换单元在该控制信号的控制下变换其等效阻抗， 与半导体制冷器一起作为光伏电池的负载，使半导体制冷器与光伏电池之间达到阻抗匹 配。图2给出了本专利技术的一种实施例，如图2所示，一种光伏电池供电的半导体制冷器 阻抗匹配电路，包括由阻值为别为10KQ、3.3KQ的电阻Rl、R2串联组成的电压采样模块， 电压采样信号取自电阻R1和R2之间的中间节点；阻值为0.1Q的电阻R3和阻值为100Q的电阻R4组成了电流采样模块，电流采 样信号取自电阻R4的一个端点，电阻R4可以抑制电流采样信号突变对信号处理产生的不 利影响。由电压采样模块和电流采样模块获取的电压采样信号和电流采样信号输入到单 片机U1的两个输入端口，单片机U1采用ATmel公司的单片机芯片ATTiny24，这款单片机内 部集成了模/数转换功能，因而将模拟/数字信号转换单元和信号处理与控制单元集成在 一起。单片机U1的输出信号连接到一个功率管的驱动芯片U2，驱动芯片采用Motorola公 司的芯片MC34152P。该驱动芯片U2的输出连接到一个与半导体制冷器串联的功率开关管 Q1的栅极，该驱动芯片U2的接地端GND连接功率开关管Q1的源极。功率开关管采用IR公 司的NM0S功率管IRF840，其开启电压为5V。由于单片机的输出一般不足以直接驱动功率 开关管，故在单片机与功率开关管之间需加一个功率开关管的驱动芯片，用来提升单片机 输出信号的驱动能力，使功率开关管完全开启。单片机U1和驱动芯片U2的VCC端连接使 两芯片正常工作的工作电压。同时，在单片机U1两个接收采样信号的输入端口分别并联了 电容C2、C3，用来防止端口悬空。感值为47 ii H的电感L1和容值为220 y F的电容C1组成 了一个LC滤波器，用来滤除光伏电池输出电流中的高频谐波分量。经滤波后的电流直接给 驱动芯片U2供电，另外采用一块线性电源芯片U3 (采用ST公司的LM7805芯片)为单片机 U1提供5V的电源。光伏电池的输出电压一般在12V左右，按照如图2所示R1和R2之间的电阻值比例，由电压采样模块采集到的电压在2 3V。在单片机U1内部，通过R1和R2之间的电阻 值比例换算出光伏电池的输出端电压，与电流采样模块采集到的光伏电池输出电流相乘， 可得到光伏电池的输出功率。单片机U1基于该输出功率输出一个PWM控制信号。由驱动芯片U2将此PWM控制 信号转换为足以驱动功率开关管Q1的驱动电流，使功率开关管Q1周期性导通、截止。功率 开关管Q1和半导体制冷器串联作为光伏电池的等效负载。PWM控制信号的占空比越大，一 个周期内功率开关管Q1导通时间越长，则功率开关管Q1和半导体制冷器组成的等效负载 的等效阻抗越小。反之，PWM控制信号的占空比越小，一个周期内功率开关管Q1导通时间 越短，功率开关管Q1和半导体制冷器组成的等效负载的等效阻抗越大。本专利技术采用爬坡法对等效负载进行MPPT控制。单片机U1首先给出一个占空比为D 的PWM控制信号，在此PWM控制信号下等效负载的等效阻抗R'为R' =R/D，其中R为半导 体制冷器的阻抗，R是一个定值。然后，单片机U1会对输出的PWM控制信号进行一次扰动， 即增加PWM控制信号的占空比，增量为AD，使得PWM控制信号的占空比变为D+AD。则此 时，等效负载的等效阻抗为R' =R/(D+AD)。等效负载的等效阻抗发生变化会使得光伏电 池的输出电流发生变化，从而使光伏电池的输出功率发生变化。单片机U2检测到变化之后 的输出功率，如果该输出功率大于占空比变化之前的输出功率，则单片机U1会继续对PWM 控制信号进行增量扰动，即增大PWM控制信号的占空比；否则对PWM控制信号进行减量扰 动，即减小PWM控制信号的占空比。重复上述过程，直到光伏电池的输出功率达到最大值， 此时，等效负载与光伏电池之间的阻抗匹配，从而使半导体制冷器工作在最佳工作点。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光伏电池供电的半导体制冷器阻抗匹配电路，其特征在于，包括：采样模块，包括电压采样模块和电流采样模块，分别对光伏电池的输出电压和输出电流采样；阻抗匹配模块，由模拟／数字信号转换单元、信号处理与控制单元和与半导体制冷器串联的阻抗变换单元组成；所述的模拟／数字信号转换单元将采样模块获取的信号由模拟信号转换为数字信号；所述的信号处理与控制单元接收模拟／数字信号转换单元的输出信号，输出对阻抗变换单元进行ＰＷＭ模式控制的控制信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜进，杨帆，尚策，吴建德，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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