智能光伏，从LPC5536开始！

NXP管管 · 发表于 2024-9-12 09:08:29

之前为大家带来的恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案，技术大咖们看过来！主要对恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案进行了总体介绍，相信大家对光伏发电的原理以及我们的方案已经有了大致的了解，这一篇将会对硬件方案进行更加详细的介绍。

硬件组成
按照硬件功能，可以将硬件电路分成下面四个部分：

电源电路 (POWER)
最大功率点跟踪电路 (MPPT)
单片机控制电路 (MCU)
充电控制电路 (CHARGE)

其中，电源电路为整个系统提供所需的电压，电源电路框图如下图所示，电源有4个输入通道：光伏板、外接电源、Vbus (MPPT OUT可以通过焊接方式与Vbus进行连接)以及电池，通过二极管连接并输入到Vin，作为DC/DC的输入。其中，10V用于栅极驱动，为MPPT电路提供驱动信号；3.3V用于MCU相关的电路，通过BUCK电路降压到5V然后经LDO获得。

图1 电源电路框图

图中部分元器件的选型如下表所示：

其余三个部分的电路框图如下图所示：

图2. 其余三个部分电路框图

MPPT电路拓扑结构采用同步BOOST，通过PWM控制栅极驱动器驱动MOSFET从而实现最大功率点跟踪。输入端接18V光伏板，分别通过电流采样调理电路采集输入端电压和电流，并传入MCU的ADC完成信号采集；输出端可以直接连接到负载上，或者通过焊接的方式跨接到Vbus上，方便进行调试，输出端同样也包含了类似的电压电流采样电路。

充电控制电路使用SC8802芯片，支持1~6节锂电池的充放电，通过控制四开关管BUCK-BOOST对充电功率进行调整。MCU可以通过GPIO和PWM对充电芯片进行控制，实现充电功能的开关，并控制充电电流。

MCU控制电路主要包括MCU最小系统、人机交互相关外设（屏幕和按键）以及一些接口，屏幕采用1.47英寸的SPI LCD，通过3个按键进行控制。另外，板载LM75B温度传感器，和MCU通过一组I2C接口进行通讯。SWD接口用于程序的下载和调试，2组UART接口用于串口调试，4个预留的GPIO用于测试及附加功能。

图中部分元器件的选型如下表所示：

将所用到的MCU资源进行总结，共使用了5x ADC，4x PWM，1x SPI，1x I2C，1x SWD，2x UART，11x I/O，另外预留了4个接口，可以用作4x I/O或者2x PWM和2x ADC，具体情况如下表所示：

电路测试

图3. 电路实物图

因为BOOST是本方案中实现MPPT功能的主拓扑，所以MOSFET的驱动效果直接影响了最终的控制效果，下面对BOOST拓扑中MOSFET的驱动波形进行测量。由于DC/DC电路很容易产生干扰，需要尽可能减小接地环路的面积，使用示波器的接地弹簧进行测量，低边MOSFET的驱动波形如图4(a)所示，高边MOSFET的驱动波形如图4(b)所示：

a)低边MOSFET驱动波形

b)高边MOSFET驱动波形

图4. MOSFET驱动波形

小结
本文聚焦恩智浦基于LPC5536光伏MPPT方案的硬件设计部分，展现了如何通过组件与电路设计实现高效稳定的太阳能转换系统。后续我们将介绍该方案的软件设计部分，共同见证这一高效光伏MPPT解决方案的完整面貌！

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