一種新光伏MPPT算法及硬件實(shí)現(xiàn)和實(shí)用性分析

比較圖3，5可知，圖5中主電路上多R2和VD3，假設(shè)Buck后端負(fù)載電壓U1=14 V，負(fù)載電流I=5 A，前端電壓U2≈U1／D，D為占空比，VD3導(dǎo)通電壓Uf=1 V，那么消耗在R2和VD3的能量為：

新驅(qū)動(dòng)電路中，多出的兩個(gè)MOSFET會(huì)增加能耗，其能耗分為兩部分：①給柵源極電容充放電消耗的能量為：P2_1=2QgUgsf，Qg為VQ2或VQ3的總柵極電荷，Ugs為VQ2或VQ3柵源端電壓，f為VQ2，VQ3開(kāi)關(guān)頻率。這里VQ1選用L2203N，VQ2，VQ3均選用IRF640。從IRF640 Datasheet中可查得Qg=72 nC，且選擇Ugs=12 V，f=30 kHz，故P2_1=0．025 92W。
②漏源極之間的導(dǎo)通與關(guān)斷消耗的能量。由于VQ2的通斷是為C1充放電(而C1為VQ1柵源電容充放電)，VQ3的通斷是為VQ1柵源電容充放電，從L2203N Datasheet中可查得VQ1的總柵極電荷Q1g=60 nC，C1在一個(gè)周期中因給VQ1柵源電容充電而導(dǎo)致C1的電壓下降△u1=Q1g／C1=6 mV，可見(jiàn)C1兩端電壓變化很小，所以VQ2通斷前后，VQ2漏源極兩端電壓很小(為毫伏級(jí))，可視作ZVS軟開(kāi)關(guān)，那么VQ2通斷造成的能量損耗幾乎能忽略不計(jì)。而VQ3關(guān)斷時(shí)，VQ1先關(guān)斷，VQ1的柵源極電勢(shì)相等，而VQ1的柵極、源極分別跟VQ3的漏極、源極等電勢(shì)，那么VQ3的漏源極兩端電壓也近似為零，可見(jiàn)，VQ3關(guān)斷時(shí)也可視為ZVS軟開(kāi)關(guān)，所以VQ3的關(guān)斷造成的能量也可忽略不計(jì)；VQ3導(dǎo)通時(shí)，柵極電壓變化過(guò)程如圖6所示。

圖中，Uth為開(kāi)啟閾值電壓，Ugp為米勒平臺(tái)電壓，Ucc為MOSFET穩(wěn)定導(dǎo)通后柵源極兩端電壓。對(duì)于VQ1，VQ3，通過(guò)查閱相關(guān)數(shù)據(jù)求取t1，t2：

當(dāng)VQ3柵源電壓上升到Uth后，即VQ3開(kāi)始導(dǎo)通后，VQ1柵源電壓才從零開(kāi)始上升，從上述計(jì)算數(shù)據(jù)可見(jiàn)，t2_VQ3-t1_VQ3≈t1_VQ1?？芍?，VQ3柵源電壓上升到Ugp后，VQ1柵源電壓還未上升到Uth，VQ3柵源極電壓上升到Ugp后，VQ3幾乎完全導(dǎo)通，C1兩端電壓幾乎全加在VQ1的柵源極兩端，使VQ3兩端電壓接近零，故VQ3開(kāi)通過(guò)程消耗的能量主要集中在t1～t2這段時(shí)間內(nèi)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可求取最大能量損耗，假設(shè)在t1～t2時(shí)段內(nèi)，VQ1柵源兩端電壓Ugs_VQ1為零，那么VQ3開(kāi)通過(guò)程消耗的能量為：

從t1～t2這段時(shí)間內(nèi)，查表可得在漏源電壓為25V測(cè)試條件下，由于VQ3跨導(dǎo)為：

由式(4)變形得Ids=11Ugs-33，則VQ3漏源極導(dǎo)通電阻R=25／(11Ugs-33)，而Ugs可寫(xiě)成時(shí)間函數(shù)：

故傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路比此處提出的驅(qū)動(dòng)電路多消耗的能量△P=P1-(P2_1+P2_2)=5．067 08 W，故新Buck驅(qū)動(dòng)電路比傳統(tǒng)Buck驅(qū)動(dòng)電路提高的效率η1=△P／(IU2)=7．239％，可見(jiàn)對(duì)于中小功率的Buck電路，這里提出的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路極大地提高了能量轉(zhuǎn)換效率。