太陽能充電控制器的 MPPT 與 PWM 對(duì)比

了解什么是 MPPT 和 PWM。

探索 MPPT 和 PWM 的主要區(qū)別。

了解在設(shè)計(jì) MPPT 和 PWM 電路時(shí)需要注意什么。

當(dāng)有不同的方法可以來完成同一項(xiàng)工作時(shí)，這些方法通常都有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。但當(dāng)仔細(xì)考慮具體的工作需求和資源時(shí)，通常其中一個(gè)就會(huì)脫穎而出，成為更好的選擇。

太陽能充電控制器也是如此。在這項(xiàng)工作中，常見的兩種選擇是 MPPT 與 PWM。在這篇文章中，我們將討論這兩種技術(shù)之間的差異，幫助您確定哪種技術(shù)更為適合，并且提供使用這兩種技術(shù)的設(shè)計(jì)建議。

什么是 MPPT 和 PWM？

MPPT（maximum power point tracking，最大功率點(diǎn)跟蹤）和 PWM（pulse width modulation，脈沖寬度調(diào)制）都是為太陽能充電控制器供電的技術(shù)。PWM 通過改變連接的占空比來實(shí)現(xiàn)這一功能，從太陽能電池板為電池充電。

PWM 充電的作用就像一個(gè)開關(guān)，其中一個(gè) MOSFET 用于橋接太陽能電池板和電池之間的連接。通常會(huì)使用一個(gè)微控制器來改變充電電流的占空比，以此控制充電階段。通常情況下，PWM 充電要經(jīng)過三個(gè)階段：強(qiáng)充、均衡充、浮充。

強(qiáng)充階段是充電器讓合理的大量電流通過，為電池充電。下一個(gè)階段是均衡充，讓電池電壓穩(wěn)定下來，然后再釋放恒定的電流。最后，浮電階段確保通過涓流充電來補(bǔ)償電池自放電的損失。

MPPT 充電器在給電池充電時(shí)也要經(jīng)過這些階段。不過，它是同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和電流，動(dòng)態(tài)地做到這一點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最大的充電效率。

MPPT 和 PWM 太陽能充電器

MPPT 和 PWM 太陽能充電器在各個(gè)方面都有差異。

1?

運(yùn)行

MPPT 充電器產(chǎn)生的充電電壓和電流與太陽能電池板 I-V 曲線上的最大功率相關(guān)。充電過程還考慮到太陽能電池板的溫度、角度和曝光程度。

而 PWM 充電器的行為就像太陽能電池板和蓄電池之間的開關(guān)。它的設(shè)計(jì)不是為了跟蹤 I-V 曲線上的最大功率，因此，無論在什么情況下都會(huì)嚴(yán)格地運(yùn)行。

MPPT 充電器的效率更高，但成本更高。

2?

效率

MPPT 充電器比 PWM 充電器的效率高得多。MPPT 充電器的效率可以高達(dá) 99%，但 PWM 充電的效率只有 50%-75%。讓我們來探究一下為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況。

PWM 充電器的行為就像一個(gè)開關(guān)，因此，太陽能電池板將始終以電池的電壓充電。開路電壓為 24V 的太陽能電池板，當(dāng)連接到 PWM 充電器時(shí)，電壓會(huì)拉低到幾乎與蓄電池的 12V 電壓相同。這使其充電效率降低了 50%。

另一邊，MPPT 將充電電壓和電流調(diào)整到最大可輸送功率。它的行為就像一個(gè) DC-DC 變壓器，而不是一個(gè)開關(guān)，這使其能夠最大限度地減少充電損失。

3?

成本

由于結(jié)構(gòu)更簡單，PWM 充電器比 MPPT 充電器成本更低。一個(gè) PWM 充電器的成本通常低于 100 美元，而一個(gè) MPPT 充電器的成本則高達(dá)數(shù)百美元。

設(shè)計(jì) MPPT 或 PWM

充電器時(shí)的關(guān)鍵考慮因素

無論是圍繞 MPPT 還是 PWM 充電電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，都有幾點(diǎn)需要注意。這兩種電路都利用高頻開關(guān)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意降低 EMI 排放?？s短走線長度，讓元件相互靠近，以便盡量減少回路電感。

這兩種類型的充電器都可以設(shè)計(jì)成處理從 1A 到 60A 的高充電電流。為此，要確保走線寬度足以處理最大電流。否則，走線受到壓力時(shí)可能會(huì)過熱或斷裂。

無論是MPPT 還是 PWM充電電路，如果在設(shè)計(jì)時(shí)可以使用效能優(yōu)異的 PCB 設(shè)計(jì)和分析軟件進(jìn)行檢查，將對(duì)設(shè)計(jì)大有裨益。inspectAR 軟件利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）以交互性的方式評(píng)估并改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)過程，輕松準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn) PCB 檢查、調(diào)試、返工和組裝。

上圖顯示了在 inspectAR 軟件中對(duì) AR 疊層制造的探測。利用AR技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過程中的任何時(shí)候?qū)蝹€(gè)器件、走線、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。