[发明专利]一种宽范围输入的户外光储LED高功率密度变换方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能LED照明技术领域，具体为一种宽范围输入的户外光储LED高功率密度变换方法。

背景技术

扰动观察法是目前最常使用的MPPT算法之一，其工作过程是周期性地扰动太阳能电池的输出电压(V+ V)，然后与扰动之前的输出功率对比，如功率值在不断增加，就表示扰动方向与控制方向一致，继续朝着相同方向(+V)变化；若功率值反而在减小，就往反方向(—V)变化，这样反复的扰动就会输出其最大功率值。

扰动观察法是每隔一段时间改变其电压值，其下一步的控制信号是由输出功率改变的方向来判断的。具体调整方案如下:U、I表示上一次的值，相应的输出功率是P,、表示当前值，是其功率。当增加相对的参考电压时，有两种现象:(1)P1>P表示变化方向正确，系统扰动方向继续保持不变；(2) P1<P表示变化方向不对，系统下一步的扰动方向就要改变。这样重复循环，当工作点靠近最大功率值时停止扰动。扰动观察法最主要的不足是U步长固定。如果U太大，在最大功率点周边就会出现特别严重的振荡，也有很大的功率损失；如果△U太小，就需要特别长的时间才能跟踪到最大功率点，从而给实际生活中带来了极大的不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽范围输入的户外光储LED高功率密度变换方法，采用基于传统扰动观察改进的控制方法，根据太阳能电池的I-V特性，把每次的增量均转为下一次实际逼近控制电压的步长，来防止过度控制，组件稳态期间也减少频繁的扰动；同时，通过设置的DC-DC变换器具有结构简单、只需少量开关器件以及低损耗的优点，并且电池两端的输出使用了LCL滤波器，可以更好的降低电池侧的纹波电流与纹波电压，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种宽范围输入的户外光储LED高功率密度变换方法，包括MPPT功能的充电部分和LED恒流驱动部分,其MPPT功能的充电部分和LED恒流驱动部分受控于Buck-Boost型的双向主电路设计的同步整流DC-DC变换器和基于MPPT原理改进的PID控制方法；其双向主电路设计如下：包括LED端、PV端、Battery端、电容及其相互串联或并联的驱动开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，并设置有3种工作方式：

（1）Buck工作，电感电流iL一直保持大于零，Q1工作Q2不工作，由PV端流至Battery端, iL不断增加直至t=ton时，Q1截止，D2续流工作，Q2无电流通过；

（2）Boost工作，电感电流iL一直保持小于零，由Battery端流向LED端，在ton到T时，Q2工作Q1不工作，iL不断增加，当达到T时刻时，Q2截止停止工作，D1续流工作，Q1无电流通过；

（3）交替工作，电感电流iL正负交替出现:在t0-t1时刻，Q1导通工作，在t1-ton时刻，Q1导通同时有电流通过，D2续流，iL会不断变小且值依然大于零；在ton-T时刻，Q2导通且有电流流过，iL不断上升但值小于零。

其基于MPPT原理改进的PID控制方法如下：

S1：输入给定量R，并将R值设定为零；

S2：设定PID控制器的输入量，即系统偏差量负的dp/du；

S3：PID控制器调节DC-DC变换器PWM波的占空比来改变光伏电池的输出等效负载，实现最大功率点跟踪。

优选的，基于Buck-Boost型的双向主电路的工作模式设置有两种，即降压模式和升压模式；其降压模式为能量由PV流动到Battery时，电源端为PV端，Q1驱动，Q3、Q4打开，Q5关闭，组成Buck降压电路；升压模式为由Battery流动到LED时，电源端是Battery，此时Q2驱动，Q3、Q5打开，Q4关闭，组成Boost升压电路。

优选的，MPPT功能的充电部分包括MPPT充电模式、恒压均充模式、恒压浮充模式、等待模式、准备放电模式和准备充电模式。

优选的，LED恒流驱动部分包括第一时间段恒流驱动模式、第二时间段恒流驱动模式和第三时间段恒流驱动模式。

优选的，DC-DC变换器正向运行时，充电环路采用Buck型拓扑结构，对蓄电池进行MPPT、恒压、恒流相结合的三阶段充电方法；当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，实现LED灯的恒压输出，并具有PWM调光功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：