太阳能充电控制器的 MPPT 与 PWM 对比

 

 

了解什么是 MPPT 和 PWM。

探索 MPPT 和 PWM 的主要区别。

了解在设计 MPPT 和 PWM 电路时需要注意什么。

 

当有不同的方法可以来完成同一项工作时，这些方法通常都有各自的优势和劣势。但当仔细考虑具体的工作需求和资源时，通常其中一个就会脱颖而出，成为更好的选择。 

 

太阳能充电控制器也是如此。在这项工作中，常见的两种选择是 MPPT 与 PWM。在这篇文章中，我们将讨论这两种技术之间的差异，帮助您确定哪种技术更为适合，并且提供使用这两种技术的设计建议。

 

什么是 MPPT 和 PWM？
 

 

MPPT（maximum power point tracking，最大功率点跟踪）和 PWM（pulse width modulation，脉冲宽度调制）都是为太阳能充电控制器供电的技术。PWM 通过改变连接的占空比来实现这一功能，从太阳能电池板为电池充电。

 

 

PWM 充电的作用就像一个开关，其中一个 MOSFET 用于桥接太阳能电池板和电池之间的连接。通常会使用一个微控制器来改变充电电流的占空比，以此控制充电阶段。通常情况下，PWM 充电要经过三个阶段：强充、均衡充、浮充。

 

强充阶段是充电器让合理的大量电流通过，为电池充电。下一个阶段是均衡充，让电池电压稳定下来，然后再释放恒定的电流。最后，浮电阶段确保通过涓流充电来补偿电池自放电的损失。

 

MPPT 充电器在给电池充电时也要经过这些阶段。不过，它是同时调节电压和电流，动态地做到这一点，从而实现最大的充电效率。

 

MPPT 和 PWM 太阳能充电器
 

 

MPPT 和 PWM 太阳能充电器在各个方面都有差异。

 

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运行

MPPT 充电器产生的充电电压和电流与太阳能电池板 I-V 曲线上的最大功率相关。充电过程还考虑到太阳能电池板的温度、角度和曝光程度。

 

而 PWM 充电器的行为就像太阳能电池板和蓄电池之间的开关。它的设计不是为了跟踪 I-V 曲线上的最大功率，因此，无论在什么情况下都会严格地运行。

 

MPPT 充电器的效率更高，但成本更高。

 

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效率

MPPT 充电器比 PWM 充电器的效率高得多。MPPT 充电器的效率可以高达 99%，但 PWM 充电的效率只有 50%-75%。让我们来探究一下为什么会出现这种情况。

 

PWM 充电器的行为就像一个开关，因此，太阳能电池板将始终以电池的电压充电。开路电压为 24V 的太阳能电池板，当连接到 PWM 充电器时，电压会拉低到几乎与蓄电池的 12V 电压相同。这使其充电效率降低了 50%。

 

另一边，MPPT 将充电电压和电流调整到最大可输送功率。它的行为就像一个 DC-DC 变压器，而不是一个开关，这使其能够最大限度地减少充电损失。

 

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成本

由于结构更简单，PWM 充电器比 MPPT 充电器成本更低。一个 PWM 充电器的成本通常低于 100 美元，而一个 MPPT 充电器的成本则高达数百美元。

 

设计 MPPT 或 PWM 

充电器时的关键考虑因素

 

 

 

无论是围绕 MPPT 还是 PWM 充电电路进行设计，都有几点需要注意。这两种电路都利用高频开关，因此，在设计时要注意降低 EMI 排放。缩短走线长度，让元件相互靠近，以便尽量减少回路电感。

 

这两种类型的充电器都可以设计成处理从 1A 到 60A 的高充电电流。为此，要确保走线宽度足以处理最大电流。否则，走线受到压力时可能会过热或断裂。

 

无论是MPPT 还是 PWM充电电路，如果在设计时可以使用效能优异的 PCB 设计和分析软件进行检查，将对设计大有裨益。inspectAR 软件利用增强现实技术（AR）以交互性的方式评估并改进 PCB 设计过程，轻松准确地实现 PCB 检查、调试、返工和组装。

 

 

上图显示了在 inspectAR  软件中对 AR 叠层制造的探测。利用AR技术，工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较，并随时查看技术手册、添加留言、注释。